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HINTERGRUNG
DER ERFINDUNG
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1. Feld der
Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Emissionssteuerungsverfahren und
-gerät
einer Brennkraftmaschine, welche Emissionen durch eine NOx-Speichervorrichtung
steuert, welches in einem Abgaskanal der Maschine vorgesehen ist.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Herkömmlicherweise
sind Direkteinspritzbrennkraftmaschinen bekannt, in welchen die
Verbrennungsart zwischen einem mageren Verbrennungsbetrieb bzw.
Magerbrennbetrieb, in welchem das Maschinen-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf
eine kraftstoffmagere Seite des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
eingestellt ist, und einem stöchiometrischen
Verbrennungsbetrieb bzw. Brennbetrieb, in welchem das Maschinen-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf
das stöchiometrische
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
eingestellt ist, verändert
wird. Zum Beispiel entsprechend einer Technik, welche in einer japanischen
Patentoffenlegungsschrift Nr. 7-139340 offenbart wird, wird NOx,
welches während
eines Magerbrennbetriebs einer Brennkraftmaschine produziert wird,
in einem NOx- speichernden
und -reduzierenden Katalysator absorbiert und gespeichert und, wenn
die NOx-Menge, welche in dem NOx-speichernden und -reduzierenden
Katalysator gespeichert ist, einen zulässigen Wert erreicht oder übersteigt,
wird eine Fettspitzensteuerung durch zeitweiliges Einstellen des
Maschinen-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
auf ein fettes Kraftstoffverhältnis
ausgeführt. Infolge
der Fettspitzensteuerung wird gespeichertes NOx in dem NOx-speichernden
und -reduzierenden Katalysator reduziert, sodass eine Verschlechterung der
NOx-Emission verhindert wird. Jedoch wird die vorgenannte Technik
für das
effektive Reduzieren von NOx durch die Fettspitzensteuerung untauglich, wenn
die Abgasmenge beträchtlich
wird und deshalb die Abgasmenge, welche durch den NOx-speichernden
und -reduzierenden Katalysator strömt, auch beträchtlich
wird, zum Beispiel während
eines Hochgeschwindigkeitsmaschinenbetriebs oder dergleichen. Falls
in dieser Situation eine ausreichende Wiederherstellung der NOx-Speicherfähigkeit
des NOx-speichernden
und -reduzierenden Katalysators versucht wird, wird die Fettspitzensteuerung
für eine lange
Zeit ausgeführt,
was in verschlechterten HC- und CO-Emissionen resultiert.
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Um
dieses Problem zu vermeiden, ist es denkbar die Ausführungszeit
der Fettspitzensteuerung (Fettspitzendauer Tr) zu begrenzen, wie
in 4 angezeigt. Jedoch resultiert eine Begrenzung der
Fettspitzendauer Tr in einer nicht ausreichenden Wiederherstellung
der NOx-Speicherfähigkeit
des NOx-speichernden
und -reduzierenden Katalysators, das heißt, ein Zustand, in welchem
die gespeicherte NOx-Menge, welche in dem NOx-speichernden und -reduzierenden
Katalysator gespeichert ist, nicht „0" ist, wenn der Magerbrennbetrieb wieder
aufgenommen wird. Als ein Ergebnis steigt die NOx-Menge, welche
während
des Magerbrennbetriebs durch den NOx-speichernden und reduzierenden
Katalysator geleitet wird, folglich wird ein Problem einer NOx-Emissionsverschlechterung
hervorgerufen.
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Dokument
US 5 778 666 A beschreibt
ein Emissionssteuerungsgerät
mit einer NOx-Falle und offenbart des Weiteren ein Wiederherstellungsverfahren
zum Wiederherstellen dieser NOx-Falle. Zum Wiederherstellen der
NOx-Falle wird eine Fettspitzensteuerung verwendet. Nachdem die
feststehende Fettspitzenausführungszeit
verstrichen ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis an den stöchiometrischen Wert
angepasst und nach einem gewissen Zeitabschnitt wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis weiter
umgeschaltet und kehrt zurück
zu dem angestrebten mageren Wert. In dem Fall, dass die NOx-Falle
nicht ausreichend von der Fettspitzensteuerung gereinigt ist, zum
Beispiel infolge von SOx-Vergiftung, wird das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis für einen längeren feststehenden
Zeitabschnitt beibehalten bevor das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu
dem angestrebten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis
zurückkehrt.
Wenn der NOx-Speichergrad der während
des Fettspitzenbetriebs wiederhergestellt wird, schaltet das Steuerungsinstrument
von der Fettspitzensteuerung über
ein stöchiometrisches
Luft-Kraftstoff-Verhältnis in
den Magerbrennbetrieb.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Brennkraftmaschinenemissionssteuerungsverfahren
und -gerät
vorzusehen, welche zur Verringerung der Verschlechterung von NOx-Emission
fähig sind, während sie
eine Verschlechterung von HC- und CO-Emissionen vermeiden, selbst
wenn die Abgasmenge beträchtlich
wird, zum Beispiel während
eines Hochgeschwindigkeitsmaschinenbetriebs oder dergleichen. Diese
Aufgabe wird durch ein Gerät
mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen
von Anspruch 8 gelöst.
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Falls,
entsprechend der Erfindung, die Fettspitzendauer größer oder
gleich einem gesetzten Wert ist, wird auf den stöchiometrischen Wert umgeschaltet
und, falls der NOx-Speichergrad
wieder hergestellt ist, wird weiter in den angestrebten Magerbrennbetrieb
umgeschaltet. Falls die Fettspitzendauer kleiner als der gesetzte
Wert ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht auf den stöchiometrischen
Wert umgeschaltet, sondern es wird direkt geprüft, ob der NOx-Speichergrad
wiederhergestellt ist oder nicht. Falls, obwohl die Fettspitzendauer
kleiner als der gesetzte Wert ist, der NOx-Speichergrad wiederhergestellt
ist, wird direkt von der Fettspitzensteuerung in den angestrebten
Magerbrennbetrieb geschaltet. Folglich, abhängig von der Fettspitzendauer,
kann direkt von der Fettspitzensteuerung in den angestrebten Magerbrennbetrieb
oder über
einen stöchiometrischen
Betrieb in den angestrebten Magerbrennbetrieb umgeschaltet werden.
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In Übereinstimmung
mit dem vorher genannten Gesichtspunkt verhindert eine Begrenzung
der Ausführungszeit
der Fettspitzensteuerung eine Verschlechterung der Emissionen von
Kohlenwasserstoffen (HC) und CO (Kohlenmonoxid), welche durch eine
verlängerte
Fettspitzensteuerung verursacht werden. Da der stöchiometrische
Brennbetrieb nach Ablaufen der begrenzten Ausführungsdauer der Fettspitzensteuerung
ausgeführt
wird, ist es zudem möglich,
dass der NOx-Speichergrad des Speichergeräts wiederhergestellt wird,
während
eine Verschlechterung von HC- und CO-Emissionen wegen des Emissionssteuerungseffekt
des Speichergeräts
während des
stöchiometrischen
Brennbetriebs verhindert wird. Das Wiederherstellen ist mit anderen
Worten eine Reduktion von NOx, welches in dem Speichergerät am Ende
der Fettspitzensteuerung verbleibt, welche durch Reduktionsmittel
erreicht wird, welche im Abgas während
des stöchiometrischen
Brennbetriebs enthalten sind, wie zum Beispiel HC, CO, etc. Deshalb
wird es möglich
die Verschlechterung der NOx-Emission zu drosseln, während eine
Verschlechterung von HC- und CO-Emissionen
verhindert wird, selbst wenn die Abgasmenge beträchtlich wird, zum Beispiel
während
eines Hochgeschwindigkeitsmaschinenbetriebs oder dergleichen. In
dem vorher genannten Gesichtspunkt kann der Abgaskanal mit einem
Dreiwegekatalysator versehen sein.
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Da
der Abgaskanal mit dem Dreiwegekatalysator und dem Speichergerät versehen
ist, ist dadurch während
des stöchiometrischen
Brennbetriebs der Emissionssteuerungseffekt des Dreiwegekatalysators
zu dem Emissionssteuerungseffekt der Speichervorrichtung hinzugefügt. Aufgrund
der Emissionssteuerungseffekte der zwei Katalysatoren kann eine
Verschlechterung der HC- und CO-Emissionen effizienter verhindert
werden. Daher kann der NOx-Speichergrad wiederhergestellt werden,
während
eine Verschlechterung von HC- und CO-Emissionen effektiver verhindert
wird.
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In
dem vorher genannten Gesichtspunkt kann die Steuerung in den stöchiometrischen
Brennbetrieb schalten, wenn die begrenzte Ausführungszeit der Fettspitzensteuerung
verstrichen ist, ohne dass der NOx-Speichergrad wiederhergestellt
wurde.
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Deshalb
kann die NOx-Menge, welche am Ende der Fettspitzensteuerung in dem
Speichergerät verbleibt,
während
des stöchiometrischen
Brennbetriebs reduziert werden, während eine Verschlechterung
der HC- und CO- Emissionen
verhindert wird, wegen dem Emissionssteuerungseffekt der Speichervorrichtung
oder den Emissionssteuerungseffekten der Speichervorrichtung und
des Dreiwegekatalysators, während
des stöchiometrischen
Brennbetriebs. Daher kann der NOx-Speichergrad der Speichervorrichtung
ausreichend wiederhergestellt werden, bevor der Magerbrennbetrieb
wieder aufgenommen wird.
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In
dem vorher genannten Gesichtspunkt kann die Steuerung von dem stöchiometrischen Brennbetrieb
in den Magerbrennbetrieb schalten, nachdem der NOx-Speichergrad
wiederhergestellt ist.
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Deshalb
wurde, wenn der Betrieb von dem stöchiometrischen Brennbetrieb
in den Magerbrennbetrieb geschaltet wird, der NOx-Speichergrad wiederhergestellt.
Deshalb kann eine Verschlechterung der NOx-Emission weiter gedrosselt
werden. Des Weiteren kann die Zeit bis zur nächsten Ausführung der Fettspitzensteuerung,
das heißt
das Ausführungsintervall
der Fettspitzensteuerung, im Vergleich zur konventionellen Technik
ansteigen und eine Verschlechterung der HC- und CO-Emissionen kann entsprechend
gedrosselt werden.
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In
dem vorher genannten Gesichtspunkt kann die Steuerung den stöchiometrischen
Brennbetrieb für
einen vorbestimmten Zeitabschnitt ausführen und kann nach dem Ausführen des
stöchiometrischen
Brennbetriebs in den Magerbrennbetrieb schalten. Daher kann durch
Ausführen
des stöchiometrischen
Brennbetriebs für
einen vorbestimmten Zeitabschnitt, zum Beispiel eine Zeit, welche
für den stöchiometrischen
Brennbetrieb ausreichend ist, um den NOx-Speichergrad wiederherzustellen,
der NOx-Speichergrad
wiederhergestellt werden, bevor der Betrieb in den Magerbrennbetrieb
geschaltet wird. Daher kann eine Verschlechterung der NOx-Emission
weiter gedrosselt werden und das Ausführungsintervall der Fettspitzensteuerung
kann zum konventionellen Intervall vergrößert werden, sodass eine Verschlechterung
der HC- und CO-Emissionen
entsprechend weiter gedrosselt werden kann.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorangegangenen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden durch die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
ersichtlich mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen, worin gleiche
Bezugszeichen verwendet werden zum Darstellen gleicher Elemente und
worin:
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1 ist
ein schematisches Diagramm, welches eine Anordnung eines Emissionssteuerungsgeräts einer
fahrzeuggebundenen Brennkraftmaschine darstellt, in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ist
ein Flussdiagramm, welches den Ablauf eines Wiederherstellungsprozesses
der NOx-Speicherfähigkeit
darstellt, in Übereinstimmung mit
der Ausführungsform
der Erfindung;
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3 ist
ein Ablaufdiagramm, welches den Betrieb der Ausführungsform der Erfindung darstellt; und
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4 ist
ein Ablaufdiagramm, welches den Betrieb einer konventionellen Technik
darstellt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird hiernach mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben.
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1 stellt
schematisch eine Anordnung eines Emissionssteuerungsgeräts dar in Übereinstimmung
mit der Ausführungsform
und einer Anordnung einer Maschine 10, auf welche das Emissionssteuerungsverfahren
und -gerät
angewandt sind.
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Wie
in 1 gezeigt, hat die in einem Fahrzeug (V) installierte
Maschine 10 ein Einspritzelement 14 zur direkten
Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkammer 12 und
eine Zündkerze 16 zum Entzünden von
Kraftstoff, welcher von dem Einspritzelement 14 eingespritzt
wird. In der Maschine 10 dieser Ausführungsform wird die Verbrennungsform
zwischen Schichtladeverbrennung (magere Verbrennung), stöchiometrischer
Verbrennung und fetter Verbrennung durch Änderung der Kraftstoffeinspritzart des
Einspritzelements 14 gewechselt.
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Zum
Beispiel ist für
die Schichtladeverbrennung der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt auf
einen späteren
Zeitpunkt des Kompressionstakts gesetzt. Zur Zeit der Zündung ist
nur ein Gemisch nahe der Zündkerze 16 in
einem teilweise entzündbaren
kraftstoffreichen Zustand. Ein durchschnittliches Maschinen-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)
des Luft-Kraftstoff-Gemischs ist auf ein Verhältnis auf der kraftstoffmageren
Seite (zum Beispiel A/F = 25 bis 50) des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
(A/F = 14,5) gesetzt. Für
die stöchiometrische
Verbrennung ist der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt auf einen Zeitpunkt
in dem Ansaugtakt gesetzt. Dadurch wird das Maschinen-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (hiernach einfach „Luft-Kraftstoff-Verhältnis" genannt) in der Brennkammer 12 zur
Zeit der Zündung
im Wesentlichen einheitlich. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
wird in die Nähe
des stöchiometrischen
Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
gesetzt.
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Der
Wechsel der Verbrennungsform zwischen der Schichtladeverbrennung
und der stöchiometrischen
Verbrennung wird, basierend auf einem Betriebszustand der Maschine 10,
wie der Maschinenlast, Maschinendrehzahl, etc., ausgeführt. Die Verbrennungsform
wird in einem Niedriglast- und Niedriggeschwindigkeitsbereich auf
die Schichtladeverbrennung gesetzt und wird in einem Hochlast- und Hochgeschwindigkeitsbereich
auf die stöchiometrische
Verbrennung gesetzt.
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Für die fette
Verbrennung wird der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt auf einen Zeitpunkt
in dem Ansaugtakt gesetzt, wie im Fall der stöchiometrischen Verbrennung.
Jedoch wird die eingespritzte Kraftstoffmenge von dem Niveau, welches
während
der stöchiometrischen
Verbrennung gesetzt ist, erhöht. Daher
ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
auf ein Verhältnis
auf der fetten Kraftstoffseite (A/F = 11 bis 13) des stöchiometrischen
Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
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Ein
Abgaskanal 18, welcher mit der Brennkammer 12 verbunden
ist, ist mit einem Dreiwegekatalysator 20 und einem NOx-speichernden
und -reduzierenden Katalysator 22, welcher dem Dreiwegekatalysator 20 nachgeschaltet
angeordnet ist, versehen. Der Dreiwegekatalysator 20 und
der NOx-speichernde und -reduzierende Katalysator 22 zusammen
entfernen wesentlich HC (Kohlenwasserstoff), CO (Kohlenmonoxid)
und NOx (Stickoxide) aus einem Abgas.
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Das
heißt,
in dem Dreiwegekatalysator 20 werden HC, CO und NOx simultan
aus einem Abgas entfernt durch Oxidationsreduktionsreaktionen. Der NOx-speichernde
und -reduzierende Katalysator 22 absorbiert und speichert
zeitweise NOx aus einem Abgas, welches während der Schichtladeverbrennung
freigesetzt wird. Während
der fetten Verbrennung oder der stöchiometrischen Verbrennung
veranlasst der NOx-speichernde und -reduzierende Katalysator 22 gespeichertes
NOx durch HC, CO und dergleichen in einem Abgas, was als Reduktionsmittel
dient, reduziert zu werden.
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Das
Fahrzeug (V) hat einen Drehzahlsensor 31 zum Erkennen der
Maschinendrehzahl, einen Beschleunigungssensor 32 zum Erkennen
des Maßes der
Gedrücktheit
des Gaspedals und einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 33 zum
Erkennen der Reisegeschwindigkeit des Fahrzeugs (V) (Fahrzeuggeschwindigkeit
SPD). Abfragesignale der Sensoren 31 bis 33 werden
in eine elektronische Steuerungseinheit 40 eingelesen,
welche diverse Steuerungen der Maschine 10 ausführt. Die
elektronische Steuerungseinheit 40 führt diverse Steuerungen aus,
was eine Kraftstoffeinspritzungssteuerung und dergleichen beinhaltet,
basierend auf dem Betriebszustand der Maschine 10 und dem
Fahrzustand des Fahrzeugs, welche von den Sensoren 31 bis 33 und
dergleichen erfasst wird. Die elektronische Steuerungseinheit 40 hat
einen Speicher 41, welcher Programme und arithmetische
Betriebspläne
zur Ausführung diverser
Steuerungen speichert und welcher diverse Daten speichert, die zur
Zeit der Steuerungsausführung
berechnet werden.
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Das
Emissionssteuerungsgerät
der Ausführungsform
mit dem vorher beschriebenen Aufbau führt, wenn es während des
Schichtladebrennbetriebs festgelegt ist, dass die NOx-Speicherfähigkeit des
NOx-speichernden und -reduzierenden Katalysators 22 nicht
ausreichend ist, einen Wiederherstellungsprozess der NOx-Speicherfähigkeit
(Fettspitzensteuerung) zur Wiederherstellung der NOx-Speicherfähigkeit
aus und nimmt nach der Wiederherstellung den Schichtladebrennbetrieb
wieder auf. Der Wiederherstellungsprozess der NOx-Speicherfähigkeit
wird mit Bezug auf 2 und 3 im Detail
beschrieben. 2 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine
Ablaufprozedur des Wiederherstellungsprozesses der NOx-Speicherfähigkeit
darstellt. Die Reihe von Ablaufschritten, welche in dem Ablaufdiagramm dargestellt
sind, wird als eine Unterbrechung eines vorbestimmten Zeitabschnitts
durch die elektronische Steuerungseinheit 40 ausgeführt.
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In
dem Wiederherstellungsprozess der NOx-Speicherfähigkeit berechnet die elektronische Steuerungseinheit 40 in
Schritt S210 zuerst die NOx-Menge,
welche in dem NOx-speichernden und -reduzierenden Katalysator 22 gespeichert
ist. Die gespeicherte NOx-Menge
ist durch einen NOx-Gegenwert CNOX festgelegt. Während des Schichtlagebrennbetriebs
ist die NOx-Menge, welche im Abgas enthalten ist, beträchtlich
und daher ist der NOx-Gegenwert um einen vorbestimmten gesetzten Wert
erhöht,
basierend auf dem Zustand des Maschinenbetriebs während des
Schichtladebrennbetriebs. Dadurch zeigt der NOx-Gegenwert CNOX während des
Schichtladebrennbetriebs die NOx-Menge an, welche gespeichert ist.
Bei jedem fetten Brennbetrieb und stöchiometrischen Brennbetrieb
wird das gespeicherte NOx im NOx-speichernden und -reduzierenden
Katalysator 22 durch Reduktionsmittel reduziert, welche
im Abgas enthalten sind, wie HC, CO, etc., und deshalb der NOx-Gegenwert
CNOX um einen vorbestimmten gesetzten Wert vermindert in Übereinstimmung
mit dem Zustand des Maschinenbetriebs während des fetten oder stöchiometrischen Brennbetriebs.
Nach Berechnung der gespeicherten NOx-Menge fährt die elektronische Steuerungseinheit 40 mit
Schritt S220 fort, in welchem die elektronische Steuerungseinheit 40 ermittelt,
ob ein Fettspitzensteuerungskennzeichen XRICHS auf einen „EIN"-Status gesetzt wurde.
Falls das Fettspitzensteuerungskennzeichen XRICHS auf den „EIN"-Status gesetzt wurde, geht die elektronische
Steuerungseinheit 40 zu Schritt S270, in welchem die elektronische
Steuerungseinheit 40 ermittelt, ob die Fettspitzendauer
Tr größer oder
gleich einem vorbestimmten Wert ist. Falls umgekehrt das Fettspitzensteuerungskennzeichen
XRICHS nicht auf den „EIN"-Status gesetzt wurde
(NEIN in Schritt S220), fährt
der Ablauf mit Schritt S230 fort, in welchem die elektronische Steuerungseinheit 40 ermittelt,
ob Menge von gespeichertem NOx größer oder gleich einem oberen Grenzwert
ist. Falls die Menge von gespeichertem NOx geringer ist als der
obere Grenzwert (NEIN in Schritt 230), beendet die elektronische Steuerungseinheit 40 den
Ablauf, welcher in 2 dargestellt ist, zeitweilig.
In diesem Fall ist die NOx-Speicherfähigkeit nicht unzureichend
und deshalb wird der Schichtladebrennbetrieb fortgeführt.
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Falls
umgekehrt in Schritt S230 ermittelt wird, dass die Menge an gespeicherten
NOx mindestens der obere Grenzwert ist (JA in Schritt S230), fährt der
Ablauf mit Schritt S240 fort, in welchem die elektronische Steuerungseinheit 40 das
Fettspitzensteuerungskennzeichen XRICHS auf den „EIN"-Status setzt. Da es ermittelt wurde,
dass eine NOx-Speicherfähigkeit
unzureichend ist, wird daher das Fettspitzensteuerungskennzeichen
XRICHS zum Ausführen
der Fettspitzensteuerung zur Reduktion von NOx, welches in dem NOx-speichernden
und -reduzierenden Katalysator 22 gespeichert ist, gesetzt.
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Danach
beginnt die elektronische Steuerungseinheit 40 mit dem
Messen der Fettspitzendauer Tr in Schritt S250. Anschließend in
Schritt S260 startet die Einheit 40 die Fettspitzensteuerung.
Dadurch tritt der fette Brennbetrieb ein.
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Anschließend in
Schritt S270 ermittelt die elektronische Steuerungseinheit 40,
ob die Fettspitzendauer Tr mindestens ein gesetzter Wert ist. In
diesem Moment hat die Fettspitzensteuerung gerade begonnen und die
Fettspitzendauer Tr ist geringer als der gesetzte Wert. Deshalb
fährt die
Einheit 40 mit Schritt S290 fort, in welchem die Einheit 40 ermittelt, ob
die Menge an gespeichertem NOx „0" geworden ist.
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Falls
die Menge an gespeichertem NOx nicht „0" ist (NEIN in Schritt S290), beendet
die Einheit 40 den Ablauf, welcher in 2 dargestellt
ist, zeitweilig. In diesem Fall wurde die NOx-Speicherfähigkeit des
NOx-speichernden und -reduzierenden Katalysators 22 nicht
wieder hergestellt und deshalb wird der fette Brennbetrieb fortgeführt.
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Danach,
falls die elektronische Steuerungseinheit 40 in Schritt
S220 ermittelt, dass das Fettspitzensteuerungskennzeichen XRICHS
auf einen „EIN"-Status gesetzt wurde (Ja in Schritt
S210), fährt die
Einheit 40 mit Schritt S270 fort. Falls die Einheit 40 ermittelt,
dass eine vorbestimmte Zeit entsprechend dem gesetzten Wert verstrichen
ist, nach dem Start der Fettspitzensteuerung, das heißt, die
Fettspitzendauer Tr wurde größer oder
gleich dem gesetzten Wert (JA in Schritt 270), fährt der
Ablauf mit Schritt S280 fort. In Schritt 280 stoppt die
die Einheit 40 die Fettspitzensteuerung in und tritt in
den stöchiometrischen
Brennbetrieb ein. Daher begrenzt Schritt S270 die Ausführungszeit
der Fettspitzensteuerung auf die vorgenannte vorbestimmte Zeit.
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Falls
die NOx-Speicherfähigkeit
des NOx-speichernden und -reduzierenden Katalysators 22 innerhalb
der begrenzten Ausführungszeit
der Fettspitzensteuerung nicht wiederhergestellt wird, das heißt, die
Menge an gespeichertem NOx wurde nicht „0" (NEIN in Schritt 290), tritt
die elektronische Steuerungseinheit 40 in Schritt S280
von der Fettspitzensteuerung in den stöchiometrischen Brennbetrieb ein.
Die NOx-Menge, welche durch die vorbestimmte Ausführungszeit
der Fettspitzensteuerung reduziert wurde, welche zu einer Zeit gestartet
wurde als die Menge gespeicherten NOx den oberen Grenzwert erreichte
(die Menge B an NOx, welche durch die Fettspitzensteuerung reduziert
wurde), ist ein Wert, welcher durch Subtrahieren des NOx-Gegenwerts
CNOX, welcher entsteht bei dem Verstreichen der vorbestimmten Zeit,
von dem oberen Grenzwert erhalten wird. Der NOx-Gegenwert CNOX bei Verstreichen der
vorbestimmten Zeit repräsentiert
die verbleibende Menge C an NOx in dem NOx-speichernden und -reduzierenden Katalysator 22.
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Danach,
falls ermittelt wurde, dass aufgrund fortgesetztem stöchiometrischen
Brennbetriebs die NOx-Menge
A, welche durch den stöchiometrischen Brennbetrieb
reduziert wurde, der verbleibenden Menge C an gespeichertem NOx
gleicht und deshalb die Menge an gespeichertem NOx „0" wurde (JA in Schritt
S290), fährt
der Ablauf mit Schritt S300 fort, in welchem die elektronische Steuerungseinheit 40 das Fettspitzensteuerungskennzeichen
XRICHS auf einen „AUS"-Status setzt. Das heißt, da aufgrund
des stöchiometrischen
Brennbetriebs die Menge an gespeichertem NOx „0" wurde und die NOx-Speicherfähigkeit
des NOx-speichernden und -reduzierenden Katalysators 22 ausreichend
wiederhergestellt wurde, wird daher das Fettspitzensteuerungskennzeichen
XRICHS zum Beenden des stöchiometrischen Brennbetriebs
gesetzt.
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Anschließend in
Schritt 310 schaltet die elektronische Steuerungseinheit 40 von
dem stöchiometrischen
Brennbetrieb in den Schichtladebrennbetrieb.
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Der
vorgenannte Betrieb wird weiterhin mit Bezug auf das Ablaufdiagramm
in 3 beschrieben.
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Während des
Schichtladebrennbetriebs erreicht die Menge an gespeicherten NOx
den oberen Grenzwert (Zeitpunkt t1), die Fettspitzensteuerung wird
gestartet. Die Fettspitzensteuerung wird nur für die begrenzte Fettspitzendauer
Tr vom Zeitpunkt t1 bis t2 ausgeführt. Da die Ausführungszeit
der Fettspitzensteuerung auf eine vorbestimmte Zeit Tr begrenzt
ist, wird ein Teil der Menge an gespeichertem NOx in dem NOx-speichernden
und -reduzierenden Katalysator 22 reduziert.
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Falls
die Fettspitzendauer Tr gleich der vorbestimmten Zeit entsprechend
dem gesetzten Wert (Zeitpunkt t2) wird, bevor die Fettspitzensteuerung die
NOx-Speicherfähigkeit ausreichend
wiederherstellt, das heißt,
bevor die Menge an gespeichertem NOx „0" wird, beendet die elektronische Steuerungseinheit 40 die
Fettspitzensteuerung und tritt in den stöchiometrischen Brennbetrieb
ein. Während
des stöchiometrischen
Brennbetriebs wird die verbleibende Menge C an NOx, welches während der
Fettspitzensteuerung nicht reduziert wurde, aber in dem NOx-speichernden
und -reduzierenden Katalysator 22 verbleibt, komplett reduziert,
das heißt,
wenn die Menge an gespeichertem NOx „0" wird (Zeitpunkt t3), schaltet die Einheit 40 von
dem stöchiometrischen Brennbetrieb
in den Schichtladebrennbetrieb.
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Danach,
wenn die Menge an gespeichertem NOx den oberen Grenzwert während des
Schichtladebrennbetriebs erreicht (Zeitpunkt t4), wird die Fettspitzensteuerung
wieder gestartet.
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Die
vorher beschriebene Ausführungsform erzielt
die folgenden Vorteile.
- (1) Da die Ausführungszeit
der Fettspitzensteuerung (Fettspitzendauer Tr) begrenzt ist, verhindert die
Ausführungsform
verschlechterte Emissionen von HC (Kohlenwasserstoff) und CO (Kohlenmonoxid),
welche durch verlängerte
Fettspitzensteuerung verursacht werden. Da außerdem der stöchiometrische
Brennbetrieb nach der Ausführungszeit
der Fettspitzensteuerung ausgeführt wird,
kann eine gute Wiederherstellung der NOx-Speicherfähigkeit des NOx-speichernden und
-reduzierenden Katalysators 22 erreicht werden, während eine
Verschlechterung der Emissionen von HC und CO aufgrund des Emissionssteuerungseffekts
des Dreiwegekatalysators 20 und des NOx-speichernden und
-reduzierenden Katalysators 22 während des stöchiometrischen Brennbetriebs
vermieden wird. Das heißt,
die Menge an NOx, welche in dem NOx-speichernden und -reduzierenden
Katalysator 22 am Ende der Fettspitzensteuerung verbleibt,
wird durch Reduktionsmittel reduziert, welche im Abgas während des
stöchiometrischen
Brennbetriebs enthalten sind, wie HC, CO, etc., sodass die NOx-Speicherfähigkeit
ausreichend wiederhergestellt wird, während eine Verschlechterung
von HC- und CO-Emissionen infolge der Emissionssteuerungseffekte
der Katalysatoren 20, 22 verhindert wird. Deshalb
ist die Ausführungsform
im Wesentlichen fähig
eine Verschlechterung der NOx-Emission
zu verhindern, während
eine Verschlechterung von HC- und CO-Emission vermieden wird, selbst
wenn die Abgasmenge beträchtlich
ist, zum Beispiel wenn die Maschinendrehzahl hoch ist.
- (2) Die Fettspitzensteuerung wird ausgeführt, wenn ermittelt wurde,
dass die NOx-Speicherfähigkeit
unzureichend ist, das heißt,
wenn die Menge an gespeichertem NOx den oberen Grenzwert erreicht
oder übersteigt.
Deshalb kann, jedes Mal wenn die NOx-Speicherfähigkeit unzureichend wird,
die NOx-Speicherfähigkeit
ausreichend wiederhergestellt werden, während eine Verschlechterung
von HC- und CO-Emissionen vermieden wird.
- (3) In der konventionellen Technik, welche in Fig. dargestellt
ist, wird in den Schichtladebrennbetrieb eingetreten, bevor die
NOx-Speicherfähigkeit
ausreichend wiederhergestellt ist, das heißt, bevor die gespeicherte
NOx-Menge „0" wird. Im Gegensatz
dazu wurde in der Ausführungsform die
NOx-Speicherfähigkeit
wiederhergestellt (die gespeicherte NOx-Menge wird „0"), wenn die Verbrennungsform
von dem stöchiometrischen Brennbetrieb
in den Schichtladebrennbetrieb umgeschaltet wird. Deshalb kann eine
Verschlechterung der NOx-Emission weiter gedrosselt werden und das
Ausführungsintervall
der Fettspitzensteuerung (die Zeit von t1 bis t4) kann länger als
das konventionelle Ausführungsintervall
der Steuerung gemacht werden, sodass eine Verschlechterung der HC-
und CO-Emissionen entsprechend gedrosselt werden können.
- (4) Da der Dreiwegekatalysator 20 dem NOx-speichernden und
-reduzierenden Katalysator 22 in dem Abgaskanal 18 vorgeschaltet
angeordnet ist, wird die Katalysatortemperatur des Dreiwegekatalysators 20 höher und
die HC- und CO-Beseitigungsfähigkeit
des Dreiwegekatalysators 20 verbessert sich. Außerdem kann
die Reduktion von NOx, welches in dem NOx-speichernden und -reduzierenden
Katalysator 22 gespeichert ist, während der Fettspitzensteuerung
effizient durchgeführt
werden.
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Die
vorher beschriebene Ausführungsform kann
mit Modifikationen, wie folgt, ausgeführt werden. Obwohl in der vorangegangenen
Ausführungsform
der Dreiwegekatalysator 20 und der NOx-speichernden und
-reduzierenden Katalysator 22 in dem Abgaskanal 18 vorgesehen
sind, ist es auch zweckmäßig, eine
Ausführung
anzuwenden, in welcher nur der NOx-speichernden und -reduzierenden
Katalysator 22 in dem Abgaskanal 18 vorgesehen
ist. In dieser Ausführung
kann eine Verschlechterung von HC- und CO-Emissionen durch den Emissionssteuerungseffekt
des NOx-speichernden und -reduzierenden Katalysators 22 während des
stöchiometrischen Brennbetriebs
verhindert werden. Entsprechend der vorangegangenen Ausführungsform,
wenn die Menge an gespeichertem NOx den oberen Grenzwert erreicht
oder übersteigt,
wird ermittelt, dass die NOx-Speicherfähigkeit
unzureichend ist und die Fettspitzensteuerung wird ausgeführt. Wie
auch immer, eine Erfassungsschwelle ist nicht begrenzt auf den vorgenannten
oberen Grenzwert, kann aber ebenso auf einen beliebigen Wert gesetzt
werden, welcher geringer ist als der obere Grenzwert.
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Entsprechend
der vorangegangenen Ausführungsform,
wenn die Menge an gespeichertem NOx „0" wird, wird ermittelt, dass die NOx-Speicherfähigkeit
wiederhergestellt wurde. Es ist auch zweckmäßig, eine Ausführung zu
verwenden, worin die Ausführungszeit
des stöchiometrischen
Brennbetriebs auf eine ausreichend lange Zeit für den stöchiometrischen Brennbetrieb
zum Widerherstellen der NOx-Speicherfähigkeit voreingestellt ist
und worin, wenn der stöchiometrischen
Brennbetrieb für
die voreingestellte Ausführungszeit
ausgeführt
wurde, bestimmt ist, dass die NOx-Speicherfähigkeit wiederhergestellt wurde.
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Obwohl
in der vorangegangenen Ausführungsform
der stöchiometrische
Brennbetrieb nach der Fettspitzensteuerung ausgeführt wurde,
ist es auch zweckmäßig den
stöchiometrischen
Brennbetrieb vor der Fettspitzensteuerung in einer begrenzten Ausführungszeit
auszuführen.
Das heißt,
falls ermittelt wird, dass die NOx-Speicherfähigkeit des NOx-speichernden
und -reduzierenden Katalysator 22 unzureichend ist, wird
die Verbrennungsform von dem Schichtladebrennbetrieb in den stöchiometrischen
Brennbetrieb ungeschaltet. Nachdem der stöchiometrische Brennbetrieb
für eine
voreingestellte Zeit ausgeführt
wurde, wird die Fettspitzensteuerung für eine begrenzte Ausführungszeit
ausgeführt.
Diese Ausführung
drosselt auch die Verschlechterung der NOx-Emission, während eine Verschlechterung der
HC- und CO-Emissionen
vermieden wird.
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In
der Ausführungsform
wird die Fettspitzensteuerung gestartet, wenn während des Schichtladebrennbetriebs
ermittelt wird, dass die NOx-Speicherfähigkeit des NOx-speichernden und
-reduzierenden Katalysators 22 unzureichend ist. Jedoch
ist es ebenso zweckmäßig von
dem Schichtladebrennbetrieb in die Fettspitzensteuerung umzuschalten
bei jedem Verstreichen einer voreingestellten Zeit.
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In
der Ausführungsform
wird angenommen, dass das Emissionssteuerungsverfahren und -gerät angewandt
wird auf die allgemeinbezeichnete Kraftstoffdirekteinspritzungsmaschine 10,
in welcher Kraftstoff von dem Einspritzelement 14 direkt
in die Brennkammer 12 eingespritzt wird. Jedoch ist die
Erfindung auch anwendbar auf eine Ansaugkanalkraftstoffeinspritzmaschine,
in welcher Kraftstoff in den Ansaugkanal eingespritzt wird.
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In
der dargestellten Ausführungsform
ist das Steuergerät
(die ECU 40) als programmierte elektronische Universalsteuerungseinheit
implementiert. Es wird von Fachleuten begrüßt, dass das Steuergerät durch
Verwenden eines einzelnen integrierten Sonderschaltkreises implementiert
werden kann (zum Beispiel ASIC) mit einer Haupt- oder Zentralprozessorsektion
zur übergreifenden
Systemlevelsteuerung und separaten Sektionen, bestimmt zur Ausführung diverser
unterschiedlicher, spezifischer Berechnungen, Funktionen und anderen
Prozessen unter Kontrolle der Zentralprozessorsektion. Das Steuergerät kann eine
Vielzahl von unabhängig
zweckbestimmten oder programmierbar integrierten oder anderer elektronischer
Schaltkreise oder Vorrichtungen sein (zum Beispiel festverdrahtete
elektronische oder logische Schaltkreise, wie Einzelkomponentenschaltkreise,
oder programmierbare logische Vorrichtungen, wie PLDs, PLAs, PALs
oder dergleichen). Das Steuergerät
kann unter Verwendung eines geeignet programmierten Universalcomputers
implementiert sein, zum Beispiel eines Mikroprozessors, Mikrokontrollers
oder anderer Prozessoreinheiten (CPU oder MPU), entweder alleine
oder in Verbindung mit einem oder mehreren peripheren (zum Beispiel
integrierte Schaltkreise) daten- und signalverarbeitenden Vorrichtungen.
Gewöhnlich
kann irgendeine Vorrichtung oder Zusammenbau von Vorrichtungen,
auf der ein Zustandsapparat fähig
ist, die hierin beschriebenen Prozeduren zu implementieren, als
Steuergerät
verwendet werden. Eine verteilt verarbeitende Architektur kann für maximale
daten-/signalverarbeitende Fähigkeit
und Geschwindigkeit verwendet werden. Während die Erfindung mit Bezug
auf bevorzugte Ausführungsformen
davon beschrieben wurde, soll verstanden werden, dass die Erfindung
nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen
oder Anordnungen begrenzt ist. Im Gegenteil, die Erfindung ist gedacht zur
Abdeckung diverser Modifikationen und equivalenter Anordnungen.
Während
zudem die diversen Elemente der bevorzugten Ausführungsform in diversen Kombinationen
und Konfigurationen gezeigt sind, welche exemplarisch sind, sind
andere Kombinationen und Konfigurationen mit mehr, weniger oder nur
einem einzelnen Element auch im Rahmen der Erfindung.