DE60204812T2

DE60204812T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Abgasreinigung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60204812T2
Application number: DE60204812T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Yokohama-shi Sakai; Hajime Yokohama-shi Oguma
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2022-03-22
Also published as: DE60204812D1; EP1253309A1; US20020157382A1; JP3729083B2; JP2002327641A; US6637195B2; EP1253309B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Abgasen für einen Motor, ausgerüstet mit einem Katalysator, angeordnet in einem Motorabgaskanal, das aufweist: einen Berechnungsschritt einer abgeschätzten Sauerstoffmenge des Katalysators in Übereinstimmung mit einer gemessenen stromaufwärtigen Abgasbedingung, die ein Luft- Kraftstoffverhältnis eines einströmenden Abgasgemisches, das in den Katalysator fließt, und eine gemessene Motoreinlassluftmenge repräsentiert; einen Steuerschritt eines Luft Kraftstoffverhältnisses des Motors in Übereinstimmung mit der abgeschätzten Sauerstoffmenge, um eine tatsächliche Sauerstoffspeichermenge des Katalysators auf einen gewünschten Wertes zu bringen; und einen Korrekturschritt der abgeschätzten Sauerstoffmenge, um einen Fehler in der Berechnung der abgeschätzten Sauerstoffspeichermenge zu reduzieren, wenn eine stromabwärtige Abgasbedingung, die ein Luft- Kraftstoffverhältnis eines ausfließenden Abgasgemischs aus dem Katalysator repräsentiert, gleich zu einem vorbestimmten Grenzwert wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Motorabgas-Reinigungsvorrichtung, die aufweist: einen Luftströmungssensor, angeordnet um eine Motoreinlassluftmenge zu messen; einen Katalysator, angeordnet in einem Motorabgaskanal; einen stromaufwärtigen Abgassensor, angeordnet in dem Motorabgaskanal auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators, einen stromabwärtigen Abgassensor, angeordnet auf einer stromabwärtigen Seite des Katalysators; und eine Steuerung.
Zum Maximieren der Umwandlungswirksamkeit von NOx, Co und HC in dem Dreiwege-Katalysator ist die Steuerung der Sauerstoffspeichermenge in dem Katalysator wirksam. In diesem Fall kann ein Katalysatorsystem die Atmosphäre des Katalysators rund um die Stöchiometrie steuern, um die Umwandlungswirksamkeit durch Steuern der Sauerstoffspeichermenge auf einem konstanten Niveau zu maximieren, so dass der Sauerstoff in den Abgasen in dem Katalysator in dem Fall der Abweichung des Abgases, das in dem Katalysator auf der mageren Seite fließt, gespeichert wird, und dass Sauerstoff von dem Katalysator in dem Fall, dass die Abweichung auf der fetten Seite ist, freigegeben wird.
Ein Beispiel eines herkömmlichen Verfahrens und einer Vorrichtung zum Reinigen von Motorabgasen ist aus US 5,293,740 bekannt. Darin ist ein Verfahren und eine Anordnung für das Steuern der Kraftstoffmenge eines Motors, der einen katalytischen Wandler und eine rückwärtige Lambda-Sonde 14h hat, beschrieben, wobei eine Prüfung vorgenommen wird, ob die rückwärtige Lambda-Sonde ein fettes Gemisch zeigt, um zu bestimmen, ob der katalytische Wandler leer ist. Diese rückwärtige Lambda-Sonde gibt entweder einen leeren oder einen vollen katalytischen Wandler in Bezug auf den Sauerstoff bekannt. Diese Information, ob der katalytische Wandler voll oder leer ist, wird genommen, um die Integrationsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Lufteinlassmenge zu verändern. Solch eine Veränderung der Integrationsgeschwindigkeit ist vorgesehen, um die Wahrscheinlichkeit eines Korrekturbetriebes zu vermindern, wenn sich die Einlassluftmenge erhöht.
Dadurch kann die Emission von toxischem Abgas in einem bestimmten Umfang in Anbetracht auf die sich kontinuierlich verminderte Kapazität eines katalytischen Wandler in Bezug auf seine sich erhöhende Verschlechterung reduziert werden.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Abgasemissionen in der Berechnungstechnik einer Sauerstoffspeichermenge in einem Katalysator noch weiter zu reduzieren. Für ein Verfahren, wie oben zitiert, wird diese Aufgabe in einer erfinderischen Weise durch den Modifizierungsschritt des Grenzwertes in Übereinstimmung mit der gemessenen Motoreinlassluftmenge gelöst.
Für eine Vorrichtung der oben genannten Art wird diese Aufgabe in einer erfinderischen Weise entsprechend der Merkmale des kennzeichnenden Abschnittes von Anspruch 15 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind den jeweiligen Unteransprüchen unterworfen.
Im Folgenden wird die Erfindung in größerer Ausführlichkeit mittels deren Ausführungsbeispiele in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Darin:
ist 1 eine schematische Ansicht einer Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung.
ist 2 ein Ablaufdiagramm, dass ein Programm zeigt, das durch die Abgasreinigungsvorrichtung von 1 zum Berechnen einer abgeschätzten Sauerstoffspeicher menge ausgeführt wird, die eine Sauerstoffmenge repräsentiert, die in einem Katalysator gespeichert ist.
ist 3 ein Ablaufdiagramm, das ein Unterprogramm zeigt, ausgeführt durch die Abgasreinigungsvorrichtung von 1, zum Berechnen einer übermäßigen/mangelhaften Sauerstoffmenge eines einströmenden Abgasgemisches, das in den Katalysator strömt.
ist 4 ein Ablaufdiagramm, das ein Unterprogramm zeigt, ausgeführt durch die Abgasreinigungsvorrichtung von 1, zum Berechnen einer Sauerstofffreigaberate der Hochdrehzahlkomponente.
ist 5 ein Ablaufdiagramm, das ein Unterprogramm zeigt, ausgeführt durch die Abgasreinigungsvorrichtung von 1, zum Berechnen einer Hochdrehzahlkomponente (HO2) der Sauerstoffspeichermenge.
ist 6 ein Ablaufdiagramm, das ein Unterprogramm zeigt, ausgeführt durch die Abgasreinigungsvorrichtung von 1, zum Berechnen einer Niedrigdrehzahlkomponente (LO2) der Sauerstoffspeichermenge.
ist 7 ein Ablaufdiagramm, das ein Programm zeigt, ausgeführt durch die Abgasreinigungsvorrichtung von 1, zum Unterscheiden einer Rücksetzbedingung.
ist 8 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Grenzwert der fetten Seite, verwendet in dem Programm der 7, und einer NOx-Ausströmungsrate zeigt.
ist 9 ein Ablaufdiagramm, das ein Programm, ausgeführt durch die Abgasreinigungsvorrichtung von 1, zum Festlegen des Grenzwertes der fetten Seite zeigt.
ist 10 ein Diagramm, das eine Tabelle zeigt, die verwendet wird, den Grenzwert der fetten Seite in Übereinstimmung mit einer Motoreinlassluftmenge zu bilden.
ist 11 ein Ablaufdiagramm, das ein Programm zeigt, das durch die Abgasreinigungsvorrichtung von 1 ausgeführt wird, um die abgeschätzte Sauerstoffspeichermenge rückzusetzen.
ist 12 ein Ablaufdiagramm, das einen Ablauf, ausgeführt durch die Abgasreinigungsvorrichtung von 1, zeigt, um ein Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis in Übereinstimmung mit der abgeschätzten Sauerstoffspeichermenge zu berechnen.
ist 13 ein Zeitdiagramm, das die Wirkungen der Steuerung zum Steuern der Sauerstoffspeichermengenkonstante zeigt.
ist 14 ein Diagramm, das das Sauerstoffspeicherungs-/-freigabemerkmal des Katalysators zeigt, der in diesem Ausführungsbeispiel verwendet wird.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
1 zeigt eine Abgasreinigungsvorrichtung (oder Abgasreinigungsanordnung) entsprechend eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung. Ein Motor 1 dieses Beispiels ist ein Zündfunkenmotor. Die Abgasreinigungsvorrichtung enthält einen Katalysator (oder katalytischen Wandler) 3, angeordnet in dem Abgaskanal 2 für einen Motor 1, einen stromaufwärtigen Abgassensor (vordere A/F-Sensor) 4 für das Messen einer Abgasbedingung auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators 3, einen stromabwärtigen Abgassensor (hinterer O2-Sensor) 5 zum Messen einer Abgasbedingung auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 3, und eine Steuerung 6.
In einem Einlasskanal 7 für den Motor 1 gibt es vorgesehen ein Drosselventil 8 und ein Luftströmungsmesser (oder Luftströmungssensor) 9 zum Messen einer Einlassluftmenge Qa, reguliert durch das Drosselventil 8. Das Drosselventil 8 dieses Beispiels ist ein elektronisch gesteuertes Drosseventil, das unabhängig von dem Pedalbetrieb des Fahrers gesteuert werden kann. Der Motor 1 ist mit einem Motorkühlmittelsensor 10 und einem Kurbelwinkelsensor 12 zum Messen einer Motordrehzahl versehen.
Der Katalysator 3 dieses Beispieles ist ein Dreiwege-Katalysator, der in der Lage ist, NOx, HC und CO mit einer maximalen Effektivität zu reinigen, wenn die Katalysatoratmosphäre in einem Zustand des stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnisses ist. In dem Katalysator 3 ist der katalytische Träger mit einem Sauerstoffspeichermaterial, z. B. einem Zerit (Zeritoxid), überzogen und der Katalysator 3 kann eine Sauerstoffspeicherfunktion des Speicherns (oder Absorbierens) oder des Freigebens in Übereinstimmung mit dem Luft-Kraftstoffverhältnis von einströmenden Abgasgemisch ausführen. Eine Sauerstoffspeichermenge in dem Katalysator 3 ist zusammengesetzt aus einer Hochdrehzahlkomponente HO2, bestimmt durch die Speicherung oder die Freigabe in Edelmetall (z. B. Pt, Rh, Pd) in dem Katalysator 3, und einer Niedrigdrehzahlkomponente LO2, bestimmt durch die Speicherung oder die Freigabe in dem Sauerstoffspeichermatenal des Katalysators 3. Die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 ist durch eine größere Speicherkapazität und durch Freigeben einer größeren Sauerstoffmenge als die Kapazität der Hochdrehzahlkomponente HO2 gekennzeichnet. Jedoch ist die Speicher-/Freigaberate oder -geschwindigkeit in dem Fall der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 niedriger als in der Nochdrehzahlkomponente HO2.
Überdies haben die Hochdrehzahlkomponente HO2 und die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 die folgenden Merkmale.
Für den Sauerstoffspeicherbetrieb wird der Sauerstoff bevorzugt in der Hochdrehzahlkomponente HO2 gespeichert, bis eine maximale Kapazität HO2MAX der Hochdrehzahlkomponente HO2 erreicht ist. Danach, wenn die Hochdrehzahlkomponente HO2 nicht mehr in der Lage ist weiteren Sauerstoff zu speichern, beginnt die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 den Sauerstoff zu speichern.
Für den Sauerstofffreigabebetrieb wird Sauerstoff vorzugsweise von der Hochdrehzahlkomponente HO2 freigegeben, wenn das Verhältnis (LO2/HO2) der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 zu der Hochdrehzahlkomponente HO2 kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, d. h., wenn die Hochdrehzahlkomponente HO2 verhältnismäßig groß ist. Wenn das Verhältnis (LO2/HO2) der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 zu der Hochdrehzahlkomponente HO2 größer oder gleich zu dem vorbestimmten Wert ist, wird Sauerstoff von sowohl der Hochdrehzahlkomponente HO2, als auch der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 freigegeben, so dass das Verhältnis (LO2/HO2) der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 zu der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 unverändert gehalten wird. Stromauf des Abgassensors dieses Beispiels ist ein vorderer A/F-Sensor 4, angeordnet auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators 3, und angeordnet, um das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgasgemischs, das in den Katalysator 3 strömt, zu messen. Stromab des Abgassensors dieses Beispieles ist ein hinterer O2-Sensor 5, angeordnet auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 3, und angeordnet, um die Sauerstoffkonzentration auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 3 in Bezug auf das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffverhältnis in einer Weise des Sinnes der Erfindung zu messen. Obwohl der Sauerstoffsensor hinsichtlich der Kosten vorteilhaft ist, ist es optional, als einen hinteren Abgassensor einen hinteren A/F-Sensor zu verwenden, der in der Lage ist das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 3 linear zu messen.
Der Kühlmitteltemperatursensor 10 ist angeordnet, um die Temperatur eines Kühlwassers für den Motor 1 zu messen. Die durch den Kühlmitteltemperatursensor 10 gemessene Temperatur wird zum Bestimmen einer Betriebsbedingung des Motors 1 und zum Abschätzen der Temperatur des Katalysators 3 verwendet.
Die Steuerung 6 dieses Beispieles ist eine Rechnereinheit, die zumindest einen Mikroprozessor, RAM, ROM und eine I/O-Schnittstelle enthält. Die Steuerung 6 bestimmt eine abgeschätzte Sauerstoffspeichermenge (Hochdrehzahlkomponente HO2 und Niedrigdrehzahlkomponente LO2) des Katalysators 3 durch das Berechnen in Übereinstimmung mit den Sensorsignalen von dem Luftströmungsmesser 9, dem vorderen A/F-Sensor 4 und dem Temperatursensor 10.
Wenn die Hochdrehzahlkomponente HO2 der berechneten Sauerstoffspeichermenge größer als ein vorbestimmter Wert ist (der in diesem Beispiel gleich zu einer Hälfte der maximalen Kapazität HO2MAX der Hochdrehzahlkomponente HO2 festgelegt ist), verschiebt die Steuerung 6 das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf die fette Seite, und vermindert dadurch die Hochdrehzahlkomponente HO2. Wenn andererseits die Hochdrehzahlkomponente HO2 kleiner als der vorbestimmte Wert ist, dann verschiebt die Steuerung 6 das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Motors 1 auf die magere Seite und erhöht dadurch die Hochdrehzahlkomponente HO2. Somit funktioniert die Steuerung 6, um die Hochdrehzahlkomponente HO2 der Sauerstoffspeichermenge konstant zu halten.
Überdies korrigiert die Steuerung 6 eine Abweichung, die durch Rechnerfehler verursacht wird, zwischen der berechneten (oder abgeschätzten) Sauerstoffspeichermenge und einer tatsächlichen Sauerstoffspeichermenge durch Rücksetzen der Sauerstoffspeichermenge bei einem vorbestimmten Zeitpunkt in Übereinstimmung mit der stromabwärtigen Abgasbedingung auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 3. In diesem Beispiel ist die stromabwärtige Abgasbedingung die Sauerstoffkonzentration auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 3.
Wenn der hintere O2-Sensor einen mageren Zustand für eine magerer Seite-Festlegung signalisiert, nimmt die Steuerung 6 an, dass die Nochdrhzahlkomponente HO2 zumindest auf ihr Maximum erhöht ist und setzt die Hochdrehzahlkomponente HO2 auf die maximale Kapazität zurück. Wenn der O2-Sensor 5 einen fetten Zustand für eine fette Seite-Entscheidung signalisiert, setzt die Steuerung 6 jeweils die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 und die Hochdrehzahlkomponente HO2 auf eine minimale Kapazität zurück, da nicht länger Sauerstoff von der Hochdrehzahlkomponente HO2 oder sogar von der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 freigegeben wird.
Das System dieses Beispiels verändert die Stückniveaus (fette Seite-Grenzwert RDT und magere Seite-Grenzwert LDT) für die fette Festlegung und die magere Festlegung vom hinteren O2-Sensor 5 in Übereinstimmung mit einem Motorbetriebszustand des Motors 1. In diesem Beispiel werden die Stückniveaus, wie sich die Einlassluftmen ge Qa für den Motor 1 erhöht, auf die magere Seite verschoben. Die Menge der Abgasemission, die durch den Katalysator 3 hindurchgeht, ohne gereinigt zu werden, und daher die Wirksamkeit des Reinigens der Abgasemission, werden durch das Festlegen der Stückniveaus festgelegt. Demzufolge ist dieses System konfiguriert, um die Stückniveaus auf die magere Seite in Übereinstimmung mit der Einlassluftmenge Qa zu verschieben, um die Abgasemissions-Reinigungswirksamkeit zu optimieren.
Die Steuerung 6 dient als eine Zentraleinheit eines Steuersystems durch das ausführen verschiedener Steuervorgänge. Die folgende Beschreibung ist auf die Berechnung der Sauerstoffspeichermenge, das Rücksetzen der Sauerstoffspeichermenge und die Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuerung auf der Grundlage der Sauerstoffspeichermenge gerichtet.
2 zeigt ein Programm zum Berechnen oder Abschätzen der Sauerstoffspeichermenge des Katalysators 3. Das Programm wird in regelmäßigen Intervallen einer vorbestimmten Zeitdauer durch die Steuerung 6 ausgeführt.
Der Schritt S1 ist ein Schritt zum Lesen verschiedener Motorbetriebsparameter des Motors 1. In diesem Beispiel liest die Steuerung 6 die Signale des Kühlmitteltemperatursensors 10, des Kurbelwinkelsensors 12 und eines Strömungsmessers 9. In Übereinstimmung mit der in dem Schritt S1 erhaltenen Information schätzt die Steuerung 6 die Temperatur TCAT des Katalysators 3 in dem Schritt S2 ab. Der Schritt S3 legt durch das Vergleichen der abgeschätzten Katalysatortemperatur TCAT mit der Katalysatoraktivierungstemperatur TCATo fest, ob der Katalysator 3 aktiviert ist, oder nicht.
Wenn die abgeschätzte Katalysatortemperatur TCAT höher als die Katalysatoraktivierungstemperatur TCATo ist, dann geht die Steuerung 6 von dem Schritt S3 zu dem Schritt S4 weiter, um die Sauerstoffspeichermenge zu berechnen. Wenn die Katalysatortemperatur noch niedriger als oder gleich zu der Katalysatoraktivierungstemperatur TCATo ist, dann beendet die Steuerung 6 das Programm in der Annahme, dass der Katalysator 3 in dem Zustand ist, keinen Sauerstoffspeicher-/-freigabebetrieb auszuführen. In dem Schritt S4 berechnet die Steuerung 6 einen Sauerstoffüberschuss-/ein Sauerstoffdefizitmenge O2IN eines einströmenden Abgasgemisches, das in den Katalysator 3 strömt, durch ein Unterprogramm, das in der 3 gezeigt ist. Als nächstes berechnet in dem Schritt S5 die Steuerung 6 eine Sauerstofffreigaberate A der Hochdrehzahlkomponente der Sauerstoffspeichermenge durch Ausführen eines Unterprogramms, das in der 4 gezeigt ist.
In dem Schritt S6 berechnet die Steuerung 6 eine Überströmmenge OVERFLOW, die den Sauerstoff berechnet, der in die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 strömt, ohne in der Hochdrehzahlkomponente HO2 gespeichert zu werden, durch ausführen eines Un terprogramms von 5, um die Hochdrehzahlkomponente HO2 der Sauerstoffspeichermenge zu berechnen. Die Überströmmenge OVERFLOW wird in Übereinstimmung mit der Sauerstoffüberschuss-/-defizitmenge O2IN und der Sauerstofffreigaberate A der Hochdrehzahlkomponente HO2 festgelegt.
In dem Schritt S7 legt die Steuerung 6 fest, ob die gesamte Sauerstoffüberschuss-/-defizitmenge O2IN des einströmenden Abgasgemischs, das in den Katalysator 3 strömt, als die Hochdrehzahlkomponente HO2 gespeichert wird. oder nicht, durch Prüfen der Überströmmenge OVERFLOW. Wenn die Sauerstoffüberschuss-/-defizitmenge O2IN gänzlich in der Hochdrehzahlkomponente gespeichert wird, und daher die Überströmmenge zu Null gleich ist (Überströmmenge OVERFLOW = 0), dann endet der Ablauf der 2. Wenn die Überströmmenge OVERFLOW nicht zu Null gleich ist, geht die Steuerung 6 von dem Schritt S7 zu dem Schritt S8 weiter und berechnet durch ein Programm, das in der 6 gezeigt ist, die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 in Übereinstimmung mit der Überströmmenge OVERFLOW, die die Menge des Überströmens von der Hochdrehzahlkomponente HO2 repräsentiert.
In dem vorerwähnten Beispiel wird die Katalysatortemperatur TCAT aus der Motorkühlmitteltemperatur, der Motorbelastung und der Motordrehzahl abgeschätzt. Es ist jedoch optional den Temperatursensor 11 zu verenden, der in dem Katalysator 3, wie in der 1 gezeigt ist, angeordnet ist, um die Temperatur des Katalysators 3 direkt zu messen.
In dem in der 2 gezeigten Beispiel ist der Schritt S3 eingefügt, um die Berechnung der Sauerstoffspeichermenge wegzulassen, wenn die Katalysatortemperatur TCAT niedriger als die Katalysatoraktivierungstemperatur TCATo ist. Es ist jedoch optional, den Schritt S3 zu beseitigen und das Programm so auszulegen, um den Einfluss von der Katalysatortemperatur in der Sauerstofffreigaberate A der Hochdrehzahlkomponente HO2 und der Sauerstoffspeicher-/-freigaberate B der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 wiederzuspiegeln.
3 zeigt das Unterprogramm (von Schritt S4) für das Berechnen der Sauerstoffüberschuss-/-defizitmenge O2IN von dem einströmenden Abgasgemischs, das in den Katalysator 3 strömt. Dieses Unterprogramm wird ausgelegt, um die Sauerstoffüberschuss-/-defizitmenge in Überinstimmung mit dem Luft-/Kraftstoffverhältnis auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators 3 und die Einlassluftmenge des Motors 1 zu berechnen.
Schritt S11 von 3 enthält eine Eingangsinformation durch Lesesignale von dem vorderen A/F-Sensor 4 und dem Luftströmungsmesser 9.
Der Schritt S12 berechnet eine Überschuss-/Defizit-Sauerstoffkonzentration des einströmenden Abgasgemisches, das in den Katalysator 3 einströmt, durch Umrechnung von dem vorderen A7F-Sensors 4 in das Luft-/Kraftstoffverhältnis durch Verwenden einer vorbestimmten Umrechnungstabelle. Die Überschuss-/Defizit-Sauerstoffkonzentration ist eine relative Sauerstoffkonzentration in Bezug auf die Sauerstoffkonzentration in dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis. Die Überschuss-/Defizit Sauerstoffkonzentration ist Null, wenn das einströmende Abgasgemisch in dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis ist, negativ auf der fetten Seite und positiv auf der mageren Seite.
Der Schritt S13 rechnet das Ausgangssignal des Luftströmungsmessers 9 in die Einlassluftmenge unter Verwendung einer vorbestimmten Umrechnungstabelle um. Der Schritt S14 berechnet den Sauerstoffüberschuss-/-defizitmenge O2IN des einströmenden Abgasgemisches, das in den Katalysator 3 strömt, durch Multiplizieren der in dem Schritt S13 bestimmten Einlassluftmenge mit der in dem Schritt S12 bestimmten Überschuss-/Defizit-Sauerstoffkonzentration. Da die Überschuss-/Defizit-Sauerstoffkonzentration, wie zuvor erwähnt, Null, negativ oder positiv in Übereinstimmung mit dem Luft-/Kraftstoffverhältnis ist, ist die Sauerstoffüberschuss-/-defizitmenge O2IN Null, wenn das einströmende Abgasgemisch in der Stöchiometrie ist, negativ ist, wenn das einströmende Abgasgemisch fett ist, und positiv, wenn daseinströmenden Abgasgemisch mager ist.
4 zeigt das Unterprogramm (von Schritt S5) für das Berechnen der Sauerstoff-Freisetzungsrate A der Hochdrehzahlkomponente HO2. Die Sauerstoff-Freisetzungsrate der Hochdrehzahlkomponente HO2 empfängt den Einfluss von der Niedrigdrehzahlkomponente LO2. Demzufolge ist dieses Unterprogramm angeordnet, um die Sauerstoff-Freisetzungsrate A der Hochdrehzahl in Übereinstimmung mit der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 zu berechnen.
Zuerst bestimmt in dem Schritt S21, ob ein Verhältnis LO2/HO2 der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 zu der Nochdrehzahlkomponente HO2 größer als oder gleich zu einem vorbestimmten Wert AR ist. (In einem Beispiel ist AR größer als eins, und AR = 10) Wenn die Hochdrehzahlkomponente HO2 im Vergleich mit der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 relativ groß ist, und daher das Verhältnis LO2/HO2 kleiner als AR ist, dann geht die Steuerung 6 von dem Schritt S21 zu dem Schritt S22 werter und setzt die Sauerstoff-Freisetzungsrate A der Hochdrehzahlkomponente auf 1,0 gleich (A = 1,0) in der Annahme, dass Sauerstoff zuerst von der Hochdrehzahlkomponente HO2 freigesetzt wird.
Wenn das Verhältnis LO2/HO2 größer als oder gleich zu Ar ist, wird Sauerstoff von der Hochdrehzahlkomponente HO2 und der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 freigesetzt, so dass das Verhältnis LO2/HO2 unverändert verbleibt. In diesem Fall geht demzufolge die Steuerung 6 von dem Schritt S21 zu dem Schritt S23 werter und berechnet solch einen Wert der Sauerstoff-Freisetzungsrate A der Hochdrehzahlkomponente, um das Verhältnis LO2/HO2 unverändert zu halten.
5 zeigt das Unterprogramm (von Schritt S6) für das Berechnen der Hochdrehzahlkomponente HO2 der Sauerstoffspeichermenge. Dieses Unterprogramm dieses Beispiels ist vorgesehen, um die Hochdrehzahlkomponente HO2 in Übereinstimmung mit der Sauerstoffüberschuss-/-defizitmenge O2IN des einströmenden Abgasgemisches, das in den Katalysator 3 strömt, und die Sauerstoff-Freisetzungsrate A der Hochdrehzahlkomponente HO2 zu berechnen.
Der Schritt S31 von 5 prüft, ob die Sauerstoffüberschuss-/-defizitmenge O2IN größer als Null ist und bestimmt dabei, ob die Hochdrehzahlkomponente HO2 in dem Zustand zum Speichern von Sauerstoff, oder in einem Zustand zum Freisetzen von Sauerstoff ist.
Wenn das einströmende Abgasgemisch, das in den Katalysator 3 strömt, mager ist, und daher die Sauerstoffüberschuss-/-defizitmenge O2IN größer als Null ist, denn geht die Steuerung 6 zu dem Schritt S32 in der Annahme weiter, dass die Hochdrehzahlkomponente HO2 in dem Zustand des Speicherns von Sauerstoff ist. In dem Schritt S32 berechnet die Steuerung 6 die Hochdrehzahlkomponente HO2 entsprechend der folgenden Gleichung (1). HO2 = HO2z + O2IN (1)HO2z: ein vorheriger (der jüngste) Wert der Hochdrehzahlkomponente HO2
Wenn die Sauerstoffüberschuss-/-defizitmenge O2IN kleiner als oder gleich zu Null ist und die Hochdrehzahlkomponente berücksichtigt wird, in einem Zustand zum freisetzen von Sauerstoff zu sein, dann geht die Steuerung 6 von dem Schritt S31 zu dem Schritt 33 weiter und berechnet die Hochdrehzahlkomponente HO2 entsprechend der folgenden Gleichung (2): HO2 = HO2z + O2IN × A (2)A: die Sauerstoff-Freisetzungsrate der Hochdrehzahlkomponente HO2
Die Schritte S34 und S35 sind Schritte zum Untersuchen, ob die so berechnete Hochdrehzahlkomponente HO2, bestimmt in dem Schritt S32 oder S33, größer als oder gleich zu einer maximalen Kapazität HO2MAX der Hochdrehzahlkomponente ist, und ob die Hochdrehzahlkomponente HO2, bestimmt in dem Schritt S32 oder S33, kleiner als oder gleich zu einer minimalen Kapazität (= 0) der Hochdrehzahlkomponente ist.
Wenn die Nochdrehzahlkomponente HO2 größer als oder gleich zu der maximalen Kapazität HO2MAX ist, geht die Steuerung 6 von dem Schritt S34 zu S36 und berechnet die Überströmmenge (Überflussmenge) OVERFLOW, die eine Menge des Sauerstoffs repräsentiert, die überfließt, ohne in der Hochdrehzahlkomponente HO2 gespeichert zu werden, entsprechend der folgenden Gleichung (3). OVERFLOW = HO2 – HO2MAX (3)
Überdies ist die Hochdrehzahlkomponente HO2 auf die maximale Kapazität HO2MAX (H2O = HO2MAX) in dem Schritt S36 begrenzt.
Wenn die Hochdrehzahlkomponente HO2 kleiner als oder gleich zu einer minimalen Kapazität HO2MIN ist, geht die Steuerung von dem Schritt S35 zu S37 und berechnet die Überströmmenge (Fehlmenge) OVERFLOW, die die Menge des Sauerstoffs repräsentiert, der überströmt, ohne in der Hochdrehzahlkomponente HO2 gespeichert zu werden, entsprechend der folgenden Gleichung (4). OVERFLOW = HO2 – HO2Min (4)
Überdies ist die Hochdrehzahlkomponente HO2 auf die minimale Kapazität HO2MIN (HO2 = HO2MIN) in dem Schritt S37 begrenzt. In diesem Beispiel ist die minimale Kapazität HO2MIN zu Null gleich gesetzt. Demzufolge berechnet das System als eine negative Überströmmenge eine fehlende Sauerstoffmenge in dem Zustand, in dem die Hochdrehzahlkomponente HO2 vollständig freigegeben ist.
Wenn die Hochdrehzahlkomponente HO2 in der Mitte zwischen den maximalen und den minimalen Kapazitäten HO2MAX und HO2MIN ist, dann geht die Steuerung 6 von dem Schritt S35 zu dem Schritt S38 werter und setzt die Überströmmenge OVERFLOW auf Null, da die Sauerstoff Überschuss-/-Defizitmenge des einströmenden Abgasgemisches, das in den Katalysator 3 einströmt, vollständig in der Hochdrehzahlkomponente HO2 gespeichert wird.
In dem Fall, dass die Hochdrehzahlkomponente HO2 gleich zu oder größer als die maximale Kapazität HO2MAX ist, oder gleich zu oder kleiner als die minimale Kapazität HO2MIN ist, wird die Überströmmenge OVERFLOW, die von der Hochdrehzahlkomponente HO2 überströmt, in der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 gespeichert oder freigesetzt.
6 zeigt ein Unterprogramm (von Schritt S8) für das Berechnen der Niedrigdrehzahlkomponente LO2. Dieses Unterprogramm ist bestimmt die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 in Übereinstimmung mit der Überströmmenge OVERFLOW, die die Hochdrehzahlkomponente HO2 überströmt, zu berechnen.
Der Schritt S41 berechnet die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 entsprechend der folgenden Gleichung (5). LO2 = LO2z + OVERFLOW × B (5)LO2z: Ein vorheriger (der jüngste) Wert der Niedrigdrehzahlkomponente LO2
B: Eine Sauerstoffspeicher-/-freigeberate der Niedrigdrehzahlkomponente.
Die Sauerstoffspeicher-/-freigaberate B der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 wird auf einen positiven Wert kleiner als oder gleich zu eins festgelegt. Tatsächlich unterscheidet sich das Merkmal der Rate zwischen der Sauerstoffspeicherung und der Sauerstofffreigabe und überdies wird die tatsächliche Sauerstoffspeicher-/-freigeberate durch die Katalysatortemperatur TCAT und die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 beeinflusst. Demzufolge ist es optional die Speicherrate und die Freigaberate als eine Veränderbare getrennt festzulegen. In diesem Fall ist der Sauerstoff im Überschuss, wenn die Überströmmenge OVERFLOW positiv ist, und die Sauerstoff-Speicherrate B wird in diesem Fall erhöht, wie sich die Katalysatortemperatur TCAT erhöht, und erhöht sich, wenn die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 kleiner wird. Wenn die Überströmmenge OVERFLOW negativ ist, ist der Sauerstoff mangelhaft, und die Sauerstoff Freisetzungsrate B wird in diesem Fall erhöht, wenn sich die Katalysatortemperatur TCAT erhöht und wenn sich die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 erhöht.
Die Schritte S42 und S43 prüfen, ob die so bestimmte Niedrigdrehzahlkomponente LO2 über einer maximalen Kapazität LO2MAX oder unter einer minimalen Kapazität LO2MIN (= 0), wie in der Berechnung der Hochdrehzahlkomponente HO2, ist.
Wenn die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 größer als oder gleich zu der maximalen Kapazität LO2MAX ist, geht die Steuerung 6 von dem Schritt S42 zu S44 weiter und berechnet die Sauerstoffüberschuss-/-defizitmenge O2OUT, die die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 überströmt, entsprechend der folgenden Gleichung (6). O2OUT = LO2 – LO2MAX (6)
Überdies ist die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 auf die maximalen Kapazität LO2MAX (LO2 = LO2MAX) in dem Schritt S44 begrenzt. Die Sauerstoffüberschuss-/-defizitmenge O2OUT strömt aus dem Katalysator 3 in die Richtung zu der stromabwärtigen Seite aus.
Wenn die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 kleiner als oder gleich zu der minimalen Kapazität LO2MIN ist, geht die Steuerung 6 von dem Schritt S43 zu S45 weiter und begrenzt die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 auf die minimale Kapazität LO2MIN (LO2 LO2MIN).
7 zeigt ein Programm zum Unterscheiden einer Rücksetzbedingung, um die Sauerstoffspeichermenge zurückzusetzen. Durch das Rücksetzen der Sauerstoffspeichermenge kann das System den angesammelten Berechnungsfehler aufheben und dadurch die Genauigkeit bei der Berechnung der Sauerstoffspeichermenge verbessern.
Das Programm der 7 prüft die Sauerstoffkonzentration auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 3, bestimmt, ob die Rücksetzbedingung ausreichend ist, um die Sauerstoffspeichermenge (Nochdrehzahlkomponente HO2 und Niedrigdrehzahlkomponente LO2) zurück zu setzen und setzt das Zeichen der fetten Seite Frich und ein Zeichen der mageren Seite Flean.
In dem Schritt S51 liest die Steuerung 6 das Ausgangssignal RO2 des hinteren Sauerstoffsensors 5, angeordnet auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 3, um die Sauerstoffkonzentration auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 3 zu messen. Dann vergleicht die Steuerung 6 das hintere Sauerstoffsensor-Ausgangssignal RO2 mit einem Grenzwert der mageren Seite LDT für die Festlegung der mageren Seite und einen Grenzwert RDT der fetten Seite für eine Festlegung der fetten Seite in den Schritten S52 und S53.
Wenn das hintere O2-Sensor-Ausgangssignal RO2 niedriger als der Grenzwert der mageren Seite LTD ist, dann geht die Steuerung 6 von dem Schritt S52 zu dem Schritt S54 weiter und setzt das Magere Seite-Zeichen Flean auf eins, um die Erfüllung einer mageren Rücksetzbedingung anzuzeigen, um die Sauerstoffspeichermenge zurück zu setzen. Wenn der hintere O2-Sensor-Ausgangssignal RO2 höher als der fette Seite-Grenzwert RDT ist, dann geht die Steuerung 6 von dem Schritt S53 zu dem Schritt S55 weiter und setzt das fette Seite-Zeichen Frich auf eins, um die Erfüllung einer fetten Rücksetzbedingung zu erfüllen, um die Sauerstoffspeichermenge zurück zu setzen.
Wenn der hintere O2-Sensor-Ausgangssignal RO2 zwischen den magere Seite und fette Seite-Grenzwerten LDT und RDT ist, dann geht die Steuerung 6 von dem Schritt S53 zu dem Schritt S56 weiter, und setzt die Zeichen Flean und Frich auf Null zurück, um die Nichterfüllung jeder der mageren Rücksetzbedingung und der fetten Rücksetzbedingung anzuzeigen.
Die optimalen Grenzwerte, um die Abgasemissionen in Abhängigkeit von der Einlassluftmenge Qa des Motors 1 zu reduzieren, variieren. Demzufolge wird jeder der Grenzwerte LDT und RTD in Übereinstimmung mit der Einlassluftmenge Qa bestimmt.
8 zeigt eine Beziehung, die experimentell erhalten wird, zwischen dem Grenzwert RTD der fetten Seite und einer NOx-Ausströmungsrate (= a Verhältnis einer Menge von NOx, die aus dem Katalysator herausströmt, zu einer Menge von NOx, die in den Katalysator hineinströmt). Wie in der 8 gezeigt, wird ein Wert des Grenzwertes RDT der fetten Seite, um eine Ziel-NOx-Ausströmrate (z. B. 3%) zu erreichen, auf die magere Seite verändert, wenn sich die Einlassluftmenge Qa erhöht.
Die Einstellung des Grenzwertes RDT der fetten Seite auf die magere Seite erhöht die Wahrscheinlichkeit des fetten Zurücksetzens, um die berechnete Sauerstoff speichermenge auf die minimale Kapazität zurückzusetzen. Nach dem fetten Zurücksetzen wird der Motor 1 bei verhältnismäßig mageren Luft-/Kraftstoffverhältnissen betätigt, um die Sauerstoffspeichermenge zu erhöhen.
Es ist möglich, um die NOx-Ausströmungsrate durch Verschieben des Grenzwertes RDT der fetten Seite auf die fette Seite des Wertes weiter zu vermindern, um die Ziel-Ausströmungsrate (wie in der 8 gesehen) zu erreichen. In diesem Fall jedoch erhöhen sich die Ausströmungsraten von HC und CO und die Abgasemissionen tendieren sich als ein ganzes zu erhöhen.
Eine Beziehung zwischen dem Grenzwert LDT der mageren Seite und der NOx Freisetzungsrate hat ein Merkmal, das ungefähr identisch zu dem Wert ist, das in der 8 gezeigt ist. Ein Wert des Grenzwertes LDT der mageren Seite, um die Ziel-NOx-Ausströmrate zu erreichen, wird auf die magere Seite verschoben, wie sich die Einlassluftmenge Qa erhöht.
Die Einstellung des magere Seite-Grenzwertes LDT auf die magere Seite vermindert die Wahrscheinlichkeit des mageren Zurücksetzens, um die berechnete Sauerstoffspeichermenge auf die maximale Kapazität zurückzusetzen. Nach dem mageren Zurücksetzen wird der Motor 1 bei verhältnismäßig fetten Luft-/Kraftstoffverhältnissen betätigt, um die Sauerstoffspeichermenge zu vermindern. Somit kann durch das Vermindern der Wahrscheinlichkeit des mageren Zurücksetzens das Motorsteuersystem indirekt die Wahrscheinlichkeit der Betätigung des Motors in einem verhältnismäßig mageren Bereich erhöhen.
9 zeigt ein Programm zum Festlegen des Grenzwertes RDT der fetten Seite.
In einem Schritt S58 liest die Steuerung 6 die Einlassluftmenge Qa des Motors 1. Dann bestimmt in einem Schritt S59 die Steuerung 6 einen Wert des Grenzwertes RDT der fetten Seite, der dem momentanen Wert der Einlassluftmenge Qa entspricht, durch Aufsuchen aus einer Tabelle, wie in der 10 gezeigt. Somit wird der fette Seite Festlegungs-Grenzwert RDT auf die magere Seite, wie sich die Einlassluftmenge erhöht, verändert, und verändert sich auf die magere Seite, wie sich die Einlassluftmenge Qa vermindert. Wie in der 10 gezeigt, vermindert sich der Grenzwert gleichbleibend, wie sich Qa erhöht. In diesem Beispiel vermindert sich der Grenzwert linear, wie sich Qa erhöht.
Ein Programm zum Festlegen des Grenzwertes LDT der mageren Seite ist zu dem Programm der 9 ähnlich. Der Grenzwert LDT der mageren Seite wird in Abhängigkeit einer Einlassluftmenge Qa durch Aufsuchen aus einer Tabelle eines Merkmales, das zu dem in der 10 gezeigten Merkmal ähnlich ist, bestimmt. Somit wird der Grenzwert LDT der mageren Seite auf die magere Seite verändert, wie sich die Einlass luftmenge Qa erhöht und verändert sich zu der fetten Seite, wie sich die Einlassluftmenge Qa vermindert.
In diesem Beispiel werden der Grenzwert RDT der fetten Seite und der Grenzwert LDT der mageren Seite durch zwei selbständige Programme bestimmt. Es ist jedoch optional, zuerst einen Mittelwert zwischen beiden Grenzwerten in Übereinstimmung mit der Einlassluftmenge Qa durch Verwenden eines Programms, das zu dem Programm von 9 ähnlich ist, zu bilden, und dann festzulegen den Grenzwert RDT der fetten Seite zu einem Wert, der aus einer Addition eines vorbestimmten festen Wertes d zu dem Mittelwert resultiert, und den Grenzwert LDT der mageren Seite zu einem Wert, der aus der Subtraktion des vorbestimmten festen Wertes d von dem Mittelwert resultiert. Die Beziehung zwischen dem Mittelwert und der Einlassluftmenge Qa ist zu der Charak teristik, die in der 10 gezeigt ist, ähnlich. Der Mittelwert und die Grenzwerte RDT und LTD werden auf die magere Seite verschoben, wie sich die Einlassluftmenge Qa erhöht. Weil der vorbestimmte Wert d feststehend ist, ist das Intervall zwischen beiden Grenzwerten RDT und LTD unabhängig von der Veränderung des Mittelwertes immer konstant.
11 zeigt einen Ablauf zum Rücksetzen der berechneten, abgeschätzten Sauerstoffspeichermenge.
Die Schritte S61 und S62 sind Schritte zum Prüfen der Veränderungen in den Zeichen Flean und Frich der mageren und der fetten Seite, und bestimmen, ob der mageren Rücksetzbedingung oder der fetten Rücksetzbedingung genügt wird.
Wenn das Erfüllen der Bedingung der mageren Rücksetzbedingung durch eine Veränderung des Zeichens Flean der mageren Seite von 0 auf 1 bestätigt wird, geht die Steuerung 6 von dem Schritt S61 zu dem Schritt S63 weiter und setzt die Hochdrehzahlkomponente HO2 der Sauerstoffspeichermenge auf die maximale Kapazität HO2MAX. In diesem Fall führt die Steuerung 6 einen Rücksetzvorgang für die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 nicht aus und die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 verbleibt unverändert ohne zurückgesetzt zu werden.
Wenn das Erfüllen der Bedingung der fetten Rücksetzbedingung durch eine Veränderung des Zeichens Frich der fetten Seite von 0 auf 1 bestätigt wird, geht die Steuerung 6 von dem Schritt S62 zu dem Schritt S64 weiter und setzt jeweils die Nochdrehzahlkomponente HO2 und die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 auf die minimalen Kapazitäten HO2MIN und LO2MIN zurück. Diese Rücksetzvorgänge erfolgen auf der Grundlage der folgenden Idee. Die Sauerstoffspeichergeschwindigkeit der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 ist langsam. Demzufolge strömt, nachdem die Hochdrehzahlkomponente HO2 die maximale Kapazität erreicht hat, Sauerstoff über die strömabwärtige Seite des Katalysators, selbst wenn die maximale Kapazität durch die niedrige Geschwindigkeitskomponente LO2 noch nicht erreicht ist. Daher ist es möglich anzunehmen, dass zumindest die Hochdrehzahlkomponente HO2 die maximale Kapazität zu dem Zeitpunkt erreicht hat, wenn die stromabwärtige Seite des Katalysators mager wird.
Zu der Zeit, wenn die stromabwärtige Seite des Katalysators fett ist, wird es angenommen, das Sauerstoff sogar von der Niedrigdrehzahlkomponente LO2, die Sauerstoff allmählich freisetzt, nicht freigesetzt wird. Jede der Hochdrehzahlkomponente HO2 und der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 wird in betracht gezogen in einem Zustand der minimalen Kapazität zu sein, die keinen oder wenig Sauerstoff hält.
12 zeigt ein Programm zum Berechnen eines Ziel-Luft-/Kraftstoffverhältnisses von der Sauerstoffspeichermenge. Die Steuerung 6 dieses Beispieles dient als eine Zentraleinheit eines Steuersystems, das eine Luft- Kraftstoffsteuerung ausführt (die Steuerung, um die Sauerstoffspeichermengen-Konstante zu steuern).
Die Steuerung 6 liest zuerst die Hochdrehzahlkomponente HO2 der momentanen Sauerstoffspeichermenge in dem Schritt S71 und berechnet eine Abweichung DHO2 der momentanen Hochdrehzahlkomponente HO2 von einem Ziel-Hochdrehzahlkomponentenwert TGHO2 in dem Schritt S72. (Die Abweichung DHO2 ist gleich zu der Sauerstoff-Überschuss-/Defizitmenge, die durch den Katalysator 3 benötigt wird). Der Ziel-Hochdrehzahlkomponentenwert TGHO2 wird zu einer Hälfte der maximalen Kapazität HO2MAX der Hochdrehzahlkomponente in diesem Beispiel gleich gesetzt.
In dem Schritt S73 bestimmt die Steuerung 6 ein Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis für den Motor 1 durch Umrechnen der berechneten Abweichung DHO2 in einen entsprechenden Wert des Luft-Kraftstoffverhältnisses.
Demzufolge legt dieses Programm von 12 das Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis auf der mageren Seite fest und funktioniert, um die Sauerstoffspeichermenge zu erhöhen (Hochdrehzahlkomponente HO2), wenn die Hochdrehzahlkomponente HO2 der Sauerstoffspeichermenge kleiner als der Zielwert ist. Wenn andererseits die Hochdrehzahlkomponente HO2 größer als der Zielwert ist, dann wird das Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis für den Motor 1 auf die fette Seite festgelegt und das Programm funktioniert, um die Sauerstoffspeichermenge (die Hochdrehzahlkomponente HO2) zu vermindern.
Die so aufgebaute Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung oder das -system des Beispieles wird wie folgt betätigt:
Wenn der Motor 1 gestartet wird, startet das Abgasreinigungs-Katatysatorsystem die Berechnung der Sauerstoffspeichermenge vom Katalysator 3 und die Luft- Kraftstoff Verhältnissteuerung für den Motor 1 aus, um die Sauerstoffspeichermengen dem Kata lysator 3 auf einem Niveau konstant zu halten, um eine maximale Umwandlungswirksamkeit von Katalysator 3 zu erreichen.
Die Berechnung, um die Sauerstoffspeichermenge in dem Katalysator 3 abzuschätzen, erfolgt auf der Grundlage des Luft Kraftstoffverhärhnisses von einströmenden Abgasgemisches, das in den Katalysator 3 einströmt, und der Einlassluftmenge in den Motor 1. In diesem Beispiel bestimmt das Abgasreinigungs-Katalysatorsystem die Sauerstoffspeichermenge durch das separate Berechnen der Hochdrehzahlkomponente HO2 und der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 in Übereinstimmung mit der tatsächlichen Charakteristik.
In diesem Beispiel ist die Berechnung auf die Annahme gegründet, dass zu der Zeit der Sauerstoffspeicherung die Hochdrehzahlkomponente HO2 den Sauerstoff zuerst speichert und die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 die Speicherung beginnt, wenn die Hochdrehzahlkomponente nicht mehr in der Lage ist, werteren Sauerstoff zu speichern. Zu der Zeit der Sauerstofffreigabe ist die Annahme, dass der Sauerstoff zuerst von der Hochdrehzahlkomponente HO2 freigegeben wird, wenn das Verhältnis (LO21/HO2) zwischen der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 und der Hochdrehzahlkomponente HO2 kleiner als oder gleich zu dem vorbestimmten Verhältnis AR ist, und der Sauerstoff von sowohl der Niedrigdrehzahlkomponente LO2, als auch der Hochdrehzahlkomponente HO2 freigegeben wird, um so das Verhältnis AR beizubehalten, wenn das Verhältnis LO2/HO2 zu dem Verhältnis AR gleich wird.
Dann steuert das Katalysatorsystem das Luft- Kraftstoffverhältnis von dem Motor 1 auf die fette Seite und vermindert dadurch die Hochdrehzahlkomponente HO2, wenn die Hochdrehzahlkomponente HO2 größer als der Zielwert ist. Wenn die Hochdrehzahlkomponente HO2 kleiner als der Zielwert ist, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis auf die magere Seite gesteuert, um die Nochdrehzahlkomponente HO2 zu erhöhen.
Folglich kann das Katalysatorsystem die Hochdrehzahlkomponente HO2 bei dem gewünschten Zielwert hatten. Demzufolge ist, selbst wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgasgemisches, das in den Katalysator 3 einströmt, von der Stöchiometrie abweicht, die Hochdrehzahlkomponente HO2 überlegen in der Reaktionsgeschwindigkeit beim unmittelbaren Speichern oder Freigeben von Sauerstoff, und beim Korrigieren des Luft-Kraftstoffverhältnisses der Katalysatoratmosphäre in die Richtung auf das stöchiometrische Verhältnis, so dass die Umwandlungswirksamkeit des Katalysators 3 auf einem maximalen Niveau gehalten werden kann.
Die Speicherung von Fehlern während der Berechnung erhöht die Abweichung zwischen der abgeschätzten Sauerstoffspeichermenge auf der Grundlage der Berechnung und der tatsächlichen Sauerstoffspeichermenge. Jedoch führt dieses Katalysator system den Rücksetzbetrieb aus, um die abgeschätzte Sauerstoffspeichermenge (die Hochdrehzahlkomponente HO2 und die Niedrigdrehzahlkomponente LO2) zu dem Zeitpunkt, wenn die stromabwärtige Seite des Katalysators 3 fett oder mager wird, rückzusetzen, und korrigiert dadurch die Abweichung zwischen dem Berechnungsergebnis und der tatsächlichen Sauerstoffspeichermenge.
13 zeigt eine Veränderung der Hochdrehzahlkomponente HO2, wenn die Sauerstoffspeichermenge konstant gesteuert wird. In diesem Beispiel wird das hintere O2-Sensorausgangssignal RO2 kleiner als die magere Seite-Grenzwert LTD-Festlegung und die magere Rücksetzbedingung wird bei t1 konstant getroffen. Demzufolge wird die Hochdrehzahlkomponente HO2 auf die maximale Kapazität HO2MAX rückgesetzt. In diesem Fall wird kein Rücksetzbetrieb in der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 ausgeführt, da die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 nicht notwendigerweise ein Maximum ist.
Bei jeder Zeitpunkt t2 und t3 wird das hintere O2-Sensorausgangssignal RO2 größer als der Grenzwert RDT der fetten Seite und die fette Rücksetzbedingung wird getroffen. Demzufolge wird die Hochdrehzahlkomponente HO2 auf die minimale Kapazität HO2MIN rückgesetzt. Die minimale Kapazität HO2MIN ist in diesem Beispiel zu Null gleich. In diesem Fall wird die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 auch auf die minimale Kapazität rückgesetzt.
Durch Rücksetzen der Sauerstoffspeichermenge zu dem Zeitpunkt, wenn das Abgasgemisch auf der stromabwärtigen Seite des Katalysator 3 fett oder mager wird, kann das Abgasreinigungs- Katalysatorsystem entsprechend dieses Ausführungsbeispieles die Abweichung zwischen dem Ergebnis der Berechnung, um die Sauerstoffspeichermenge und die tatsächliche Sauerstoffspeichermenge abzuschätzen, korrigieren und außerdem die Genauigkeit der Abschätzung der Sauerstoffspeichermenge weiter verbessern. Als ein Ergebnis kann dieses System die Genauigkeit des Luft- Kraftstoff verhältnissteuerung verbessern, um die Sauerstoffspeichermenge konstant und die hohe Umwandlungswirksamkeit des Katalysators beizubehalten.
Die Grenzwerte RDT und LTD (oder die Mittelwerte zwischen ihnen) ist auf die magere Seite, wie die Einlassluftmenge Qa für den Motor 1 größer wird, einstellbar. Somit erhöht dieses Katatysatorsystem die Wahrscheinlichkeit des fetten Rücksetzens, wenn die Einlassluftmenge Qa größer ist, und vermindert die Wahrscheinlichkeit des mageren Rücksetzens, so dass die Tendenz für den Motor 1, der in einem verhältnismäßig mageren Bereich betrieben werden soll, erhöht wird. Dieses Katalysatorsystem kann die Möglichkeit des Motorbetriebs auf der mageren Seite erhöhen und dabei die Reinigungswirksamkeit für die Abgasemissionssteuerung optimieren.
14 zeigt das Sauerstoffspeicherungs-/-freigabemerkmal von dem Katalysator 3, der in diesem Beispiel verwendet wird. Die vertikale Achse zeigt die Hochdrehzahlkomponente HO2 (eine in dem Edelmetall gespeicherte Sauerstoffmenge) und die horizontale Achse zeigt die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 (eine in dem Speichermaterial gespeicherte Sauerstoffmenge).
In dem Normallaufzustand ist die Niedrigdrehzahtkomponente LO2 nahezu Null und nur die Hochdrehzahlkomponente HO2 verändert sich entsprechend des Luft-Kraftstoffverhältnisses des Abgases, das in den Katalysator strömt, wie durch einen Pfeil A1 in der 14 gezeigt ist. Die Hochdrehzahlkomponente HO2 wird gesteuert, um z. B. die Hälfte seiner maximalen Kapazität zu sein.
Wenn jedoch die Kraftstoffzuführung zu dem Motor unterbrochen wird, oder wenn der Motor 1 aus dem Aufwandzustand (Warmstart) erneut gestartet wird, hat die Hochdrehzahlkomponente HO2 ihre maximale Kapazität erreicht und Sauerstoff wird wie die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 gespeichert (Pfeil A2 in der 14). Die Sauerstoffspeichermenge verändert sich von einem Punkt X1 zu einem Punkt X2.
Wenn der Sauerstoff von dem Punkt X2 freigesetzt wird, wird Sauerstoff vorzugsweise von der Hochdrehzahlkomponente HO2 freigegeben. Wenn das Verhältnis der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 einen vorbestimmten Wert (X3 in der 14) erreicht, wird Sauerstoff sowohl von der Hochdrehzahlkomponente HO2, als auch von der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 freigesetzt, so dass das Verhältnis der Niedrigdrehzahlkomponente LO2 zu der Hochdrehzahlkomponente HO2 nicht verändert wird. Mit anderen Worten, Sauerstoff wird während des Bewegens auf einer geraden Linie L, die in der 14 gezeigt ist, freigegeben. Auf der Linie L beträgt die Niedrigdrehzahlkomponente LO2 von 5 bis 15, aber vorzugsweise ungefähr 10, im Verhältnis zu der Hochdrehzahlkomponente 1.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann zumindest einer von Schritt S1, Schritt S11, S13, S58 und das Teil 9 der Einrichtung zum Messen einer Einlassluftmenge entsprechen und kann zumindest einer von Schritt S1, S11 und Teil 4 der Einrichtung zum Messen einer stromaufwärtigen Abgasbedingung entsprechen, die einem Luft-Kraftstoffverhältnis eines einströmenden Abgasgemisches, das in den Katalysator einströmt, entspricht. Zumindest einer der Schritte S51 und Teil 5 kann der Einrichtung zum Messen einer stromabwärtigen Abgasbedingung, die ein Luft- Kraftstoffverhältnis eines ausströmenden Abgasgemisches repräsentiert, das aus dem Katalysator ausströmt, entsprechen. Zumindest einer der Schritte S4~S8, S14, S22, S23, S36~S38, S44 und der Schritt S45 kann der Einrichtung für das Berechnen einer abgeschätzten Sauerstoffspeichermenge des Katalysators in Übereinstimmung mit dem stromaufwärtigen Abgasbe dingung des einströmenden Abgasgemisches und der Motoreinlassluftmenge entsprechen. Der Schritt S73 kann der Einrichtung zum Steuern eines Luft- Kraftstoffverhältnisses des Motors in Übereinstimmung mit der Sauerstoffspeichermenge entsprechen. Zumindest einer der Schritte S63 oder S64 kann der Einrichtung für das korrigieren der abgeschätzten Sauerstoffspeichermenge entsprechen, um einen Fehler beim Berechnen der abgeschätzten Sauerstoffspeichermenge zu reduzieren, wenn die stromabwärtige Abgasbedingung zu einem vorbestimmten Grenzwert gleich wird. Zumindest der Schritt S59 kann der Einrichtung zum Modifizieren des Grenzwertes in Übereinstimmung mit der Einlassluftmenge entsprechen.
Obwohl die oben vorgestellte Erfindung in Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben worden ist, ist diese Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt. Modifikationen und Veränderungen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele werden für den Fachmann auf dem Gebiet der Technik im Lichte der oben vorgestellten Lehren auftreten. Der Umfang der Erfindung wird in Bezug auf die folgenden Patentansprüche gebildet.

Claims

Verfahren zum Reinigen von Motorabgasen für einen Motor (1), ausgerüstet mit einem Katalysator, angeordnet in einem Motorabgaskanal (2), das aufweist: einen Schritt des Berechnens eines abgeschätzten Sauerstoffspeicherbetrags des Katalysators (3) in Übereinstimmung mit einem erfassten stromaufseitigen Abgaszustand, der ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines einströmenden Abgasgasgemisches, das in den Katalysator (3) strömt, und eine erfasste Motor-Ansaugluftmenge repräsentiert; einen Schritt des Steuerns eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors (1) in Übereinstimmung mit dem abgeschätzten Sauerstoffspeicherbetrag, um einen tatsächlichen Sauerstoffspeicherbetrag des Katalysators (3) auf einen gewünschten Wert zu bringen; und einen Schritt des Korrigierens des abgeschätzten Sauerstoffspeicherbetrages, um einen Fehler beim Berechnen des abgeschätzten Sauerstoffspeicherbetrages zu reduzieren, wenn ein stromabseitiger Abgaszustand, der ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines ausströmenden Abgasgasgemisches repräsentiert, das aus dem Katalysator ausströmt, zu einem vorbestimmten Grenzwert gleich wird; gekennzeichnet durch weiter aufweisend: einen Schritt des Modifizierens des Grenzwertes in Übereinstimmung mit der gemessenen Motor-Ansaugluftmenge.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Berechnens des Sauerstoffspeicherbetrages das Berechnen eines Sauerstoffspeicherbetrages einer Hochdrehzahlkomponente (HO2) aufweist, die eine erste Sauerstoffspeicherrate hat, und einer Niedrigdrehzahlkomponente (LO2), die eine zweite Sauerstoffspeicherrate hat, die zu der ersten Sauerstoffspeicherrate ungleich ist.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Berechnen des Sauerstoffspeicherbetrages entsprechend solch einer Charakteristik, dass die Hochdrehzahlkomponente (HO2) den Sauerstoff vor der Niedrigdrehzahlkomponente (LO2) speichert, und die Niedrigdrehzahlkomponente (LO2) beginnt den Sauerstoff zu speichern, nachdem die Hochdrehzahlkomponente (HO2) nicht mehr in der Lage ist, den Sauerstoff zu speichern.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Berechnen des Sauerstoff speicherbetrages entsprechend solch einer Charakteristik, dass die Hochdrehzahlkomponente (HO2) den Sauerstoff vor der Niedrigdrehzahlkomponente (LO2) freigibt, wenn ein Verhältnis (LO2/HO2) des Sauerstoffspeicherbetrages der Niedrigdrehzahlkomponente (LO2), verglichen mit dem Sauerstoffspeicherbetrag der Nochdrehzahlkomponente (HO2), kleiner als ein vorbestimmter wert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Berechnen des Sauerstoffspeicherbetrages entsprechend solch einer Charakteristik, dass wenn ein Verhältnis des Sauerstoffspeicherbetrages der Niedrigdrehzahlkomponente (LO2) zu dem Sauerstoffspeicherbetrag der Hochdrehzahlkomponente (HO2) größer als ein vorbestimmter Wert ist, Sauerstoff von der Hochdrehzahlkomponente (HO2) und der Niedrigdrehzahlkomponente (LO2) freigegeben wird, um das Verhältnis des Sauerstoffspeicherbetrages der Niedrigdrehzahlkomponente (LO2) zu der Hochdrehzahlkomponente (HO2) unverändert beizubehalten.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors (1), um den Sauerstoffspeicherbetrag der Hochdrehzahlkomponente (HO2) auf einen gewünschten Wert zu bringen.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Zurücksetzen jedes der berechneten Sauerstoffspeicherbeträge der Hochdrehzahlkomponente (HO2) und der Niedrigdrehzahlkomponente (LO2) auf eine minimale Kapazität, wenn der stromabseitige Abgaszustand zu dem fetten Grenzwert gleich wird.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Zurücksetzen jedes der berechneten Sauerstoffspeicherbeträge der Hochdrehzahlkomponente (HO2) auf einen Wert maximaler Kapazität, wenn der stromabwärtige Abgaszustand zu dem mageren Grenzwert gleich wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der stromabseitige Abgaszustand (RO2) einer ist von einer Sauerstoffkonzentration des ausströmenden Abgasgemisches oder des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des ausströmenden Abgasgemisches, und durch Bestimmen des Grenzwertes als eine Funktion der Einlassluftmenge und um den abgeschätzten Sauerstoffspeicherbetrag durch Zurücksetzen des abgeschätzten Sauerstoffspeicherbetrages auf eine vorbestimmte Einstellung zu korrigieren, wenn der stromabseitige Abgaszustand dem vorbestimmten Grenzwert (LDT, RDT) gleich wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Modifizieren des Grenzwertes zu einer mageren Seite, wenn sich die Einlassluftmenge erhöht.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Grenzwert einen Grenzwert der fetten Seite (RDT) und einen Grenzwert der mageren Seite (LDT) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Modifizieren des Grenzwertes der fetten Seite in Richtung zu der mageren Seite, wenn sich die Einlassluftmenge erhöht.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Modifizieren des Grenzwertes der mageren Seite zu der mageren Seite, wenn sich die Einlassluftmenge erhöht.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Modifizieren des Grenzwertes der fetten Seite und des Grenzwertes der mageren Seite zu einer mageren Seite durch Verlagern eines Mittelwertes zwischen den Grenzwert der fetten Seite und den Grenzwert der mageren Seite zu der mageren Seite, wenn sich die Einlassluftmenge erhöht.
Motorabgas-Reinigungsvorrichtung, die aufweist: einen Luftstromsensor (9), angeordnet um eine Motor-Einlassluftmenge zu erfassen; einen Katalysator (3), angeordnet in einem Motorabgaskanal; einen stromaufseitigen Abgassensor (4), angeordnet in dem Motorabgaskanal auf einer stromaufseitigen Seite des Katalysators, einen stromabseitigen Abgassensor (5), angeordnet auf einer stromabseitigen Seite des Katalysators; und eine Steuerung (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (6) aufgebaut ist, um das Verfahren entsprechend zumindest eines der Ansprüche 1 bis 14 auszuführen.
Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (3) aufweist eine Hochdrehzahl-Sauerstoffspeicherkomponente (HO2), die eine erste Sauerstoffspeichenate hat, und ein Niedrigdrehzahl-Sauerstoffspeicherkomponente (LO2), die eine zweite Sauerstoffspeichenate hat, die zu der ersten Sauerstoffspeichenate ungleich ist.