DE602004003269T2

DE602004003269T2 - Abgasreiniger

Info

Publication number: DE602004003269T2
Application number: DE602004003269T
Authority: DE
Inventors: Kozo Hitachi-shi Katogi; Masami Hitachinaka-shi Nagano; Hiroshi Hitachinaka-shi Sekine; Hiroyuki Hitachinaka-shi Takamura; Shinji Hitachinaka-shi Nakagawa
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2024-01-21
Also published as: EP1445442B1; DE602004003269D1; EP1445442A1; US20040200212A1; US7080507B2; JP2004225539A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasreiniger eines Motors und dessen Steuervorrichtung.
Gemäß einem Stand der Technik ist zur Entfernung toxischer Inhaltsstoffe im Abgas eines Motors, beispielsweise einer unverbrannten Kohlenwasserstoffverbindung (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickstoffen (NOx) ein Abgasreiniger offenbart worden, der mit einem Rhodium-Katalysator ausgestattet ist, der in einem Auspuffrohr installiert ist und sie durch Katalysieren in nicht-toxische Komponenten umwandelt.
Da jedoch das Katalysieren von der Katalysatortemperatur abhängt, kann das Katalysieren mit diesem Reiniger erst durchgeführt werden, wenn die Katalysatortemperatur nach dem Anlassen des Motors ansteigt. Daher ist ein weiterer Abgasreiniger offenbart worden, der die toxischen Inhaltsstoffe im Abgas bis zu einem bestimmten Volumen vorübergehend im Katalysator absorbiert und sie dann unter einer höheren Temperatur als der spezifizierten reinigt (japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 05-79319 (1993)).
Bei dem vorstehend angegebenen Stand der Technik bleibt jedoch nach dem Abstellen des Motors Abgas im Auspuffrohr und Abgasreiniger zurück. Deswegen besteht das Problem, dass sich der Wassergehalt in dem restlichen Abgas verflüssigt und an der Oberfläche des Katalysators haften bleibt, was das weitere Problem verursacht, dass die Erhöhung der Katalysatortemperatur aufgrund der Senkung des Kontaktbereichs zwischen dem Katalysator und dem Abgas und der Verdampfung des anhaftenden Wassergehalts beim nächsten Motoranlassen verzögert wird und so die Reinigungsleistung sinkt. Im Übrigen wird, wenn eine plötzliche Änderung der Katalysatortemperatur verursacht wird, ein Temperaturunterschied zwischen den Abschnitten mit und ohne anhaftendes Wasser erzeugt und der Katalysator kann möglicherweise wegen thermischer Beanspruchung ausfallen.
US 5 675 968 offenbart eine Sekundärluftsteuervorrichtung, die aus einem Abgasreiniger eines Motors, einem Zufuhrmengensteuerventil zum Zuführen von Sekundärluft, einer Sekundärluftheizvorrichtung und einer Steuervorrichtung zum Steuern der Zufuhrmenge der Sekundärluft und der Sekundärluftheizvorrichtung besteht. Die Menge der zuzuführenden Sekundärluft wird nach Maßgabe der Betriebsbedingungen eines Motors eingestellt und die zuzuführende Sekundärluft wird in der Menge moduliert und erwärmt, so dass es möglich ist, die Reinigungswirkung eines Katalysators effizient zu nutzen.
US-A-3 931 710 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung für die vorgegebene Zuführung von Sekundärluft, die bei der Bewirkung einer optimalen Verbrennung von Abgasen eines Verbrennungsmotors verwendet wird, einschließlich einer Steueranordnung, die eine oder mehrere Messvorrichtungen beinhaltet, die den Motorbetrieb oder Abgasinhaltsstoffe messen und, in Ansprechung auf die gemessenen Bedingungen, die Zuführung von Sekundärluft reguliert, um eine optimale Abgasverbrennung zu erhalten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist angesichts der vorstehenden Probleme gemacht worden und ihre Aufgabe ist die Verbesserung der Reinigungsleistung und der Zuverlässigkeit des Abgasreinigers.
Zur Lösung der Probleme ist die vorliegende Erfindung mit einem Abgasreiniger nach Anspruch 1 ausgestattet.
Das heißt, die vorliegende Erfindung stellt einen im Auspuffrohr eines Motors installierten Katalysator und eine Sekundärluftpumpe zum Zuführen von Sekundärluft in das Auspuffrohr bereit, welche nach dem Abstellen des Motors in Betrieb genommen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird besser verständlich aus der im Folgenden gegebenen detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die jedoch nicht als die Erfindung einschränkend angesehen werden sollten, sondern nur zur Erläuterung und zum Verständnis gedacht sind.
In den Zeichnungen ist:
1 ein Diagramm, das den Motoraufbau einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 eine Erläuterungszeichnung der Motorsteuervorrichtung.
3 ein Steuerblockdiagramm der vorliegenden Erfindung.
4 eine Erläuterungszeichnung über die Temperaturschätzung.
5 eine Erläuterungszeichnung über die Katalysatortemperatursteuerung.
6 eine Erläuterungszeittafel der Steuerung.
7 ein Erläuterungsflussdiagramm der Steuerung.
8 eine Erläuterungszeichnung über die Zeitmessersteuerung während des Leerlaufs.
9 eine Erläuterungszeichnung über die Betriebszeiteinstellung für die Sekundärluftpumpe.
10 eine Erläuterungszeichnung über den Verbindungsschaltkreis für die Sekundärluftpumpe.
11 eine Erläuterungszeichnung über die Diagnose- und Failsafe-Funktion.
12 eine Erläuterungszeichnung über eine Gegenmaßnahme gegen unverbrannte HC im Verbrennungsraum.
13 eine Erläuterungszeichnung über das Einlassen der Sekundärluft nahe dem Abgasventil.
14 eine Ansicht, die eine separate Sekundärluftpumpen-Steuer-vorrichtung zeigt.
15 eine Erläuterungszeichnung über das Einlassen der Sekundärluft in die stromabwärtige Seite des Katalysators.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend detailliert bezüglich der bevorzugten Ausführungsform eines Abgasreinigers gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erörtert. In der folgenden Beschreibung sind viele spezifische Details dargelegt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung vorzusehen. Für den Fachmann auf dem Gebiet wird es jedoch offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung ohne diese spezifischen Details in die Praxis umgesetzt werden kann. In einem anderen Beispiel sind gut bekannte Strukturen nicht im Detail gezeigt, um eine unnötige Unverständlichkeit der vorliegenden Erfindung zu vermeiden.
Verschiedene Konfigurationen des Abgasreinigers gemäß der vorliegenden Erfindung sind nachstehend unter Verwendung der Figuren beschrieben.
1 zeigt den Aufbau des Motors in Bezug auf die vorliegende Erfindung. Ein Motor 100 umfasst eine Einspritzdüse 101, eine Zündkerze 102, eine Zündspule 103, ein Drosselventil 104, einen Wassertemperatursensor 110, einen Kurbelwinkelsensor 111, einen Nockenwinkelsensor 112, einen Drosselventilpositionssensor 113, einen Ansaugrohrdrucksensor 114 oder ein Ansaugluft-Durchflussmessgerät 115, eine Sekundärluftpumpe 124 und einen Katalysator 118, der mit einem Katalysatortemperatursensor 123 ausgestattet ist, die allesamt mit einer Motorsteuervorrichtung 120 verbunden sind.
Durch eine Kraftstoffpumpe 117 wird Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 125 zugeführt, und der Kraftstoffdruck wird durch ein Kraftstoffdruckregulierungsventil 119 konstant gehalten. Im Übrigen ist ein Kraftstoff-Bypassventil 126 zum Umgehen des Kraftstoffdruckregulierungsventils vorgesehen, um den Kraftstoffdruck folgeschadensicher zu machen.
Zum Messen der Ansauglufttemperatur und Abgastemperatur, die als Steuerparameter des Motors verwendet werden sollen, sind ein Ansauglufttemperatursensor 121 und ein Abgastemperatursensor 122 installiert.
Im Übrigen sind eine Brückenschaltung, die imstande ist, die an die Kraftstoffpumpe anzulegende Spannung umzukehren, oder eine Zahnradvorrichtung, die imstande ist, die Drehrichtung (normal und entgegengesetzt) der Kraftstoffpumpe umzuschalten, bereitgestellt. Damit kann der Kraftstoffdruck nach Bedarf gesenkt werden, indem die Kraftstoffpumpe in Gegenrichtung gedreht wird.
2 zeigt eine kurze Zusammensetzung der Motorsteuervorrichtung.
Die Motorsteuervorrichtung umfasst eine CPU 401, die einen numerischen und logischen Betrieb ausführt, einen ROM 402, der zumindest die durch die CPU 401 ausgeführten Programme und deren Daten speichert, einen RAM 403, der Daten vorübergehend speichert, einen A/D-Wandler 404, der analoge Spannungssignale von den Sensoren empfängt, eine Digitaleingabeschaltung 405, die die Betriebsbedingungen zeigende Schaltsignale empfängt, eine Impulseingabeschaltung 406, die das Zeitintervall von Impulssignalen oder die Anzahl von Impulsen während einer spezifizierten Zeitdauer zählt, und auch eine Digitalausgabeschaltung 407, die einen (nicht gezeigten) Aktor auf der Grundlage des Berechnungsergebnisses der CPU ein- und ausschaltet, eine Impulsausgabeschaltung 408, die eine Zeitmesserzählung ausgibt, und eine Kommunikationsschaltung 409. Mit der Kommunikationsschaltung 409 können Daten in der Motorsteuervorrichtung nach außen gesendet werden und der innere Zustand der Motorsteuervorrichtung kann von außen unter Verwendung von Kommunikationsbefehlen geändert werden.
Die Motorsteuervorrichtung, die eine Ausgabe aus dem Ansaugrohrdrucksensor oder dem Ansaugluft-Durchflussmessgerät empfängt, wandelt die Sensorspannung unter Verwendung einer Tabelle um und berechnet das tatsächliche Ansaugluftvolumen Qa pro Zeiteinheit.
Die Motorsteuervorrichtung misst auch das Impulssignal des Kurbelwellensensors und berechnet die Motordrehzahl NDATA auf der Grundlage der Anzahl von Impulsen während einer spezifizierten Zeitdauer oder einem Zeitintervall der Impulse.
Durch Teilen des Ansaugluftvolumens Qa pro Zeiteinheit durch NDATA und dann durch die Anzahl der Zylinder wird das Ansaugluftvolumen Qacyl pro Zyklus von jedem Zylinder berechnet.
Durch Multiplizieren von Qacyl mit dem spezifischen Koeffizienten KTI und dann mit einem Korrekturkoeffizienten einschließlich einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerkorrekturvariablen, die später erläutert wird, wird das Kraftstoffvolumen TI, das mit Qacyl verbrannt werden kann, ermittelt, und durch Öffnen der Einspritzdüse für eine spezifizierte Zeitdauer wird das notwendige Kraftstoffvolumen eingespritzt, um bei jeder Verbrennung ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu erzeugen.
Der Korrekturkoeffizient COEF_n wird beim Berechnen von TI wie folgt multipliziert. TI = COEFn × KTI × Qacyl
COEF_n beinhaltet einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizienten ALPHA_n. COEFn = 1 + ALPHAn + Erhöhungskorrekturfaktor
Wenn die Steuerung bei jedem Zylinder vorgenommen wird, wird ein individueller Parameter spezifiziert, wobei der Index n von I für jede Zylindernummer variiert wird.
Das Abgas aus der Verbrennung im Verbrennungsraum enthält toxische Substanzen, wie zum Beispiel NOx und unverbrannte HC. Da diese Substanzen zu Luftverschmutzung führen, wenn sie so wie sie sind in die Luft ausgestoßen werden, werden NOx und HC zerlegt und vor dem Ausstoßen innerhalb des Katalysators zu N₂, H₂O und CO₂ gereinigt. Um die toxischen Substanzen innerhalb des Katalysators wirksam zu zerlegen und zu reinigen, ist es unerlässlich, den Motor mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben, das einen hohen Reinigungswirkungsgrad des Katalysators realisiert.
Allgemein gesprochen, werden toxische Substanzen im Abgas zerlegt und innerhalb des Katalysators gereinigt, wenn ein Motor unter einer stöchiometrischen Bedingung (theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis) betrieben wird.
Beispielsweise wird eine nachstehend angegebene chemische Reaktion unter einer stöchiometrischen Bedingung bewirkt. C_mH_n + (m + n/2)O₂ → mCO₂ + n/2H₂O
Da in Benzin enthaltener Kohlenwasserstoff einen höheren Kohlenstoffgehalt m aufweist, wird eine Näherung von n = 2 × m verwendet und es kann der folgende Näherungsausdruck erhalten werden. C_mH_2m + (2m)O₂ → mCO₂ + mH₂O
Jeder wird wie folgt in eine „Mol"-Einheit umgewandelt. C_mH_2m = m × 14 g 2mO₂ = m × 64 g
Obwohl in der obigen Näherung Kohlenwasserstoff nicht definiert ist, bedeutet die Berechnung, dass 64 g Wasserstoff im Allgemeinen für 14 g Benzin benötigt werden und 18 g Wasser erzeugt werden, wenn eine spezifische Benzinzusammensetzung definiert ist. Im Allgemeinen wird gesagt, dass die Luft in dem ungefähr 14,7-fachen Volumen des Benzingewichts zu einer idealen Verbrennung benötigt wird und ungefähr das 1,4-Fache des Benzingewichts an Wasser erzeugt wird.
Das sich aus der Verbrennung des Kraftstoffs ergebende Wasser befindet sich in der Dampfphase, wenn die Abgastemperatur über der Taupunkttemperatur (100°C unter normalen Bedingungen) liegt, aber an dem Auspuffrohrinneren haftet, wenn die Auspuffrohrtemperatur unter der Taupunkttemperatur liegt. Aus demselben Grund haftet das Wasser an dem Katalysator oder wird von dem Katalysator absorbiert, wenn der Katalysator unter die Taupunkttemperatur abgekühlt wird.
Der Katalysator weist die Eigenschaft auf, dass eine stärkere Abgasreinigung durchgeführt wird, wenn der Kontaktbereich zwischen dem Abgas und dem Katalysatormetall breiter ist, und daher entsteht das Problem, dass der Kontaktbereich zwischen dem Abgas und dem Katalysatormetall aufgrund des Wassergehalts, der an dem Katalysator haftet oder von dem Katalysator absorbiert wird, verringert ist und dass die Reinigungsleistung des Katalysators abnimmt, wenn die Katalysatortemperatur niedrig ist. Wenn im Übrigen eine plötzliche Änderung der Katalysatortemperatur bewirkt wird, entsteht ein Temperaturunterschied zwischen den Abschnitten mit und ohne anhaftendes Wasser und der Katalysator kann möglicherweise wegen thermischer Beanspruchung ausfallen.
Um das Vorstehende zu verhindern, realisiert die vorliegende Erfindung die Verbrennungssteuerung nach Maßgabe der Abgastemperatur.
Beispielsweise wird, wie in 3 gezeigt ist, unter Verwendung eines Mittels zum Messen oder Schätzen der Katalysatortemperatur und eines Mittels zum Messen oder Schätzen der Auspuffrohrtemperatur ein Wassergehaltschätzmittel bereitgestellt, das den im Auspuffrohr verbleibenden Wassergehalt auf der Grundlage der Temperaturinformation schätzt.
Dadurch wird die Sekundärluftpumpe nach Maßgabe der Motorbetriebsbedingung betätigt.
Mit anderen Worten, wenn die Katalysatortemperatur über einer spezifizierten Temperatur liegt, wird während des Motorbetriebs die Sekundärluftpumpe so betätigt, dass das Abgas im Katalysator gereinigt wird.
In dem Fall nach dem Abstellen des Motors wird die Sekundärluftpumpe betätigt, um das Auspuffrohr herunterzukühlen, bis die Kata lysatortemperatur unter die spezifizierte Temperatur, das heißt, unter die Taupunkttemperatur, gefallen ist.
Außerdem kann durch die Bereitstellung einer die HC-Emission verhindernden Einrichtung im Auspuffrohr und Steuern des Kraftstoffrohrdrucks sowie des Einlassventils, Auslassventils, Drosselventils, ISC-Ventils usw. dementsprechend die Emission von unverbrannter HC verhindert werden.
Wenn die Abgastemperatur gemessen werden kann, wird die Verbrennungssteuerung direkt nach Maßgabe der Abgastemperatur durchgeführt. Das heißt, die Spannung des Abgastemperatursensors 122 wird eingegeben und in die Auspuffrohrtemperatur umgewandelt.
Im Fall des Schätzens der Abgastemperatur wird zu Beginn die Spannung des Ansauglufttemperatursensors oder Wassertemperatursensors eingegeben und in eine Ansaugtemperatur oder Wassertemperatur umgewandelt, die wiederum als Anfangswert der Auspuffrohrtemperatur der Katalysatortemperatur gesetzt wird. Dann wird unter Verwendung des gesamten SGMTI des Kraftstoffvolumens TI, das mit Qacyl verbrannt werden kann, des Ansaugluftvolumens pro Zyklus von jedem Zylinder oder dem gesamten SGMQA des Ansaugluftvolumens QA und der Ansauglufttemperatur die Auspuffrohrtemperatur geschätzt, wie in 4 gezeigt. Stattdessen kann die Katalysatortemperatur auf ähnliche Weise geschätzt werden. Da jedoch die Katalysatortemperatur weiter ansteigt, wenn sie eine gewisse Temperatur erreicht, nämlich annähernd 300°C, wird, da die HC aufgrund der Katalysierung reagiert, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ebenfalls als eine der Variablen zum Schätzen der Katalysatortemperatur verwendet.
Bis die Auspuffrohrtemperatur nach dem Anlassen des Motors eine spezifizierte Temperatur erreicht, wird die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturvariable von jedem Zylinder auf einen anderen Wert als Null gesetzt, um dem Auspuffrohr unverbrannte HC und Sauerstoff gleichzeitig zuzuführen, um sie im Auspuffrohr miteinander reagieren zu lassen. Die Auspuffrohrtemperatur kann durch die Reaktionshitze rasch erhöht werden.
Nachdem die Auspuffrohrtemperatur die spezifizierte Temperatur erreicht hat, wird der Luft-Kraftstoff-Korrekturkoeffizient auf Null gesetzt, um die Temperaturanstiegsteuerung anzuhalten. Wie in 5 gezeigt ist, wird, wenn die Auspuffrohrtemperatur oder Katalysatortemperatur über der Temperaturanstiegsteuerungs-Starttemperatur liegt, die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrektureffizienz für jeden Zylinder variiert. Dann, wenn die Auspuffrohrtemperatur oder Katalysatortemperatur eine spezifizierte Temperatur erreicht hat, wird die Korrekturvariable auf Null gesetzt.
Die Temperaturanstiegssteuerung des Auspuffrohrs verwendet nicht notwendigerweise die Temperatur als Schwellwert, sondern es kann von der Zeit, die nach dem Motorstopp verstrichen ist, der Wassertemperatur, dem gesamten Ansaugluftvolumen und dem gesamten Kraftstoffeinspritzvolumen ein beliebiger Wert als Schwellwert verwendet werden.
Ein weiteres Mittel zur Erhöhung der Auspuffrohrtemperatur besteht darin, die Zündzeit so zu steuern, dass das Verbrennungsgas auf relativ hoher Temperatur in das Auspuffrohr ausgestoßen wird. Im Übrigen ist der Korrekturbereich beim Einstellen des vorstehend angegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizienten für jeden Zylinder beschränkt, da der Abgaspegel sinkt, wenn das Volumen von unverbrannter HC mehr ansteigt, als im Katalysator verarbeitet werden kann. Um die Auspuffrohrtemperatur ohne Vergrößern des Korrekturbereichs zu erhöhen, ist es auch möglich, die Umgebungsluft in das Auspuffrohr einzulassen und die Reaktion im Auspuffrohr zu beschleunigen.
Als Mittel zum Einlassen der Luft in das Auspuffrohr wird ein Sekundärluft-Einlassmittel für das Auspuffrohr verwendet und die Umgebungsluft wird durch eine Luftpumpe zugeführt. Es ist auch zulässig, dass ein Rückschlagventil verwendet wird, so dass die Umgebungsluft angesaugt wird, wenn der Auspuffrohrdruck niedriger als derjenige der Umgebungsluft wird.
Mit einem Motorsystem vom Turbotyp ist es zulässig, dass die durch den Turbo komprimierte Luft durch ein Regelventil in das Auspuffrohr zugeführt wird.
Wenn der Wassergehalt, der im Abgas nach dem Abstellen des Motors zurückbleibt, am Katalysator anhaftet oder kondensiert, sinkt die katalytische Leistung beim nächsten Anlassen des Motors, wie zuvor erläutert. Um den Wassergehalt im Abgas, der nach dem Abstellen des Motors im Auspuffrohr zurückbleibt, zu entfernen, wird die Sekundärluftpumpe betätigt, um das Gas im Auspuffrohr durch die Umgebungsluft zu ersetzen.
Bei diesem Ersetzen ist eine Zeitdauer zur Betätigung der Luftpumpe nach dem Motorstopp gleich der oder länger als die Zeit zum Füllen des Abgasrohrvolumens entsprechend dem Pumpenausstoß. Ansonsten wird die Pumpe betätigt, bis die Auspuffrohrtemperatur niedriger als eine spezifizierte Zeit wird.
6 ist eine Zeittafel.
Eine Katalysatortemperaturanstiegsteuerung wird durchgeführt, nachdem eine spezifizierte Betriebsbedingung nach dem Anlassen des Motors erfüllt ist und bis eine spezifizierte Zeit verstrichen ist und gleichzeitig ist die Auspuffrohrtemperatur TEX niedriger als die spezifizierte.
Eine spezifizierte Betriebsbedingung kann eine Bedingung sein, bei der zum Beispiel die Wassertemperatur höher als 20°C ist und gleichzeitig die Drehzahl des Motors um mehrere tausend UpM niedriger als die Leerlaufdrehzahl ist.
Als Mittel für die Katalysatortemperaturanstiegssteuerung wird eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrektureffizienz für jeden Zylinder im Fall einer individuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung von Zylindern spezifiziert. Unter Verwendung der verstrichenen Zeit als Argument wird ein Korrekturkoeffizient für jeden Zylinder aus einer Datentabelle gesucht und die notwendige Interpolation ist gegeben. Ansonsten werden unter Verwendung von Datentabellen, die für jede fette Seite und magere Seite bereitgestellt werden, drei verschiedene Koeffizientenniveaus, nämlich fett-seitig, mager-seitig und Nicht-Korrektur (stöchiometrisch), eines nach dem anderen für jede Einspritzzeit ausgewählt und der Kraftstoff wird dementsprechend eingespritzt, so dass kein Zylinder unter einer festen reichen, mageren oder stöchiometrischen Bedingung gesetzt ist.
Wenn kein Auspuffrohrtemperatursensor zur Verfügung steht, ist es möglich, die Abgastemperatur gemäß dem gesamten Ansaugluftvolumen oder dem gesamten Kraftstoffeinspritzvolumen unter Verwendung der Ansauglufttemperatur als Anfangswert zu schätzen, und ein bei jeder Zeiteinheit gefilterter Wert wird als Auspuffrohrtemperatur betrachtet.
Während der individuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung von Zylindern wird die Luftpumpe betätigt, um die Sekundärluft in das Saugrohr einzulassen. Wenn ein Turbolader zur Verfügung steht, wird die komprimierte Ausgabe des Turbos in das Auspuffrohr geschickt.
Abgas im Abgasrohr wird gemäß der Auspuffrohrtemperatur TEX und der Umgebungslufttemperatur TAMB nach dem Motorstopp ausgereinigt. Die Zeitdauer für diese Reinigung ist jedoch unter Berücksichtigung des Entladens der Batterie auf die maximale Zeitdauer der Reinigerbetätigung beschränkt.
Die Luftpumpe wird betätigt, bis die Differenz zwischen der Auspuffrohrtemperatur TEX und der Umgebungslufttemperatur TAMB einen spezifizierten Wert erreicht. Wenn die geschätzte Auspuffrohrtemperatur und/oder die geschätzte Umgebungslufttemperatur verwendet werden, wird eine angemessene Betriebszeitdauer nach Maßgabe der Auspuffrohrtemperatur nach dem Motorstopp spezifiziert, und die Pumpe wird die spezifizierte Zeitdauer lang betätigt.
7 ist ein Flussdiagramm der Steuerung.
Zu Beginn wird beurteilt, ob der Motor steht.
Wenn der Motor steht, wird beurteilt, ob die Sekundärluftpumpenbetätigungs-Zeitmesserzählung Null ist. Wenn die Zeitmesserzählung Null ist, wird die Sekundärluftpumpe abgestellt.
Wenn die Zeitmesserzählung etwas anderes als Null ist, wird die Zeitmesserzählung um jede spezifizierte Zeitdauer dekrementiert. Gleichzeitig werden die Auspuffrohrtemperatur und Umgebungslufttemperatur überwacht und die Temperaturdifferenz wird berechnet.
Wenn die Temperaturdifferenz niedriger als ein spezifizierter Wert ist, wird die Zeitmesserzählung der Sekundärluftpumpe gelöscht.
Wenn der Motor nach dem Anlassen des Motors in Betrieb ist, wird beurteilt, ob die Motorbetriebsbedingung unter einer spezifizierten Bedingung steht. Wenn die Wassertemperatur höher als die spezifizierte ist und gleichzeitig die Drehzahl des Motors um K2NDPND (mehrere tausend UpM) niedriger als die Leerlaufdrehzahl ist, wird der Zeitmesser für die Katalysatortemperaturanstiegssteuerung betä tigt und die Zeitmesserzählung wird um jede spezifizierte Zeitdauer inkrementiert.
Wenn die Zeitmesserzählung für die Katalysatortemperaturanstiegsteuerung weniger als die spezifizierte ist und gleichzeitig die Auspuffrohrtemperatur niedriger als die spezifizierte ist, wird die Sekundärluftpumpe betätigt.
Gleichzeitig werden das Ansaugluftvolumen und die Drehzahl des Motors ermittelt, um ein grundlegendes Kraftstoffeinspritzvolumen zu berechnen.
Wenn kein Auspuffrohrtemperatursensor verfügbar ist, wird das Ansaugluftvolumen in jeder spezifizierten Zeitdauer summiert und aus der Gesamtsumme eine geschätzte Abgastemperatur berechnet. Die geschätzte Abgastemperatur wird zu jeder spezifizierten Zeiteinheit berechnet, um die Auspuffrohrtemperatur zu ermitteln. Anstelle des gesamten Ansaugluftvolumens kann das gesamte Kraftstoffeinspritzvolumen für das Vorstehende verwendet werden.
Während die Sekundärluftpumpe in Betrieb ist, wird ein Korrekturkoeffizient für die individuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung von Zylindern berechnet. Beispielsweise werden drei verschiedene Korrekturkoeffizienten, nämlich ein fett-seitiger Korrekturkoeffizient, ein stöchiometrischer Korrekturkoeffizient und ein mager-seitiger Korrekturkoeffizient, nach Maßgabe des Zeitmessers des Zeitmessers für die Katalysatortemperaturanstiegssteuerung erhalten.
Drei verschiedene Werte werden einer nach dem anderen für jede Kraftstoffeinspritzzeit ausgewählt und in das grundlegende Kraftstoffeinspritzvolumen korrigiert. Es ist auch zulässig, die drei Werte zu jeder spezifizierten Zeiteinheit auszuwählen und in ein grundlegendes Kraftstoffvolumen zu korrigieren.
Abgesehen von individuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung von Zylindern steigt die Temperatur schneller an, wenn ein Mittel zur Erhöhung der Katalysatortemperatur, durch das die Zündzeit verzögert wird, um das Abgas innerhalb des Auspuffrohrs zu verbrennen, zusätzlich verwendet wird.
Nachdem die spezifizierte Auspuffrohrtemperatur erreicht worden ist oder die Zeitmessereinstellung der Katalysatortemperaturanstiegssteuerung verstrichen ist, wird die Sekundärluftpumpe gestoppt.
Wenn die Katalysatortemperatur selbst im Leerlaufzustand unter normalen Betriebsbedingungen abfällt, wie in 8 gezeigt, ist es zulässig, die Zeitmesserzählung der Katalysatortemperaturanstiegs steuerung zu löschen oder zu dekrementieren und die Katalysatortemperaturanstiegssteuerung neu zu starten.
Der Sekundärluftpumpenbetrieb nach dem Abstellen des Motors kann fortgesetzt sein, aber unter Berücksichtigung der Batterie-Entladung nach dem Motorstopp kann es ein intermittierender Betrieb sein. Der intermittierende Betrieb kann zum Beispiel so sein, dass eine Betriebszeitdauer pro Betriebszyklus nach Maßgabe der Katalysatortemperatur gesetzt wird oder dass die Betriebszeit nach Maßgabe des Abnahmeverhältnisses gesetzt wird, auf das die Katalysatortemperatur in jeder spezifizierten Zeitdauer nach dem Abstellen des Motors sinkt. Eine kurze Beschreibung des Betriebs ist in 9 gezeigt.
Obwohl das Luftvolumen der Sekundärluftpumpe, das zur Verarbeitung des Abgases während des Motorbetriebs benötigt wird, relativ groß ist, kann das Luftvolumen zum Abkühlen des Auspuffrohrs nach dem Motorstopp minimal sein, da Luft zum Verarbeiten des Abgases nicht gebraucht wird. Aufgrund des Vorstehenden kann die Größe der für die vorliegende Erfindung notwendigen Sekundärluftpumpe kleiner bemessen sein als diejenige der Sekundärluftpumpe, die zum Verarbeiten des Abgases während des Motorbetriebs eingesetzt wird.
Aus demselben Grund ist es zulässig, die Sekundärluftpumpe, die während des Motorbetriebs einzusetzen ist, getrennt von der Sekun därluftpumpe zu installieren, die nach dem Motorstopp einzusetzen ist, und diejenige, die nach dem Motorstopp einzusetzen ist, wird verkleinert, oder dass die Drehzahl der nach dem Motorstopp zu verwendenden Sekundärluftpumpe niedriger eingestellt ist als die derjenigen, die während des Motorbetriebs zu verwenden ist.
Ein zum Schalten der Drehgeschwindigkeit verfügbares Steuerverfahren kann so sein, dass die an die Sekundärluftpumpe angelegte Spannung umgeschaltet wird oder dass die Batteriespannung durch die Einschaltdauer gesteuert wird, um die Durchschnittsspannung zu steuern.
Wenn die Grundbatteriespannung 42 V beträgt, was bedeutet, dass drei 14 V-Batterien in Reihe geschaltet sind, ist es auch zulässig, einen Verbindungsschaltkreis zu installieren, der die Spannung von einer der drei Batterien an die Sekundärluftpumpe anlegt, während der Motor steht. Eine diesen Schaltkreis verwendende Ausführungsform ist in 10 gezeigt.
11 zeigt die Trennungs- und Kurzschluss-Diagnose des Auspuffrohrtemperatursensors, des Katalysatortemperatursensors und der Sekundärluftpumpe.
Wenn die Auspuffrohrtemperatursensorspannung oder Katalysatortemperatursensorspannung außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt, wird beurteilt, dass der Sensor ausgefallen ist, und es wird die später zu beschreibende Failsafe- bzw. Folgeschadensicherungsfunktion betätigt. Wenn die Auspuffrohrtemperatur oder Katalysatortemperatur zu schätzen ist, wird die Kühlheizvorrichtungstemperatur oder Ansauglufttemperatur als Parameter verwendet. Aus diesem Grund wird die Failsafe-Funktion ebenfalls betätigt, wenn der Wassertemperatursensor oder Ansauglufttemperatursensor ausgefallen ist.
Eine anwendbare konkrete Failsafe-Funktion kann so sein, dass die Sekundärluftpumpe nach Maßgabe einer spezifizierten Zeitdauer nach dem Motorstopp ungeachtet der Auspuffrohrtemperatur oder Katalysatortemperatur betrieben wird.
Wenn die CPU-Ausgabe zum Betätigen der Sekundärluftpumpe nicht mit dem Modus des Ausgabeanschlusses einer Steuereinheit übereinstimmt, beispielsweise die CPU-Ausgabe EIN ist, während die Steuereinheit AUS ist oder die CPU-Ausgabe AUS ist, während die Steuereinheit EIN ist, wird beurteilt, dass die Ausgabe der Sekundärluftpumpe fehlerhaft ist. Wenn dies geschieht, wird die mit der Sekundärluftpumpe verbundene VB aufgeschnitten.
Wenn im Übrigen die Anstiegsgeschwindigkeit der Auspuffrohrtemperatur zu schnell oder zu langsam ist, ist möglicherweise im Auspuff rohr oder dem Sekundärluftsystem etwas Anormales verursacht worden. Wenn dies geschieht, wird beurteilt, dass das Steuersystem ausgefallen ist.
Wenn ein Ausfall festgestellt wird, wird die Ausfallinformation im Selbstdiagnose-Speicherbereich in der Steuereinheit gespeichert und eine Ausfallanzeigelampe MIL leuchtet auf, um den Betreiber vom Ausfall des Motorsteuersystems zu informieren und auch um zur notwendigen Reparatur des Systems aufzufordern.
Um den Abgaspegel zu senken, ist nicht nur eine hohe Katalysatorleistung vonnöten, sondern auch der Ausstoß des Abgases muss gesteuert werden, während der Motor steht. In einem bestimmten Fall bleibt die unverbrannte HC-Komponente des Abgases nach dem Abstellen des Motors im Verbrennungsraum zurück. Wenn im Übrigen Kraftstoff aus der Einspritzdüse leckt, wird er direkt zu unverbrannter HC, obwohl das Volumen sehr klein ist.
Um die unverbrannte HC-Komponente aus dem Verbrennungsraum auszustoßen, werden sowohl das Auslassventil als auch das Einlassventil des Verbrennungsraums vollständig geöffnet und auch das Drosselventil oder ISC-Ventil wird geöffnet, um das Gas aus der Ansaugrohrseite herauszulassen. 12 zeigt eine Zeittafel.
Wenn das Auslassventil und das Einlassventil nicht unabhängig geöffnet werden können, wird die Kurbelwelle unter Verwendung einer Vorrichtung wie etwa eines Anlassers eine bestimmte Anzahl von Malen oder bis zu einem spezifizierten Kurbelwinkel gedreht. Und dann wird die Drehung an einem Kurbelwinkel gestoppt, an dem das Einlassventil und das Auslassventil offen eingestellt sind.
Wenn dort kein überlappender Winkel existiert, an dem das Einlassventil und das Auslassventil zur gleichen Zeit offen eingestellt sind, wird die Drehung an einem Kurbelwinkel gestoppt, an dem zumindest die Einlassventilseite offen eingestellt ist.
Obwohl die Kurbelwelle eine spezifische Anzahl von Malen oder bis zu einem spezifizierten Kurbelwinkel gedreht wird, ist es auch möglich, die Sekundärluft in das Auspuffrohr zuzuführen, um das Abgas aus der Auspuffrohrseite zur Ansaugrohrseite auszustoßen.
Um eine Kraftstoffleckage von der Einspritzdüse zu verhindern, wird der Kraftstoffdruck im Kraftstoffrohr nach dem Motorstopp sofort gesenkt. Restkraftstoff im Kraftstoffrohr wird sofort mittels beispielsweise Installieren eines Bypassventils zum Umgehen eines Druckregulators, Umgehen der Kraftstoffpumpe oder Umkehren der Kraftstoffpumpenbetätigung zum Kraftstoffbehälter zurückgeführt.
Obwohl der Einlass der Sekundärluft auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators in der obigen Ausführungsform ausgeführt wird, ist es auch möglich, ihn nahe des Auslassventils des Motors zu installieren, um so das Abgas und die Sekundärluft besser miteinander zu vermischen.
Beispielsweise werden das Abgas und die Sekundärluft besser miteinander vermischt, indem die Sekundärluft in Richtung von und über dem Auslassventil zugeführt wird, wie in 13 gezeigt.
Es ist auch zulässig, den Sekundärlufteinlass auf sowohl der stromaufwärtigen Seite des Katalysators als auch auf der Auslassventilseite zu installieren.
Es ist auch möglich, ein System zu konstruieren, bei dem ein Verzweigungsventil in das Sekundärluftrohrsystem installiert wird, so dass die Sekundärluft nur in die Auslassventilseite während des Motorbetriebs und in die stromaufwärtige Seite des Katalysators nach dem Motorstopp eingelassen wird.
Die vorstehenden Ausführungsformen sind so aufgebaut, dass die Sekundärluftsteuerung nur in der Motorsteuereinheit durchgeführt wird. Wenn jedoch beurteilt werden kann, ob der Motor in Betrieb ist oder steht, kann die Sekundärluftpumpe entsprechend gesteuert werden und daher wird die Sekundärluftpumpe wie in 14 gezeigt verfügbar. Das heißt, es wird auf der Grundlage eines Eingabesignals in Bezug auf die Motordrehung, wie etwa einem Kurbelwinkelsignal, beurteilt, ob der Motor in Betrieb ist; es wird beurteilt, dass der Motor steht, wenn kein Kurbelwinkelsignal während einer spezifizierten Zeitdauer eingegeben wird, und die Sekundärluftpumpe wird entsprechend gesteuert.
Außerdem ist es wahrscheinlich, dass Wasser von der Geräuschdämpferseite eines Fahrzeugs in die Außenseite eintritt, wenn es regnet oder schneit. Wenn ein Fahrzeug, das lange Zeit in einer Garage geparkt ist, unter intensivem Sonnenlicht nach draußen bewegt wird und die Auspuffrohrtemperatur oder Katalysatortemperatur unmittelbar nach der Bewegung immer noch niedrig ist, kann die Auspuffrohrtemperatur oder Katalysatortemperatur niedriger als die Taupunkttemperatur werden und somit ist es auch möglich, dass Wasserdampf von der Auspufftopfseite in den Katalysator gesaugt wird.
In Anbetracht der Fälle, in denen Wasserdampf auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators haftet, wie vorstehend erläutert, ist es auch möglich, den Sekundärlufteinlass auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators, wie in 15 gezeigt, zu installieren.
Das Vorstehende kann das Anhaften des von der Auspufftopfseite angesaugten Wasserdampfs am Katalysator verhindern.
Da verhindert werden kann, dass sich der Wassergehalt im restlichen Abgas verflüssigt und an der Oberfläche des Katalysators anhaftet, kann die Katalysatorleistung des Abgasreinigers aufrechterhalten werden, und da in der Katalysatorzufuhr keine thermale Beanspruchung erzeugt wird, kann die Zuverlässigkeit des Katalysators verbessert werden. Im Übrigen wird es möglich, den Katalysator eine längere Zeit als im Stand der Technik zu benutzen.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf ihre exemplarische Ausführungsform veranschaulicht und beschrieben worden ist, sollte vom Fachmann auf dem Gebiet verstanden werden, dass die vorstehenden und verschiedene andere Änderungen, Auslassungen und Hinzufügungen darin und daran vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Daher sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf die vorstehend dargelegte Ausführungsform beschränkt verstanden werden, sondern so, dass sie alle möglichen Ausführungsformen einschließt, die innerhalb eines Umfangs verkörpert sein können, der in Bezug auf das Merkmal, das in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist, darin umfasst und ihr gleichwertig ist.

Claims

Abgasreiniger mit einem Katalysator (118), der im Auspuffrohr eines Motors (100) installiert ist, und einer Sekundärluftpumpe (124) zum Zuführen von Sekundärluft in das Auspuffrohr, wobei die Sekundärluftpumpe (124) nach dem Abstellen des Motors (100) betätigt wird, wobei der Abgasreiniger ferner ein Kraftstoffdruckregulierungsmittel zum Regulieren des Kraftstoffdrucks in einer Kraftstoffleitung umfasst, so dass der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffrohr nach dem Abstellen des Motors (100) gesenkt wird.
Abgasreiniger nach mindestens einem der Ansprüche 1, wobei das Kraftstoffdruckregulierungsmittel ein Bypassventil (126) ist, das parallel zu einem Kraftstoffdruckregulierungsventil (119) installiert ist.
Abgasreiniger nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Kraftstoffdruckregulierungsmittel eine Kraftstoffpumpe (117) zum Zuführen von Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter (125) zu einer Einspritzdüse (101) ist und der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung durch Drehen der Kraftstoffpumpe (117) in Gegenrichtung gesenkt wird.
Abgasreiniger nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sekundärluftpumpe (124) eine vorgegebene Zeitdauer lang nach dem Abstellen des Motors (100) betätigt wird.
Abgasreiniger nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit einem Mittel zum Messen und/oder einem Mittel zum Schätzen der Auspuffrohrtemperatur des Motors (100), wobei die Sekundärluftpumpe (124) eine vorgegebene Zeitdauer lang nach dem Abstellen des Motors (100) betätigt wird, wenn die gemessene oder geschätzte Auspuffrohrtemperatur außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
Abgasreiniger nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Sekundärluftpumpe (124) eine vorgegebene Zeitdauer lang nach dem Abstellen des Motors (100) betätigt wird, wenn beurteilt wird, dass irgendeiner vom Wassertemperatursensor, dem Ansauglufttemperatursensor (121), dem Katalysatortemperatursensor und dem Auspuffrohrtemperatursensor (122) des Motors (100) ausgefallen ist.
Abgasreiniger nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner mit einer Steuervorrichtung zum Steuern des Einlassventils, des Auslassventils, des Drosselventils und des ISC-Ventils des Motors (100), wobei das Einlassventil, das Auslassventil, das Drosselventil und das ISC-Ventil nach dem Abstellen des Motors (100) vollständig geöffnet werden.
Abgasreiniger nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit einem Mittel zum Drehen der Kurbelwelle des Motors (100), wobei die Kurbelwelle eine vorgegebene Anzahl von Malen oder bis zu einem vorgegebenen Kurbelwinkel gedreht wird, nachdem der Motor (100) angehalten hat.
Abgasreiniger nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Sekundärlufteinlass nahe dem Auslassventil des Motors (100) vorgesehen ist.
Abgasreiniger nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Sekundärlufteinlass in der stromaufwärtigen Seite des Katalysators (118) vorgesehen ist.
Abgasreiniger nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der der Sekundärlufteinlass in der stromabwärtigen Seite des Katalysators (118) vorgesehen ist.
Abgasreiniger nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner mit einem Mittel zum Messen und/oder einem Mittel zum Schätzen der Katalysatortemperatur, wobei die Sekundärluftpumpe (124) nach Maßgabe der gemessenen oder geschätzten Katalysatortemperatur betätigt wird.
Abgasreiniger nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner mit einem Mittel zum Messen und/oder einem Mittel zum Schätzen der Umgebungstemperatur, wobei die Sekundärluftpumpe (124) gemäß der gemessenen oder geschätzten Umgebungstemperatur und der gemessenen oder geschätzten Katalysatortemperatur betätigt wird.
Abgasreiniger nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Sekundärluftpumpe (124) eine vargegebene Zeitdauer lang nach dem Abstellen des Motors (100) betätigt wird, wenn die gemessene oder geschätzte Katalysatortemperatur außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
Abgasreiniger nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Sekundärluftpumpe (124) intermittierend arbeitet.
Abgasreiniger nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Drehzahl der Sekundärluftpumpe (124) nach dem Abstellen des Motors (100) geringer ist, als wenn der Motor (100) in Betrieb ist.
Steuerungsvorrichtung eines Abgasreinigers mit einem Katalysator (118), der im Auspuffrohr eines Motors (100) installiert ist, und einer Sekundärluftpumpe (124) zum Zuführen von Sekundärluft in das Auspuffrohr, wobei nach dem Abstellen des Motors (100) die Sekundärluftpumpe (124) betätigt und der Kraftstoffdruck in einer Kraftstoffleitung gesenkt wird.