DE60111315T2

DE60111315T2 - Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60111315T2
Application number: DE2001611315
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Aki-gun Nishimura
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-08-22
Filing date: 2001-08-17
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2021-08-18
Also published as: US20020100272A1; KR20020015659A; EP1182340A2; EP1182340B1; US6725650B2; EP1182340A3; DE60111315D1

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Abgasreinigungssysteme für Motoren, die mit einem Katalysator versehen sind, der eine Dreiwegereinigungsfunktion durchführt, wenn sich zumindest das Abgas in einem Zustand befindet, der im Wesentlichen einem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht, und bei denen der Motor gewöhnlich zwischen einem Betriebszustand, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer mager ist, und einem Betriebszustand, in dem es sich im Wesentlichen auf dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis befindet oder reicher als es ist, geschaltet wird.
Als Abgasreinigungssysteme für diese Art von Motor sind herkömmlicherweise Systeme bekannt, bei denen ein so genannter Dreiwegekatalysator im Auslasskanal des Motors und ein NOx absorbierender/reduzierender Katalysator mit einem NOx-Absorptionsmaterial in der Nähe auf der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, wie zum Beispiel in der offengelegten japanischen Schrift (Tokkai) Nr. 11-200853 offenbart. Für das NOx-Absorptionsmaterial kann zum Beispiel ein Erdalkalimetall wie Barium verwendet werden, und wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in einem vorbestimmten mageren Zustand, das heißt in einer sauerstoffreichen Atmosphäre mit einer Sauerstoffkonzentration von zum Beispiel mindestens 4% im Abgas, befindet, dann wird das NOx im Abgas oxidiert und als Nitrat absorbiert, während bei Abfall der Sauerstoffkonzentration das absorbierte Nitrat eine Substitutionsreaktion mit dem CO im Abgas erfährt und NOx abgegeben wird, während das CO als Carbonat absorbiert wird.
Wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases im magereren Zustand befindet, wird das NOx im Abgas durch das oben erwähnte NOx-Absorptionsmaterial absorbiert und das Abgas wird gereinigt. Wenn der Motor im Wesentlichen mit dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird und sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in einem Zustand befindet, der im Wesentlichen dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht, das heißt, wenn die Sauerstoffkonzentration ca. 0,5 bis 1% beträgt oder darunter liegt, wird des Weiteren fast sämtliches HC, CO und NOx im Abgas aufgrund der Dreiwegereinigungsfunktion des Katalysators gespült und das von dem NOx-Absorptionsmaterial abgegebene NOx reagiert mit dem HC und CO und es erfolgt Reduktionsreinigung.
Des Weiteren weist das NOx-Absorptionsmaterial die Eigenschaft auf, dass mit Zunahme der Menge an absorbiertem NOx die Fähigkeit des NOx-Absorptionsmaterials, NOx zu absorbieren, abnimmt, so dass in dem obigen herkömmlichen Beispiel bei Schalten des Motors von einem Betriebszustand mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einen Betriebszustand mit im Wesentlichen dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis das Luft/Kraftstoff-Verhältnis für eine kurze Zeit stark, das heißt spitzenförmig, angereichert wird, wodurch die Abgabe von NOx gefördert wird.
Wie der NOx absorbierende/reduzierende Katalysator enthält der so genannte Dreiwegekatalysator, der eine Dreiwegereinigungsfunktion durchführt, wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in einem Zustand befindet, der im Wesentlichen dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht, allgemein ein Sauerstoff absorbierendes Material, wie zum Beispiel Ceroxid (CeO₂). Dieses Sauerstoffabsorptionsmaterial weist die Eigenschaft auf, dass es Sauerstoff im Abgas absorbiert, wenn die Sauerstoffkonzentration eine bestimmte Höhe (zum Beispiel 0,5%) überschreitet, und Sauerstoff abgibt, wenn die Sauerstoffkonzentration unter diesen Wert abfällt, so dass die Schwankungen der Sauerstoffkonzentration im Abgas abgeschwächt werden und die Dreiwegereinigungsfunktion verstärkt werden kann. Wenn ein Dreiwegekatalysator und ein NOx absorbierender/reduzierender Katalysator im Auslasskanal des Motors in Reihe angeordnet werden, wie bei dem obigen herkömmlichen Beispiel, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von einem mageren Zustand zu einem Zustand geändert wird, der dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen entspricht, dann wird jedoch Sauerstoff von dem in den Katalysatoren enthaltenen Sauerstoffabsorptionsmaterial abgegeben, so dass sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis lokal in der Nähe der beiden Katalysatoren zur mageren Seite hin verschiebt und das HC und CO im Abgas durch Reaktion mit dem Sauerstoff verbraucht werden und es letztendlich unmöglich wird, NOx effizient von dem stromabwärtigen NOx absorbierenden/reduzierenden Katalysator abzugeben.
In dieser Hinsicht wird bei dem obigen herkömmlichen Beispiel die Menge an durch den Dreiwegekatalysator abgegebenem Sauerstoff abgeschätzt, indem der zeitliche Betriebsverlauf des Motors und die Sauerstoffabsorptionsfähigkeit des Dreiwegekatalysators betrachtet werden, erwartet, dass HC oder CO durch Reaktion mit dem Sauerstoff verbraucht werden, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer stark angereichert, so dass dem stromabwärtigen NOx absorbierenden/reduzierenden Katalysator eine ausreichende Menge an HC und CO zugeführt wird.
Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Abgasreinigungssystem wird jedoch bei Schalten des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in der Brennkammer des Motors von dem mageren Zustand zum Zustand mit im Wesentlichen dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis die Menge an eingespritztem Kraftstoff kurzzeitig spitzenförmig erhöht, wodurch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis beträchtlich angereichert wird, so dass, wie oben beschrieben, selbst bei Erhöhung des HC und CO im Abgas, um der von dem Katalysator abgegebenen Sauerstoffmenge zu entsprechen, in Wirklichkeit ein großer Teil des HC und CO durch den Katalysator geblasen und an die Atmosphäre abgegeben wird.
Somit wird der bzw. das an die Atmosphäre abgegebene HC und CO stark erhöht, wenn auch nur vorübergehend, und der Zustand des Abgases verschlechtert sich. Des Weiteren reagiert der von den Katalysatoren abgegebene Sauerstoff möglicherweise nicht ausreichend mit dem HC und CO, wodurch sich in der Nähe der Katalysatoren das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zur magereren Seite hin verschiebt und den angemessenen Luft/Kraftstoff-Verhältnisbereich verlässt, um die Dreiwegereinigungsfunktion durchzuführen, und es besteht die Gefahr, dass die Katalysatoreigenschaft zur Reinigung des Abgases reduziert wird.
Aus der US 5 983 627 ist ein Abgasreinigungssystem für einen Motor bekannt, das Folgendes enthält: einen Dreiwegekatalysator, ein erstes Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel, das in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors entweder zu einem Zustand schaltet, der magerer ist, oder zu einem Zustand, der reicher ist, und ein Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel zur vorübergehenden Korrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in der Brennkammer zu einem Zustand, der noch reicher ist, wenn das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer von einem mageren Zustand zu einem reicheren Zustand schaltet, wobei, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von einem mageren Zustand zu einem reicheren Zustand geschaltet worden ist, das Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer in einen Zustand einstellt, der etwas reicher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, um einer Sauerstoffabgabe von dem Katalysator zu entsprechen.
Aus der EP 0 930 425 A ist ein sehr ähnliches Abgasemissionssteuersystem für einen Verbrennungsmotor bekannt, das dem oben erwähnten System ähnelt. Des Weiteren entspricht die DE 199 48 073 A1 einem Abgasreinigungssystem für einen Motor.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Abgasreinigungssystems für einen Motor, bei dem in einem Auslasskanal ein Katalysator mit einer Dreiwegereinigungsfunktion vorgesehen ist und bei dem der Motor in der Regel zwischen einem Betriebszustand mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem Betriebszustand mit im Wesentlichen dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder reicher als dieses geschaltet wird, wobei eine vorübergehende Beeinträchtigung des Zustands des Abgases, die durch Sauerstoffemission vom Katalysator verursacht wird, verhindert werden kann, während bei Betrachtung aller Betriebsbereiche eine Beeinträchtigung der Gesamtkraftstoffwirtschaftlichkeit vermieden wird.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Zum Erfüllen dieser Aufgaben wird, wenn der Motor von einem Betriebszustand mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einen Betriebszustand mit reicherem Luft/Kraftstoff-Verhältnis übergegangen ist, der Steuersollwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses so korrigiert, dass er etwas reicher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, damit die sich ergebende Anreicherung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Geschwindigkeit, mit der Sauerstoff vom Katalysator abgegeben wird, entspricht.
Insbesondere enthält gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Abgasreinigungssystem für einen Motor einen Katalysator mit einer Dreiwegereinigungsfunktion, wenn ein Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand mindestens eines Abgases einem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen entspricht; ein erstes Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel zum Steuern eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einer Brennkammer des Motors durch Schalten entweder in einen Zustand, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, oder einen Zustand, der reicher ist als dieses, in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors; und ein Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel zum vorübergehenden Korrigieren des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in der Brennkammer zu einem Zustand, der noch reicher ist, wenn das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer von einem mageren Zustand zu einem reicheren Zustand schaltet. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer von einem mageren Zustand zu einem reicheren Zustand geschaltet worden ist, stellt das Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer in einen Zustand ein, der etwas reicher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, um einer Sauerstoffabgabe von dem Katalysator zu entsprechen.
Bei dieser Konfiguration befindet sich das Abgas aus dem Motor, wenn sich der Motor in einem Betriebszustand mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis befindet, zunächst in einem Zustand mit hoher Sauerstoffkonzentration, so dass ein Teil des Sauerstoffs im Abgas allmählich von dem Katalysator absorbiert wird. Wenn sich der Betriebszustand des Motors ändert und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer durch das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel in einen Zustand geschaltet wird, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis reicher ist als im mageren Zustand, dann wird das Luft/Kraftstoff- Verhältnis in der Brennkammer durch das Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel vorübergehend zu einem noch reicheren Zustand korrigiert.
In dieser Situation wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer durch das Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel zu einem Zustand korrigiert, der etwas reicher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, um der Sauerstoffabgabe von dem Katalysator zu entsprechen, so dass der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand des Abgases aus der Brennkammer des Motors zu einem Zustand mit einer etwas reicheren (geringeren) Sauerstoffkonzentration wird als in dem Zustand, der dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht. Dadurch wird der Einfluss der Sauerstoffabgabe von dem Katalysator aufgehoben, wodurch der lokale Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand in der Nähe des Katalysators in einem Zustand aufrechterhalten wird, der dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen entspricht. Somit kann die Dreiwegereinigungsleistung des Katalysators zuverlässig gewahrt werden. Des Weiteren gibt es keine spitzenförmige Anreicherung des Luft/Kraftstoff-Verhältniszustands des Abgases wie in der verwandten Technik (JP H11-200853), so dass HC und CO im Abgas nicht durch den Katalysator geblasen werden.
Das Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält weiterhin ein Erfassungsmittel zur Erfassung der Konzentration einer vorbestimmten Komponente des Abgases stromaufwärts des Katalysators. Des Weiteren steuert das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer zu einem Zustand, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn sich der Motor in einem vorbestimmten Betriebsbereich mit geringen Drehzahlen und geringen Lasten befindet, und rückkopplungsregelt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer auf einen Sollwert A/F in der Nähe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf Grundlage eines Signals vom Erfassungsmittel, wenn sich der Motor in einem voreingestellten Betriebsbereich mit höheren Drehzahlen und/oder höheren Lasten als der vorbestimmte Betriebsbereich befindet. Wenn der Motor von dem vorbestimmten Betriebszustand in den voreingestellten Betriebsbereich übergegangen ist, dann stellt darüber hinaus das Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel den Sollwert A/F der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung mit dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel in einen Bereich von 14,0 ≦ A/F < 14,7 ein, bis eine vorbestimmte Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitdauer abgelaufen ist.
Bei diesem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung steuert zunächst das Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer zu einem Zustand, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn sich der Motor in einem vorbestimmten Betriebsbereich mit geringen Drehzahlen und geringen Lasten befindet. In dieser Situation befindet sich das Abgas in einem Zustand mit hoher Sauerstoffkonzentration, so dass ein Teil des Sauerstoffs im Abgas allmählich von dem Katalysator absorbiert wird. Wenn der Motor von dem vorbestimmten Betriebsbereich zu dem voreingestellten Betriebsbereich übergeht, stellt das Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel den Sollwert A/F der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung mit dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel in einen Bereich von mindestens 14,0 und weniger als 14,7 ein, das heißt es ist etwas reicher als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, bis eine vorbestimmte Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitdauer abgelaufen ist.
Somit wird der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand des Abgases etwas reicher als in dem Zustand, der dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das heißt einem Zustand, in dem die Sauerstoffkonzentration niedrig ist, entspricht, und dieses Absinken der Sauerstoffkonzentration hebt den Einfluss der Sauerstoffabgabe durch den Katalysator auf, so dass der lokale Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand in der Nähe des Katalysators in einem Zustand gehalten wird, der dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen entspricht. Des Weiteren wird der Zustand des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases nicht spitzenförmig angereichert, so dass der HC und das CO im Abgas nicht durch den Katalysator geblasen werden.
Das heißt der vom Katalysator abgegebene Sauerstoff wird genau in der richtigen Menge mit dem HC und CO im Abgas reagiert, wodurch eine Beeinträchtigung des Zustands des Abgases aufgrund des Durchblasens von HC oder CO verhindert und eine stabile Dreiwegereinigungsleistung des Katalysators aufrechterhalten wird.
Das Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält weiterhin ein Erfassungsmittel zum Erfassen der Konzentration einer vorbestimmten Komponente des Abgases stromaufwärts des Katalysators. Des Weiteren steuert das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer im Grunde zu einem Zustand, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn sich der Motor in einem vorbestimmten Betriebsbereich mit geringen Drehzahlen und geringen Lasten befindet, und rückkopplungsregelt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer auf Grundlage eines Signals vom Erfassungsmittel auf einen Sollwert A/F in der Nähe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, wenn der Motor in einen voreingestellten bestimmten Betriebszustand im vorbestimmten Betriebsbereich eingetreten ist. Wenn der Motor in den bestimmten Betriebszustand im vorbestimmten Betriebsbereich eingetreten ist, stellt darüber hinaus das Luft/Kraftstoff-Korrekturmittel den Sollwert A/F der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel in einen Bereich von 14,0 ≦ A/F < 14,7 ein, bis eine vorbestimmte Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitdauer abgelaufen ist.
Wenn der Motor in einen bestimmten Betriebszustand im vorbestimmten Betriebsbereich mit geringen Drehzahlen und geringen Lasten eingetreten ist, das heißt, wenn der Motor zum Beispiel von einem normalen Betriebszustand in einen Beschleunigungsbetriebszustand übergegangen ist, dann kann somit eine ähnliche Betriebswirkung wie gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
Das Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß einem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält weiterhin ein Sauerstoffabsorptionsmengenschätzungsmittel zum Schätzen der Sauerstoffmenge, die von dem Katalysator aufgenommen wird, wenn sich der Motor im vorbestimmten Betriebsbereich befindet, und ein Korrekturzeitdauereinstellmittel zum Einstellen einer Länge der Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitdauer gemäß einem durch das Sauerstoffabsorptionsmengenschätzungsmittel geschätzten Wert.
Somit wird die Länge der Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitdauer durch das Korrekturzeitdauereinstellmittel gemäß der von dem Katalysator aufgenommenen Sauerstoffmenge modifiziert, so dass zum Beispiel, wenn der Motor von dem vorbestimmten Betriebsbereich in den voreingestellten Betriebsbereich übergegangen ist, der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand des Abgases kontinuierlich geeignet angereichert wird, während Sauerstoff von dem Katalysator abgegeben wird, wodurch die Betriebswirkungen des ersten bis dritten Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung ausreichend erzielt werden.
Gemäß dem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält das Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß dem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weiterhin ein Korrekturverhinderungsmittel zum Verhindern einer korrigierenden Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel, wenn der durch das Sauerstoffabsorptionsmengenschätzungsmittel geschätzte Wert nicht größer ist als ein vorbestimmter Wert.
Wenn die von dem Katalysator aufgenommene Sauerstoffmenge nicht größer ist als ein vorbestimmter Wert und sehr gering ist, ist somit auch die von dem Katalysator abgegebene Sauerstoffmenge sehr gering, so dass in dieser Situation ihre nachteilige Wirkung sehr gering ist, und eine Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit kann besser dadurch erreicht werden, dass keine Korrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zur reicheren Seite durchgeführt wird.
Im Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß einem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Katalysator um einen NOx-Katalysator mit einem NOx-Absorptionsmaterial, das NOx im Abgas in einer sauerstoffreichen Atmosphäre absorbiert und absorbiertes NOx abgibt, wenn die Sauerstoffkonzentration abgefallen ist.
Wenn sich der Motor in einem vorbestimmten Betriebsbereich und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer in einem Zustand befindet, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, dann wird somit das NOx im Abgas der sauerstoffreichen Atmosphäre durch das NOx-Absorptionsmaterial absorbiert und das Abgas gereinigt. Wenn sich der Motor in einem voreingestellten Betriebsbereich befindet und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer im Wesentlichen das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, dann wird darüber hinaus das NOx durch das NOx-Absorptionsmaterial abgegeben, aber dieses NOx reagiert mit dem HC und dem CO im Abgas und wird reduktionsgereinigt.
Gemäß dem siebten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist im Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß einem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Dreiwegekatalysator in einem Auslasskanal stromaufwärts des NOx-Katalysators angeordnet, ein Sauerstoffkonzentrationssensor zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration im Abgas ist im Auslasskanal zwischen den beiden Katalysatoren angeordnet, und die Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitdauer ist die Zeitdauer, bis die durch den Sauerstoffkonzentrationssensor erfasste Sauerstoffkonzentration auf einen voreingestellten Wert oder darunter abgefallen ist.
Das heißt, wenn ein Dreiwegekatalysator und ein NOx-Katalysator von der stromaufwärtigen Seite im Auslasskanal des Motors in dieser Folge angeordnet sind, dann besteht, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer des Motors von einem mageren Zustand zu im Wesentlichen dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis übergeht, die Gefahr, dass die Abgabe und Reduktionsreinigung des NOx vom NOx-Absorptionsmaterial im stromabwärtigen NOx-Katalysator durch die Abgabe von Sauerstoff von dem stromaufwärtigen Dreiwegekatalysator behindert wird.
Bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch ein Sauerstoffkonzentrationssensor stromabwärts des Dreiwegekatalysators angeordnet, und bis vom Ausgang dieses Sauerstoffkonzentrationssensors erfasst wird, dass die Sauerstoffkonzentration im Abgas auf einen vorbestimmten Wert oder darunter abgefallen ist, wird die Korrektur zur reichen Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses weitergeführt. Während Sauerstoff vom Dreiwegekatalysator auf der stromaufwärtigen Seite im Auslasskanal tatsächlich abgegeben wird, wird somit das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer demgemäß angereichert, und wenn vom Dreiwegekatalysator kein Sauerstoff mehr abgegeben wird, wird die Anreicherungskorrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses beendet. Somit wird die nachteilige Wirkung durch die Sauerstoffabgabe vom Dreiwegekatalysator beseitigt, und die Abgabe und Reduktionsreinigung von NOx vom NOx-Absorptionsmaterial im stromabwärtigen NOx-Katalysator wird auf geeignete Weise gefördert.
Im Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß einem achten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Katalysator um einen Dreiwegekatalysator, das Abgasreinigungssystem enthält weiterhin ein Erfassungsmittel zum Erfassen der Konzentration einer vorbestimmten Komponente des Abgases stromaufwärts des Dreiwegekatalysators, und ein NOx-Katalysator mit einem NOx-Absorptionsmaterial, das NOx im Abgas in einer sauerstoffreichen Atmosphäre absorbiert und absorbiertes NOx abgibt, wenn die Sauerstoffkonzentration abfällt, ist in einem Auslasskanal stromabwärts des Dreiwegekatalysators angeordnet. Des Weiteren ist ein Sauerstoffkonzentrationssensor zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration im Abgas im Auslasskanal zwischen dem Dreiwegekatalysator und dem NOx-Katalysator angeordnet. Das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel steuert das Luft/Kraftstoff- Verhältnis in der Brennkammer zu einem Zustand, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn sich der Motor in einem vorbestimmten Betriebsbereich mit geringen Drehzahlen und geringen Lasten befindet, und steuert das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer auf im Wesentlichen das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn sich der Motor in einem voreingestellten Betriebsbereich mit höheren Drehzahlen und/oder höheren Lasten als der vorbestimmte Betriebsbereich befindet. Wenn der Motor von dem vorbestimmten Betriebsbereich in den voreingestellten Betriebsbereich geschaltet hat, korrigiert das Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel den Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung mit dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel auf Grundlage eines Signals vom Sauerstoffkonzentrationssensor so, dass er reicher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, bis eine vorbestimmte Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitdauer abgelaufen ist.
Wie gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, wenn der Motor von einem vorbestimmten Betriebsbereich mit geringen Drehzahlen und geringen Lasten in einen voreingestellten Bereich übergegangen ist, korrigiert somit das Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer zu einem Zustand, der etwas reicher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wodurch die Abgabe von Sauerstoff vom Dreiwegekatalysator auf der stromaufwärtigen Seite des Auslasskanals aufgehoben wird, so dass der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand des Abgases in der Nähe des Dreiwegekatalysators und des NOx-Katalysators in einem geeigneten Zustand gehalten wird, der durch die Dreiwegereinigungsfunktion erreicht wird, und die Abgabe und Reduktionsreinigung des NOx vom NOx-Absorptionsmaterial im NOx-Katalysator wird auf geeignete Weise gefördert, während eine Beeinträchtigung des Abgaszustands verhindert wird.
Des Weiteren ist in dieser Situation der Sauerstoffkonzentrationssensor zwischen dem Dreiwegekatalysator und dem NOx-Katalysator angeordnet, und auf Grundlage der Ausgabe von diesem Sauerstoffkonzentrationssensor korrigiert das Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur reicheren Seite, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß dem Abgabezustand des Sauerstoffs vom Dreiwegekatalysator geeignet korrigiert wird.
Bei dem Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß einem neunten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Katalysator um einen Dreiwegekatalysator, das Abgasreinigungssystem enthält weiterhin ein Erfassungsmittel zum Erfassen der Konzentration einer vorbestimmten Komponente des Abgases stromaufwärts des Dreiwegekatalysators, und ein NOx-Katalysator, der ein NOx-Absorptionsmaterial aufweist, das NOx im Abgas in einer sauerstoffreichen Atmosphäre absorbiert, und absorbiertes NOx abgibt, wenn die Sauerstoffkonzentration abfällt, ist in einem Auslasskanal stromabwärts des Dreiwegekatalysators angeordnet. Des Weiteren ist ein Sauerstoffkonzentrationssensor zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration im Abgas im Auslasskanal zwischen dem Dreiwegekatalysator und dem NOx-Katalysator angeordnet. Weiterhin steuert das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel im Grunde das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer zu einem Zustand, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn sich der Motor in einem vorbestimmten Betriebsbereich mit geringen Drehzahlen und geringen Lasten befindet, und schaltet das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer auf im Wesentlichen das theoretische Luft/Kraftstoff- Verhältnis, wenn der Motor in einen voreingestellten bestimmten Betriebszustand im vorbestimmten Betriebsbereich eintritt. Wenn der Motor in den bestimmten Betriebszustand im vorbestimmten Betriebsbereich eintritt, korrigiert das Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel den Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung mit dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel auf Grundlage eines Signals vom Sauerstoffkonzentrationsmittel so, dass er reicher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, bis eine vorbestimmte Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitdauer abgelaufen ist.
Wenn der Motor in einen bestimmten Betriebszustand im vorbestimmten Betriebsbereich mit geringen Drehzahlen und geringen Lasten eingetreten ist, das heißt, wenn der Motor zum Beispiel von einem normalen Betriebszustand in einen Beschleunigungsbetriebszustand übergegangen ist oder wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas absichtlich verringert wird, um NOx aus dem NOx-Absorptionsmaterial des NOx-Katalysators abzugeben und reduktionszureinigen, kann somit eine ähnliche Betriebswirkung wie gemäß dem achten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung erzielt werden.
Gemäß dem zehnten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist im Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß einem achten oder neunten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung das Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel so konfiguriert, dass es die Korrektursteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses beendet, wenn die durch den Sauerstoffkonzentrationssensor erfasste Sauerstoffkonzentration im Abgas auf einen voreingestellten Wert oder darunter abgefallen ist.
Während Sauerstoff tatsächlich von dem Dreiwegekatalysator abgegeben wird, kann somit die Korrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses entsprechend zuverlässig weitergeführt werden.
Des Weiteren konzentriert sich das Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß einem beliebigen Gesichtspunkt von elf bis sechzehn der vorliegenden Erfindung auf die Tatsache, dass insbesondere wenn der Motor in einem Fahrzeug installiert ist, unter normalen Betriebsbedingungen die Häufigkeit, mit der sich der Motor in einem reichen Betriebszustand nahe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses befindet, relativ gering ist, und in diesem Normalzustand ist der Sollwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nahe dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einen Wert eingestellt, der im Verhältnis reicher ist als außerhalb des Normalzustands, das heißt in einem vorbestimmten Zustand.
Das heißt, bei dem Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß einem elften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Erfassungsmittel zum Erfassen einer Konzentration einer vorbestimmten Komponente des Abgases in einem Auslasskanal stromaufwärts des Dreiwegekatalysators angeordnet, das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel steuert das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer zu einem Zustand, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn sich der Motor in einem vorbestimmten Betriebsbereich mit geringen Drehzahlen und geringen Lasten befindet, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer wird auf einen Sollwert in der Nähe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf Grundlage eines Signals vom Erfassungsmittel rückkopplungsgeregelt, wenn sich der Motor in einem voreingestellten Betriebsbereich mit höheren Drehzahlen und/oder höheren Lasten als der vorbestimmte Betriebsbereich befindet; des Weiteren ist das Abgasreinigungssystem mit einem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel versehen, das eine Steuerung mit dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel in einem vorbestimmten Zustand, und wenn sich der Motor im vorbestimmten Betriebsbereich oder im voreingestellten Betriebsbereich befindet, verhindert und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer auf Grundlage des Signals von dem Erfassungsmittel auf einen Sollwert in der Nähe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses rückkopplungsregelt. Der Sollwert für die Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel wird auf einen Wert eingestellt, der reicher ist als der Steuersollwert des zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittels.
Unter Normalbedingungen, wenn sich der Motor im vorbestimmten Betriebsbereich mit geringen Drehzahlen und geringen Lasten befindet, steuert somit das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer zu einem Zustand, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
In dieser Situation befindet sich der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand des Abgases in einem Zustand mit hoher Sauerstoffkonzentration, so dass der Sauerstoff im Abgas von dem Katalysator aufgenommen wird.
Wenn der Motor zu einem voreingestellten Betriebsbereich übergeht, wird dann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer von dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel auf einen Sollwert in der Nähe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses rückkopplungsgeregelt. In dieser Situation entspricht auch der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand des Abgases im Wesentlichen dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis, so dass Sauerstoff vom Katalysator abgegeben wird, aber der Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung ist so eingestellt, dass er entsprechend reicher ist, so dass der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand in der Nähe des Katalysators keine bedeutende Abweichung zur magereren Seite aufweist und folglich die Dreiwegereinigungsfunktion des Katalysators nicht beeinträchtigt wird. Des Weiteren wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases nicht spitzenartig angereichert, so dass der HC und das CO im Abgas nicht durch den Katalysator geblasen werden.
In einem vorbestimmten Zustand wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer des Motors jedoch durch das zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel auf im Wesentlichen das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder einen Zustand gesteuert, der reicher als dieses ist, so dass in dieser Situation kein Sauerstoff von dem Katalysator aufgenommen wird. In diesem vorbestimmten Zustand kann bei Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in der Brennkammer auf einen Sollwert in der Nähe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Steuersollwert auf eine im Verhältnis magerere Seite eingestellt werden, wodurch eine Abnahme des Kraftstoffverbrauchs erzielt wird.
Das heißt, dieser Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung nutzt die Tatsache aus, dass sich der Motor unter Normalbedingungen meistens in einem Betriebszustand mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und selten in einem Betriebszustand mit dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder reicher als dieses befindet, und der Steuersollwert zur Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in die Nähe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wird so eingestellt, dass er etwas reicher ist als unter dem vorbestimmten Zustand, wenn sich Sauerstoff im Katalysator ansammelt, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht spitzenförmig angereichert wird, und es kann bewirkt werden, dass der vom Katalysator abgegebene Sauerstoff in genau der richtigen Menge mit dem HC und dem CO im Abgas reagiert. Somit kann verhindert werden, dass ein Teil des HC und CO im Abgas durch den Katalysator geblasen wird, und die Reinigungsleistung des Katalysators kann stabilisiert werden. Da der Motor unter Normalbedingungen nicht häufig nahe dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, ist darüber hinaus die Beeinträchtigung des Gesamtkraftstoffverbrauchs bei Betrachtung über den gesamten Betriebsbereich gering, selbst wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu diesem Zeitpunkt auf der reichen Seite eingestellt ist.
Gemäß dem zwölften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht im Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß dem elften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung der vorbestimmte Zustand darin, dass sich der Motor noch nicht in einem warmgelaufenen Zustand befindet.
Somit wird in dem noch nicht warmgelaufenen Zustand, in dem Vergasung/Zerstäubung des Kraftstoffs schwierig ist, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer durch das zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel so gesteuert, dass es unabhängig vom Betriebszustand des Motors im Wesentlichen das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist oder sich in einem Zustand befindet, der reicher als dieses ist, wodurch Verbrennungsstabilität des Motor gewährleistet wird.
Gemäß einem dreizehnten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält das Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß dem zwölften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weiterhin ein Katalysatortemperaturzustandserfassungsmittel zum Erfassen, ob eine Temperatur des Katalysators niedriger ist als eine voreingestellte Temperatur, und ein Sollwertkorrekturmittel zum Korrigieren des Sollwerts der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung mit dem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel auf einen Wert, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn das Katalysatortemperaturzustandserfassungsmittel erfasst hat, dass sich der Katalysator in einem Niedrigtemperaturzustand befindet.
Selbst wenn sich der Motor noch nicht in dem warmgelaufenen Zustand und der Katalysator in einem noch nicht aktivierten Niedrigtemperaturzustand befindet, wird somit der Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung so eingestellt, dass er magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und durch Reagieren des Sauerstoffs im Abgas mit dem unverbrannten Kraftstoff kann die Erwärmung des Katalysators gefördert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass, selbst wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis etwas magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, die Verbrennungsstabilität des Motors nicht beeinträchtigt wird.
Gemäß dem vierzehnten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist das Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß dem elften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weiterhin mit einem Fehlerzustandserfassungsmittel versehen, und zwar zum Erfassen, ob das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel und/oder die Sensoren und/oder die Stellglieder, die zur Durchführung der Steuerung mit dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel erforderlich sind, defekt ist/sind, und der vorbestimmte Zustand besteht darin, dass durch das Fehlerzustandserfassungsmittel ein Fehler erfasst worden ist.
Das heißt, dass, wenn die Steuerung mit dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel nicht ordnungsgemäß durchgeführt werden kann, die Steuerung mit dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel verhindert und die Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit dem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel durchgeführt wird.
Gemäß dem fünfzehnten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist im Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß dem zwölften oder vierzehnten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung der Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung mit dem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel im Wesentlichen das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
Selbst wenn sich der Motor in dem noch nicht warmgelaufenen Zustand befindet oder ein Sensor oder dergleichen fehlerhaft ist, führt der Katalysator somit die Dreiwegereinigungsfunktion durch, und es kann eine hohe Abgasreinigungsleistung stabil gewährleistet werden, während die Verbrennungsstabilität des Motors aufrechterhalten wird.
Gemäß dem sechzehnten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß dem elften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung bei dem Katalysator um einen Dreiwegekatalysator, und ein NOx-Katalysator, der NOx-Absorptionsmaterial enthält, das NOx im Abgas in einer sauerstoffreichen Atmosphäre absorbiert und absorbiertes NOx abgibt, wenn die Sauerstoffkonzentration abfällt, ist stromabwärts dieses Dreiwegekatalysators vorgesehen.
Bei dieser Konfiguration befindet sich der Motor gewöhnlich im vorbestimmten Betriebsbereich mit geringen Drehzahlen und geringen Lasten, und wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer auf einen Zustand gesteuert wird, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wird der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand des Abgases ein Zustand mit hoher Sauerstoffkonzentration, und in dieser Situation werden aufgrund des Dreiwegekatalysators auf der stromaufwärtigen Seite und des NOx-Katalysators auf der stromabwärtigen Seite der HC und das CO im Abgas oxidiert und gespült, und das NOx wird absorbiert und beseitigt. Des Weiteren wird der Sauerstoff im Abgas durch diese beiden Katalysatoren aufgenommen.
Wenn der Motor in den voreingestellten Betriebsbereich übergeht und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer auf einen Sollwert in der Nähe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses rückkopplungsgeregelt wird, wird anschließend der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand des Abgases zu einem Zustand, der dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen entspricht, und in dieser Situation führen die beiden Katalysatoren eine Dreiwegereinigungsfunktion durch, und HC, CO und NOx im Abgas werden gereinigt. Dann wird in dieser Situation Sauerstoff von den beiden Katalysatoren abgegeben, aber da der Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung auf einen Wert eingestellt wurde, der entsprechend reicher ist, weicht der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand in der Nähe der Katalysatoren nicht stark ab, und folglich wird die Dreiwegereinigungsfunktion der Katalysatoren nicht beeinträchtigt. Des Weiteren wird eine geeignete Menge an HC und CO auch dem stromabwärtigen NOx-Katalysator zugeführt, so dass die Abgabe und Reduktionsreinigung des NOx vom NOx-Katalysator ausreichend gefördert wird.
Wie oben erläutert, wird bei dem Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Katalysator bereitgestellt, der zumindest dann eine Dreiwegereinigungsfunktion durchführt, wenn der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand des Abgases dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen entspricht, und wenn der Motor zwischen einem Betriebszustand mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem Betriebszustand mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das reicher als dieses ist, geschaltet wird, wenn der Motor von einem Betriebszustand mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem Betriebszustand mit reicherem Luft/Kraftstoff-Verhältnis übergegangen ist, wird die nachteilige Wirkung durch die Abgabe des Sauerstoffs vom Katalysator durch vorübergehende Korrektur des Sollwerts zur Steuerung auf einen etwas reicheren Zustand aufgehoben, so dass der lokale Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand in der Nähe des Katalysators auf einem Zustand gehalten werden kann, der dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen entspricht. Somit kann die Dreiwegereinigungsfunktion des Katalysators stabil gehalten werden, während verhindert wird, dass HC und CO im Abgas durchgeblasen werden und den Abgaszustand beeinträchtigen.
Bei dem Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß dem zweiten oder dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung beginnt, wenn der Motor zwischen einem Betriebszustand mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem Betriebszustand mit im Wesentlichen dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis geschaltet wird, wenn der Motor von einem Betriebszustand mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einen Betriebszustand mit im Wesentlichen dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis übergeht, die Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und der Sollwert A/F der Rückkopplungsregelung wird auf 14,0 A/F < 14,7 korrigiert, wodurch die Wirkungen des ersten Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung zuverlässig erreicht werden.
Gemäß dem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird die Zeitdauer, in der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf die reichere Seite korrigiert wird, gemäß der von dem Katalysator aufgenommenen Sauerstoffmenge modifiziert, so dass der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand des Abgases kontinuierlich angemessen angereichert werden kann, während Sauerstoff vom Katalysator abgegeben wird, und die Wirkungen des ersten bis dritten Gesichtspunkts der Erfindung können ausreichend erzielt werden.
Gemäß dem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Erhöhung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit dadurch erreicht, dass die Korrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nicht durchgeführt wird, wenn die von dem Katalysator aufgenommene Sauerstoffmenge sehr gering ist.
Gemäß dem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird das NOx im Abgas durch den Katalysator mit einem NOx-Absorptionsmaterial absorbiert, selbst wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer in einem Zustand befindet, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, so dass das Abgas gereinigt werden kann.
Gemäß dem siebten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind ein Dreiwegekatalysator und ein Katalysator mit NOx-Absorptionsmaterial in dieser Folge von der stromaufwärtigen Seite im Auslasskanal eines Motors angeordnet, ein Sauerstoffkonzentrationssensor ist zwischen ihnen angeordnet, und wenn auf Grundlage des Signals von diesem Sauerstoffkonzentrationssensor die Sauerstoffkonzentration stromabwärts des Dreiwegekatalysators tatsächlich abgefallen ist, wird die Anreicherungskorrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses beendet, so dass der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand des Abgases kontinuierlich geeignet angereichert werden kann, bis tatsächlich kein Sauerstoff mehr von dem Dreiwegekatalysator abgegeben wird, wodurch es ermöglicht wird, die Abgabe und Reduktionsreinigung des NOx im stromabwärtigen Katalysator geeignet zu fördern.
Bei dem Abgasreinigungssystem gemäß dem achten oder neunten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, wenn ein Dreiwegekatalysator und ein NOx-Katalysator in dieser Folge von der stromaufwärtigen Seite im Auslasskanal eines Motors angeordnet sind, kann, wenn der Motor von einem Betriebszustand mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einen Betriebszustand mit im Wesentlichen dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis übergegangen ist, eine ausreichende Abgasreinigungsleistung mit den beiden Katalysatoren erreicht werden, während eine durch die Abgabe von Sauerstoff von den beiden Katalysatoren verursachte Beeinträchtigung des Abgaszustands verhindert wird, wie bei dem zweiten und dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung.
Gemäß dem zehnten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann neben den Wirkungen des achten und neunten Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand des Abgases kontinuierlich geeignet angereichert werden, bis tatsächlich kein Sauerstoff mehr vom Dreiwegekatalysator abgegeben wird, so dass die Abgabe und Reduktionsreinigung des NOx mit dem NOx-Katalysator angemessen gefördert werden kann, wie beim siebten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung.
Des Weiteren enthält das Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß dem elften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung einen Katalysator mit einer Dreiwegereinigungsfunktion in der Nähe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, und unter Normalbedingungen wird der Motor zwischen einem Betriebszustand mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem Betriebszustand mit im Wesentlichen dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder reicher als dieses geschaltet, während, wenn der Betrieb mit dem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter einem vorbestimmten Zustand nicht durchgeführt wird, der Steuersollwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses unter Normalbedingungen, wenn der Motor in der Nähe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses betrieben wird, auf einen Wert eingestellt wird, der im Verhältnis reicher ist als unter den vorbestimmten Bedingungen, so dass der von dem Katalysator abgegebene Sauerstoff in dieser Situation in genau der richtigen Menge mit dem HC und CO im Abgas reagiert wird und eine durch die Abgabe von Sauerstoff vom Katalysator verursachte vorübergehende Beeinträchtigung des Abgaszustands verhindert werden kann, während bei Betrachtung aller Betriebsbereiche eine Beeinträchtigung des Gesamtkraftstoffverbrauchs vermieden wird.
Gemäß dem zwölften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird in einem noch nicht warmgelaufenen Zustand das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer unabhängig vom Betriebszustand des Motors zu einem Zustand mit im Wesentlichen dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder reicher als dieses gesteuert, wodurch Verbrennungsstabilität des Motors gewährleistet wird.
Gemäß dem dreizehnten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird, wenn der Katalysator noch nicht aktiviert, ist der Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung magerer eingestellt als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wodurch die Erwärmung des Katalysators gefördert wird.
Gemäß dem vierzehnten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann eine geeignete Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung mit dem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel selbst dann durchgeführt werden, wenn ein Sensor, Stellglied oder dergleichen fehlerhaft ist und die Steuerung nicht ordnungsgemäß mit dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel durchgeführt werden kann.
Gemäß dem fünfzehnten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann eine hohe Abgasreinigungsleistung des Katalysators zuverlässig gewährleistet werden, während Verbrennungsstabilität des Motors gewährleistet wird, selbst wenn sich der Motor noch nicht in einem warmgelaufenen Zustand befindet oder ein Sensor oder dergleichen fehlerhaft ist.
Gemäß dem sechzehnten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann durch Anordnen eines Dreiwegekatalysators im Auslasskanal des Motors und Anordnen eines NOx-Katalysators stromabwärts davon unabhängig von dem Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand des Abgases eine hohe Abgasreinigungsleistung erreicht werden. Andererseits kann in diesem Fall, wenn der Motor von einem Betriebszustand mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem Betriebszustand nahe dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis geschaltet wird, der von dem stromaufwärtigen Dreiwegekatalysator abgegebene Sauerstoff zu einer nachteiligen Wirkung auf die Abgabe und Reduktionsreinigung des NOx vom stromabwärtigen Katalysator führen, so dass es von großem Vorteil ist, dass der Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung nahe dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend reicher eingestellt ist, so wie beim ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, wodurch der Einfluss der Sauerstoffabgabe aufgehoben wird.
Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann beim Lesen und Verstehen der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt die Gesamtkonfiguration eines Abgasreinigungssystems für einen Motor gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt die Ausgabekennwerte eines Sauerstoffkonzentrationssensors als Funktion einer Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältniszustands des Abgases.
3 zeigt ein Beispiel einer Steuerkennfeldeinstellung der Verbrennungsbereiche nach dem Warmlaufen des Motors.
4 zeigt schematisch Formen von Kraftstoffeinspritzung mit der Einspritzdüse.
5 ist ein Schema, das die Änderungen der Ausgabe des Sauerstoffsensors mit Änderungen des auf Grundlage dieser Ausgabe berechneten Rückkopplungskorrekturwerts der Kraftstoffeinspritzmenge während Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung mit dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis als Sollwert vergleicht.
6 ist eine graphische Darstellung, die die Reinigungseigenschaften von HC, CO und NOx mit dem Dreiwegekatalysator und dem Mager-NOx-Katalysator in Wechselbeziehung mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer des Motors zeigt.
7 ist ein Flussdiagramm, das eine Prozedur zur Korrektur des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit der ECU zeigt.
8 ist ein Schema entsprechend 5, wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur reicheren Seite korrigiert ist.
9 ist ein Zeitdiagramm, das die Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältniszustands des Abgases zeigt, wenn der Motor von dem Schichtverbrennungsbereich zum warmen λ = 1-Bereich übergegangen ist.
10 ist ein Schema entsprechend 7 gemäß Ausführungsform 2.
11 ist ein Zeitdiagramm, das die Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältniszustands des Abgases zeigt, wenn der Motor von dem Schichtverbrennungsbereich in den warmen λ = 1-Bereich übergegangen ist, im Vergleich zur Änderung der Ausgaben von dem ersten und dem zweiten Sauerstoffkonzentrationssensor.
12 ist ein Schema entsprechend 1 gemäß Ausführungsform 3.
13 ist ein Schema entsprechend 3, wenn der Motor noch nicht warmgelaufen ist.
14 ist ein Flussdiagramm, das eine Prozedur zur Auswahl des Betriebsmodus mit der ECU darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es folgt eine Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Ausführungsform 1
1 zeigt ein Abgasreinigungssystem A für einen Motor gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Die Zahl 1 bezeichnet einen in einem Fahrzeug installierten Mehrzylindermotor. Der Motor 1 enthält einen Zylinderblock 3, der mit mehreren in Reihe angeordneten Zylindern 2 versehen ist (von denen in 1 nur einer gezeigt ist) und einen über dem Zylinderblock 3 angeordneten Zylinderkopf 4. Ein Kolben 5 ist in jedem Zylinder 2 angeordnet und kann sich in 2 vertikal nach oben und nach unten bewegen. Die Oberseite des Kolbens 5 und die Unterseite 4 des Zylinderkopfs 4 definieren eine Brennkammer 6 innerhalb des Zylinders 2. Andererseits ist unter dem Kolben 5 im Zylinderblock 3 eine Kurbelwelle 7 drehbar gestützt, und die Kurbelwelle 7 und der Kolben 5 sind mit einer Verbindungsstange miteinander wirkverbunden. Des Weiteren ist auf einer Seite der Kurbelwelle 7 ein elektromagnetischer Kurbelwinkelsensor 8 zur Erfassung des Drehwinkels der Kurbelwelle vorgesehen, und ein Wassertemperatursensor 9 zur Erfassung der Kühlwassertemperatur (Motorkühlwassertemperatur) ist so vorgesehen, dass er in einen Wassermantel im Zylinderblock 3 ragt.
Innerhalb des Zylinderkopfs 4 über der Brennkammer 6 jedes der Zylinder 2 ist am oberen Teil der Brennkammer 6 eine mit einem Zündkreis 10 verbundene Zündkerze 11 vorgesehen, während eine Einspritzdüse 12 an einem Umfangsteil der Brennkammer 6 angeordnet ist, um Kraftstoff direkt einzuspritzen und zuzuführen. Das heißt bei der Brennkammer 6, selbst wenn dies in den Zeichnungen nicht in aller Einzelheit gezeigt wird, handelt es sich um eine so genannte Pultdach-Brennkammer, die somit wie ein Dach geformt ist, bei dem zwei schräge Wände des Deckenteils aneinander gestützt werden, und diese schrägen Wände sind jeweils mit zwei Einlass- und zwei Auslasskanälen 13 und 14 sowie einem Einlass- und einem Auslassventil 15 versehen, die zum Öffnen und Schließen der Öffnungen der Einlass- und Auslasskanäle 13 und 14 vorgesehen sind.
Die Einspritzdüse 12 ist unter den beiden Einlasskanälen 13 angeordnet, so dass sie zwischen den zwei Einlasskanälen 13 liegt. Das Vorderendeneinspritzloch der Einspritzdüse 12 ist entlang dem Umfang der Brennkammer 6 in der Nähe des Schirmteils der beiden Einlassventile 15 angeordnet und spritzt Kraftstoff von der Seite in die Einspritzkammer 6. Andererseits ist die Einspritzdüse 12 über einen Kraftstoffzufuhrkanal 17, der von allen Zylindern geteilt wird, mit einer Hochdruckkraftstoffpumpe 18 verbunden, und Kraftstoff wird mit der Hochdruckkraftstoffpumpe 18 und einem (in den Zeichnungen nicht gezeigten) Hochdruckregler der Einspritzdüse 12 zugeführt, während der Kraftstoff auf einen geeigneten Druck eingestellt wird. Des Weiteren ist der Kraftstoffzufuhrkanal 17 mit einem Kraftstoffdrucksensor 19 zur Erfassung des Drucks des Kraftstoffs innen (das heißt des Kraftstoffdrucks) versehen.
Wenn Kraftstoff während des Verdichtungshubs des Zylinders 2 durch die Einspritzdüse 12 eingespritzt wird, bewegt sich der Kraftstoffstrahl dann entlang einem an der Oberseite des Kolbens 5 ausgebildeten ovalen Hohlraum und bildet eine Schicht aus relativ dichtem Gasgemisch in der Nähe der Zündkerze 11. Andererseits wird, wenn Kraftstoff während des Ansaughubs des Zylinders 2 durch die Einspritzdüse 12 eingespritzt wird, der Kraftstoffstrahl in der ganzen Brennkammer 6 verteilt und ausreichend mit der Ansaugluft vermischt, wodurch sich bei der Zündung ein im Wesentlichen homogenes Gasgemisch bildet.
Wie in 1 gezeigt, ist ein Ansaugkanal 20 mit einer Seitenwand des Motors 1 (der linken Seitenwand in 1) verbunden, so dass er mit der Einlassöffnung 13 in Verbindung steht. Dieser Ansaugkanal 20 führt der Brennkammer 6 des Motors 1 Ansaugluft zu, die mit einem (in den Zeichnungen nicht gezeigten) Luftreiniger gefiltert worden ist, und ist von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite in dieser Folge mit einem Heißdrahtluftstromsensor 21, der die in den Motor 1 gesaugte Luftmenge erfasst, einem aus einem den Ansaugkanal 20 begrenzenden Klappenventil bestehenden Drosselventil 22 und einem Ausgleichbehälter 23 versehen. Das Drosselventil 22 wird elektrisch betätigt, ohne mechanische Kopplung an das Fahrpedal (das in den Zeichnungen nicht gezeigt ist), und wird durch Drehen der Ventilachse mit einem Elektromotor geöffnet oder geschlossen. Weiterhin sind ein Drosselöffnungsgradsensor 24 zur Erfassung des Öffnungsgrads des Drosselventils 22 und ein Ansaugluftdrucksensor 25 zur Erfassung des Ansaugluftdrucks stromabwärts des Drosselventils 22 vorgesehen.
Der Ansaugkanal 20, der sich auf der stromabwärtigen Seite des Ausgleichbehälters 23 befindet, bildet einzelne Kanäle, die sich zu jedem Zylinder 2 verzweigen, und die einzelnen Kanäle sind an ihren stromabwärtigen Enden wiederum in zwei verzweigt und mit entsprechenden Einlasskanälen 13 verbunden. Ein Wirbelsteuerventil 26 ist mit einem der beiden Abzweigungsarme verbunden. Wenn das Wirbelsteuerventil 26 geschlossen ist, strömt fast die gesamte Ansaugluft nur von dem anderen Abzweigungsarm in die Brennkammer 6, wodurch in der Brennkammer 6 ein starker Wirbel gebildet wird. Wenn andererseits das Wirbelsteuerventil 26 geöffnet ist, wird Ansaugluft von beiden Abzweigungsarmen angesaugt, und die Kaskadenkomponente der Ansaugluft wird verstärkt, während die Wirbelkomponente geschwächt wird.
Die andere Seitenwand des Motors 1 (das heißt die rechte Seitenwand in 1) ist mit einem Abführkanal 28 verbunden, der verbranntes Gas aus der Brennkammer 6 abführt. Das stromaufwärtige Ende des Abführkanals 28 besteht aus einem Abgaskrümmer 29, der zu jedem der Zylinder 2 abzweigt und mit den Auslasskanälen 14 verbunden ist, und ein erster Sauerstoffkonzentrationssensor 30 (Erfassungsmittel), der die Sauerstoffkonzentration im Abgas erfasst, ist am Verbindungsteil des Abgaskrümmers 29 angeordnet. Der erste Sauerstoffkonzentrationssensor 30 besteht aus einem so genannten λO₂-Sensor, dessen Ausgabe stufenweise mit dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis als Schwelle invertiert. Wie in einem Beispiel in 2 gezeigt, nimmt seine Ausgabe E (elektromotorische Kraft) den Bezugswert E1 an, wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen entspricht. Niedrigere Sauerstoffkonzentrationen zeigen einen reichen Zustand an, in dem die Ausgabe scharf zunimmt, während höhere Sauerstoffkonzentrationen einen mageren Zustand anzeigen, in dem die Ausgabe scharf abnimmt.
Der Verbindungsteil des Abgaskrümmers 29 ist mit dem stromaufwärtigen Ende eines Abgasrohrs 31 verbunden, während das stromabwärtige Ende des Abgasrohrs 31 mit einem Dreiwegekatalysator 32 und einem Mager-NOx-Katalysator 33 (NOx-Katalysator) verbunden ist. Ein zweiter Sauerstoffkonzentrationssensor 34, der wie der erste Sauerstoffkonzentrationssensor 30 auch aus einem λO₂-Sensor besteht, ist am Abführkanal 28 zwischen diesen beiden Katalysatoren 32 und 33 vorgesehen. Des Weiteren ist das stromaufwärtige Ende eines AGF-Kanals 35, der einen Teil des den Abführkanal 28 entlang strömenden Abgases wieder zurück in das Einlasssystem zirkuliert, abzweigend mit der stromaufwärtigen Seite des Abgasrohrs 31 verbunden. Die stromabwärtige Seite des AGF-Kanals 35 ist zwischen dem Drosselventil 22 und dem Ausgleichbehälter 23 mit dem Ansaugkanal 20 verbunden, und ein elektrisches AGF-Ventil 36, dessen Öffnungsgrad eingestellt werden kann, ist in der Nähe vorgesehen, wodurch es möglich wird, die Rezirkulationsmenge von Abgas durch den AGF-Kanal einzustellen.
Obgleich in den Zeichnungen nicht in aller Einzelheit gezeigt, weist der Dreiwegekatalysator 32 auf der stromaufwärtigen Seite zwei Katalysatorschichten, nämlich eine innere Katalysatorschicht und eine äußere Katalysatorschicht auf, die an den Wänden einer Wabenstruktur aus Cordierit ausgebildet sind. In der inneren Katalysatorschicht wird ein Edelmetall, wie zum Beispiel Palladium (Pd), mit zum Beispiel Aluminiumoxid oder Ceroxid als Stützmaterial gestützt, während in der äußeren Katalysatorschicht Platin oder Rhodium mit Ceroxid als Stützmaterial gestützt werden. Hier funktioniert das Ceroxid (CeO₂) als ein Sauerstoff aufnehmendes Material, da die Valenz der Cer-Atome (Ce) zwischen drei- und vierwertig variiert, so dass sich das Kristallgitter ändert, und demgemäß wird Sauerstoff aufgenommen oder abgegeben. Herkömmlicherweise ist die Verwendung von Ceroxid weit verbreitet, da es die Schwankungen der Sauerstoffkonzentration des Abgases abschwächt und den Betrieb des Katalysators verbessert.
Der Mager-NOx-Katalysator 33 auf der stromabwärtigen Seite ist von der NOx absorbierenden/reinigenden Art und absorbiert NOx im Abgas in einer sauerstoffreichen Atmosphäre, in der die Sauerstoffkonzentration im Abgas hoch ist (zum Beispiel bei einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 4%), während das absorbierte NOx bei einer Sauerstoffkonzentration von zum Beispiel unter 1 bis 2% abgegeben wird und Reduktionsreinigung durchgeführt wird. Weiterhin weist der Katalysator 33, wie der Dreiwegekatalysator 32, eine zweischichtige Struktur auf, und in der inneren Katalysatorschicht werden Platin und Barium, wobei es sich um ein NOx-Absorptionsmaterial handelt, mit Aluminiumoxid und Ceroxid als Stützmaterial gestützt, während in der äußeren Katalysatorschicht Platin, Rhodium und Barium mit Zeolith als Stützmaterial gestützt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass es auch möglich ist, Natrium, Kalium, Strontium oder Calcium oder dergleichen statt Barium zu verwenden, und es ist auch möglich, zwei oder drei davon zu kombinieren.
Bei der oben beschriebenen Konfiguration der beiden Katalysatoren 32 und 33 führen, wenn der Motor 1 in der Nähe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses betrieben wird, die beiden Katalysatoren 32 und 33 ihre Dreiwegereinigungsfunktion aus und reinigen das Abgas durch Reagieren des HC, CO und NOx im Abgas, während bei Betrieb des Motors 1 mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis (in einem Zustand von Schichtverbrennung, wie unten erläutert) die beiden Katalysatoren 32 und 33 das Abgas durch Reagieren des HC und des CO im Abgas reinigen und das NOx aus dem Abgas beseitigen, indem sie es absorbieren.
Der Zündkreis 10, die Einspritzdüse 12, der Motor des Drosselventils 22, das Stellglied des Wirbelsteuerventils 22 und das Stellglied des AGF-Ventils 36 werden durch eine (im Folgenden als „ECU" bezeichnete) Steuereinheit 40 betätigt/gesteuert. Andererseits werden neben den Ausgangssignalen eines Fahrpedalöffnungsgradsensors 37, der den Öffnungsgrad des Fahrpedals erfasst, eines (in den Zeichnungen nicht gezeigten) Ansauglufttemperatursensors, der die Temperatur der Ansaugluft erfasst, und eines (in den Zeichnungen nicht gezeigten) Atmosphärendrucksensors, der den Atmosphärendruck erfasst, zumindest die verschiedenen Ausgangssignale von dem Kurbelwinkelsensor 8, dem Wassertemperatursensor 9, dem Luftstromsensor 21, dem Drosselöffnungsgradsensor 24, dem Ansaugluftdrucksensor 25 und den Sauerstoffkonzentrationssensoren 30 und 33 in die ECU 40 eingegeben.
Darstellung der Motorsteuerung
Als mit der Motorleistung in Verbindung stehende Steuerparameter steuert die ECU 40 die Kraftstoffeinspritzmenge und die Einspritzzeitpunkteinstellung der Einspritzdüse 12, die angesaugte Luftmenge, die mit dem Drosselventil 22 eingestellt wird, die Ansaugluftwirbelstärke, die mit dem Wirbelsteuerventil 26 eingestellt wird, das Rezirkulationsverhältnis des Abgases, das mit dem AGF-Ventil 36 eingestellt wird, gemäß dem Betriebszustand des Motors 1. Nach dem Warmlaufen des Motors 1 wird die Form, in der Kraftstoff mit der Einspritzdüse 12 eingespritzt wird, gemäß dem Betriebszustand umgeschaltet, und der Motor 1 wird entweder im Schichtverbrennungszustand oder im Zustand homogener Verbrennung betrieben.
Insbesondere wird, wie in 3 gezeigt, bei der es sich um ein Beispiel für ein Steuerkennfeld nach dem Warmlaufen des Motors handelt, im gesamten Betriebsbereich des Motors 1, wie durch die Motorlast und die Motordrehzahl definiert, ein vorbestimmter Betriebsbereich (I) mit geringer Drehzahl und geringer Last als der Schichtverbrennungsbereich genommen. Das heißt es wird als Motorlast zum Beispiel der mittlere Arbeitsdruck verwendet, der aus der Ausgabe des Luftstromsensors 21 und der Motordrehzahl bestimmt wird, wenn sich der Motor im Lastzustand bis zu ca. der Hälfte der gesamten Last befindet, und wenn die Motordrehzahl nicht mehr als ca. die Hälfte der zulässigen Höchstdrehzahl beträgt, dann wird der Motor 1 als sich im Schichtverbrennungszustand (I) befindend bestimmt.
Wie in 4A schematisch gezeigt, wird dann in diesem Schichtverbrennungsbereich (I) von der Mitte des Verdichtungshubs des Zylinders 2 an, das heißt im Kurbelwinkelintervall VOT 120°KW bis VOT 35°KW, wie durch die Pfeile in 4A angezeigt, ein Kraftstoffschuss durch die Einspritzdüse 12 eingespritzt, und das Gasgemisch wird kollektiv in einem Schichtzustand bestehend in der Nähe der Zündkerze 11 verbrannt. Es sei darauf hingewiesen, dass es auch möglich ist, einen Teil des Kraftstoffs während des Ansaug- oder des Verdichtungshubs vor dem Kurbelwinkelintervall einzuspritzen, wie in 4A in Durchsicht gezeigt.
Die Betriebsbereiche (II) und (III) auf der Seite hoher Drehzahlen und/oder Lasten in 3 sind beide Bereiche mit homogener Verbrennung, und wie in den 4B und 4C gezeigt, spritzt die Einspritzdüse 12 Kraftstoff beim Ansaughub des Zylinders 2 ein, so dass die Ansaugluft mit Kraftstofftröpfchen ausreichend vermischt wird, und Verbrennung findet statt, nachdem ein homogenes Gasgemisch in der Brennkammer 6 gebildet worden ist. Insbesondere erfährt die Kraftstoffeinspritzmenge in dem warmen λ = 1-Bereich (II) (dem voreingestellten Betriebsbereich) neben der Seite des Schichtverbrennungsbereichs (I) mit hoher Last und/oder hoher Drehzahl eine Rückkopplungskorrektur, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gasgemisches ungefähr das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F 14,7) wird, wie weiter unten ausführlicher erläutert, und in dem Bereich (III) mit höherer Drehzahl und/oder höheren Lasten wird die Kraftstoffeinspritzmenge sogar noch stärker erhöht, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf zum Beispiel ca. A/F = 12–13 eingestellt wird, und eine große Leistung entsprechend der hohen Last wird erreicht (im Folgenden wird dies auch als „warmer angereicherter Bereich" bezeichnet).
Andererseits wird zur Steuerung des Drosselventils 22 der Drosselöffnungsgrad so eingestellt, dass die erwünschten Drehmomentkennwerte erreicht werden, was in erster Linie auf dem Fahrpedalöffnungsgrad und der Motordrehzahl basiert. Insbesondere wird im Schichtverbrennungsbereich (I) das Drosselventil 22 relativ weit geöffnet, um Pumpverluste im Motor 1 zu reduzieren, und zu diesem Zeitpunkt nimmt das mittlere Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 6 einen sehr mageren Zustand von A/F = 30 bis 140 an. Des Weiteren ist in den Bereichen (II) und (III) der Zustände homogener Verbrennung der Öffnungsgrad des Drosselventils 22 relativ gering.
Des Weiteren basiert auch die Steuerung des Wirbelsteuerventils 26 in erster Linie auf dem Fahrpedalöffnungsgrad und der Motordrehzahl, und wenn der Motor 1 im Schichtverbrennungszustand betrieben wird, ist der Öffnungsgrad des Wirbelsteuerventils 26 relativ gering eingestellt, und durch Schaffen eines starken Wirbelstroms in der Brennkammer 6 wird das Gasgemisch um die Elektroden der Zündkerze 11 herum geeignet geschichtet, während die Vergasung/Zerstäubung des Kraftstoffs, der beim Verdichtungshub des Zylinders 2 eingespritzt worden war, verbessert wird. Wenn der Motor 1 andererseits im Zustand homogener Verbrennung betrieben wird, wird das Wirbelsteuerventil 26 im Wesentlichen vollständig geöffnet, und der beim Ansaughub des Zylinders 2 eingespritzte Kraftstoff wird durch einen starken kaskadenartigen Strom dispergiert, wodurch er ausreichend mit der Ansaugluft vermischt wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass das AGF-Ventil 36 im schraffierten Bereich im Steuerkennfeld von 3 geöffnet ist und dass ein Teil des Abgases durch den AGF-Weg 35 zum Ansaugkanal 20 rezirkuliert wird, und mit dieser Rezirkulation des Abgases kann der Erzeugung von NOx entgegengewirkt werden.
Wenn sich der Motor 1 in einem Zustand ohne oder mit negativer Last befindet, das heißt, wenn das Fahrzeug zum Beispiel beginnt, langsamer zu fahren, und wenn die Motordrehzahl höher ist als eine vorbestimmte Drehzahl, bei der Kraftstoffabsperrsteuerung beginnt, wird darüber hinaus die Motordrehzahl abgesenkt, und bis sie eine vorbestimmte Rückstelldrehzahl erreicht, wird Kraftstoffabsperrsteuerung durchgeführt, bei der das Einspritzen von Kraftstoff mit der Einspritzdüse 12 jedes Zylinders 2 vorübergehend unterbrochen wird.
Darüber hinaus wird der Motor 1 in einem Zustand vor dem Warmlaufen des Fahrzeugs, in dem Vergasung/Zerstäubung des Kraftstoffs schwierig ist, in allen Betriebsbereichen im Zustand homogener Verbrennung betrieben, um eine stabile Verbrennung zu gewährleisten.
Die Betriebssteuerung für sowohl die Einspritzdüse 12 als auch das Drosselventil 22 wird in einer Zentraleinheit CPU (central processing unit) mit einem Steuerprogramm durchgeführt und realisiert, das in einem ROM der ECU 40 elektronisch gespeichert ist. Das heißt die Steuerprozedur der Einspritzdüse 12 und des Drosselventils 22 nach dem Warmlaufen des Motors wie oben beschrieben bildet durch Software ein erstes Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel 40a, das das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 6 des Motors 1 so schaltet, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 6 magerer wird als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn sich der Motor 1 in dem Schichtverbrennungsbereich (I) bei geringer Drehzahl und geringer Last befindet, oder so, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird, wenn sich der Motor im warmen λ = 1-Bereich (II) neben dem Schichtverbrennungsbereich (I) auf der Seite hoher Drehzahl und/oder Last befindet.
Wenn sich der Motor 1 im warmen λ = 1-Bereich (II) befindet, dann wird das Kraftstoff/Luft-Verhältnis in der Brennkammer 6 auf Grundlage des Signals vom ersten Sauerstoffkonzentrationssensor 30 durch das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel 40a so rückkopplungsgeregelt, dass es im Wesentlichen das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird.
Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge
Insbesondere berechnet die ECU 40 die Kraftstoffsolleinspritzmenge, indem sie mit verschiedenen Korrekturfaktoren eine Grundkraftstoffsolleinspritzmenge korrigiert, die gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 bestimmt wird, um die optimale Kraftstoffeinspritzmenge zu bestimmen. Das heißt, wenn sich der Motor 1 im Schichtverbrennungsbereich (I) befindet, wird aus einem im Speicher der ECU 40 gespeicherten Kennfeld auf Grundlage der Last am Motor 1 und der aus dem Fahrpedalöffnungsgrad oder dergleichen ermittelten Motordrehzahl eine Grundkraftstoffsolleinspritzmenge abgelesen.
Wenn sich der Motor 1 im Bereich (II) oder Bereich (III) des Zustands homogener Verbrennung befindet, wird des Weiteren die Grundkraftstoffsolleinspritzmenge auf Grundlage des von der Ausgabe des Luftstromsensors 21 und der Motordrehzahl ermittelten Ladewirkungsgrads berechnet, so dass sie zum Beispiel dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen entspricht, wenn sich der Motor im warmen λ = 1-Bereich (II) befindet. Dann wird auf Grundlage der Grundkraftstoffsolleinspritzmenge Qb mit folgender Gleichung die Endkraftstoffsolleinspritzmenge Q berechnet: Q = Qb × cdpf × (1 + cfb + ctotal)
In dieser Gleichung handelt es sich bei dem zweiten Term auf der rechten Seite "cdpf" um einen Korrekturfaktor, der dem Kraftstoffdruck und dem Druck im Zylinder entspricht. Des Weiteren handelt es sich bei „cfb" im dritten Term rechts um einen Rückkopplungskorrekturterm, der der Ausgabe vom ersten Sauerstoffkonzentrationssensor 30 entspricht, und „ctotal", auch im rechten Term rechts, ist ein Korrekturwert, der zum Beispiel den Betriebsbedingungen der Motorkühlwassertemperatur entspricht. Der Rückkopplungskorrekturwert "cfb" ist Null (cfb = 0), wenn sich der Motor 1 in dem Schichtverbrennungsbereich (I) oder dem warmen angereicherten Bereich (III) befindet, und die Kraftstoffeinspritzmenge wird durch Vorwärtsregelung gesteuert. Wenn sich der Motor andererseits im warmen λ = 1-Bereich (II) befindet, wird der Rückkopplungskorrekturwert „cfb" bei jedem Steuerzyklus gemäß der Ausgabe des ersten Sauerstoffkonzentrationssensors 30 aktualisiert, und somit wird die mit der Einspritzdüse 12 eingespritzte Kraftstoffmenge erhöht oder verringert. Somit ändert sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 6 regelmäßig zwischen mager und reich und zentriert sich dabei um den Sollwert in der Nähe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses.
Wie in 5 schematisch gezeigt, werden, wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas gering ist und sich der Ausgabewert E des ersten Sauerstoffkonzentrationssensors 30 auf der reichen Seite befindet und größer ist als ein Bezugswert E1, im Einzelnen bei jedem Steuerzyklus ein Proportionalitätskoeffizient P und ein Integralkoeffizient I von dem Rückkopplungskorrekturwert „cfb" abgezogen, wodurch die mit der Einspritzdüse 12 eingespritzte Kraftstoffmenge zur niedrigeren Seite korrigiert wird. Wenn andererseits die Sauerstoffkonzentration im Abgas hoch ist und sich der Ausgabewert E vom ersten Sauerstoffkonzentrationssensor 30 auf der mageren Seite befindet und kleiner ist als ein Bezugswert E1, dann werden der Proportionalitätskoeffizient P oder der Integralkoeffizient I dem Rückkopplungskorrekturwert „cfb" hinzuaddiert, wodurch die eingespritzte Kraftstoffmenge zur höheren Seite korrigiert wird.
Wenn die Ausgabe des ersten Sauerstoffkonzentrationssensors 30 von der mageren Seite zur reichen Seite invertiert, oder wenn sie von der reichen Seite zur mageren Seite invertiert, wie oben beschrieben, werden bezüglich der Inversion des Hinzuaddierens oder Subtrahierens von dem Rückkopplungskorrekturwert „cfb" getrennte Verzögerungszeiten TLR und TRL eingestellt.
Wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in einem vorbestimmten Luft/Kraftstoff-Verhältnisbereich nahe dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis befindet, wie in 6 durch die durchgezogene Linie angedeutet, dann führen der Dreiwegekatalysator 32 und der Mager-NOx-Katalysator 33 im Allgemeinen gleichzeitig und sehr effektiv eine so genannte Dreiwegereinigungsfunktion des Ausspülens von HC, CO und NOx aus dem Abgas durch. Wenn sich der Motor 1 in einem regelmäßigen Zustand im warmen λ = 1-Bereich (II) befindet, werden folglich der Praportionalitätskoeffizient P, der Integralkoeffizient I und die Verzögerungszeiten TLR und TRL wie geeignet gewählt, und es wird bewirkt, dass sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 6 regelmäßig von der reichen Seite zur mageren Seite um das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Mitte herum ändert, wie in 5 gezeigt. Das heißt, der Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung wird das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und HC, CO und NOx im Abgas werden fast vollständig ausgespült.
Wie oben erwähnt, enthalten die Katalysatoren 32 und 33 dieser Ausführungsform Ceroxid, bei dem es sich um ein Sauerstoff aufnehmendes Material handelt, und wenn sich der Motor 1 im Schichtverbrennungsbereich (I) mit geringer Drehzahl und geringer Last befindet, wird der Sauerstoff im Abgas durch das Ceroxid aufgenommen, wodurch die Menge an absorbiertem Sauerstoff erhöht wird. Wenn der Motor 1 zum warmen λ = 1-Bereich (II) oder zum warmen angereicherten Bereich (III) übergegangen ist, dann gibt das Ceroxid in den Katalysatoren 32 und 33 den aufgenommenen Sauerstoff ab.
Unmittelbar nach Übergang des Motors 1 vom Schichtverbrennungsbereich (I) zum warmen λ = 1-Bereich (II) wird somit, selbst wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 6 auf das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis gesteuert ist, die Umgebung der Katalysatoren 32 und 33 aufgrund des von dem Ceroxid abgegebenen Sauerstoffs lokal magerer als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und es besteht die Gefahr, dass die Dreiwegereinigungsfunktion der Katalysatoren 32 und 33 beeinträchtigt wird.
Insbesondere wenn der Dreiwegekatalysator 32 und der Mager-NOx-Katalysator 33 in dieser Folge von der stromaufwärtigen Seite des Abführkanals 28 angeordnet sind, wie bei dieser Ausführungsform, dann reagiert der von dem Dreiwegekatalysator 32 auf der stromaufwärtigen Seite abgegebene Sauerstoff mit dem HC und CO im Abgas, so dass dem Mager-NOx-Katalysator 33 auf der stromabwärtigen Seite fast kein HC und CO zugeführt wird, und die Abgabe und Reduktionsreinigung von NOx aus dem Mager-NOx-Katalysator 33 auf der stromabwärtigen Seite kann möglicherweise nicht ausreichend gefördert werden.
Mit anderen Worten, wenn der Motor 1 vom Schichtverbrennungsbereich (I) zum warmen λ = 1-Bereich (II) übergegangen ist, dann verschiebt sich unter Berücksichtigung, dass Sauerstoff von den Katalysatoren 32 und 33 abgegeben worden ist, die Beziehung zwischen dem durchschnittlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 6 des Motors 1 und dem Reinigungsverhältnis bezüglich HC, CO usw. nach oben zur reichen Seite, wie in 6 durch die gestrichelte Linie gezeigt.
Als ein Merkmal der vorliegenden Erfindung wird deshalb bei dieser Ausführungsform, wenn der Motor 1 von dem Schichtverbrennungsbereich (I) zum warmen λ = 1-Bereich (II) übergegangen ist, der Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung so korrigiert, dass er reicher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, bis eine vorbestimmte Zeitdauer (Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitdauer) abgelaufen ist, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 6 derart gesteuert wird, dass es durchschnittlich etwas reicher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, so dass die lokalen Luft/Kraftstoff-Verhältnisse in der Umgebung der Katalysatoren 32 und 33 in einem geeigneten Zustand gehalten werden können.
Korrektur des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
Es folgt eine Erläuterung der Prozedur zum Korrigieren des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit der ECU 40 unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 7. Zunächst werden in Schritt SA1 nach dem Start die verschiedenen Sensorsignale von dem Kurbelwinkelsensor 8, dem Wassertemperatursensor 9, dem Luftstromsensor 21, dem Fahrpedalöffnungsgradsensor 37 usw. eingegeben, und verschiedene Arten von Daten werden aus dem Speicher der ECU 40 abgerufen.
Anschließend wird in Schritt SA2 auf Grundlage des Lastzustands und der Drehzahl des Motors 1 ermittelt, ob sich der Motor 1 im Schichtverbrennungsbereich (I) oder bei Ausführung der Kraftstoffabsperrsteuerung befindet. Wenn sich der Motor 1 im Schichtverbrennungsbereich (I) oder bei Ausführung der Kraftstoffabsperrsteuerung befindet, dann lautet das Ergebnis der Entscheidung „JA", und die Prozedur rückt zu Schritt SA3 vor, während andernfalls das Ergebnis der Entscheidung „NEIN" lautet und sich die Prozedur zu Schritt SA4 bewegt.
Anschließend, wenn sich der Motor 1 im Schichtverbrennungsbereich (I) oder bei Ausführung der Kraftstoffabsperrsteuerung befindet, wird in Schritt SA3 die durch den Dreiwegekatalysator 32 oder den Mager-NOx-Katalysator 33 aufgenommene Sauerstoffmenge geschätzt/berechnet, wonach die Prozedur zurückkehrt. Für diese Schätzung/Berechnung wird die in einem Verbrennungszyklus aufgenommene Sauerstoffmenge auf Grundlage der in jedem Verbrennungszyklus des Motors 1 angesaugten Luftmenge sowie des Zustands des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in der Brennkammer 6 und der Sauerstoffabsorptionsleistung des Katalysators zu diesem Zeitpunkt bestimmt, und die aktuelle Menge an absorbiertem Sauerstoff wird durch Hinzufügen dieser für jeden Verbrennungszyklus des Motors 1 bestimmt.
Wenn in Schritt SA2 andererseits ermittelt worden ist, dass sich der Motor 1 nicht im Schichtverbrennungsbereich (I) oder bei der Ausführung der Kraftstoffabsperrsteuerung befindet und die Prozedur zu Schritt SA4 vorgerückt ist, dann wird ermittelt, ob der Motor 1 gerade von dem Schichtverbrennungsbereich (I) zum warmen λ = 1-Bereich (II) übergegangen ist. Wenn das Ergebnis dieser Entscheidung NEIN lautet, dann rückt die Prozedur zu Schritt SA7 vor, und wenn das Ergebnis dieser Entscheidung JA lautet, dann rückt die Prozedur zu Schritt SA5 vor, und gemäß der Sauerstoffaufnahmemenge des Katalysators nach der Schätzung in Schritt SA3 wird eine Dauer zur Korrektur des Sollwerts der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung zu einem reicheren Zustand als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das heißt die der Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturdauer entsprechende Zeitdauer, mit einem Zeitmess-Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitgeber eingestellt.
Dann wird in Schritt SA6 das Rückkopplungskonstantenkennnfeld zur Anreicherungskorrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gewählt, und die Prozedur kehrt dann zurück. Das Rückkopplungskonstantenkennnfeld stellt zum Beispiel den Proportionalkoeffizienten P und den Integralkoeffizienten I auf Werte ein, die während der mageren Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses höher sind als die reiche Seite, oder stellt den Verzögerungszeitgeber TLR auf einen Wert ein, der größer ist als TRL, so dass der Mittenwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, der sich aufgrund der Rückkopplungsregelung regelmäßig ändert, reicher wird als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
Wenn der Motor 1 durch Wählen des Rückkopplungskonstantenkennnfelds während der Anreicherungskorrektur auf diese Weise vom Schichtverbrennungsbereich (II) zum warmen λ = 1-Bereich (II) übergegangen ist, beginnt die Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, und, wie zum Beispiel in 8 gezeigt, ändert sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 6 regelmäßig, mit einem Sollwert (zum Beispiel A/F = ca. 14,4) in der Mitte, der etwas reicher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Der Sollwert A/F des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dieser Situation sollte auf den Bereich 14,0 ≦ A/F < 14,7 eingestellt sein.
Wenn andererseits in Schritt SA4 ermittelt worden ist, dass der Motor 1 nicht vom Schichtverbrennungsbereich (I) zum warmen λ = 1-Bereich (II) übergegangen ist und das Ergebnis NEIN lautet und die Prozedur zu Schritt SA7 vorgerückt ist, dann wird in Schritt SA7 ermittelt, ob sich der Motor 1 derzeit im warmen λ = 1-Bereich (II) befindet, und wenn das Ergebnis dieser Entscheidung NEIN lautet, dann bedeutet dies, dass sich der Motor 1 im warmen angereicherten Bereich (III) befindet, so dass die Prozedur zurückkehrt. Wenn das Ergebnis der Entscheidung JA lautet und sich der Motor 1 im warmen λ = 1-Bereich (II) befindet, dann wird im folgenden Schritt SA8 ermittelt, ob der oben erwähnte Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitgeber eingestellt worden ist.
Wenn die Entscheidung JA lautet und der Zeitgeber eingestellt worden ist, dann rückt die Prozedur zu Schritt SA6 vor, und das Rückkopplungskonstantenkennfeld für die Luft/Kraftstoff-Verhältnisanreicherungskorrektur wird gewählt, während, wenn der Zeitgeber nicht eingestellt worden ist (und die Entscheidung NEIN lautet), die Prozedur zu Schritt SA9 vorrückt, und das normale Rückkopplungskonstantenkennfeld, in dem der Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F = 14,7) ist, gewählt wird, wonach die Prozedur zurückkehrt.
Das heißt, der Motor 1 geht von dem Schichtverbrennungsbereich (I) zum warmen λ = 1-Bereich (II) über, und dann, wenn durch eine Zeitgeberzählung entschieden worden ist, dass die Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitdauer abgelaufen ist, wird die Korrektur zu einem reicheren Luft/Kraftstoff-Verhältnis beendet, und der Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung kehrt zum theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zurück.
Schritt SA3 des Flussdiagramms in 7 umfasst ein Sauerstoffabsorptionsmengenschätzungsmittel 40b zum Schätzen der durch das Ceroxid der Katalysatoren 32 und 33 aufgenommenen Sauerstoffmenge, wenn sich der Motor in dem Schichtverbrennungsbereich (II) befindet. Des Weiteren umfasst Schritt SA5 des Flussdiagramms ein Korrekturzeitdauereinstellmittel 40c zum Modifizieren und Einstellen der Länge der Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitdauer gemäß dem durch das Sauerstoffabsorptionsmengenschätzungsmittel geschätzten Wert.
Des Weiteren umfasst Schritt SA6 des Flussdiagramms ein Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel 40d zur vorübergehenden Korrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in der Brennkammer 6 des Motors 1, so dass es reicher wird als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn der Motor 1 vom Schichtverbrennungsbereich (I) zum warmen λ = 1-Bereich (II) übergegangen ist. Dieses Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel 40d korrigiert den Sollwert A/F der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung mit dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel 40a der ECU 40 auf reicher, von dem Zeitpunkt an, zu dem der Motor zum warmen λ = 1-Bereich (II) übergegangen ist, bis die Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitdauer abgelaufen ist.
Bei dem Abgasreinigungssystem A dieser Ausführungsform wird folglich zunächst der Betriebsbereich (I) mit geringer Drehzahl und geringer Last, in dem der Motor 1 routinemäßig betrieben wird, als Schichtungsverbrennungszustand genommen, und durch Reduzieren von Pumpverlusten oder dergleichen wird der Kraftstoffverbrauch beträchtlich reduziert. In dieser Situation ist das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sehr mager, wie das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Brennkammer 6 vor der Zündung, und das NOx im Abgas wird durch den Mager-NOx-Katalysator 33 absorbiert. Darüber hinaus wird ein Teil des Sauerstoffs im mageren Abgas durch das Ceroxid des Dreiwegekatalysators 32 und den Mager-NOx-Katalysator 33 aufgenommen.
Wenn der Motor 1 vom Schichtverbrennungsbereich (II) zum warmen λ = 1-Bereich (II) übergeht, schaltet als Nächstes der Verbrennungszustand des Motors 1 von der Schichtverbrennung zur homogenen Verbrennung, und, wie in 9 schematisch gezeigt, beginnt die Rückkopplungskorrektur der durch die Einspritzdüse 12 eingespritzten Kraftstoffmenge (t = t1), und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 6 wird regelmäßig um einen Sollwert herum auf reicher und magerer invertiert, der etwas reicher ist (Mitten-A/F 14,4) als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
Somit wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases aus der Brennkammer 6 im Durchschnitt etwas reicher als beim theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis, was bedeutet, dass die Sauerstoffkonzentration niedrig wird und Sauerstoff aus dem Ceroxid in den Katalysatoren 32 und 33 abgegeben wird, aber, wie oben beschrieben, ist der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand des Abgases aus der Brennkammer 6 etwas reicher als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, so dass der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand des Abgases infolgedessen in der Nähe der beiden Katalysatoren 32 und 22 auf einem Wert gehalten wird, der dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen entspricht, und es wird eine stärkere Dreiwegereinigungsfunktion mit den beiden Katalysatoren 32 und 33 erreicht.
In dieser Situation wird der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand des Abgases aus der Brennkammer 6 nicht spitzenförmig angereichert, und der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand des Abgases aus der Brennkammer 6 wird wie angemessen angereichert, um der Sauerstoffabgabe aus dem Ceroxid in den Katalysatoren 32 und 33 zu entsprechen, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird durch Rückkopplungskorrektur mit hoher Präzision gesteuert, so dass zuverlässig verhindert werden kann, dass ein Teil des HC und CO im Abgas durch die Katalysatoren 32 und 33 geblasen und in die Atmosphäre abgegeben wird.
Wie oben erwähnt, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases wie angemessen angereichert, wodurch des Weiteren auch dem Mager-NOx-Katalysator 33 auf der stromabwärtigen Seite eine geeignete Menge HC und CO zugeführt wird, so dass Abgabe und Reduktionsreinigung von NOx vom Katalysator 33 ausreichend gefördert werden kann.
Ausführungsform 2
10 zeigt eine Prozedur zur Korrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einem Abgasreinigungssystem A gemäß einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform 2 wird, wenn der Motor 1 von dem Schichtverbrennungsbereich (I) zum warmen λ = 1-Bereich (II) übergeht, eine Rückkopplungsregelung durchgeführt, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis etwas reicher wird als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und dann, wenn erfasst worden ist, dass die Sauerstoffkonzentration im Abgas stromabwärts des Dreiwegekatalysators 32 tatsächlich abgefallen ist, wird die Anreicherungskorrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses beendet. Es sei darauf hingewiesen, dass die Gesamtkonfiguration des Abgasreinigungssystems A gemäß Ausführungsform 2 die gleiche ist wie die Konfiguration von Ausführungsform 1 (siehe 1), so dass Konstruktionselemente, die denen in Ausführungsform 1 entsprechen, durch die gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet worden sind und ihre weitere Erläuterung weggelassen wurde.
Insbesondere wird in den Schritten SB1 und SB2 des Flussdiagramms in 10 die gleiche Steuerprozedur wie in den Schritten SA1 und SA2 der Ausführungsform 1 durchgeführt, und wenn sich der Motor 1 im Schichtverbrennungsbereich (I) oder bei Ausführung von Kraftstoffabsperrsteuerung befindet, kehrt die Prozedur zurück, während die Prozedur andernfalls zu Schritt SB3 vorrückt. Wenn in Schritt SB3 ermittelt worden ist, dass der Motor 1 gerade vom Schichtverbrennungsbereich (I) zum warmen λ = 1-Bereich (II) übergegangen ist (das heißt JA), dann wird im folgenden Schritt SB4 ein Schaltkennzeichen F eingestellt (F ← 1), und dann wird in Schritt SB5 der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-A/F in der Brennkammer 6 des Zylinders 2 durch Vorwärtsregelung auf A/F = ca. 14,4 gesteuert, wonach die Prozedur zurückkehrt. Das heißt, wenn der Motor 1 von dem Schichtverbrennungsbereich (I) zum warmen λ = 1-Bereich (II) übergegangen ist, dann beginnt eine Anreicherungskorrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses.
Wenn andererseits bei Schritt SB3 ermittelt wird, dass der Motor 1 nicht vom Schichtverbrennungsbereich (I) zum warmen λ = 1-Bereich (II) übergegangen ist (d.h. NEIN), dann rückt die Prozedur zu Schritt SB6 vor, wo ermittelt wird, ob sich der Motor 1 im warmen λ = 1-Bereich (II) befindet, und wenn das Ergebnis dieser Entscheidung NEIN lautet, bedeutet dies, dass sich der Motor im warmen angereicherten Bereich (III) befindet, so dass die Prozedur zurückkehrt. Wenn andererseits das Ergebnis der Entscheidung JA lautet und sich der Motor 1 im warmen λ = 1-Bereich (II) befindet, rückt die Prozedur zu Schritt SB7 vor. In Schritt SB7 wird ermittelt, ob das Schaltkennzeichnen F eingestellt worden ist (F = 1?), und wenn das Ergebnis dieser Entscheidung NEIN lautet, dann rückt die Prozedur zu Schritt SB10 vor, der unten erläutert wird, während, wenn das Ergebnis dieser Entscheidung JA lautet und das Schaltkennzeichen F eingestellt worden ist (F = 1), die Prozedur dann zu Schritt SB8 vorrückt.
Dann wird in Schritt SB8 ermittelt, ob der Ausgabewert E von dem zweiten zweiten Sauerstoffkonzentrationssensor 34 größer gleich dem Bezugswert E1 ist, das heißt, ob die Sensorausgabe von der mageren Seite zur reichen Seite invertiert hat. Wenn das Ergebnis dieser Entscheidung NEIN lautet, und die Ausgabe des zweiten Sauerstoffkonzentrationssensors 34 nicht invertiert hat, dann rückt die Prozedur zu Schritt SB5 vor, wo die Anreicherungskorrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses fortgesetzt wird, während, wenn das Ergebnis der Entscheidung JA lautet und die Ausgabe des. zweiten Sauerstoffkonzentrationssensors 34 invertiert hat, die Prozedur zu Schritt SB9 vorrückt und das Schaltkennzeichen F entfernt wird (F ← 0). Anschließend wird in Schritt SB10 das normale Rückkopplungskonstantenkennfeld, in dem der Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist (A/F = 14,7), gewählt, wonach die Prozedur zurückkehrt.
Bei dieser Steuerung wird, wenn der Motor 1 vom Schichtverbrennungsbereich (I) zum warmen λ = 1-Bereich (II) übergegangen ist (t = t1), der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand des Abgases aus der Brennkammer 6 reicher als in dem Zustand, der dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht, und die Ausgabe vom ersten Sauerstoffkonzentrationssensor 30 invertiert zu reich, wie in 11 schematisch gezeigt. Andererseits wird die Sauerstoffkonzentration des Abgases stromabwärts des Dreiwegekatalysators 32 aufgrund des von dem Ceroxid des Dreiwegekatalysators 32 abgegebenen Sauerstoffs höher und das Abgas wird magerer als in dem Zustand, der dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht, so dass die Ausgabe des zweiten Sauerstoffkonzentrationssensors 34 geringer bleibt als der Bezugswert E1 und nicht invertiert wird.
Wenn die Abgabe von Sauerstoff vom Dreiwegekatalysator 32 beendet ist und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromabwärts des Dreiwegekatalysators 32 reich wird, dann wird die Ausgabe des zweiten Sauerstoffkonzentrationssensors 34 invertiert (t = t2), und auf Grundlage dessen wird die Anreicherungskorrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses beendet.
Schritt SB5 des in 10 gezeigten Flussdiagramms umfasst ein Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel 40d zur vorübergehenden Korrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in der Brennkammer 6 des Motors 1 zu einem Zustand, der reicher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn der Motor 1 vom Schichtverbrennungsbereich (I) zum warmen λ = 1-Bereich (II) übergegangen ist. Dieses Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel 40d ist so konfiguriert, dass es die Korrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses beendet, wenn der Ausgabewert E vom zweiten Sauerstoffkonzentrationssensor 34 größer gleich dem Bezugswert E1 ist, das heißt, wenn der vom zweiten Sauerstoffkonzentrationssensor 34 erfasste Wert der Sauerstoffkonzentration nicht größer als ein voreingestellter Wert in einem Bereich von ca. 0,5% bis ca. 1% ist.
Folglich wird bei dem Abgasreinigungssystem A bei der Ausführungsform 2 wie bei der Ausführungsform 1, wenn der Motor 1 vom Schichtverbrennungsbereich (I) zum warmen λ = 1-Bereich (II) übergegangen ist, eine Anreicherungskorrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 6 des Motors 1 etwas reicher wird als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wodurch der Dreiwegekatalysator 32 und der Mager-NOx-Katalysator 33 eine Dreiwegereinigungsfunktion durchführen und die Abgabe und Reduktionsreinigung von NOx vom Mager-NOx-Katalysator 33 gefördert werden kann, während verhindert wird, dass der Zustand des Abgases vorübergehend beeinträchtigt wird.
Des Weiteren ist ein Sauerstoffkonzentrationssensor 34 im Abführkanal 28 zwischen dem Dreiwegekatalysator 32 und dem Mager-NOx-Katalysator 33 angeordnet, und auf Grundlage der Ausgabe vom Sauerstoffkonzentrationssensor 34 wird die Anreicherungskorrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses fortgeführt, bis die Sauerstoffkonzentration im Abgas geringer ist als ein voreingestellter Wert, so dass, während Sauerstoff vom Dreiwegekatalysator 32 abgegeben wird, der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand des Abgases aus der Brennkammer 6 in einem geeigneten angereicherten Zustand gehalten wird, und die oben genannte Betriebswirkung kann angemessen erreicht werden.
Ausführungsform 3
12 zeigt ein Abgasreinigungssystem A für einen Motor gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. Wie bei den Ausführungsformen 1 und 2 schaltet das System gemäß dieser Ausführungsform 3 die Form, in der Kraftstoff mit der Einspritzdüse 12 eingespritzt wird, gemäß dem Betriebszustand in einem ersten Betriebsmodus, wenn der Motor 1 warmgelaufen ist und sich im Normalzustand befindet, und betreibt den Motor in einem Schichtverbrennungszustand oder in einem Zustand homogener Verbrennung. Als ein zweiter Betriebsmodus unter bestimmten Bedingungen, wie zum Beispiel wenn der Motor noch nicht warmgelaufen ist (das heißt der Motor ist kalt) oder fehlerhaft ist, wird der Motor 1 andererseits immer im Zustand homogener Verbrennung betrieben. Dies bedeutet, dass andere Gesichtspunkte des Abgasreinigungssystems A denen der Ausführungsformen 1 und 2 entsprechen, so dass im Folgenden die gleichen Elemente die gleichen Zahlen erhalten haben und weitere Erläuterungen weggelassen sind. Des Weiteren ist bei dieser Ausführungsform 3 der zweite Sauerstoffkonzentrationssensor 34 weggelassen worden, aber die Erfindung ist nicht auf diese Konfiguration beschränkt.
Insbesondere steuert das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel 40a, das durch Software in der ECU 40 konfiguriert ist, im ersten Betriebsmodus nach dem Warmlaufen des Motors wie bei den Ausführungsformen 1 und 2 die Einspritzdüse 12 und das Drosselventil 22, und es wird ein vorbestimmter Betriebsbereich (I) mit geringen Drehzahlen und geringen Lasten des Motors 1 als der Schichtverbrennungsbereich (I) genommen, während ein daneben liegender Bereich, der aber höhere Lasten und/oder höhere Drehzahlen aufweist, als der warme λ = 1-Bereich (II)(der voreingestellte Betriebsbereich) genommen wird, und ein Bereich (III) mit noch höheren Lasten und/oder höheren Drehzahlen als der warme angereicherte Bereich genommen wird (3). Des Weiteren erfolgt die Steuerung des Wirbelsteuerventils 26 und des AGF-Ventils 36 auf ähnliche Weise wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen.
Andererseits wird, wenn der Motor noch nicht warmgelaufen ist, der zweite Betriebsmodus gewählt. In dieser Situation befindet sich der Motor 1 zur Gewährleistung von Verbrennungsstabilität in einem Zustand, in dem Vergasung/Zerstäubung des Kraftstoffs schwierig ist, für alle Betriebsbereiche in einem Zustand homogener Verbrennung, wie in einem Beispiel in 13 gezeigt. Das heißt, in einem kalten λ = 1-Bereich (IV), der einer Kombination des Schichtverbrennungsbereichs (I) und des warmen λ = 1-Bereichs (II) entspricht, werden das Kraftstoffeinspritzverhältnis und der Drosselöffnungsgrad, wie in 13 gezeigt, so gesteuert, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gasgemisches in der Brennkammer 6 im Wesentlichen das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, genau wie im warmen λ = 1-Bereich (II). Des Weiteren wird in einem kalten angereicherten Bereich (V) mit höheren Drehzahlen und/oder höheren Lasten, die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 6 reicher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, genau wie im warmen angereicherten Bereich (III).
Solch eine Steuerprozedur der Einspritzdüse 12 und des Drosselventils 22 im zweiten Betriebsmodus bildet durch Software ein zweites Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel 40e, das das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 6 des Motors 1 auf im Wesentlichen das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder reicher steuert, wodurch die Steuerung mit dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel 40a verhindert wird, wenn sich der Motor im noch nicht warmgelaufenen Zustand befindet.
Als ein Merkmal der vorliegenden Erfindung wird dann, wenn sich der Motor 1 bei dieser Ausführungsform nach dem Warmlaufen im warmen λ = 1-Bereich (II) befindet, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Brennkammer 6 so gesteuert, dass es reicher ist als im noch nicht erwärmten kalten λ = 1-Bereich (IV).
Wenn sich der Motor 1 im warmen λ = 1-Bereich (II) oder im kalten λ = 1-Bereich (IV) befindet, werden insbesondere die jeweiligen Rückkopplungskorrekturwerte „cfb" in der Berechnung der Kraftstoffsolleinspritzmenge Q auf Grundlage der Ausgabe vom ersten Sauerstoffkonzentrationssensor 30 ermittelt, und die Kraftstoffeinspritzmenge wird ordnungsgemäß erhöht oder verringert, wodurch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 6 regelmäßig zur reicheren Seite und zur magereren Seite, die den Sollwert in der Nähe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses flankieren, invertiert wird (siehe 5).
Wie in 5 gezeigt, werden hier, wenn sich der Motor 1 im kalten λ = 1-Bereich (IV) befindet, der Proportionalitätskoeffizient P, der Integralkoeffizient I und die Verzögerungszeiten TLR und TRL alle auf äquivalente Werte auf der reichen Seite und auf der mageren Seite eingestellt und somit ändert sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 6 regelmäßig zur reicheren und zur magereren Seite, wobei sich das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Mitte befindet, wie in 5 gezeigt. Anders ausgedrückt ist der Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung in dieser Situation das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
Wenn sich der Motor 1 im warmen λ = 1-Bereich (II) befindet, werden andererseits der Proportionalitäts koeffizient P und der Integralkoeffizient I zum Beispiel so eingestellt, dass sie größer sind, wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der mageren Seite befindet als wenn es sich auf der reichen Seite befindet, oder die Verzögerungszeit TLR wird so eingestellt, dass sie größer ist als TRL. Wie zum Beispiel in 8 gezeigt, ändert sich somit das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 6 regelmäßig mit einem Sollwert, der etwas reicher ist (zum Beispiel A/F = ca. 14) als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Mitte. Das heißt, in dieser Situation nimmt der Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung einen Wert an, der reicher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
Auf diese Weise wird durch Einstellen des Sollwerts der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung im warmen λ = 1-Bereich (II) auf reicher als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei dieser Ausführungsform 3, wenn der Motor 1 im ersten Betriebsmodus vom Schichtverbrennungsbereich (I) zum warmen λ = 1-Bereich (II) übergegangen ist, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 6 so eingestellt, dass es im Durchschnitt etwas reicher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wobei das lokale Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Nähe der Katalysatoren 32 und 33 in einem geeigneten Zustand gehalten wird, und wenn der Motor 1 einen Zustand homogener Verbrennung im zweiten Betriebsmodus einnimmt, wird der Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung im kalten λ = 1-Bereich (IV) auf das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, wodurch eine Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit erreicht wird.
Wahl des Betriebsmodus
Insbesondere auf das Flussdiagramm in 14 Bezug nehmend, folgt eine Erläuterung der Prozedur zum Schalten des Motors 1 mit der ECU 40 zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus. Zunächst werden in Schritt SC1 nach dem Anlassen wie bei Schritt SA1 von Ausführungsform 1 vorbestimmte Sensorsignale eingegeben und Daten eingelesen, und dann wird in Schritt SC2 entschieden, ob sich alle Sensoren und Stellglieder, die zum Betrieb des Motors 1 im Schichtverbrennungszustand erforderlich sind, wie zum Beispiel der Wassertemperatursensor 9, das AGF-Ventil 35, das Wirbelsteuerventil 26 usw., im Normalzustand befinden. Wenn das Ergebnis dieser Entscheidung NEIN lautet, und selbst wenn sich einer der Sensoren und Stellglieder nicht im Normalzustand befindet, dann rückt die Prozedur zu Schritt SC6 vor, der unten erläutert wird, während, wenn das Ergebnis der Entscheidung JA lautet und sich alle Sensoren und Stellglieder im Normalzustand befinden, dann rückt die Prozedur zu Schritt SC3 vor.
In Schritt SC3 wird dann ermittelt, ob die Motorkühlwassertemperatur Tw größer gleich einer Motorwarmlaufbestimmungstemperatur Tw1 (zum Beispiel 60°) ist, die zur Bestimmung des Warmlaufzustands des Motors 1 voreingestellt ist. Wenn das Ergebnis der Entscheidung NEIN lautet und sich der Motor 1 in einem noch nicht warmgelaufenen Zustand befindet, rückt die Prozedur zu Schritt SC5 vor, während, wenn das Ergebnis der Entscheidung JA lautet und der Motor 1 einen warmgelaufenen Zustand erreicht hat, die Prozedur dann zu Schritt SC4 vorrückt, der erste Betriebsmodus gewählt wird und die Prozedur zurückkehrt.
Das heißt, wenn sich der Motor 1 nach dem Warmlaufen und ohne irgendwelche Fehler der Sensoren usw. in einem Zustand befindet, in dem er in einem stabilen Schichtverbrennungszustand betrieben werden kann, dann wird der Motor 1 gemäß dem Lastzustand und der Drehzahl entweder zum Schichtverbrennungszustand oder zum Zustand homogener Verbrennung geschaltet, und der erste Betriebsmodus wird gewählt (siehe 3). Somit kann der Motor gemäß seinem Betriebszustand in den optimalen Verbrennungszustand und insbesondere in den Schichtverbrennungsbereich (I) mit geringeren Drehzahlen und geringeren Lasten eingestellt werden, der Kraftstoffverbrauch kann beträchtlich reduziert werden.
In Schritt SC5, zu dem die Prozedur vorrückt, wenn das Ergebnis der Entscheidung in Schritt SC3 NEIN lautet, wird darüber hinaus entschieden, ob die Motorkühlwassertemperatur Tw kleiner gleich der Katalysatoraktivierungsbestimmungstemperatur Tw2 (zum Beispiel 40°C) ist, die zur Bestimmung des Aktivierungszustands des Dreiwegekatalysators 32 voreingestellt worden ist. Wenn das Ergebnis dieser Entscheidung JA lautet und sich der Dreiwegekatalysator 32 in einem Niedrigtemperaturzustand befindet, in dem er noch nicht aktiviert ist (zum Beispiel auf einer Katalysatortemperatur unter 250°C), dann rückt die Prozedur zu Schritt SC7 vor, während, wenn das Ergebnis dieser Entscheidung NEIN lautet und sich der Dreiwegekatalysator 32 in einem Temperaturzustand befindet, in dem er ausreichend aktiviert wird, die Prozedur dann zu Schritt SC6 vorrückt, der zweite Betriebsmodus gewählt wird und die Prozedur zurückkehrt.
Das heißt, wenn der Wassertemperatursensor 9, der zur Bestimmung des Warmlaufzustands des Motors 1 erforderlich ist, nicht ordnungsgemäß funktioniert, oder wenn das Wirbelsteuerventil 26, das zur Schichtung des Gasgemisches unerlässlich ist, fehlerhaft ist, oder wenn es schwierig ist, einen stabilen Schichtverbrennungszustand zu erreichen, wenn der Motor noch nicht warmgelaufen ist, dann nimmt der Motor 1 diesen Betriebszustand nicht an, sondern es wird der zweite Betriebsmodus, der den Motor in einen Zustand homogener Verbrennung einstellt, gewählt (siehe 13).
Des Weiteren wird in Schritt SC7, zu dem die Prozedur vorrückt, wenn das Ergebnis der Entscheidung in Schritt SC5 JA lautet, der zweite Betriebsmodus gewählt, und darüber hinaus werden die Steuerkonstanten für die Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung (P, I, TLR, TRL) so korrigiert, dass der Steuersollwert magerer wird (A/F = ca. 15) als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wodurch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 6 zu einem Zustand gesteuert wird, der durchschnittlich etwas magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Das heißt, wenn die Katalysatoren 32 und 33 noch nicht aktiviert sind, wird die Sauerstoffkonzentration im Abgas leicht angehoben, und der Temperaturanstieg der Katalysatoren 32 und 33 wird durch die Reaktionswärme von diesem Sauerstoff und dem unverbrannten Kraftstoff im Abgas gefördert.
Schritt SC5 in dem in 14 gezeigten Flussdiagramm bildet ein Katalysatortemperaturzustandserfassungsmittel 40f zur Erfassung, ob die Temperatur des Dreiwegekatalysators 32 kleiner gleich einer voreingestellten Temperatur (zum Beispiel 250°C) ist, und wenn die Motorkühlwassertemperatur Tw kleiner gleich einer Katalysatoraktivierungserfassungstemperatur Tw2 ist, bestimmt das Katalysatortemperaturzustandserfassungsmittel 40f, dass sich der Katalysator 32 in einem Niedrigtemperaturzustand befindet.
Des Weiteren bildet Schritt SC7 des Flussdiagramms ein Sollwertkorrekturmittel 40g zur Korrektur des Sollwerts der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung des Motors 1 auf einen Wert, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn das Katalysatortemperaturzustandserfassungsmittel 40f bestimmt hat, dass sich der Dreiwegekatalysator 32 in einem Niedrigtemperaturzustand befindet.
Des Weiteren bildet Schritt SC2 des Flussdiagramms ein Fehlerzustandserfassungsmittel 40h zur Erfassung, wann der Wassertemperatursensor 9 und/oder die Stellglieder für das Wirbelsteuerventil 26 usw., die zum Betrieb des Motors 1 im Schichtverbrennungszustand erforderlich sind, fehlerhaft sind.
Bei dem Abgasreinigungssystem A für einen Motor gemäß der Ausführungsform 3 befindet sich folglich der Motor 1 zunächst, wenn er nach dem Warmlaufen im ersten, normalen Betriebsmodus betrieben wird, im Schichtverbrennungszustand im weithin verwendeten großen Betriebsbereich, und Pumpverluste sind reduziert, wodurch eine beträchtliche Senkung des Kraftstoffverbrauchs erreicht wird. In dieser Situation wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sehr mager, genauso wie das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Brennkammer 6 direkt vor der Zündung, aber der HC und das CO im Abgas werden mit den beiden Katalysatoren 32 und 33 gespült und das NOx wird durch den Mager-NOx-Katalysator 33 absorbiert, so dass die Emission schädlicher Komponenten in die Atmosphäre beträchtlich reduziert werden kann.
Wenn der Motor 1 vorübergehend in den warmen λ = 1-Bereich (II) mit höheren Lasten bei Beschleunigung oder dergleichen übergeht, ist der Motor 1 des Weiteren auf einen Zustand homogener Verbrennung eingestellt, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer wird auf einen Sollwert in der Nähe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses rückkopplungsgeregelt. In dieser Situation wird Sauerstoff von dem Dreiwegekatalysator 32 abgegeben, und Sauerstoff und NOx werden von dem Mager-NOx-Katalysator 33 abgegeben, aber der Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung ist so eingestellt, dass er reicher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu einem geeigneten reichen Zustand eingestellt wird, und HC und CO, bei denen es sich um die reduzierenden Komponenten im Abgas handelt, sind erhöht, um der Sauerstoffabgabe von den Katalysatoren 32 und 33 zu entsprechen.
Das heißt, im warmen λ = 1-Bereich (II) wird durch geeignete Erhöhung nicht nur der Gesamtmenge des von dem Dreiwegekatalysator 32 und dem Mager-NOx-Katalysator 33 abgegebenen Sauerstoffs, sondern zur Entsprechung des Abgabezustands dieses Sauerstoffs auch der HC- und CO-Konzentrationen im Abgas, das lokale Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Nähe der beiden Katalysatoren 32 und 33 in einem Bereich nahe dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufrechterhalten, und der Dreiwegekatalysator 32 und der Mager-NOx-Katalysator 33 führen eine Dreiwegereinigungsfunktion durch, und die Abgabe und Reduktionsreinigung von NOx von dem Mager-NOx-Katalysator 33 kann ausreichend gefördert werden.
Außerdem wird im warmen λ = 1-Bereich (II) die Konzentration von HC und CO im Abgas auf einen geeigneten Wert erhöht, so dass HC und CO nicht so abrupt ansteigen, wie wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis spitzenförmig angereichert wird, und folglich wird dieser Teil des HC und CO nicht durch den Katalysator 33 geblasen und in die Atmosphäre abgegeben. Somit kann eine vorübergehende Beeinträchtigung des Abgaszustands vermieden werden.
Des Weiteren befindet sich der Motor 1 unter Normalbedingungen nur vorübergehend im warmen λ = 1-Bereich (II), und wenn die Beschleunigung oder dergleichen beendet wird, kehrt der Motor 1 zum Schichtverbrennungsbereich (I) zurück, so dass es, selbst wenn der Sollwert der Luft/Kraftstoff- Verhältnisrückkopplungsregelung im warmen λ = 1-Bereich (II) auf einen Wert eingestellt wird, der reicher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wie oben beschrieben, bei Betrachtung des gesamten Betriebsbereichs des Motors 1 nur zu einer geringen Beeinträchtigung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit kommt.
Wenn sich der Motor 1 andererseits in einem noch nicht warmgelaufenen Zustand befindet und im zweiten Betriebsmodus betrieben wird, befindet sich der Motor 1 über den gesamten Betriebsbereich im Zustand homogener Verbrennung, und das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 6 befindet sich in einem Zustand von im Wesentlichen dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder reicher als dieses, so dass Sauerstoff nicht von den Katalysatoren 32 und 33 aufgenommen wird. Deshalb wird der Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung im kalten λ = 1-Bereich (IV) so eingestellt, dass er dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen entspricht, und in dieser Situation entspricht auch der Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand im Abgas in der Nähe der Katalysatoren 32 und 33 dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Selbst wenn der Motor 1 noch nicht warmgelaufen ist oder ein Sensor oder dergleichen fehlerhaft ist, führen die beiden Katalysatoren 32 und 33 folglich eine ausreichende Dreiwegereinigungsfunktion durch, und es kann eine stabile Abgasreinigungsleistung gewährleistet werden, während die Verbrennungsstabilität des Motors 1 aufrechterhalten wird.
Des Weiteren wird im zweiten Betriebsmodus, wenn die Motorkühlwassertemperatur Tw niedriger ist als die Katalysatoraktivierungsbestimmungstemperatur Tw2, das heißt, wenn die Katalysatoren 32 und 33 noch nicht aktiviert sind, der Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung im kalten λ = 1-Bereich (IV) auf einen Wert eingestellt, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und somit wird das Erwärmen der Katalysatoren 32 und 33 gefördert, so dass die Abgasreinigungsleistung durch die Katalysatoren 32 und 33 schnell zur Verfügung steht.
Andere Ausführungsformen
Bei der Ausführungsform 1 wird die Sauerstoffabsorptionsmenge des Katalysators 32 geschätzt, und die Länge der Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturdauer wird gemäß dem geschätzten Wert modifiziert, aber wenn die Sauerstoffabsorptionsmenge sehr gering ist, ist es auch möglich, die Anreicherungskorrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu verhindern. Insbesondere ist es in Schritt SAS des Flussdiagramms von 7 möglich, den Wert des Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitgebers auf Null zu setzen, wenn der geschätzte Wert der Sauerstoffabsorptionsmenge unter einem vorbestimmten Wert liegt.
Das heißt, wenn die Sauerstoffabsorptionsmenge im Dreiwegekatalysator 32 sehr gering ist, dann ist auch die von dem Katalysator 32 abgegebene Sauerstoffmenge bei Übergang des Motors 1 in den warmen λ = 1-Bereich (II) winzig, und in diesem Fall kann die Kraftstoffwirtschaftlichkeit hingegen dadurch erhöht werden, dass keine Anreicherungskorrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird. Wenn der geschätzte Wert der Sauerstoffabsorptionsmenge im Katalysator 32 niedriger ist als ein vorbestimmter Wert, bildet in diesem Fall Schritt SA5 ein Korrekturverhinderungsmittel zum Verhindern der Anreicherungskorrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses.
Des Weiteren ist es bei Ausführungsform 1 auch möglich, die Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitdauer als die Zeitdauer zu nehmen, bis die durch den zweiten Sauerstoffkonzentrationssensor 34 erfasste Sauerstoffkonzentration auf einen voreingestellten Wert oder darunter abgefallen ist, und die Anreicherungskorrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu beenden, wenn die Ausgabe des zweiten Sauerstoffkonzentrationssensors 34 zur reicheren Seite invertiert, bevor der Luft/Kraftstoff-Verhältniszeitgeber abgelaufen ist.
Des Weiteren wird bei den Ausführungsformen 1 und 2, wenn sich der Motor 1 im Schichtverbrennungsbereich (I) befindet, das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Brennkammern 6 der Zylinder 2 des Motors 1 so gesteuert, dass es magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, während es im warmen λ = 1-Bereich (II) so gesteuert wird, dass es dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen entspricht. Jedoch ist es auch möglich, das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Brennkammern 6 in den Zylindern 2 des Motors 1 so zu steuern, dass es dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen entspricht, wenn der Motor 1 vom normalen Betriebszustand zu einem Beschleunigungsbetriebszustand übergegangen ist oder wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas zwecks Abgabe von NOx vom NOx-Absorptionsmaterial des Mager-NOx-Katalysators 33 und zur Durchführung von Reduktionsreinigung reduziert wird, das heißt, wenn sich der Motor 1 in einem bestimmten Betriebszustand innerhalb des Schichtverbrennungsbereichs (I) befindet. Dann sollte eine vorübergehende Korrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt werden, und zwar selbst dann, wenn sich der Motor 1 in einem bestimmten Betriebsbereich innerhalb des Schichtverbrennungsbereichs (I) befindet.
Des Weiteren ist in Ausführungsform 3 der Sollwert der Luft/Kraftstoff-Rückkopplungsregelung im kalten λ = 1-Bereich (IV) auf das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, während es im warmen λ = 1-Bereich (II) auf einen Wert eingestellt ist, der reicher als dieses ist, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und es ist auch möglich, den Sollwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses im kalten λ = 1-Bereich (IV) so einzustellen, dass er magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis und den Sollwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses im warmen λ = 1-Bereich (II) auf das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis einzustellen.
Bei den obigen Ausführungsformen ist der Dreiwegekatalysator 32 auf der stromaufwärtigen Seite im Abführkanal 28 des Motors 1 angeordnet, und der Mager-NOx-Katalysator 33 ist auf der stromabwärtigen Seite angeordnet, aber dies stellt keine Einschränkung dar, und es ist auch möglich, den Mager-NOx-Katalysator auf der stromaufwärtigen Seite und den Dreiwegekatalysator auf der stromabwärtigen Seite anzuordnen oder nur den Dreiwegekatalysator oder den Mager-NOx-Katalysator anzuordnen. Des Weiteren ist der Mager-NOx-Katalysator 33 nicht auf einen NOx absorbierenden/reduzierenden Katalysator wie bei den obigen Ausführungsformen beschränkt, solange es sich um einen NOx absorbierenden Katalysator mit einem NOx-Absorptionsmaterial handelt.
Des Weiteren wird bei den obigen Ausführungsformen das Abgasreinigungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Abgasreinigungssystem A für den Direkteinspritzmotor 1 verwendet, aber dies stellt keine Einschränkung dar. Das heißt, die vorliegende Erfindung kann auch auf so genannte Motoren mit Einlasskanaleinspritzung angewandt werden, bei denen die Einspritzdüsen zum Einspritzen des Kraftstoffes an den Einlasskanälen der Motoren angeordnet sind, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist bei geringen Drehzahlen und geringen Lasten auf einen Magergemischverbrennungsbereich einstellt, in dem ein Magergemischverbrennungsbetrieb in einem Zustand homogener Verbrennung mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von A/F = ca. 18 bis 24 in diesem Bereich durchgeführt wird.

Claims

Abgasreinigungssystem für einen Motor, das Folgendes umfasst: einen Katalysator mit einer Dreiwegereinigungsfunktion, wenn ein Luft/Kraftstoff-Verhältniszustand mindestens eines Abgases einem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen entspricht; ein erstes Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel zum Steuern eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einer Brennkammer des Motors durch Schalten entweder in einen Zustand, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, oder einen Zustand, der reicher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors; ein Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel zum vorübergehenden Korrigieren des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in der Brennkammer zu einem Zustand, der noch reicher ist, wenn das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer von einem mageren Zustand zu einem reicheren Zustand schaltet; bei dem, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer von einem mageren Zustand zu einem reicheren Zustand geschaltet worden ist, das Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer in einen Zustand einstellt, der etwas reicher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, um einer Sauerstoffabgabe aus dem Katalysator zu entsprechen; ein Sauerstoffabsorptionsschätzungsmittel zum Schätzen der Sauerstoffmenge, die von dem Katalysator aufgenommen wird, wenn sich der Motor im vorbestimmten Betriebsbereich befindet; und ein Korrekturzeitdauereinstellmittel zum Modifizieren und Einstellen einer Länge der Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitdauer gemäß einem durch das Sauerstoffabsorptionsmengenschätzungsmittel geschätzten Wert.
Abgasreinigungssystem für einen Motor nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes umfasst: ein Erfassungsmittel zum Erfassen der Konzentration einer vorbestimmten Komponente des Abgases stromaufwärts des Katalysators; bei dem das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer zu einem Zustand steuert, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn sich der Motor in einem vorbestimmten Betriebsbereich mit geringen Drehzahlen oder geringen Lasten befindet, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer auf einen Sollwert A/F in der Nähe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf Grundlage eines Signals vom Erfassungsmittel rückkopplungsregelt, wenn sich der Motor in einem voreingestellten Betriebsbereich mit höheren Drehzahlen und/oder höheren Lasten als der vorbestimmte Betriebsbereich befindet; und bei dem, wenn der Motor von dem vorbestimmten Betriebszustand in den voreingestellten Betriebsbereich eingetreten ist, das Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel den Sollwert A/F der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel in einen Bereich von 14.0 ≤ A/F < 14,7 einstellt, bis eine vorbestimmte Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitdauer abgelaufen ist.
Abgasreinigungssystem für einen Motor nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes umfasst: ein Erfassungsmittel zum Erfassen der Konzentration einer vorbestimmten Komponente des Abgases stromaufwärts des Katalysators bei dem das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer im Wesentlichen zu einem Zustand steuert, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn sich der Motor in einem vorbestimmten Betriebsbereich mit geringen Drehzahlen und geringen Lasten befindet, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer auf Grundlage eines Signals vom Erfassungsmittel auf einen Sollwert A/F in der Nähe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses steuert, wenn der Motor in einen voreingestellten bestimmten Betriebszustand im vorbestimmten Betriebsbereich eingetreten ist; und bei dem, wenn der Motor in den bestimmten Betriebszustand im vorbestimmten Betriebsbereich eingetreten ist, das Luft/Kraftstoff-Korrekturmittel den Sollwert A/F der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungssteuerung mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel in einen Bereich von 14,0 ≤ A/F < 14,7 einstellt, bis eine vorbestimmte Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitdauer abgelaufen ist.
Abgasreinigungssystem für einen Motor nach den Ansprüchen 1 bis 3, das weiterhin Folgendes umfasst: ein Korrekturverhinderungsmittel zum Verhindern einer korrigierenden Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel, wenn der durch das Sauerstoffabsorptionsmengenschätzungsmittel geschätzte Wert nicht größer ist als ein vorbestimmter Wert.
Abgasreinigungssystem für einen Motor nach Anspruch 2, bei dem es sich bei dem Katalysator um einen NOx-Katalysator handelt, der mit einem NOx-Absorptionsmaterial versehen ist, das NOx im Abgas in einer sauerstoffreichen Atmosphäre absorbiert, und absorbiertes NOx abgibt, wenn die Sauerstoffkonzentration abgefallen ist.
Abgasreinigungssystem für einen Motor nach Anspruch 5, bei dem ein Dreiwegekatalysator in einem Auslasskanalsystem stromaufwärts des NOx-Katalysators angeordnet ist bei dem ein Sauerstoffkonzentrationssensor zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration im Abgas im Auslasskanal zwischen den beiden Katalysatoren angeordnet ist; und bei dem die Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitdauer die Zeitdauer ist, bis die durch den Sauerstoffkonzentrationssensor erfasste Sauerstoffkonzentration auf einen voreingestellten Wert oder darunter abgefallen ist.
Abgasreinigungssystem für einen Motor nach Anspruch 1, bei dem es sich bei dem Katalysator um einen Dreiwegekatalysator handelt; das Abgasreinigungssystem weiterhin ein Erfassungsmittel zum Erfassen der Konzentration einer vorbestimmten Komponente des Abgases stromaufwärts des Dreiwegekatalysators umfasst; bei dem ein NOx-Katalysator mit einem NOx-Absorptionsmaterial, das NOx im Abgas in der sauerstoffreichen Atmosphäre absorbiert und absorbiertes NOx abgibt, wenn die Sauerstoffkonzentration abfällt, in einem Auslasskanal stromabwärts des Dreiwegekatalysators angeordnet ist; bei dem ein Sauerstoffkonzentrationssensor zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration im Abgas im Auslasskanal zwischen dem Dreiwegekatalysator und dem NOx-Katalysator angeordnet ist; bei dem die erste Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer zu einem Zustand steuert, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn sich der Motor in einem vorbestimmten Betriebsbereich mit geringen Drehzahlen oder geringen Lasten befindet, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer auf im Wesentlichen das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis steuert, wenn sich der Motor in einem voreingestellten Betriebsbereich mit höheren Drehzahlen und/oder höheren Lasten als der vorbestimmte Betriebsbereich befindet; und bei dem, wenn der Motor von dem vorbestimmten Betriebsbereich in den voreingestellten Betriebsbereich geschaltet hat, das Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel den Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung mit dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel auf Grundlage eines Signals vom Sauerstoffkonzentrationssensor so steuert, dass er reicher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, bis eine vorbestimmte Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitdauer abgelaufen ist.
Abgasreinigungssystem für einen Motor nach Anspruch 1, bei dem es sich bei dem Katalysator um einen Dreiwegekatalysator handelt; wobei das Abgasreinigungssystem weiterhin ein Erfassungsmittel zum Erfassen der Konzentration einer vorbestimmten Komponente des Abgases stromaufwärts des Dreiwegekatalysators umfasst; bei dem ein NOx-Katalysator, der ein NOx-Absorptionsmaterial aufweist, das NOx im Abgas in einer sauerstoffreichen Atmosphäre absorbiert, und absorbiertes NOx abgibt, wenn die Sauerstoffkonzentration abgefallen ist, in einem Auslasskanal stromabwärts des Dreiwegekatalysators angeordnet ist; bei dem ein Sauerstoffkonzentrationssensor zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration im Abgas im Auslasskanal zwischen dem Dreiwegekatalysator und dem NOx-Katalysator angeordnet ist; bei dem das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel im Grunde das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer zu einem Zustand steuert, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn sich der Motor in einem vorbestimmten Betriebsbereich mit geringen Drehzahlen und geringen Lasten befindet, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer auf im Wesentlichen das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis schaltet, wenn der Motor in einen vorbestimmten bestimmten Betriebszustand im vorbestimmten Betriebsbereich eintritt; und bei dem, wenn der Motor in den bestimmten Betriebszustand im vorbestimmten Betriebsbereich eintritt, das Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel den Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung mit dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel auf Grundlage eines Signals vom Sauerstoffkonzentrationsmittel so korrigiert, dass er reicher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, bis eine vorbestimmte Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturzeitdauer abgelaufen ist.
Abgasreinigungssystem für einen Motor nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturmittel so konfiguriert ist, dass es die Korrektursteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses beendet, wenn die durch den Sauerstoffkonzentrationssensor erfasste Sauerstoffkonzentration im Abgas auf einen voreingestellten Wert oder darunter abgefallen ist.
Abgasreinigungssystem für einen Motor nach Anspruch 1, bei dem ein Erfassungsmittel zum Erfassen einer Konzentration einer vorbestimmten Komponente des Abgases in einem Auslasskanal stromaufwärts des Dreiwegekatalysators angeordnet ist; bei dem das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer zu einem Zustand steuert, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn sich der Motor in einem vorbestimmten Betriebsbereich mit geringen Drehzahlen und geringen Lasten befindet, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer auf einen Sollwert in der Nähe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf Grundlage eines Signals vom Erfassungsmittel rückkopplungsregelt, wenn sich der Motor in einem voreingestellten Betriebsbereich mit höheren Drehzahlen und/oder höheren Lasten als der vorbestimmte Betriebsbereich befindet; und bei dem das Abgasreinigungssystem des Weiteren mit einem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel versehen ist, das eine Steuerung mit dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel in einem vorbestimmten Zustand, und wenn sich der Motor im vorbestimmten Betriebsbereich oder dem voreingestellten Betriebsbereich befindet, verhindert und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer auf Grundlage des Signals von dem Erfassungsmittel auf einen Sollwert in der Nähe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses steuert; und bei dem der Sollwert für die Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel auf einen Wert eingestellt wird, der reicher ist als der Steuersollwert des zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittels.
Abgasreinigungssystem für einen Motor nach Anspruch 10, bei dem es sich bei dem vorbestimmten Zustand darum handelt, dass sich der Motor noch nicht in einem erwärmten Zustand befindet.
Abgasreinigungssystem für einen Motor nach Anspruch 11, das weiterhin Folgendes umfasst: ein Katalysatortemperaturzustandserfassungsmittel zum Erfassen, ob die Temperatur des Katalysators niedriger ist als eine voreingestellte Temperatur; und ein Sollwertkorrekturmittel zum Korrigieren des Sollwerts der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungsregelung mit dem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel auf einen Wert, der magerer ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn das Katalysatortemperaturerfassungsmittel erfasst hat, dass sich der Katalysator in einem Niedrigtemperaturzustand befindet.
Abgasreinigungssystem für einen Motor nach Anspruch 10, das weiterhin mit einem Fehlerzustandserfassungsmittel zum Erfassen, ob das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel und/oder die Sensoren und/oder die Stellglieder, die zur Durchführung der Steuerung mit dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel erforderlich sind, defekt ist/sind, versehen ist; bei dem der vorbestimmte Zustand darin besteht, dass durch das Fehlerzustandserfassungsmittel ein Fehler erfasst worden ist.
Abgasreinigungssystem für einen Motor nach Anspruch 11 oder 13, bei dem der Sollwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkoppelungsregelung mit dem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuermittel im Wesentlichen das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist.
Abgasreinigungssystem für einen Motor nach Anspruch 10, bei dem es sich bei dem Katalysator um einen Dreiwegekatalysator handelt, und bei dem ein NOx-Katalysator, der NOx-Absorptionsmaterial enthält, das NOx im Abgas in einer sauerstoffreichen Atmosphäre absorbiert und absorbiertes NOx abgibt, wenn die Sauerstoffkonzentration abnimmt, im Auslasskanal stromabwärts des Dreiwegekatalysators vorgesehen ist.