DE602005000973T2

DE602005000973T2 - Abgasreinigungsgerät für brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE602005000973T2
Application number: DE602005000973T
Authority: DE
Inventors: Hisanobu 1 Toyota-cho Toyota-shi SUZUKI; Yoshitaka 1 Toyota-cho Toyota-shi NAKAMURA; Yoshiyuki 2-1 Toyoda-cho Kariya-shi Aichi-Ken TAKAHASHI; Yuzuru 2-1 Toyoda-cho Kariya-shi Aichi-Ken IKEDA; Shinichi 2-1 Toyoda-cho Kariya-shi Aichi-Ken KUSAKABE; Tadashi 2-1 Toyoda-cho Kariya-shi Aichi-Ken TOYOTA
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2025-03-15
Also published as: EP1625289B1; WO2005090761A1; KR100746726B1; US20070079607A1; DE602005000973D1; EP1625289A1; CN1842642A; JP2005273457A; JP4031765B2; KR20060025170A; US7665297B2; CN100410507C; PL1625289T3

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abgasreinigungsgerät, das auf einen Verbrennungsmotor angewendet ist, der mehrere Zylindergruppen hat, die jeweils mit einem unterschiedlichen von Abgasreinigungskatalysatoren verbunden sind.
STAND DER TECHNIK
In einem Verbrennungsmotor, der eine Zylinderanordnung der V-Art verwendet, ist ein separater Abgasreinigungskatalysator pro Bank vorgesehen, die eine Gruppe von Zylindern hat. In solch einem Verbrennungsmotor, falls die Betttemperaturen der Abgasreinigungskatalysatoren voneinander variieren, variiert die Reinigungsleistung unerwünscht für jeden Abgasreinigungskatalysator. Deshalb ist es schwierig eine Abgasreinigungssteuerung in geeigneter Weise durchzuführen. Das heißt, selbst wenn die Abgasreinigungssteuerung auf einen bestimmten Abgasreinigungskatalysator eingestellt ist, ist die Abgasreinigungssteuerung nicht für einen anderen Abgasreinigungskatalysator geeignet, der eine unterschiedliche Betttemperatur hat. Somit kann das Abgas nicht ausreichend gereinigt werden.
In dem Stand der Technik ist ein Abgasreinigungsgerät für einen V-Verbrennungsmotor vorgeschlagen worden, der einen separaten Abgasreinigungskatalysator pro Bank hat. Das Abgasreinigungsgerät erfasst die Betttemperatur von jedem Abgasreinigungskatalysator, und stellt die Zündzeitabstimmung pro Bank durch eine Rückkopplungssteuerung ein (beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 11-117786 ). Das Abgasreinigungsgerät verringert die Variation der Katalysatorbetttemperaturen durch Verringern der Temperatur des Abgases durch Verzögern der Zündzeitabstimmung der Bank, die eine höhere Katalysatorbetttemperatur hat, und Erhöhen der Temperatur des Abgases durch Vorsetzen der Zündzeitabstimmung der Bank, die eine niedrigere Katalysatorbetttemperatur hat.
Die Variation der Katalysatorbetttemperaturen ist die Hauptursache einer Variation von Wärme, die durch den Abgasreinigungskatalysator von dem Abgas aufgenommen wird. Falls der Zustand von Wärmeaufnahme und Wärmeabstrahlung des Abgasreinigungskatalysators konstant gehalten wird, wird die Variation der Wärmemenge, die durch jeden Abgasreinigungskatalysator von dem Abgas aufgenommen wird, automatisch durch Gleichmachen der Katalysatorbetttemperaturen der Abgasreinigungskatalysatoren korrigiert. Jedoch ändert sich in dem Verbrennungsmotor, beispielsweise eines Fahrzeugs, die Temperatur und die Strömungsrate von Abgas um einen großen Betrag, wenn sich der Betriebszustand ändert. Demzufolge schwankt die Wärmemenge um einen großen Betrag, die durch den Abgasreinigungskatalysator aufgenommen wird. Deshalb, selbst wenn die Betttemperaturen der Abgasreinigungskatalysatoren temporär gleich zueinander werden, ist die Wärmemenge, die durch jeden Abgasreinigungskatalysator aufgenommen wird, nicht notwendigerweise gleich zu der des anderen Katalysators. Somit ist es schwierig, die Betttemperaturen der Abgasreinigungskatalysatoren aufrecht zu erhalten, um gleich zueinander zu sein. Deshalb, wenn die Zündzeitabstimmung nur auf Basis der Betttemperatur von jedem Abgasreinigungskatalysator eingestellt wird, können eine verzögerte und übermäßige Antwort in einer Rückkopplungseinstellung oder ein Steuernachlauf bzw. Steuerpendeln auftreten.
US 5,983,876 beschreibt ein System und ein Verfahren für ein Erfassen und Korrigieren eines Leistungsungleichgewichts zwischen Zylinderbänken eines Verbrennungsmotors. In einer Ausführungsform werden Temperatursensoren bei Abgaskrümmern für jede Zylinderbank verwendet. Ein Differenztemperaturwert Δ wird erzeugt und verwendet, um zu bestimmen, welcher Zylinder eine Modifikation seiner Betriebszustände erfordert, um die Leistungsabgabe zwischen den gegenüberliegenden Bänken gleich zu machen. In einer Ausführungsform wird das Vorzeichen des Werts Δ verwendet, um zu bestimmen, welche Zylinderbank die höchste Abgastemperatur hat, und der Wert Δ wird als ein Multiplikator für Motorbetriebsalgorithmen vorgesehen, die durch den Verbrennungsmotorsteuercomputer umgesetzt werden, um die betreffende Zylinderbank herabzusetzen. In einer weiteren Ausführungsform wird der Wert Δ verwendet, um die Bank heraufzusetzen, die die niedrigere Abgastemperatur hat, die eine niedrigere Leistungsabgabe anzeigt.
EP 1 498 594 ist nur hinsichtlich Artikel 54(3) EPÜ relevant und beschreibt ein Abgassteuergerät, das auf einen Verbrennungsmotor angewendet wird, in dem Einlassseiten einer Vielzahl von Zylindergruppen mit einer gemeinsamen Einlasspassage verbunden sind, und Auslassseiten von diesen mit verschiedenen Abgaspassagen verbunden sind. Das Gerät weist eine Abgasströmungsrateneinstellvorrichtung, um zu bewirken, dass eine Strömungsrate von Abgas, das durch jede von den Abgaspassagen der Zylindergruppen abgegeben wird, geändert wird, eine Abgasströmungsratendifferenzschätzvorrichtung für ein Schätzen einer Differenz einer Abgasströmungsrate zwischen den Abgaspassagen der Zylindergruppen und eine Abgasströmungsratensteuervorrichtung für ein Steuern der Abgasströmungsrateneinstellvorrichtung auf, um die geschätzte Differenz der Abgasströmungsrate zu verringern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Abgasreinigungsgerät für einen Verbrennungsmotor vorzusehen, das eine Variation der Reinigungsleistung zwischen Abgasreinigungskatalysatoren effektiv unterdrückt.
Eine Einrichtung für ein Erreichen der vorstehenden Aufgaben und Vorteile von dieser werden nun beschrieben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Abgasreinigungsgerät vorgesehen, das auf einen Verbrennungsmotor angewendet ist, der eine Vielzahl von Gruppen von Zylindern hat, wobei jede Gruppe mit einem verschiedenen von Abgasreinigungskatalysatoren verbunden ist, wobei das Gerät folgendes aufweist:
eine Schätzeinrichtung für ein individuelles Schätzen der Strömungsrate von Abgas in jedem Abgasreinigungskatalysator; und
eine Einstelleinrichtung für ein individuelles Einstellen der Steuerweise von jeder Gruppe von Zylindern, die mit dem entsprechenden Abgasreinigungskatalysator verbunden ist, gemäß der geschätzten Strömungsrate von Abgas des Abgasreinigungskatalysators; wobei
der Verbrennungsmotor eine erste Gruppe von Zylindern, die mit einem ersten Abgasreinigungskatalysator verbunden ist, und eine zweite Gruppe von Zylindern hat, die mit einem zweiten Abgasreinigungskatalysator verbunden ist, der separat von dem ersten Abgasreinigungskatalysator ist, wobei der Verbrennungsmotor desweiteren Abgaspassagen hat, von denen jede zu einer der Gruppe von Zylindern korrespondiert, wobei die Abgaspassagen zusammengeführt sind, nachdem Abgas von jeder Gruppe von Zylindern durch den entsprechenden Abgasreinigungskatalysator hindurchgegangen ist; und
die Schätzeinrichtung die Strömungsrate von Abgas durch Berechnen einer Massenströmungsrate G1 von Abgas, die durch den ersten Abgasreinigungskatalysator hindurchgeht, und einer Massenströmungsrate G2 von Abgas schätzt, das durch den zweiten Abgasreinigungskatalysator hindurchgeht, auf Basis einer Temperatur T1 von Abgas, das durch den ersten Abgasreinigungskatalysator hindurchgeht, einer Temperatur T2 von Abgas, das durch den zweiten Abgasreinigungskatalysator hindurchgeht, einer Temperatur T von Abgas nach dem Zusammenführen, und einer Massenströmungsrate G von Abgas nach dem Zusammenführen unter Verwendung der folgenden Gleichungen (1) und (2): G1 = G × (T – T2)/(T1 – T2) (1) G2 = G × (T – T1)/(T2 – T1) (2).
Eine Variation der Strömungsrate von Abgas, das durch jeden Abgasreinigungskatalysator hindurchgeht, könnte aufgrund eines Unterschieds in dem Volumenfüllwirkungsgrad von jedem Zylinder, des Unterschieds der Strömungscharakteristik von jeder Abgasrezirkulationsvorrichtung und des Unterschieds in der Charakteristik von jedem Aufladegerät verursacht werden. Die Schwankung der Strömungsrate von Abgas bewirkt, dass die Wärmemenge, die durch die Abgasreinigungskatalysatoren von dem Abgas aufgenommen wird, variiert, wodurch die Katalysatorbetttemperaturen variieren. Wenn die Strömungsrate von Abgas variiert, variiert die Geschwindigkeit des Stickoxidspeicherns und des Schwefelvergiftens der Abgasreinigungskatalysatoren.
Gemäß den Erfindungen wird die Strömungsrate von Abgas in jedem Abgasreinigungskatalysator individuell geschätzt. Die Steuerweise von jeder Gruppe von Zylindern wird individuell eingestellt, oder die Steuerweise der Katalysatorsteuereinrichtung, die den Zustand der Abgasreinigungskatalysatoren individuell ändert, wird gemäß dem geschätzten Ergebnis eingestellt. Deshalb kann die tatsächliche Reinigungscharakteristik von jedem Abgasreinigungskatalysator genau von der Strömungsrate von Abgas erhalten werden. Somit wird eine geeignete Messung gemäß der Variation vorgenommen.
Die Strömungsrate von Abgas kann auf Basis der Abgastemperatur oder des Abgasdrucks geschätzt werden, die eine starke Korrelation zu der Strömungsrate von Abgas haben. Falls der Verbrennungsmotor ein abgasgetriebenes Aufladegerät, das Zylinder durch Abgasenergie auflädt, für jede Gruppe von Zylindern hat, kann die Strömungsrate von Abgas auf Basis des Ladedrucks des Aufladegeräts von jeder Gruppe von Zylindern geschätzt werden.
Wie in 6 gezeigt ist, wird die Massenströmungsrate G von Abgas, das durch die Abgasreinigungskatalysatoren hindurchgegangen ist und zusammengeführt ist, als die Summe der Massenströmungsrate G1 von Abgas, das durch den ersten Abgasreinigungskatalysator hindurchgegangen ist, und die Massenströmungsrate G2 von Abgas berechnet, das durch den zweiten Abgasreinigungskatalysator hindurchgegangen ist. G = G1 + G2 (3)
Andererseits werden eine Wärmemenge Q des Abgases, nachdem es zusammengeführt worden ist, eine Wärmemenge Q1 von Abgas, das durch die erste Abgaspassage hindurchgegangen ist, und eine Wärmemenge Q2 von Abgas, das durch die zweite Abgaspassage hindurchgegangen ist, durch die folgenden Gleichungen (4) bis (6) unter der Vorraussetzung dargestellt, dass T die Temperatur des Abgases darstellt, nachdem es zusammengeführt worden ist, T1 die Temperatur des Abgases darstellt, das durch den ersten Abgasreinigungskatalysator hindurchgeht, T2 die Temperatur des Abgases darstellt, das durch den zweiten Abgasreinigungskatalysator hindurchgeht, und C die spezifische Wärme des Abgases darstellt. Q = C × T × G (4) Q1 = C × T1 × G1 (5) Q2 = C × T2 × G2 (6)
Falls der Einfluss einer Abnahme der Temperatur von Abgas aufgrund der Wärmestrahlung ignoriert werden kann, ist die Wärmemenge Q des Abgases, nachdem es zusammengeführt worden ist, gleich der Summe der Wärmemengen Q1, Q2 von Abgas, das durch die Abgasreinigungskatalysatoren hindurchgegangen ist. Deshalb ist die folgende Gleichung (7) wahr. G × T = G1 × T1 + G2 × T2 (7)
Durch Lösen des Gleichungssystems, das die vorstehenden Gleichungen (3), (7) hat, werden die Gleichungen (1), (2) erhalten. Deshalb, wenn die Abgastemperaturen T, T1, T2 und die Massenströmungsrate G von Abgas, nachdem es zusammengeführt worden ist, erfasst werden, wird die Strömungsrate von Abgas in jedem Abgasreinigungskatalysator in geeigneter Weise geschätzt.
Es ist wünschenswert als die Abgastemperaturen T, T1, T2 Werte zu verwenden, die durch Korrigieren der Erfassungswerte der Temperatur erhalten wird, um den Unterschied in der Temperaturänderung aufgrund von Wärmestrahlung auszugleichen, der durch den Unterschied zwischen den Erfassungspositionen der Temperatur verursacht wird. Die Temperatur von Abgases nimmt zu dem stromabwärtigen Ende durch Wärmestrahlung zu der Außenseite ab. Das heißt die Wärmemenge von Abgas nimmt zu dem stromabwärtigen Ende ab. Deshalb ist im strikten Sinne die Wärmemenge Q von Abgas, nachdem es zusammengeführt worden ist, geringfügig kleiner als die Summe der Wärmemengen Q1, Q2 von Abgas, das durch die Abgasreinigungskatalysatoren hindurchgeht. In dieser Hinsicht, da dieser Aufbau den Wert verwendet, der gemäß der Erfassungsposition der Temperatur kompensiert worden ist, um die Strömungsrate von Abgas zu schätzen, wird die Strömungsrate von Abgas genauer geschätzt.
Desweiteren wird die Massenströmungsrate G von Abgas nach einem Zusammenführen wünschenswerter als die Summe der Gesamtmasse von Kraftstoff, die in den Verbrennungsmotor pro Zeiteinheit eingespritzt wird, und der Massenströmungsrate von Einlassluft berechnet.
Die Gesamtmasse von Abgas, die von den Zylindern ausgegeben wird, ist gleich zu der Summe der Masse aus Gas und Kraftstoff, die zu den Zylindern zugeführt wird. Deshalb ist die Massenströmungsrate G von Abgas, nachdem es zusammengeführt worden ist, gleich zu der Summe aus der Gesamtmasse von Kraftstoff, der von dem Verbrennungsmotor pro Zeiteinheit eingespritzt wird, und der Massenströmungsrate von Einlassluft, d.h., der Gesamtmasse von neuer Luft und rezirkuliertem Abgas, das zu den Zylindern pro Zeiteinheit zugeführt wird. Deshalb wird gemäß dieser Struktur die Massenströmungsrate G von Abgas, nachdem es zusammengeführt worden ist, genau berechnet, ohne die Massenströmungsrate G direkt zu erfassen.
Es ist wünschenswert, dass die Einstelleinrichtung die Strömungsrate von Abgas pro Gruppe von Zylindern individuell einstellt, derart, dass der Unterschied zwischen den geschätzten Strömungsraten von Abgas in den Abgasreinigungskatalysatoren verringert ist.
Gemäß diesem Aufbau wird die Variation der Strömungsrate von Abgas in den Abgasreinigungskatalysatoren während eines Betriebs des Verbrennungsmotors unterdrückt. Deshalb wird eine Variation der Reinigungscharakteristiken zwischen den Abgasreinigungskatalysatoren, wie der Unterschied in der Wärmemenge, die von dem Abgas aufgenommen wird, und der Unterschied zwischen der Geschwindigkeit des Stickoxidspeicherns und der Geschwindigkeit des Schwefelvergiftens, in einer geeigneten Weise unterdrückt. Falls der Verbrennungsmotor die Abgasrezirkulationsvorrichtung für jede Gruppe von Zylindern hat, ist der Unterschied zwischen den Strömungsraten von Abgas in den Abgasreinigungskatalysatoren durch individuelles Einstellen der Abgasrezirkulationsrate von jeder Gruppe von Zylindern verringert. Falls der Verbrennungsmotor das Aufladegerät mit variabler Verdrängung pro Gruppe von Zylindern hat, wird der Unterschied zwischen den Strömungsraten von Abgas in den Abgasreinigungskatalysatoren durch individuelles Einstellen der Auflademenge für jede Gruppe von Zylindern verringert. Desweiteren können die Strömungsraten von Abgas in den Abgasreinigungskatalysatoren individuell eingestellt werden, um den Unterschied zwischen den Strömungsraten von Abgas durch einen variablen Einlassmechanismus oder einen Ventilmechanismus mit variablem Verhalten zu verringern.
Es ist wünschenswert, dass die Einstelleinrichtung die Menge von Reduziermittel, das zu jedem Abgasreinigungskatalysator pro Gruppe von Zylindern hinzugefügt wird, auf Basis der geschätzten Strömungsrate von Abgas in dem Abgasreinigungskatalysator individuell einstellt.
Ein Reduziermittel, wie Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid, wird durch Zusetzen von Kraftstoff zu dem Abgas zugeführt, um Stickoxide und Schwefeloxide, die in den Abgasreinigungskatalysatoren gespeichert sind, oder akkumulierte Partikel zu reinigen bzw. zu entfernen. Die optimale Menge von Reduziermittel, das hinzugesetzt werden soll, variiert gemäß der Strömungsrate von Abgas, das durch jeden Abgasreinigungskatalysator hindurchgeht. Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird die Menge von Reduziermittel, die zu jedem Abgasreinigungskatalysator hinzugefügt werden soll, individuell auf Basis der geschätzten Strömungsrate von Abgas in dem Abgasreinigungskatalysator eingestellt. Deshalb, selbst wenn die Strömungsrate von Abgas für den Abgasreinigungskatalysator variiert, wird die optimale Menge von Reduziermittel zu jedem Abgasreinigungskatalysator zugesetzt.
Es ist wünschenswert, dass der Verbrennungsmotor Einlasspassagen hat, von denen jede zu einer von der ersten und zweiten Gruppe von Zylindern korrespondiert, und einen Einlasskrümmer, der gewöhnlich mit den Einlasspassagen verbunden ist. Eine Abgasrezirkulationsvorrichtung, die Abgas von jeder Abgaspassage zu den entsprechenden Einlasspassagen wieder zuführt, ist für jede Gruppe von Zylindern vorgesehen. Jede Abgasrezirkulationsvorrichtung hat eine Abgasrezirkulationspassage, die den Einlasskrümmer mit der entsprechenden Abgaspassage separat verbindet, und ein Abgasrezirkulationsventil, das in jeder Abgasrezirkulationspassage vorgesehen ist. Die Katalysatorsteuereinrichtung ist durch das Abgasrezirkulationsventil aufgebaut.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Struktur eines Verbrennungsmotorsystems darstellt, auf das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet ist;
2 ist ein Flussdiagramm, das spezifische Prozesse einer Öffnungsgradsteuerprozedur der bevorzugten Ausführungsform zeigt;
3 ist ein Blockdiagramm, das einen schematischen Aufbau eines Verbrennungsmotorsystems darstellt, auf das eine modifizierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet ist;
4 ist ein Flussdiagramm, das eine Prozedur für ein Steuern einer Zusatzmenge gemäß einer modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist ein Graph, der ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Unterschied der Strömungsraten von Abgas und den Unterschieden der Temperaturen des Abgases in Abgaspassagen zeigt; und
6 ist ein Diagramm, das Charakteristiken von Abgas bei jedem Teil eines Verbrennungsmotorabgassystems zeigt.
BESTE FORM ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
Ein Abgasreinigungsgerät für einen Verbrennungsmotor gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist auf einen Verbrennungsmotor der V-Art angewendet, der erste und zweite Bänke hat.
1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Verbrennungsmotorsystem mit Fokus auf einen Verbrennungsmotor 10.
Wie in 1 gezeigt ist, ist der Verbrennungsmotor 10 mit Einspritzelementen 14 versehen. Jedes Einspritzelement 14 korrespondiert zu einem von Zylindern und spritzt Kraftstoff direkt in eine entsprechende von Verbrennungskammern ein. In dem Verbrennungsmotor 10 sind eine erste Einlasspassage 20R und eine erste Auslass- bzw. Abgaspassage 40R entsprechend einer Gruppe von Zylindern einer ersten Bank 12R vorgesehen. In gleicher Weise sind eine zweite Einlasspassage 20L und eine zweite Abgaspassage 40L entsprechend einer Gruppe von Zylindern einer zweiten Bank 12L vorgesehen.
Nachstehend werden die Einlasspassagen 20R, 20L beschrieben.
Ein gemeinsames Luftreinigungselement 22 ist bei der stromaufwärtigsten Sektion der Einlasspassagen 20R, 20L gelegen. Die Einlasspassagen 20R, 20L sind stromabwärts des Luftreinigungselements 22 geteilt. Die Einlasspassagen 20R, 20L haben jeweils, in der Reihenfolge von dem stromaufwärtigen Ende, Aufladegeräte 24R, 24L (genauer gesagt Kompressoren von diesen), Zwischenkühler 26R, 26L und Einlassdrosselventile 28R, 28L. Die Aufladegeräte 24R, 24L sind abgasgetriebene Aufladegeräte, in denen Turbinen, die in den Abgaspassagen 40R, 40L angeordnet sind, durch die Abgasströmung gedreht werden. Die Turbinen sammeln deshalb Abgasenergie, und übertragen die Energie zu den Kompressoren. Die Aufladegeräte 24R, 24L sind Aufladegeräte mit variabler Verdrängung, die variable Düsenmechanismen (nicht dargestellt) für ein Steuern der Menge von gesammelter Abgasenergie haben.
Die Einlasspassagen 20R, 20L sind mit einem gemeinsamen Einlasskrümmer 30 verbunden. Einlassluft, die durch die Einlasspassagen 20R, 20L hindurchgeht, wird zuerst in dem Einlasskrümmer 30 gesammelt und in Zylinder von jeder Bank 12R, 12L angesaugt.
Die Abgaspassagen 40R, 40L werden nun beschrieben.
Die Abgaspassagen 40R, 40L haben jeweils, in der Reihenfolge von dem stromaufwärtigen Ende, Abgaskrümmer 42R, 42L, die Aufladegeräte 24R, 24L (genauer gesagt die Turbinen) und Abgasreinigungskatalysatoren 44R, 44L. Die Abgaspassagen 40R, 40L sind in einer einzelnen Passage (Zusammengeführte Passage 46) stromabwärts der Abgasreinigungskatalysatoren 44R, 44L zusammengeführt.
Die Abgasreinigungskatalysatoren 44R, 44L funktionieren als Stickoxidspeicher-Reduktionskatalysatoren und Filter. Wenn Abgas als eine oxidierende Atmosphäre (mager) während eines normalen Betriebs des Verbrennungsmotors 10 betrachtet wird, speichert der NOx-Speicher-Reduktionskatalysator NOx. Wenn Abgas als eine reduzierende Atmosphäre betrachtet wird (stöchiometrisch oder fett), setzt der NOx-Speicher-Reduktionskatalysator das gespeicherte NOx als Stickoxid (NO) frei und reduziert mit Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO). NOx wird auf diese Weise gereinigt bzw. aufbereitet. Andererseits fängt der Filter Partikel (PM) im Abgas. Somit beginnt aktiver Sauerstoff, der in einer oxidierenden Hochtemperaturatmosphäre erzeugt wird, wenn NOx gespeichert wird, die Partikel zu oxidieren. Desweiteren oxidiert überschüssiger Sauerstoff in der Umgebung die gesamten Partikel. Wenn Abgas als eine reduzierende Atmosphäre betrachtet wird, verstärkt eine große Menge von aktivem Sauerstoff, der durch die Abgasreinigungskatalysatoren 44R, 44L erzeugt wird, eine Oxidation der Partikel. Demzufolge werden Partikel zu der selben Zeit gereinigt, wenn NOx gereinigt wird.
Die Abgaspassagen 40R, 40L haben jeweils Reduziermittelzusatzventilvorrichtungen 50R, 50L. Genauer gesagt sind Zusatzventile 52R, 52L jeweils zwischen den Aufladegeräten 24R, 24L und den Abgasreinigungskatalysatoren 44R, 44L in den Abgaspassagen 40R, 40L angeordnet. Die Zusatzventile 52R, 52L werden mit Kraftstoff von einer Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) versorgt. Wenn die Zusatzventile 52R, 52L offen sind, wird Reduziermittel, das in dieser Ausführungsform Kraftstoff ist, zu dem Abgas bei Sektionen stromaufwärts der Abgasreinigungskatalysatoren 44R, 44L hinzugefügt. Das Reduziermittel wird hinzugefügt, um die Katalysatorbetttemperatur zu erhöhen, wenn die Atmosphäre der Abgasreinigungskatalysatoren 44R, 44L temporär zu einer reduzierenden Atmosphäre während eines Reinigungsprozesses von NOx geändert wird, wenn ein Prozess für ein Reinigen von Partikeln durchgeführt wird, oder wenn ein Prozess für ein Entfernen von Schwefeloxiden von den Abgasreinigungskatalysatoren 44R, 44L durchgeführt wird.
Der Verbrennungsmotor 10 hat Abgasrezirkulationsvorrichtungen 60R, 60L, die jeweils zu einer der Bänke 12R, 12L korrespondieren. Die Abgasrezirkulationsvorrichtungen 60R, 60L führen jeweils einen Teil des Abgases von den Abgaspassagen 40R, 40L zu den Einlasspassagen 20R, 20L zurück. Die Abgasrezirkulationsvorrichtungen 60R, 60L sind jeweils durch Abgasrezirkulationspassagen 62R, 62L und Abgasrezirkulationsventile 64R, 64L gebildet. Die Abgasrezirkulationspassagen 62R, 62L verbinden jeweils den Einlasskrümmer 30 mit den Abgaskrümmern 42R, 42L. Die Abgasrezirkulationsventile sind jeweils in den Abgasrezirkulationspassagen 62R, 62L angeordnet. Die Menge von Abgas in den Abgaspassagen 40R, 40L, das zu dem Einlasskrümmer 30 wieder zugeführt wird, wird durch Ändern der Querschnittsfläche der Abgasrezirkulationspassagen 62R, 62L durch Steuern des Öffnungsgrads der Abgasrezirkulationsventile 64R, 64L oder Steuern des Öffnungsgrads der Einlassdrosselventile 28R, 28L eingestellt. Die Menge von wieder zugeführtem Abgas wird durch Steuern des Öffnungsgrads der Abgasrezirkulationsventile 64R, 64L und der Einlassdrosselventile 28R, 28L derart eingestellt, dass die Abgasrezirkulationsrate (die Gewichtsprozente des wieder zugeführten Abgases in dem Abgas, das in jede Verbrennungskammer angesaugt wird) gleich zu einer Zielrezirkulationsrate wird, die gemäß der Verbrennungsmotorlast und der Verbrennungsmotordrehzahl eingestellt ist.
Verschiedene Sensoren sind in dem Verbrennungsmotorsystem vorgesehen. Beispielsweise sind Luftmengenmesser 72R, 72L, die die Einlassluftmenge erfassen, jeweils in den Einlasspassagen 20R, 20L stromaufwärts der Aufladegeräte 24R, 24L vorgesehen. Die Luftmengenmesser 72R, 72L sind beispielsweise Heißdrahtluftmengenmesser, die die Massenströmungsrate von Einlassluft erfassen. Ein Abgastemperatursensor 74R für ein Erfassen einer Abgastemperatur T1 und ein Luft-Kraftstoffverhältnissensor 76R für ein Erfassen eines Luft-Kraftstoffverhältnisses von Abgas sind stromabwärts des ersten Abgasreinigungskatalysators 44R in der ersten Abgaspassage 40R angeordnet. In gleicher Weise sind ein Abgastemperatursensor 74L für ein Erfassen einer Abgastemperatur T2 und ein Luft-Kraftstoffverhältnissensor 76L für ein Erfassen eines Luft-Kraftstoffverhältnisses des Abgases stromabwärts des zweiten Abgasreinigungskatalysators 44L in der zweiten Abgaspassage 40L angeordnet. Desweiteren ist ein Abgastemperatursensor 78 für ein Erfassen einer Abgastemperatur T in der Zusammengeführten Passage 46 angeordnet.
Eine elektronische Steuervorrichtung 70 besteht hauptsächlich aus einem Digitalcomputer, der eine CPU, einen ROM, einen RAM hat, und Antriebsschaltkreisen für ein Antreiben von anderen Vorrichtungen. Die elektronische Steuervorrichtung 70 liest Ausgabesignale von den Sensoren ein und führt verschiedene Berechnungen durch. Auf Basis der Berechnungsergebnisse führt die elektronische Steuervorrichtung 70 verschiedene Steuerungen hinsichtlich der Verbrennungsmotorsteuerung aus. Die Steuerungen umfassen beispielsweise eine Antriebssteuerung der Einspritzelemente 14, eine Betriebssteuerung der Aufladegeräte 24R, 24L (variable Düsenmechanismen), eine Steuerung des Öffnungsgrads der Einlassdrosselventile 28R, 28L, eine Antriebssteuerung der Zusatzventile 52R, 52L und eine Steuerung des Öffnungsgrads der Abgasrezirkulationsventile 64R, 64L.
Eine Variation der Strömungsrate von Abgas, das durch jeden Abgasreinigungskatalysator 44R, 44L hindurchgeht, könnte aufgrund des Unterschieds der Volumenfüllwirkungsgrade der Zylinder, des Unterschieds der Strömungscharakteristiken der Abgasrezirkulationsvorrichtungen 60R, 60L und des Unterschieds der Charakteristiken der Aufladegeräte 24R, 24L verursacht werden. Die Variation der Strömungsrate von Abgas bewirkt, dass die Wärmemenge, die durch den Abgasreinigungskatalysator 44R, 44L von dem Abgas aufgenommen wird, variiert, wodurch die Katalysatorbetttemperaturen variieren. Falls die Strömungsraten von Abgas variieren, variiert die Geschwindigkeit des NOx-Speicherns und des Schwefelvergiftens der Abgasreinigungskatalysatoren 44R, 44L.
Deshalb werden in der bevorzugten Ausführungsform die Massenströmungsraten G1, G2 von Abgas, das durch die Abgaspassagen 40R, 40L hindurchströmt, individuell geschätzt. Der Öffnungsgrad von jedem Abgasrezirkulationsventil 64R, 64L wird derart korrigiert, dass der Unterschied zwischen den geschätzten Massenströmungsraten G1, G2 verringert wird. Demzufolge wird eine Variation der tatsächlichen Strömungsrate von Abgas unterdrückt. In der bevorzugten Ausführungsform funktionieren die Abgasrezirkulationsventile 64R, 64L als Katalysatorsteuereinrichtung, die stromaufwärts der Abgasreinigungskatalysatoren gelegen ist und den Zustand der Abgasreinigungskatalysatoren individuell ändert.
Zuerst wird das Verfahren für ein Schätzen der Massenströmungsraten G1, G2 beschrieben.
Die Massenströmungsrate G der zusammengeführten Passage 46 wird als die Summe aus der Massenströmungsrate G1 von Abgas, das durch die erste Abgaspassage 40R hindurchgeht, und der Massenströmungsrate G2 von Abgas, das durch die zweite Abgaspassage 40L hindurchgeht, berechnet, wie durch die folgende Gleichung (11) gezeigt ist. G = G1 + G2 (11)
Andererseits sind eine Wärmemenge Q des Abgases in der zusammengeführten Passage 46, eine Wärmemenge Q1 von Abgas, das durch die erste Abgaspassage 40R hindurchgeht, und eine Wärmemenge Q2 von Abgas, das durch die zweite Abgaspassage 40L hindurchgeht, durch die folgenden Gleichungen (12) bis (14) dargestellt, unter der Voraussetzung, dass die spezifische Wärme von Abgas durch einen Buchstaben C dargestellt ist. Q = C × T × G (12) Q1 = C × T1 × G1 (13) Q2 = C × T2 × G2 (14)
Falls der Einfluss einer Abnahme der Temperatur des Abgases aufgrund einer Wärmestrahlung ignoriert werden kann, ist die Wärmemenge Q von Abgas in der zusammengeführten Passage 46 gleich der Summe der Wärmemengen Q1, Q2 von Abgas, das durch die Abgaspassagen 40R, 40L hindurchgeht (Q = Q1 + Q2). Deshalb ist die folgende Gleichung (15) wahr. G × T = G1 × T1 + G2 × T2 (15)
Durch Lösen des Gleichungssystems, das die vorstehenden Gleichungen (11), (15) hat, werden die Gleichungen (16), (17) erhalten. G1 = G × (T – T2)/(T1 – T2) (16) G2 = G × (T – T1)/(T2 – T1) (17)
Tatsächlich nimmt die Abgastemperatur zu dem stromabwärtigen Ende durch Wärmestrahlung zu der Außenseite ab. Das heißt, die Wärmemenge von Abgas nimmt zu dem stromabwärtigen Ende hin ab. Deshalb ist im strikten Sinne die Wärmemenge Q von Abgas in der zusammengeführten Passage 46 geringfügig kleiner als die Summe der Wärmemengen Q1, Q2 von Abgas, das durch die Abgaspassagen 40R, 40L hindurchgeht.
In der bevorzugten Ausführungsform sind die Abgastemperaturen, die für ein Schätzen der Massenströmungsraten G1, G2 verwendet werden, die Erfassungswerte der Abgastemperaturen, die korrigiert worden sind. Das heißt, die Erfassungswerte werden korrigiert, um den Unterschied der Temperaturänderung aufgrund von Wärmestrahlung auszugleichen, der durch den Unterschied zwischen den Erfassungspositionen der Temperaturen mit Bezug auf die Erfassungsposition der Abgastemperatur T bewirkt wird.
Genauer gesagt werden die Massenströmungsraten G1, G2 von Abgas, das durch die Abgaspassagen 40R, 40L hindurchgeht, auf Basis der folgenden Beziehungsausdrücke (18), (19) geschätzt, die „T1 × α" und „T2 × β" als die Abgastemperaturen haben. G1 = G × (T – T2 × β)/(T1 × α – T2 × β) (18) G2 = G × (T – T1 × α)/(T2 × β – T1 × α) (19)
Werte α und β sind beide vorbestimmte Koeffizienten. Der Koeffizient α ist ein Wert, der den Unterschied der Temperaturänderung aufgrund einer Wärmestrahlung ausgleicht, der von der Erfassungsposition der Abgastemperatur T1 bis zu der Erfassungsposition der Abgastemperatur T auftritt. Der Koeffizient β ist ein Wert, der den Unterschied der Temperaturänderung aufgrund von Wärmestrahlung ausgleicht, der von der Erfassungsposition der Abgastemperatur T2 bis zu der Erfassungsposition der Abgastemperatur T auftritt. Die Koeffizienten α und β sind auf positive Werte, die geringer als 1 sind, im Voraus auf Basis von experimentalen Ergebnissen eingestellt.
Deshalb, wenn die Massenströmungsrate G von Abgas in der zusammengeführten Passage 46 erhalten wird, werden die Massenströmungsraten G1, G2 von Abgas, das durch die Abgaspassagen 40R, 40L hindurchgeht, unter Verwendung der Beziehungsausdrücke (18), (19) auf Basis der erfassten Abgastemperaturen T, T1 und T2 geschätzt. Die Gesamtmasse von Abgas, das von den Zylindern abgegeben wird, ist gleich der Summe der Masse von Gas und Kraftstoff, die zu den Zylindern zugeführt wird. Deshalb ist die Massenströmungsrate G von Abgas in der zusammengeführten Passage 46 gleich der Summe aus der Gesamtmasse von Kraftstoff, der von den Einspritzelementen 14 pro Zeiteinheit eingespritzt wird, und der Massenströmungsrate von Einlassluft, d.h., der Gesamtmasse von neuer Luft und wieder zugeführtem Abgas, die zu den Zylindern pro Zeiteinheit zugeführt werden.
In dieser Hinsicht wird in der bevorzugten Ausführungsform die Massenströmungsrate G als die Summe aus der Gesamtmasse von Kraftstoff, der von den Einspritzelementen 14 pro Zeiteinheit eingespritzt wird, und der Massenströmungsrate von Einlassluft berechnet. Die erhaltene Massenströmungsrate G wird dann für ein Berechnen der Massenströmungsraten G1, G2 verwendet. Genauer gesagt wird ein Wert, der auf Basis der Menge von Luft (neuer Luft), die durch die Luftmengenmesser 72R, 72L erfasst wird, und der vorbestimmten Zielrezirkulationsrate geschätzt wird, als die Massenströmungsrate von Einlassluft pro Zeiteinheit verwendet.
Eine Prozedur für ein Steuern des Öffnungsgrads der Abgasrezirkulationsventile 64R, 64L auf Basis der Massenströmungsraten G1, G2 wird nun beschrieben. In der bevorzugten Ausführungsform funktioniert die Öffnungsgradsteuerprozedur als Einstelleinrichtung für ein individuelles Einstellen der Steuerungsweise der Gruppe von Zylindern, mit denen jeder Reinigungskatalysator verbunden ist, oder der Katalysatorsteuereinrichtung gemäß der geschätzten Strömungsrate von Abgas in dem Abgasreinigungskatalysator.
Das Flussdiagramm von 2 zeigt eine Prozedur für ein Steuern des Öffnungsgrads. Die Abfolge von Prozessen, die in dem Flussdiagramm gezeigt ist, wird durch die elektronische Steuervorrichtung 70 bei vorbestimmten Intervallen ausgeführt.
Bei Schritt S100 berechnet die elektronische Steuervorrichtung 70 die Zielrezirkulationsrate auf Basis der Verbrennungsmotorlast und der Verbrennungsmotordrehzahl. Die elektronische Steuervorrichtung 70 berechnet auch die Öffnungsgrade (Zielöffnungsgrade TacR, TacL) der Abgasrezirkulationsventile 64R, 64L in geeigneter Weise, damit die tatsächliche Abgasrezirkulationsrate gleich der Zielrezirkulationsrate wird. Die Zielöffnungsgrade TacR, TacL sind in dieser Ausführungsform gleich zueinander (TacR = TacL).
Dann bestimmt die elektronische Steuervorrichtung 70 bei Schritt S102, ob das Reduziermittel zugefügt wird. Falls bestimmt ist, dass das Reduziermittel nicht zugefügt wird, d.h., falls die Entscheidung, die bei Schritt S102 herauskommt, negativ ist, führt die elektronische Steuervorrichtung 70 einen Prozess für ein Schätzen der Massenströmungsraten G1, G2 und einen Prozess für ein Korrigieren der Öffnungsgrade der Abgasrezirkulationsventile 64R, 64L auf Basis des Unterschieds zwischen den geschätzten Massenströmungsraten G1, G2 aus (Schritte S104 bis S110).
Zuerst bestimmt die elektronische Steuervorrichtung 70 die Massenströmungsraten G1, G2 bei Schritt S104. In dieser Ausführungsform funktioniert der Prozess von Schritt S104 als eine Schätzeinrichtung für ein individuelles Schätzen der Strömungsrate von Abgas in jedem Abgasreinigungskatalysator.
Bei Schritt S106 berechnet die elektronische Steuervorrichtung 70 einen Korrekturbetrag ΔKr des Zielöffnungsgrads TacR und einen Korrekturbetrag ΔKl des Zielöffnungsgrads TacL auf Basis des Unterschieds zwischen den Massenströmungsraten G1, G2. Bei Schritt S108 addiert die elektronische Steuervorrichtung 70 den Korrekturbetrag ΔKr zu dem Korrekturterm Kr, der in dem vorhergehenden Prozess berechnet worden ist, und den Korrekturbetrag ΔKl zu dem Korrekturterm Kl, der in dem vorhergehenden Prozess berechnet worden ist, um die Korrekturterme Kr, Kl zu aktualisieren. Desweiteren wird bei Schritt S110 der Korrekturterm Kr zu dem Zielöffnungsgrad TacR hinzugefügt, und der Korrekturterm Kl wird zu dem Zielöffnungsgrad TacL hinzugefügt, so dass die Zielöffnungsgrade TacR, TacL beide korrigiert werden.
Die Korrekturbeträge ΔKr, ΔKl werden beide durch eine Kennfeldberechnung erhalten. Kennfelder, die für die Kennfeldberechnung verwendet werden, werden durch Experimente über die Beziehung zwischen dem Unterschied zwischen den Massenströmungsraten G1, G2 und dem Korrekturbetrag ΔKr (oder dem Korrekturbetrag ΔKl) erhalten, der den Unterschied schnell beseitigt. Die Kennfelder sind in der elektronischen Steuervorrichtung 70 gespeichert.
Wenn beispielsweise die Massenströmungsrate G1 der ersten Abgaspassage 40R größer als die Massenströmungsrate G2 der zweiten Abgaspassage 40L ist (G1 > G2), wird ein Wert, der den Öffnungsgrad des Abgasrezirkulationsventils 64R erhöht, als der Korrekturbetrag ΔKr berechnet, und ein Wert, der den Öffnungsgrad des Abgasrezirkulationsventils 64L verringert, wird als der Korrekturbetrag ΔKl berechnet. Somit, während die Menge von Abgas erhöht wird, das von dem Abgaskrümmer 42R wieder zugeführt wird, der zu der ersten Bank 12R korrespondiert, wird die Menge von Abgas verringert, die von dem Abgaskrümmer 42L wieder zugeführt wird, der zu der zweiten Bank 12L korrespondiert. Dies verringert den Unterschied zwischen den Strömungsraten von Abgas in den Abgaspassagen 40R, 40L.
Im Gegensatz dazu, wenn die Massenströmungsrate G1 der ersten Abgaspassage 40R geringer ist als die Massenströmungsrate G2 der zweiten Abgaspassage 40L (G1 < G2), wird ein Wert, der den Öffnungsgrad des Abgasrezirkulationsventils 64R verringert, als der Korrekturbetrag ΔKr berechnet, und ein Wert, der den Öffnungsgrad des Abgasrezirkulationsventils 64L erhöht, wird als der Korrekturbetrag ΔKl berechnet.
Andererseits, falls bestimmt wird, dass das Reduziermittel hinzugefügt wird, d.h., falls die Entscheidung, die bei Schritt S102 herauskommt, positiv ist, können die Massenströmungsraten G1, G2 aufgrund des Einflusses des hinzugefügten Reduziermittels nicht genau geschätzt werden. Deshalb führt die elektronische Steuervorrichtung 70 nicht den Prozess für ein Schätzen der Massenströmungsraten G1, G2 (Schritt S104) und den Prozess für ein Aktualisieren der Korrekturterme Kr, Kl auf Basis der Korrekturbeträge ΔKr, ΔKl (Schritte S106, S108) aus. In diesem Fall wird bei Schritt S110 der gespeicherte Korrekturterm Kr zu dem Zielöffnungsgrad TacR hinzugefügt, und der gespeicherte Korrekturterm Kl wird zu dem Zielöffnungsgrad TacL hinzugefügt, um die Zielöffnungsgrade TacR, TacL zu korrigieren.
Nachdem die Korrektur der Zielöffnungsgrade TacR, TacL wie vorstehend beschrieben ausgeführt worden ist, steuert die elektronische Steuervorrichtung 70 den Betrieb der Abgasrezirkulationsventile 64R, 64L gemäß den Zielöffnungsgraden TacR, TacL bei Schritt S112. Die elektronische Steuervorrichtung 70 unterbricht dann zeitweilig den gegenwärtigen Prozess.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform hat die folgenden Vorteile.
Die Massenströmungsraten G1, G2 von Abgas, das durch die Abgaspassagen 40R, 40L strömt, werden individuell geschätzt. Der Öffnungsgrad von jedem Abgasrezirkulationsventil 64R, 64L wird derart korrigiert, dass der Unterschied zwischen den geschätzten Massenströmungsraten G1, G2 verringert ist. Demzufolge wird die Strömungsrate von Abgas in jeder Abgaspassage 40R, 40L individuell eingestellt. Dies unterdrückt die Variation der Strömungsrate von Abgas in den Abgaspassagen 40R, 40L während eines Betriebs des Verbrennungsmotors. Dies unterdrückt in einer geeigneten Weise eine Variation der Reinigungscharakteristiken zwischen den Abgasreinigungskatalysatoren, wie den Unterschied in der Wärmemenge, die von dem Abgas aufgenommen wird, und den Unterschied zwischen der Geschwindigkeit des Stickoxidspeicherns und der Geschwindigkeit des Schwefelvergiftens.

(2) Die Massenströmungsraten G1, G2 der Abgaspassagen 40R, 40L werden in geeigneter Weise unter Verwendung der Beziehungsausdrücke (18), (19) auf Basis der Abgastemperaturen T, T1 und T2 und der Massenströmungsrate G von Abgas in der zusammengeführten Passage 46 geschätzt.
(3) Die Werte für ein Schätzen der Massenströmungsraten G1, G2 sind die Erfassungswerte der Abgastemperaturen, die korrigiert worden sind. Das heißt, die Erfassungswerte sind korrigiert, um den Unterschied der Temperaturänderung aufgrund von Wärmestrahlung auszugleichen, der durch den Unterschied zwischen den Erfassungspositionen der Temperaturen mit Bezug auf die Erfassungsposition der Abgastemperatur T verursacht wird. Deshalb werden die Massenströmungsraten G1, G2 genauer geschätzt.
(4) Die Massenströmungsrate G von Abgas in der zusammengeführten Passage 46 wird als die Summe aus der Gesamtmasse von Kraftstoff, der von den Einspritzelementen 14 pro Zeiteinheit eingespritzt wird, und der Massenströmungsrate von Einlassluft berechnet. Deshalb wird die Massenströmungsrate G genau berechnet, ohne die Massenströmungsrate G direkt zu erfassen.

Die dargestellten Ausführungsformen können wie folgt modifiziert werden.
Wenn die Massenströmungsrate präzise durch beispielsweise eine Korrektur unter Verwendung der Einlasstemperatur erfasst wird, kann ein Luftmengenmesser, der die volumetrische Strömungsrate erfasst, oder ein Einlassdrucksensor verwendet werden, um die Einlassluftmenge zu erfassen.
In der bevorzugten Ausführungsform werden die Öffnungsgrade von beiden Abgasrezirkulationsventilen 64R, 64L korrigiert, um die Variation der Abgasströmungsrate zu unterdrücken. Jedoch kann der Öffnungsgrad von nur einem der Abgasrezirkulationsventile 64R, 64L korrigiert werden.
Anstelle des Korrigierens der Öffnungsgrade der Abgasrezirkulationsventile 64R, 64L können die folgenden Strukturen (a) bis (c) verwendet werden. Desweiteren kann die Struktur des Korrigierens der Öffnungsgrade der Abgasrezirkulationsventile 64R, 64L mit wenigstens zwei der Strukturen (a) bis (c) kombiniert werden. Mit diesen Strukturen wird auch die Strömungsrate von Abgas in den Abgaspassagen 40R, 40L individuell eingestellt.

(a) Ändern der Betriebsbeträge (Öffnungsgrad einer Düse) des variablen Düsenmechanismus der Aufladegeräte 24R, 24L.

Im Speziellen kann der Öffnungsgrad einer Düse des Aufladegeräts, das zu der Bank korrespondiert, die eine größere Strömungsrate von Abgas hat, verringert werden. Dies verringert den Querschnitt des Abschnitts der Abgaspassage, wo das Aufladegerät, das zu der zuvor erwähnten Bank korrespondiert, gelegen ist, wodurch der Druck in dem Abgaskrümmer erhöht wird. Demzufolge ist die Menge von wieder zugeführtem Abgas erhöht, und die Strömungsrate von Abgas ist verringert. Im Gegensatz dazu kann der Öffnungsgrad einer Düse des Aufladegeräts, das zu der Bank korrespondiert, die eine kleinere Strömungsrate von Abgas hat, erhöht werden. Dies verringert den Druck in dem Abgaskrümmer, der zu der zuvor erwähnten Bank korrespondiert, und erhöht die Strömungsrate von Abgas. Gemäß dieser Struktur funktioniert der variable Düsenmechanismus als die Katalysatorsteuereinrichtung.

(b) Ändern der Öffnungsgrade der Einlassdrosselventile 28R, 28L.

Genauer gesagt kann der Öffnungsgrad des Einlassdrosselventils, das zu der Bank korrespondiert, die eine größere Strömungsrate von Abgas hat, verringert werden. Dies verringert den Druck in der Einlasspassage, die zu der zuvor erwähnten Bank korrespondiert, wodurch die Menge von wieder zugeführtem Abgas erhöht wird. Deshalb ist die Strömungsrate von Abgas verringert. Im Gegensatz dazu kann der Öffnungsgrad des Einlassdrosselventils, das zu der Bank korrespondiert, die eine geringere Strömungsrate von Abgas hat, erhöht werden. Dies erhöht den Druck in der Einlasspassage, die zu der zuvor erwähnten Bank korrespondiert, wodurch die Menge von wieder zugeführtem Abgas verringert wird. Deshalb ist die Strömungsrate von Abgas erhöht. Gemäß dieser Struktur funktionieren die Einlassdrosselventile als die Katalysatorsteuereinrichtung.
Gemäß diesem Aufbau, da der Druck der Einlassluft in jeder Einlasspassage individuell geändert werden muss, ist der Aufbau nur auf das folgende Verbrennungsmotorsystem anwendbar. Das heißt, als ein Beispiel, das in 3 gezeigt ist, muss der Verbrennungsmotor die Abgasrezirkulationsvorrichtungen 80R, 80L verwenden, die jeweils unabhängige Abgasrezirkulationspassagen 82R, 82L haben. Jede Abgasrezirkulationsvorrichtung 80R, 80L korrespondiert zu einer der Bänke 12R, 12L. Zusätzlich müssen die Bänke 12R, 12L jeweils mit den Einlasspassagen 20R, 20L und den Einlassdrosselventilen 28R, 28L versehen sein. Eine Abgasrezirkulationspassage 82R ist mit einer von den Einlasspassagen 20R verbunden, und eine Abgasrezirkulationspassage 82L ist mit der anderen Einlasspassage 20L verbunden.

(c) Ändern der Ventilcharakteristiken in einem Verbrennungsmotor, der mit einem variablen Ventilmechanismus versehen ist, der die Ventilcharakteristiken, wie die Ventilöffnungszeitabstimmung, die Ventilschließzeitabstimmung und den Hubbetrag der Einlassventile und Auslassventile, variabel einstellt.

Genauer gesagt, wird die Menge von Abgas (Abgasrückführmenge), die zu den Verbrennungskammern von der Abgaspassage wieder zugeführt wird, durch Ändern der Ventilcharakteristiken des Ventils erhöht, das zu der Bank korrespondiert, die eine größere Strömungsrate von Abgas hat, derart, dass der Ventilüberdeckungsbetrag erhöht wird. Die Menge von wieder zugeführtem Abgas wird durch Ändern der Ventilcharakteristiken des Ventils verringert, das zu der Bank korrespondiert, die eine geringere Strömungsrate von Abgas hat, derart, dass der Überdeckungsbetrag verringert wird. Die Verdrängung des Verbrennungsmotors kann durch Verringern der Öffnungszeit des Auslassventils verringert werden, das zu der Bank korrespondiert, die eine größere Strömungsrate von Abgas hat. Alternativ kann die Verdrängung des Verbrennungsmotors durch Erhöhen der Öffnungszeit des Abgasventils erhöht werden, das zu der Bank korrespondiert, die eine kleinere Strömungsrate von Abgas hat. Gemäß diesem Aufbau funktioniert der variable Ventilmechanismus als die Katalysatorsteuereinrichtung.
Desweiteren können mehrere Betriebsbereiche des Verbrennungsmotors eingestellt sein. Dann kann eine bestimmte Vorrichtung selektiv für jeden Betriebsbereich verwendet werden, um den Unterschied zwischen den Strömungsraten von Abgas zwischen den Betriebsbereichen zu verringern. Mit diesem Aufbau kann eine Vorrichtung, die einen geringen Einfluss auf den Betriebszustand des Verbrennungsmotors hat, und eine Vorrichtung, die leicht den Einstellbetrag der Strömungsrate von Abgas sicherstellt, für jeden Bereich ausgewählt werden.
Die Aufladegeräte sind nicht auf die Aufladegeräte mit variabler Düse 24R, 24L beschränkt. Andere Typen von Aufladegeräten, die Zylinder durch Energie von Abgas aufladen, oder Aufladegeräte, die durch einen elektrischen Motor angetrieben werden, können verwendet werden, solange die Aufladegeräte Aufladegeräte mit variabler Verdrängung sind, die den Druck des Abgases oder die Menge von wieder zugeführtem Abgas durch Ändern des Betätigungsbetrags variieren.
Anstelle der Öffnungsgradsteuerungsprozedur der Abgasrezirkulationsventile 64R, 64L, kann eine Steuerprozedur der Reduziermittelzusatzvorrichtungen 50R, 50L ausgeführt werden, die durch ein Flussdiagramm von 4 gezeigt ist.
Wie in 4 gezeigt ist, berechnet die elektronische Steuervorrichtung 70 bei Schritt S200 die Massenströmungsraten G1, G2 von Abgas, das durch die Abgaspassagen 40R, 40L strömt, in der zuvor beschriebenen Weise. Anschließend, bei Schritt S202, berechnet die elektronische Steuervorrichtung 70 einen Zielwert FaR der Reduziermittelzusatzmenge von der Reduziermittelzusatzvorrichtung 50R, die zu der ersten Bank 12R korrespondiert, auf Basis der Massenströmungsrate G1 und des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases, das durch die erste Abgaspassage 40R strömt. Zusätzlich berechnet die elektronische Steuervorrichtung 70 einen Zielwert FaL der Reduziermittelzusatzmenge von der Reduziermittelzusatzvorrichtung 50L, die zu der zweiten Bank 12L korrespondiert, auf Basis der Massenströmungsrate G2 und des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases, das durch die zweite Abgaspassage 40L strömt. Dann, bei Schritt S204, steuert die elektronische Steuervorrichtung 70 die Zusatzventile 52R, 52L gemäß den berechneten Zielwerten FaR, FaL. Mit diesem Aufbau wird die Reduziermittelzusatzmenge zu jeder Abgaspassage 40R, 40L individuell gemäß der entsprechenden Massenströmungsrate G1, G2 eingestellt. Deshalb, selbst wenn die Strömungsrate von Abgas für jeden Abgasreinigungskatalysator 44R, 44L variiert, wird eine geeignete Menge von Reduziermittel zu jedem Abgasreinigungskatalysator 44R, 44L zugesetzt. Bei diesem Aufbau funktionieren die Zusatzventile 52R, 52L als die Katalysatorsteuereinrichtung.
Die bevorzugte Ausführungsform verwendet die Reduziermittelzusatzvorrichtungen 50R, 50L, die Kraftstoff als das Reduziermittel zufügen. Jedoch können Reduziermittelzusatzvorrichtungen, die anderes Material, wie Harnstoff, als das Reduziermittel zusetzen, auch verwendet werden.
Die Werte für ein Schätzen der Massenströmungsraten G1, G2 sind die Erfassungswerte der Abgastemperaturen, die korrigiert worden sind. Das heißt, die Erfassungswerte sind korrigiert, um den Unterschied der Temperaturänderung aufgrund von Wärmestrahlung auszugleichen, der durch den Unterschied zwischen den Erfassungspositionen der Temperaturen mit Bezug auf die Erfassungsposition der Abgastemperatur T verursacht wird. Die Referenzposition für das Korrigieren kann beliebig auf beispielsweise die Erfassungsposition der Abgastemperatur T1, die Erfassungsposition der Abgastemperatur T2 oder andere Positionen geändert werden.
Falls der Einfluss der Abstrahlung von Abgas, die zwischen den Erfassungspositionen der Abgastemperatur bewirkt wird, so gering ist, dass sie ignoriert werden kann, können die Massenströmungsraten G1, G2 unter Verwendung der Beziehungsausdrücke (16), (17) geschätzt werden.
Das Verfahren für ein Schätzen der Strömungsrate von Abgas in den Abgaspassagen 40R, 40L ist nicht auf das vorstehend erwähnte Schätzverfahren begrenzt, sondern kann beliebig geändert werden. Neben dem Schätzen der Strömungsrate von Abgas auf Basis der Abgastemperatur, kann die Strömungsrate von Abgas auf Basis des Drucks des Abgases oder des Ladedrucks des Aufladegeräts geschätzt werden, die eine starke Korrelation zu der Abgasströmungsrate haben.
Die Strömungsrate von Abgas in den Abgaspassagen 40R, 40L kann derart eingestellt werden, dass der Unterschied zwischen den Abgastemperaturen T1, T2 verringert wird. Als ein Beispiel, das in 5 gezeigt ist, wenn der Unterschied zwischen den Abgastemperaturen T1, T2 erhöht ist, ist der Unterschied zwischen den Strömungsraten von Abgas in den Abgaspassagen 40R, 40L erhöht. Dies ist durch die Erfinder bestätigt worden.
Deshalb unterdrückt der vorstehend beschriebene Aufbau die Variation der Strömungsrate von Abgas in den Abgaspassagen 40R, 40L. Desweiteren kann der Druck von Abgas in den Abgaspassagen 40R, 40L erfasst werden. Die Strömungsrate von Abgas kann derart gesteuert werden, dass der Unterschied zwischen den erfassten Drücken des Abgases verringert wird. Mit diesem Aufbau wird die Strömungsrate von Abgas derart eingestellt, dass der Unterschied zwischen den Drücken des Abgases in den Abgaspassagen 40R, 40L verringert wird. Die Drücke des Abgases erhöhen sich, wenn sich die Abgasströmungsrate erhöht. Dies unterdrückt die Variation der Abgasströmungsrate in den Abgaspassagen 40R, 40L. Alternativ können die Ladedrücke der Aufladegeräte 24R, 24L erfasst werden. Die Strömungsrate von Abgas kann derart gesteuert werden, dass der Unterschied zwischen den erfassten Ladedrücken verringert wird.
Die vorliegende Erfindung braucht nicht auf einen Verbrennungsmotor der V-Art angewendet werden, sondern ist auf einen Verbrennungsmotor anwendbar, der mehrere Bänke hat, wie einen horizontal gegenüberliegenden Verbrennungsmotor. Die vorliegende Erfindung muss nicht auf den Verbrennungsmotor angewendet werden, der mehrere Bänke hat, sondern kann auf jeden Verbrennungsmotor angewendet werden, der mehrere Gruppen von Zylindern hat, wobei jede Gruppe mit einem verschiedenen von Abgasreinigungskatalysatoren verbunden ist. Die Gruppe von Zylindern kann nur einen Zylinder haben.

Claims

Abgasreinigungsgerät, das auf einen Verbrennungsmotor angewendet wird (10), der eine Vielzahl von Gruppen (12R, 12L) von Zylindern hat, wobei jede Gruppe (12R, 12L) mit einem anderen von Abgasreinigungskatalysatoren (44R, 44L) verbunden ist, wobei das Gerät folgende Elemente aufweist: eine Schätzeinrichtung (70) für ein individuelles Schätzen der Strömungsrate von Abgas in jedem Abgasreinigungskatalysator (44R, 44L); und eine Einstelleinrichtung (70) für ein individuelles Einstellen der Steuerweise von jeder Gruppe von Zylindern, die mit dem korrespondierenden Abgasreinigungskatalysator (44R, 44L) verbunden ist, gemäß der geschätzten Strömungsrate von Abgas des Abgasreinigungskatalysators (44R, 44L); wobei der Verbrennungsmotor eine erste Gruppe (12R) von Zylindern, die mit einem ersten Abgasreinigungskatalysator (44R) verbunden ist, und eine zweite Gruppe (12L) von Zylindern hat, die mit einem zweiten Abgasreinigungskatalysator (44L) verbunden ist, der von dem ersten Abgasreinigungskatalysator (44R) getrennt ist, wobei der Verbrennungsmotor auch Abgaspassagen (40R, 40L) hat, von denen jede zu einer der Gruppe (44R, 44L) von Zylindern korrespondiert, wobei die Abgaspassagen (40R, 40L) zusammengeführt sind (46), nachdem Abgas von jeder Gruppe von Zylindern durch den korrespondierenden Abgasreinigungskatalysator (44R, 44L) hindurchgegangen ist; und die Schätzeinrichtung (70) die Strömungsrate von Abgas berechnet, durch Berechnen einer Massenströmungsrate G1 von Abgas, das durch den ersten Abgasreinigungskatalysator (44R) hindurchgeht, und einer Massenströmungsrate (G2) von Abgas, das durch den zweiten Abgasreinigungskatalysator (44L) hindurchgeht, auf Basis einer Temperatur T1 von Abgas, das durch den ersten Abgasreinigungskatalysator (44R) hindurchgeht, einer Temperatur T2 von Abgas, das durch den zweiten Abgasreinigungskatalysator (44L) hindurchgeht, einer Temperatur T von Abgas nach einem Zusammenführen (46), und einer Massenströmungsrate G von Abgas nach einem Zusammenführen unter Verwendung der folgenden Gleichungen (1) und (2) schätzt: G1 = G × (T – T2)/(T1 – T2) (1) G2 = G × (T – T1)/(T2 – T1) (2)
Abgasreinigungsgerät für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrektur an Erfassungswerten der Temperaturen T, T1, T2 von Abgas für ein Kompensieren des Unterschieds zwischen Erfassungspositionen der Temperaturen T, T1, T2 durchgeführt wird.
Abgasreinigungsgerät für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenströmungsrate G von Abgas von einem Zusammenführen als die Summe aus der Gesamtmasse von Kraftstoff, der in den Verbrennungsmotor pro Zeiteinheit eingespritzt wird, und der Massenströmungsrate von Einlassluft berechnet wird.
Abgasreinigungsgerät für einen Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (70) die Strömungsrate von Abgas pro Gruppe (12R, 12L) von Zylindern individuell einstellt, derart, dass der Unterschied zwischen den geschätzten Strömungsraten von Abgas in den Abgasreinigungskatalysatoren (44R, 44L) verringert ist.
Abgasreinigungsgerät für einen Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (70) die Menge eines Reduktionsmittels, das zu jedem Abgasreinigungskatalysator (44R, 44L) pro Gruppe (12R, 12L) von Zylindern hinzugefügt wird, auf Basis der geschätzten Strömungsrate von Abgas in dem Abgasreinigungskatalysator (44R, 44L) individuell einstellt.
Abgasreinigungsgerät für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor Einlasspassagen (20R, 20L), von denen jede zu einer von der ersten und zweiten Gruppe (12R, 12L) von Zylindern korrespondiert, und einen Einlasskrümmer (30) hat, der gemeinsam mit den Einlasspassagen (20R; 20L) verbunden ist; wobei eine Abgasrezirkulationsvorrichtung (60R, 60L), die Abgas von jeder Abgaspassage (40R, 40L) zu der entsprechenden Einlasspassage (20R, 20L) wiederzuführt, für jede Gruppe (12R, 12L) von Zylindern vorgesehen ist, wobei jede Abgasrezirkulationsvorrichtung (60R, 60L) eine Abgasrezirkulationspassage (62R, 62L), die den Einlasskrümmer (30) mit der korrespondierenden Abgaspassage (60R, 60L) verbindet, und ein Abgasrezirkulationsventil (64R, 64L) hat, das in der Abgasrezirkulationspassage (62R, 62L) vorgesehen ist; und wobei die Katalysatorsteuereinrichtung durch die Abgasrezirkulationsventile (64R, 64L) gebildet ist.