DE69830821T2

DE69830821T2 - Abgasreinigungssystem für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE69830821T2
Application number: DE69830821T
Authority: DE
Inventors: Isao 1-4-1 Chuo Komoriya; Ken 1-4-1 Chuo Ogawa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-08-14
Filing date: 1998-08-14
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2018-08-15
Also published as: JPH1162717A; EP0897741B1; US6173704B1; JP3442621B2; EP0897741A3; DE69830821D1; EP0897741A2

Description

Diese Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors, insbesondere ein Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors, der einen NOx-Reduktionskatalysator vom selektiven Reduktionstyp verwendet, um NOx (Stickoxide)-Bestandteile in einem Abgas in einem oxidierenden Zustand durch Verwendung von HCs (Kohlenwasserstoffe) als Reduktionsagenz zu reduzieren.
Das US-Patent Nr. 5,357,749 lehrt beispielsweise ein System zum Reinigen von Abgas durch Verwendung eines Katalysators, der NOx (Stickoxide)-Bestandteile in einer oxidierenden Umgebung (mageres Luft/Kraftstoffverhältnis) zerlegt, insbesondere einen NOx-Reduktionskatalysator vom selektiven Reduktionstyp, der NOx-Bestandteile in einer oxidierenden Umgebung reduziert, und der die Abgasbestandteilkonzentrationen derart regelt, dass die NOx-Bestandteilskonzentration und die HC-Bestandteilskonzentration im Abgas auf ein vorbestimmtes Verhältnis geregelt werden.
Die EP 0 503 882 offenbart ein ähnliches Abgasreinigungssystem.
Diese herkömmlichen Systeme nutzen die Tatsache, dass der NOx-Reduzierungs(Zerlegungs)katalysator sowohl NOx als auch HC bei einem bestimmten NOx-/HC-Verhältnis, nämlich einem besonderen Verhältnis der NOx- zur Kohlenwasserstoffkonzentration, optimal reinigt. Insbesondere reinigen solche Systeme NOx in einer oxidierenden Atmosphäre durch Erfassen der NOx- und HC-Konzentration des Abgases und Steuern/Regeln der erfassten Konzentration auf vorgeschriebene Werte durch Regeln des Luft/Kraftstoffverhältnisses, des Betrags von Sekundärluft, der Zündzeitsteuerung und/oder anderer Parameter.
Einer der bekannten Zerlegungskatalysatoren dieses Typs ist der NOx-Reduktionskatalysator vom selektiven Reduktionstyp, der beispielsweise in den US-Patenten Nr. 5,326,735 und Nr. 5,487,268 gelehrt ist, welcher Iridium und ein Erdalkalimetall umfasst, die gemeinsam auf einem Substrat (Monolith) aufgebracht sind, welches wenigstens ein Material oder eine Substanz umfasst, die ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Metallkarbide und Metallnitride. Ein weiterer ist der durch das US-Patent Nr. 5,402,641 gelehrte Katalysator, der ein NOx-Absorbens ist, welches Platin (Pt) oder ein ähnliches Edelmetall umfasst, das auf einem Substrat (Monolith) aufgebracht ist und als Absorbenskatalysator bezeichnet wird.
Die JP-083091/86 und die US-A-5,571,763 beschreiben Katalysatoren des Typs, der Iridium als eine inaktive Substanz umfasst.
In jüngerer Zeit hat jedoch die Bewegung hin zu magereren Luft/Kraftstoffverhältnis-Steuerungen/regelungen, wie bei Magerverbrennungsmotoren und Direkteinspritzmotoren (bei denen Kraftstoff direkt die in die Motorzylinder eingespritzt wird) zu finden, den Bedarf nach höheren Reinigungsfähigkeiten für NOx-Bestandteile in einer oxidierenden Umgebung (d.h. bei magererem Luft/Kraftstoffverhältnis) geschaffen.
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es daher, ein Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors des oben genannten Typs bereitzustellen, welches einen NOx(Stickoxide)-Reduktionskatalysator vom selektiven Reduktionstyp verwendet, der eine verbesserte Reinigungsfähigkeit für NOx-Bestandteile im Abgas in einem oxidierenden Zustand bietet.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung ein System zum Reinigen von Abgas eines Verbrennungsmotors mit einem Katalysator in einem Abgassystem des Motors bereit, wobei der Katalysator ein NOx-Katalysator vom selektiven Reduktionstyp ist, der Stickoxid reduziert, wenn sich ein vom Motor erzeugtes Abgas in einem oxidatierenden Zustand befindet, wobei das System umfasst: ein Abgasbestandteilskonzentrations- Steuer/regelmittel zum Steuern/Regeln einer Abgasbestandteilskonzentration derart, dass ein Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu Stickoxid im Abgas ein bestimmter Wert ist, einen AGR-Mechanismus zum Zurückführen eines Teils des Abgases zu einem Einlasssystem des Motors, dadurch gekennzeichnet, dass das System ferner umfasst: ein AGR-Steuer/Regelmittel zum Steuern/Regeln des AGR-Mechanismus nach Maßgabe einer bezüglich einer Sauerstoffkonzentration festgelegten vorbestimmten Charakteristik derart, dass ein Verhältnis einer Konzentration von ungesättigten und/oder aromatischen Kohlenwasserstoffen zu einer Stickoxidkonzentration im Abgas bei einem vorbestimmten Wert oder oberhalb des vorbestimmten Werts liegt und die Sauerstoffkonzentration unterhalb eines vorgeschriebenen Werts liegt.
Diese und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden deutlicher aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, die lediglich beispielhaft bestimmte Ausführungsformen zeigen, und bei denen
1 eine schematische Übersicht des Abgasreinigungssystems eines Verbrennungsmotors gemäß der Erfindung ist,
2 ein Diagramm zur Erläuterung des in 1 gezeigten AGR-Mechanismus im Detail ist,
3 ein detailliertes Blockschaltbild der in 1 gezeigten Steuer/Regeleinheit ist,
4 ein Flussdiagramm ist, das die Arbeitsweise des Abgasreinigungssystems eines Verbrennungsmotors gemäß der Erfindung zeigt,
5 ein Schaubild zur Erläuterung der in 4 gezeigten Abgasreinigungstechnik ist, das die NOx-Reinigungsraten von ungesättigten und/oder aromatischen HC-Bestandteilen und anderer HC-Bestandteile zeigt,
6 ein Diagramm ist, das einen Rückgang der ungesättigten oder aromatischen Kohlenwasserstoffbestandteile und der anderen Kohlenwasserstoffbestandteile zeigt, die im Kraftstoff (Benzin) und dem daraus erzeugten Abgas vorhanden sind,
7 eine charakteristische Kurve ist, die zeigt wie eine Reinigungsrate mit dem Verhältnis von ungesättigten und/oder aromatischen Kohlenwasserstoffbestandteilen zu NOx variiert,
8 ein Flussdiagramm eines Unterprogramms ist, das die Prozedur zum Berechnen eines gewünschten Luft/Kraftstoffverhältnisses KCMD, auf das im Flussdiagramm von 4 Bezug genommen wird, zeigt,
9 ein Schaubild ist, das die Kraftstoffeinspritzsteuerung zeigt, auf die im Flussdiagramm von 4 Bezug genommen wird,
10 ein Schaubild ist, das die NOx-Reinigungsrate des Systems gemäß der Erfindung zeigt,
11 ein Flussdiagramm ähnlich zu demjenigen von 4 ist, das jedoch die Arbeitsweise eines Systems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
12 ein Schaubild ist, das zeigt, wie die NOx-Reinigungsrate mit der Sauerstoffkonzentration im Abgas variiert,
13 ein Schaubild ist, das die in dem System gemäß der zweiten Ausführungsform erreichte Reinigungsrate zeigt,
14 ein Flussdiagramm eines Unterprogramms ist, das die Prozedur zur Berechnung der AGR-Rate zeigt, auf die im Flussdiagramm von 11 Bezug genommen wird,
15 ein Schaubild ist, das in einem Kennfeld aufgenommene Charakteristika von Ventilhubbefehlswerten zeigt, auf die im Flussdiagramm von 14 Bezug genommen wird,
16 ein Schaubild ist, das in einem Kennfeld aufgenommene Charakteristika der AGR-Ratenkorrekturkoeffizienten im stationären Zustand KEGRMAP zeigt, auf die im Flussdiagramm von 14 Bezug genommen wird,
17 ein Flussdiagramm eines Unterprogramms ist, das die Prozedur zur Berechnung des Kraftstoffeinspritz-Korrekturkoeffizienten KEGRN zeigt, auf den im Flussdiagramm von 14 Bezug genommen wird,
18 ein Zeitdiagramm ist, das die Bestimmung des Kraftstoffeinspritz-Korrekturkoeffizienten KEGRN unter Verwendung einer Totzeit zeigt, auf den im Flussdiagramm von 17 Bezug genommen wird, und
19 ein Schaubild ist, das die Arbeitsweise eines Systems gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Ausführungsformen des Abgasreinigungssystems eines Verbrennungsmotors gemäß der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
1 ist eine schematische Übersicht des Systems.
Das Bezugszeichen 10 in dieser Figur bezeichnet einen Vier-Zylinder-Reihenverbrennungsmotor mit oben liegender Nockenwelle. Luft, die durch einen am entfernten Ende eines Ansaugrohrs 12 angebrachten Luftreiniger 14 in dieses eingesaugt wurde, wird dem ersten bis vierten Zylinder durch einen Zwischenbehälter 18, einen Ansaugkrümmer 20 und Einlassventile (nicht gezeigt) zugeführt, während ihre Strömung durch ein Drosselventil 16 eingestellt wird.
Ein Kraftstoffinjektor 22 zum Einspritzen von Kraftstoff ist in der Nähe des Einlassventils (nicht gezeigt) jedes Zylinders angebracht. Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Ansaugluft, um ein Luft/Kraftstoffgemisch zu bilden, das im zugeordneten Zylinder durch eine Zündkerze (nicht gezeigt) gezündet wird. Die daraus resultierende Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs treibt einen Kolben (nicht gezeigt) an.
Das bei der Verbrennung erzeugte Abgas wird durch ein Auslassventil (nicht gezeigt) in einen Auslasskrümmer 24 ausgestoßen, aus dem es durch ein Abgasrohr 26 zu einem ersten Katalysator 28 und einem zweiten Katalysator (Drei-Wege-Katalysator) 30 tritt, um gereinigt zu werden und dann an die Umgebung ausgestoßen zu werden.
Der erste Katalysator 28 verwendet einen NOx(Stickoxid)-Reduktionskatalysator vom selektiven Reduktionstyp, der oben beschrieben wurde, nämlich einen Katalysator umfassend eine Keramik oder ein anderes wärmebeständiges inorganisches Oxidsubstrat (fest, perforiert, kornförmig oder ein anderer Monolith) und auf dem Substrat (Monolith) aufgebrachtes Iridium als aktives Material (Substanz). (Der erste Katalysator 28 kann statt dessen ein NOx-Dekompensationskatalysator sein, wie er in den US-Patenten Nr. 5,357,749, Nr. 5,326,735 oder Nr. 5,487,268 gelehrt wird, der Iridium und ein Erdalkalimetallsubstrat (Monolith) zusammen auf einem Substrat (Monolith) umfasst, welcher aus wenigstens einem Material (Substanz) besteht, die aus einer Gruppe umfassend Metallkarbide und Metallnitride ausgewählt ist.) Der zweite Katalysator 30 verwendet einen herkömmlichen Drei-Wege-Katalysator.
Der Motor 10 ist mit einem AGR-Mechanismus (Abgasrückführungsmechanismus) 100 ausgestattet, der Abgas zum Ansaugsystem zurückführt.
Wie in 2 gezeigt ist, besitzt der AGR-Mechanismus 100 einen AGR-Durchgang 102, dessen eines Ende 102a mit dem Abgasrohr 26 auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators 28 (nicht gezeigt in 2) verbunden ist und dessen anderes Ende 102b mit dem Luftansaugrohr 12 auf der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 16 (nicht gezeigt in 2) verbunden ist. Zum Regulieren der Menge des zurückgeführten Abgases ist ein AGR-Ventil 104 zum Regeln der AGR-Menge und eine Volumenkammer 106 an einem mittleren Abschnitt des AGR-Abschnitts 102 vorgesehen.
Das AGR-Ventil 104 ist ein Magnetventil, welches einen Magneten 108 aufweist, der mit einer elektronischen Steuer/Regeleinheit (ECU) 34 (später beschrieben) verbunden ist. Der Öffnungsgrad des AGR-Ventils wird durch einen Ausgangsbefehl von der ECU 34 linear variiert. Das AGR-Ventil 104 ist mit einem Hubsensor 110 versehen, der den Öffnungsgrad des AGR-Ventils 104 erfasst und ein entsprechendes Signal an die ECU 34 sendet.
Wie in 1 gezeigt ist, ist der Motor 10 in seinem Zündverteiler (nicht gezeigt) mit einem Kurbelwinkelsensor 40 zum Erzeugen eines Zylinderunterscheidungssignals bei einem vorgeschriebenen Kurbelwinkel eines vorbeschriebenen Zylinders und zum Erzeugen von TDC (Oberer Totpunkt)-Signalen bei vorgeschriebenen Kurbelwinkeln, zum Beispiel beim oberen Totpunkt jedes Zylinders, und CRK-Signalen bei Unterabschnitten desselben, beispielsweise alle 15 Grad, versehen.
Ein dem Drosselventil 16 zugeordneter Drosselstellungssensor 42 erzeugt ein Signal, das dem Öffnungsgrad des Drosselventils 16 entspricht. Ein Krümmerabsolutdrucksensor 44, der im Abgasrohr 12 stromabwärts des Drosselventils 16 vorgesehen ist, erzeugt ein Signal, das dem Krümmerabsolutdruck PBA im Ansaugrohr entspricht.
Ein Umgebungsdrucksensor 46, der an einer geeigneten Stelle am Motor 10 vorgesehen ist, erzeugt ein Signal, das dem Umgebungsdruck PA entspricht. Ein Ansaugrohrtemperatursensor 48, der stromaufwärts des Drosselventils 16 vorgesehen ist, erzeugt ein Signal, das der Temperatur der Ansaugluft entspricht. Ein Kühlmitteltemperatursensor 50, der an einer geeigneten Stelle am Motor vorgesehen ist, gibt ein Signal aus, das der Motorkühlmitteltemperatur TW entspricht.
Ferner gibt ein Luft/Kraftstoffverhältnissensor 54, der im Abgassystem an einem Zusammenströmungspunkt stromabwärts des Abgaskrümmers 24 und stromaufwärts des ersten Katalysators 28 vorgesehen ist, ein Signal aus, das der Sauerstoffkonzentration im Abgas proportional ist.
Details der ECU 34 sind im Blockschaltbild von 3 gezeigt. Der Ausgang des Luft/Kraftstoffverhältnissensors (als LAF-Sensor) gezeigt) 54 wird durch eine Erfassungsschaltung 60 empfangen, wo er einem geeigneten Linearisierungsprozess zum Erzeugen eines Signals proportional der Sauerstoffkonzentration im Abgas unterzogen wird.
Die Ausgabe der Erfassungsschaltung 60 wird durch einen Multiplexer 62 und einen A/D-Wandler 64 an eine CPU (zentrale Prozessoreinheit) weitergegeben. Die CPU besitzt einen CPU-Kern, ein ROM (Lesespeicher) 68 und ein RAM (Arbeitsspeicher) 70. In ähnlicher Weise werden die analogen Ausgaben des Drosselöffnungssensors 42 usw. der CPU durch den Multiplexer 62 und den A/D-Wandler 64 eingegeben und im RAM 70 gespeichert.
Die Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 40 wird durch einen Wellenformformer 72 geformt und das CRK-Signal wird durch einen Zähler 74 gezählt. Der Zählwert wird der CPU als Motordrehzahl NE eingegeben. In der CPU führt der CPU-Kern 66 Befehle aus, die im ROM 68 gespeichert sind, um manipulierte Variablen in einer später beschriebenen Weise zu berechnen, und treibt die Kraftstoffinjektoren 22 der jeweiligen Zylinder über eine Treiberschaltung 76 und das AGR-Ventil 104 über eine Treiberschaltung 78. (Der Hubsensor 110 ist in 3 nicht gezeigt.) Die Arbeitsweise des Systems wird nun erläutert.
4 ist ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise des Systems zeigt. Bevor diese Figur erläutert wird, wird jedoch die Abgasreinigungstechnik der Erfindung erläutert.
Wie bereits ausgeführt wurde, verwendet der erste Katalysator 28 dieses Systems einen NOx-Katalysator vom selektiven Reduktionstyp, der NOx-Bestandteile im Abgas in einem oxidierenden Zustand unter Verwendung von HC als Reduktionsmittel reduziert. Insbesondere verwendet er einen NOx-Katalysator vom selektiven Reduktionstyp, der HC-Bestandteile erfordert, um NOx-Bestandteile zu zerlegen, und der ein wärmebeständiges inorganisches Oxidsubstrat (Monolith) und auf dem Substrat (Monolith) aufgebrachtes Iridium als aktives Material (Substanz) umfasst.
Wie bereits ausgeführt, lehrt das US-Patent Nr. 5,357,749, dass die Leistungsfähigkeit der NOx-Reinigung im Abgas in einem oxidierenden Zustand durch Verwenden eines NOx-Dekommpositionskatalysators und Regeln des Verhältnisses der NOx- zur Kohlenwasserstoffkonzentration im Abgas auf einen gewünschten Wert verbessert werden kann.
Jedoch haben die Erfinder durch Experimente, die bezüglich NOx-Katalysatoren vom selektiven Reduktionstyp, welche Kohlenwasserstoffe zum Zerlegen von NOx-Bestandteilen erfordern, durchgeführt wurden, herausgefunden, dass paraffinartige Kohlenwasserstoffe, d.h. Kohlenwasserstoffbestandteile, die keine Doppel-, Dreifach- oder andere Mehrfachkohlenstoffbindungen aufweisen, nicht zur NOx-Reinigung beitragen, und dass olefinartige Kohlenwasserstoffe (ungesättigte Kohlenwasserstoffe) und aromatische HC (aromatische Kohlenwasserstoffe)-Bestandteile, die Doppel-, Dreifach- und andere Mehrfachkohlenstoffbindungen aufweisen, zur NOx-Reinigung beitragen. Dies kann den in 5 gezeigten NOx-Reinigungscharakterisikkurven entnommen werden, die zeigen, wie sich die gefundene NOx-Reinigungsrate ηNOx mit der Katalysatortemperatur TCAT ändert. Die Eigenschaft, die einen Beitrag zur NOx-Reinigung bestimmt, ist das Vorhandensein von Mehrfachkohlenstoffbindungen im HC-Bestandteil. Es spielt keine Rolle, ob der HC eine Kettenverbindung oder eine zyklische Ver bindung ist.
Daher haben die Erfinder herausgefunden, dass bei Verwendung eines NOx-Katalysators vom selektiven Reduktionstyp, der HC-Bestandteile erfordert, um NOx-Bestandteile zu zerlegen, die Reinigungsrate effektiv optimiert werden kann, indem der Anteilsgehalt von olefinartigen Kohlenwasserstoffen (ungesättigten Kohlenwasserstoffen) und/oder aromatischen Kohlenwasserstoffen, die Mehrfachbindungen zwischen den HC-Bestandteilen aufweisen, im Abgas, für das eine NOx-Reinigung erforderlich ist, erhöht wird oder eine Verringerung desselben verhindert wird. Die Bezeichnung „olefinartige Kohlenwasserstoffe usw. mit Mehrfachbindungen" wird hierin im Folgenden in dieser Beschreibung und den Zeichnungen derart verwendet, dass sie aromatische Kohlenwasserstoffe einschließt.
Die Kohlenwasserstoffbestandteile des der Brennkammer zugeführten Kraftstoffs (Benzin) und des nach der Verbrennung des Kraftstoffs darin ausgestoßenen Abgases wurden analysiert. Wie in 6 gezeigt ist, wurde herausgefunden, dass der Anteil aller Kohlenwasserstoffbestandteile, die durch paraffinartige und andere HC-Bestandteile ohne Mehrfachbindungen gebildet sind, im Kraftstoff (Benzin) größer ist als im Abgas. (Die tatsächlichen Anteile unterscheiden sich erheblich zwischen verschiedenen Benzinarten.)
Wenn eine große Menge von unverbranntem Abgas ausgestoßen wird, verbessert daher ein Regeln des Verhältnisses zwischen HC- und NOx-Konzentrationen auf einen vorgeschriebenen Wert nicht notwendigerweise die NOx-Reinigungsrate. Das Abgas einer großen Menge unverbrannten Abgases wird durch eine Einspritzung von Kraftstoff während der Überlappzeit, wenn sowohl die Einlass- als auch die Auslassventile geöffnet sind, verursacht. Weitere durch die Erfinder durchgeführte Experimente bezüglich der Verwendung eines NOx-Reduktionskatalysators vom selektiven Reduktionstyp zeigen, dass, wie in 7 gezeigt ist, die Reinigungsrate abfällt, solange nicht das Verhältnis von HC zu NOx, insbesondere das Verhältnis der Konzentration von ungesättigten und/oder aromatischen Kohlenwasserstof fen (HCs) zur Konzentration von NOx, auf wenigstens einen bestimmten Wert ansteigt (der durch eine gestrichelte Linie α in der Zeichnung gezeigt ist, nämlich 4,0 : 1).
Diese Erfindung, die auf Grundlage der vorangehenden Erkenntnisse erreicht wurde, steigert die NOx-Reinigungsrate in einer oxidierenden Umgebung durch eine Kombination der Verwendung eines NOx-Katalysators vom selektiven Reduktionstyp, der HC-Bestandteile erfordert, um NOx-Bestandteile zu zerlegen, und Vermeidung einer Kraftstoffeinspritzung während der Überlappzeit, zu der sowohl die Einlassventile als auch die Auslassventile geöffnet sind, um so den Anteil von im Abgas vorhandenen olefinartigen Kohlenwasserstoffen usw., die Mehrfachbindungen aufweisen, zu erhöhen oder deren Rückgang zu verhindern.
Auf Grundlage des Obigen wird die Arbeitsweise des Systems unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 4 erläutert.
Das Programm startet in S10, in dem die Motordrehzahl NE, der Ansaugrohrabsolutdruck PBA und andere erfasste Betriebsparameter eingelesen werden und geht weiter zu S12, in dem das gewünschte Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD berechnet wird.
Die Prozedur hierfür ist in dem Flussdiagramm des Unterprogramms von 8 gezeigt.
Zur dessen Erläuterung, das Programm startet in S100, in dem geprüft wird, ob eine Kraftstoffunterbrechung wirksam ist. Wenn das Ergebnis zustimmend ist, geht das Programm weiter zu S102, in dem das gewünschte Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD auf den vorgeschriebenen Wert KCMDFC (z.B. 1,0) gesetzt wird.
Wenn das Ergebnis in S100 negativ ist, geht das Programm weiter zu S104, in dem geprüft wird, ob eine Kraftstoffunterbrechung gerade beendet wurde (z.B., ob 500 ms oder weniger seit der Beendigung der Kraftstoffunterbrechung vorüber sind). Wenn das Ergebnis zustimmend ist, wird in S106 geprüft, ob der Absolutbetrag der Abweichung zwischen dem Wert KCMD (k-1) des gewünschten Luft/Kraftstoffverhältnisses im vorangehenden Zyklus und dem Wert KACT (k-1) des gewünschten Luft/Kraftstoffverhältnisses (LAF-Sensorausgabe) im vorangehenden Zyklus einen vorgeschriebenen Wert KFPC (z.B. 0,14) überschreitet. Die Notation (k) bezeichnet eine Abtastnummer im diskreten System. Ferner ist (k) der Wert bei einem gegenwärtigen Zyklus und (k-1) ist der Wert im vorangehenden Zyklus, genauer gesagt ist (k) der Wert, zu dem das Programm von 4 zur gegenwärtigen Zeit ausgeführt wird und (k-1) ist der Wert, wenn dieses Programm zum vorhergehenden Mal ausgeführt wurde.
Wenn das Ergebnis in S106 zustimmend ist, geht das Programm weiter zu S108, in dem das Bit eines Flags FPFC, das anzeigt, dass eine Kraftstoffunterbrechung gerade beendet wurde, auf 1 gesetzt wird, woraufhin es zu S102 weitergeht. Wenn das Ergebnis in S106 negativ ist und wenn das Ergebnis in S104 negativ ist, geht das Programm zu S110 weiter, in dem das Flagbit auf 0 zurückgesetzt wird.
Das Programm geht dann weiter zu S112, in dem die erfasste Motordrehzahl NE und der Krümmerabsolutdruck PBA als Adressdaten verwendet werden, um einen Basiswert KBS des gewünschten Luft/Kraftstoffverhältnisses aus vorgeschriebenen Kennfelddaten zu erhalten. Danach geht das Programm weiter zu S114, in dem der erhaltene Basiswert gegenüber der Kühlmitteltemperatur, Last und dergleichen nach Maßgabe des Motorbetriebszustands korrigiert wird. Das Programm geht als nächstes weiter zu S116, in dem der korrigierte Basiswert mit einem Magerkorrekturkoeffizienten, einem Verzögerungskorrekturkoeffizienten und dergleichen zur weiteren Korrektur multipliziert wird, wodurch das gewünschte Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD des gegenwärtigen Zyklus berechnet wird (das Suffix k des gegenwärtigen Zyklus wird zur einfacheren Notation weggelassen).
Danach geht das Programm weiter zu S118, in dem das gewünschte Luft/-Kraftstoffverhältnis KCMD einer geeigneten Begrenzungsprozedur unterzogen wird, woraufhin die Prozedur zu S120 weitergeht, indem das berechnete gewünschte Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD als ein Adressdatum verwendet wird, um einen Ladeeffizienzkorrekturkoeffizienten KETC aus vorbeschriebenen Tabellendaten zu erhalten. Danach geht das Programm weiter zu S122, in dem das gewünschte Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD mit dem erhaltenen Ladeeffizienzkorrekturkoeffizienten KETC multipliziert wird, um einen Korrekturkoeffizienten KCMDM für ein gewünschtes Luft/Kraftstoffverhältnis zu berechnen. (Deutlicher gesagt, werden das gewünschte Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD und der Korrekturkoeffizient KCMDM des gewünschten Luft/Kraftstoffverhältniskoeffizienten als Äquivalenzverhältnisse ausgedrückt.)
Zurückkehrend zum Flussdiagramm von 4 geht das Programm weiter zu S14, in dem eine Menge einer Kraftstoffeinspritzung Tout berechnet wird. Die Menge der Kraftstoffeinspritzung Tout wird in der herkömmlichen Weise als Tout = Tim × KCMDM × KTOTAL × KFB × TTOTALberechnet, wobei gilt:
Tim: Basiswert, der aus vorgeschriebenen Kennfelddaten unter Verwendung von Motordrehzahl NE und Krümmerabsolutdruck PBA als Adressdaten erhalten wird; KCMDM: Korrekturkoeffizient des gewünschten Luft/Kraftstoffverhältnisses (einschließlich eines AGR-Korrektureffizienten, der früher definiert wurde); KTOTAL: Produkt von Multiplikationskoeffizienten einschließlich eines AGR-Koeffizienten KEGRN, der später erläutert wird, und einiger ähnlicher Parameter; KFB: Rückkopplungskorrekturterm für das Luft/Kraftstoffverhältnis, und TTOTAL: Summe von Additionskorrekturkoeffizienten.
Das Programm geht als nächstes weiter zu Schritt S16, in dem geprüft wird, ob das berechnete gewünschte Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD kleiner als ein vorgeschriebener Wert KCMDL ist. Da das gewünschte Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD als ein Äquivalenzverhältnis ausgedrückt wird, ist der vorgeschriebene Wert KCMDL als ein Wert in magerer Richtung definiert, insbesondere als ein Wert von 0,8, der ausreichend ist, um zu zeigen, dass sich das Abgas in einer oxidierenden Atmosphäre befindet. Da sich dieser Wert mit der Motordrehzahl NE, dem Krümmerabsolutdruck PBA und dergleichen ändert, kann er andernfalls aus diesen Werten, die experimentell im voraus bestimmt werden, auf Grundlage der erfassten Motordrehzahl und dergleichen erhalten werden.
Wenn das Ergebnis in S16 zustimmend ist, geht das Programm weiter zu S18, in dem die Kraftstoffeinspritzzeit, insbesondere wie in 9 gezeigt ist, die Kraftstoffeinspritzbeendigungszeit θ inj, auf einen Wert θ injle gesetzt wird, der ausreichend ist, um die Ventilüberlappzeit zu vermeiden, zu der sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil geöffnet ist. Mit anderen Worten ist, wie in 9 gezeigt ist, der Wert θ injle, beispielsweise auf 120 Grad ATDC eingestellt und die Kraftstoffeinspritzung wird bei diesem Kurbelwinkel beendet, so dass die Kraftstoffeinspritzung nach Vorüberstreichen der Ventilüberlappzeitdauer beginnt und die Kraftstoffeinspritzung während des Ansaughubs beendet wird.
Wenn das Ergebnis in S16 negativ ist, geht das Programm weiter zu S20, in dem der Kraftstoffeinspritzbeendigungszeitpunkt θ inj auf den normalen Wert θ injst gesetzt wird. Wie in 9 gezeigt ist, wird daher in diesem Fall θ injst auf den hinteren Teil des Auspuffhubs gesetzt, um die Kraftstoffeinspritzung beispielsweise bei 60 Grad BTDC zu beenden.
Wenn das gewünschte Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD ein Äquivalenzverhältnis in der Nähe von 1,0 (das stoichiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis) ist, wird eine Reinigung der HC-, NOx- und CO-Bestandteile im Abgas primär im zweiten Katalysator 30 bewirkt. Weiterhin wird bewirkt, dass die Kraftstoffeinspritzmenge Tout, die in S18 oder S20 auf Grundlage der Kraftstoffein spritzbeendigungszeit θ ing bestimmt wird, dem Motorzylinder über eine anderen nicht in den Zeichnungen gezeigte Routine zugeführt wird. Da dies durch ein herkömmliches Verfahren bewirkt wird, wird dies hier nicht im Detail erläutert.
Diese Steuerung/Regelung wird besser verständlich durch nähere Betrachtung eines besonderen Zylinders. Wie in 9 gezeigt ist, tritt dann, wenn das Einlassventil (in der Zeichnung mit IN bezeichnet) zwischen 10 und 30 Grad BTDC öffnet, bevor das Auslassventil (mit EX bezeichnet) zwischen 10 und 30 Grad ATDC schließt, eine Ventilüberlappperiode, wie die in der Zeichnung angedeutete, auf, während der sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil geöffnet ist. Wie vorangehend erläutert, ist die Ausführungsform jedoch derart konfiguriert, dass dann, wenn das gewünschte Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD geringer als ein vorgeschriebener Wert in der mageren Richtung ist, eine Kraftstoffeinspritzung während der Ventilüberlappzeitdauer vermieden wird, um ein Ausstoßen von unverbrannten Kraftstoffen in das Abgas zu minimieren.
Dies macht den Anteil von HC-Bestandteilen, die durch paraffinartige HCs, die zur NOx-Reinigungsrate nicht beitragen, gebildet wird, gering und den Anteil, der durch olefinartige und andere HC-Bestandteile mit Mehrfachbindungen gebildet wird, hoch. Die Reinigungsrate ist daher maximiert.
Es wurde ein Experiment durchgeführt, um zu bestimmen, wie HC zu NOx (genauer gesagt das Verhältnis der HC-Konzentraton zur NOx-Konzentration) und die NOx-Reinigungsrate ηNOx sich bei einem konstant mageren (ausgedrückt als Luft/Kraftstoffverhältnis) Motorbetriebszustand variiert (gewünschtes Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD ≤ 0,8), wenn eine Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird, wobei lediglich die Kraftstoffeinspritzbeendigungszeit θ inj variiert wurde. Die Ergebnisse sind in dem Diagramm von 10 gezeigt.
Dieses Diagramm zeigt, dass der Wert von HC/NOx dann, wenn die Kraft stoffeinspritzung während der Ventilüberlappzeitdauer durchgeführt wurde (mit a in der Zeichnung gezeigt) größer war als dann, wenn der Kraftstoff eingespritzt wurde, um die Ventilüberlappzeitdauer zu vermeiden (mit b gezeigt). Dies liegt daran, dass im ersten Fall ein Teil des eingespritzten Kraftstoffs als unverbranntes Gas in das Abgassystem geblasen wurde, bevor das Auslassventil geschlossen hatte.
Der große Wert von HC/NOx im ersteren Fall war daher zum großen Teil auf einen hohen Anteil von paraffinartigen HCs im Abgas zurückzuführen. Aufgrund dessen kam es dazu. dass olefinartige und andere Kohlenwasserstoffe, welche Mehrfachbindungen aufweisen, lediglich zu einem geringen Anteil der HC-Bestandteile beitrugen. Als Ergebnis war die NOx-Reinigungsrate im ersteren Fall geringer, wenn die Kraftstoffeinspritzung während der Ventilüberlappzeitdauer gestartet wurde (bei d gezeigt), als im letzteren Fall, wenn die Kraftstoffeinspritzung ausgeführt wurde, um die Ventilüberlappzeitdauer, während der sowohl die Einlassventile als auch die Auslassventile geöffnet sind, zu vermeiden (bei c gezeigt).
Es war die Entdeckung des in 10 gezeigten Prinzips, die zur Realisierung dieser Ausführungsform führte, welche derart ausgeführt ist, dass sie einen NOx-Katalysator vom selektiven Reduktionstyp verwendet, welcher HC-Bestandteile erfordert, um NOx-Bestandteile zu zerlegen, und eine Kraftstoffeinspritzung derart durchführt, dass die Überlappzeitdauer, wenn sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil geöffnet ist, vermieden wird. Weiterhin kann dann, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge so groß ist, dass die Kraftstoffeinspritzung während des Ansaughubs sogar dann nicht vollständig sein kann, wenn die Kraftstoffeinspritzzeit θ injle bei 120 Grad ATDC eingestellt ist, eine Einspritzung ausgeführt werden, um die Überlappzeitdauer zu vermeiden, indem die Kraftstoffeinspritzung zwischen dem Auspuffhub und dem Ansaughub aufgeteilt wird.
Aufgrund der vorangehenden Konfiguration erhöht diese Ausführungsform den Anteil von olefinartigen und anderen Kohlenwasserstoffen mit Mehrfach bindungen, die im Abgas vorhanden sind, oder verhindert wenigstens eine Verringerung derselben, und hierdurch erhöht sie die NOx-Reinigungsrate in einer oxidierenden Umgebung.
11 ist ein Flussdiagramm ähnlich zu demjenigen von 4, das die Arbeitsweise eines Systems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Durch weitere Experimente fanden die Erfinder heraus, dass die NOx-Reinigungsrate von der O₂-(Sauerstoff)Konzentration im Abgas abhängt, d.h., wie in 12 gezeigt ist, dass sich mit abnehmender O₂-Konzentration die Reinigungsrate verbessert.
Daher umfassen die Ergebnisse der Erfinder bezüglich eines Abgasreinigungssystems, welches ein NOx-Katalysator vom selektiven Reduktionstyp verwendet, der HC-Bestandteile erfordert, um NOx-Bestandteile zu zerlegen, dass ein hoher Gehalt von olefinartigen und anderen Kohlenwasserstoffen, die Mehrfachbindungen aufweisen, im Abgas vorteilhaft ist, dass dann, wenn ein aus einem wärmebeständigen inorganischen Oxidsubstrat (Monolith) und auf dem Substrat (Monolith) aufgebrachtem Iridium als das aktive Material (Substanz) als der NOx-Katalysator vom selektiven Reduktionstyp verwendet wird, wie in 7 gezeigt ist, die Reinigungsrate abfällt, solange nicht das Verhältnis von HCs mit Mehrfachbindungen zu NOx, insbesondere das Verhältnis der Konzentration von ungesättigten und/oder aromatischen HCs zur Konzentration von NOx, oberhalb eines bestimmten Werts liegt, und dass dann, wie in 12 gezeigt ist, die Reinigungsrate ansteigt, wenn die O₂-Konzentration im Abgas fällt.
Anders ausgedrückt wurde experimentell gezeigt, dass dann, wenn ein NOx-Zerlegungskatalysator dieses Typs verwendet wird, die NOx-Reinigungsrate ansteigt, wenn das Konzentrationsverhältnis von HCs (ungesättigten und/oder aromatischen HCs) zu NOx wenigstens ein vorgeschriebener Wert ist und die O₂-Konzentration gering ist.
Weitere Erforschung zeigte, dass AGR (Abgasrückführung) effektiv die NOx-Reinigungsrate verbessert. Dies wird durch das Diagramm von 13 gezeigt. In diesem Diagramm bezeichnet e und f die NOx-Reinigungsrate ηNOx, wenn das Konzentrationsverhältnis von Kohlenwasserstoffen mit Mehrfachbindungen zu NOx 1,5 : 1 ist, und g und h zeigen die NOx-Reinigungsrate ηNOx, wenn das Konzentrationsverhältnis von HCs mit Mehrfachbindungen zu NOx 4,0 : 1 ist.
Im Wesentlichen dieselbe Motorleistung kann bei allen Fällen e, f, g und h in 13 erhalten werden. Daher zeigen diese Punkte NOx-Reinigungsraten bei im Wesentlichen identischen Kraftstoffeinspritzmengen an. Das Luft/Kraftstoffverhältnis A/F beträgt 22 : 1 bei e und g und die Abgasrückführungsrate wird Null (keine Abgasrückführung eingebaut).
Wenn die Ansaugluftmenge reguliert wird, um das Luft/Kraftstoffverhältnis A/F von diesem Punkt in Richtung fett bis zu 19 : 1 zu bewegen, verbessert sich die NOx-Reinigungsrate zum Punkt f. Dies ist auf die geringere Sauerstoffkonzentration im Abgas zurückzuführen. Wenn andererseits das Konzentrationsverhältnis von HCs mit Mehrfachbindungen zu NOx vom Punkt e zu 4,0 : 1 oder höher erhöht wird, beispielsweise durch Steuern/Regeln der Kraftstoffeinspritzbeendigungszeit θ ing, verbessert sich die NOx-Reinigungsrate zum Punkt g. Dies zeigt wiederum, dass die NOx-Reinigungsrate von der Sauerstoffkonzentration im Abgas und von dem Konzentrationsverhältnis von HCs mit Mehrfachbindungen zu NOx abhängt.
Es wurde weiterhin erkannt, dass die NOx-Reinigungsrate vom Punkt e zum Punkt g durch optimales Steuern/Regeln der AGR-Rate (d.h. des AGR-Betrags) verbessert werden kann. Als Grund hierfür wird angenommen, dass die AGR-Implementierung die Sauerstoffkonzentration verändert, um das Luft/Kraftstoffverhältnis von 22 : 1 zu 19 : 1 zu ändern und gleichzeitig den Verbrennungszustand in einer Weise ändert, der die NOx-Konzentration des Abgases verringert und die Konzentration von ungesättigten und/oder aromatischen HCs etwas erhöht, wodurch das Verhältnis von HCs mit Mehrfachbindungen zu NOx sprungartig ansteigt.
Bei einer beliebigen Rate wurde erkannt, dass die AGR-Implementierung die NOx-Konzentration des Abgases verringert, das Konzentrationsverhältnis von HCs mit Mehrfachbindungen zu NOx erhöht und ferner die Sauerstoffkonzentration verringert, wodurch die NOx-Reinigungsrate deutlich verbessert wird. Die zweite Ausführungsform basiert auf dieser Erkenntnis.
Auf Grundlage des obigen beginnt, zur Erläuterung des Flussdiagramms von 11, das Programm in S200 und geht weiter zu S210, in dem die Kraftstoffeinspritzzeit durch Durchführung derselben Prozedur wie bei der ersten Ausführungsform eingestellt wird. Das Programm geht danach weiter zu S212, in dem überprüft wird, ob der Motor im AGR-Bereich arbeitet, in dem eine AGR (Abgasrückführung) durchgeführt wird. Wenn das Ergebnis zustimmend ist, geht das Programm weiter zu S214, in dem die AGR-Rate (Abgasrückführungsrate) berechnet wird.
Die Prozedur für dieses ist in dem Flussdiagramm des Unterprogramms von 14 gezeigt.
Bei der Berechnung der AGR-Rate wird in dieser Ausführungsform die Nettorate der in die Brennkammer strömenden AGR wie folgt berechnet:
Netto-AGR-Rate = (stationäre AGR-Rate) × (Gasmenge QACT bestimmt durch tatsächlichen Ventilhub und Druckverhältnis über das Ventil)/(Gasmenge QCMD bestimmt durch Ventilhubbefehl und Druckverhältnis über das Ventil).
Die stationäre (Basis-) AGR-Rate wird durch Berechnen des AGR-Raten-Korrekturkoeffizienten und Subtrahieren desselben von 1 bestimmt. Anders ausgedrückt kann durch Definieren des stationären AGR-Korrekturkoeffizienten als KEGRMAP dieser wie folgt bestimmt werden:
Stationäre AGR-Rate = (1 – KEGRMAP).
Bei dieser Ausführungsform wird angenommen, dass das durch das Ventil tretende Abgas für eine Zeit in einem Raum vor der Zylinderbrennkammer verbleibt und nach einer Pause (Totzeit) zu einem einzigen Zeitpunkt in die Kammer eintritt. Die Nettorückführungsrate wird zu jedem vorgeschriebenen Zyklus berechnet und in einem Ringpuffer im RAM gespeichert, und der für einen vergangenen Zyklus der Totzeit entsprechende Wert wird als Rückführungsrate des Abgases, das tatsächlich in die Brennkammer strömt, angenommen. („AGR-Rate" (Abgasrückführungsrate) ist als das Volumenverhältnis oder Gewichtsverhältnis von Abgas zu Ansaugluft definiert). Da das vorangehende beispielsweise im US-Patent Nr. 5,758,308 der Anmelderin ausgeführt ist, wird im Folgenden lediglich eine kurze Erläuterung gegeben.
Zunächst wird in S300 die Motordrehzahl Ne, der Krümmerabsolutdruck PBA, der Umgebungsdruckdruck PA, der tatsächliche Ventilhub LAGT (Ausgabe des Hubsensors 110) und andere ähnliche Parameter eingelesen. Nachfolgend wird in S302 ein Ventilhubbefehlswert LCMD aus Kennfelddaten durch Verwendung der erfassten Motordrehzahl Ne, des Krümmerabsolutdrucks PBA und des gewünschten Luft/Kraftstoffverhältnisses KCMD gewonnen. Die Eigenschaften des Ventilhubbefehlswerts LCMD sind vordefiniert und in einem Kennfeld abgelegt, wie in 15 gezeigt ist, und die Wiedergewinnung wird unter Verwendung der Motordrehzahl Ne, des Krümmerabsolutansaugrohrdrucks PBA und des gewünschten Luft/Kraftstoffverhältnisses KCMD als Adressdaten durchgeführt.
Bei der gezeigten Charakteristik hat KCMD2 einen kleineren Wert als Äquivalenzverhältnis (magereres Luft/Kraftstoffverhältnis) als KCMD1 und KCMD3 hat einen kleineren Wert als Äquivalenzverhältnis (noch magereres Kraftstoffverhältnis) als KCMD2. Die im Kennfeld gespeicherten Ventilhubwerte LCMD für KCMD2 sind größer eingestellt als diejenigen, die für KCMD1 abgelegt sind, und diejenigen, die für KCMD3 abgelegt sind, sind größer eingestellt als diejenigen, die für KCMD2 abgelegt sind. Anders ausgedrückt sind die Ventilhubbefehlswerte derart vorbestimmt, dass die Abgasmenge, die ins Ansaugsystem zurückgeführt wird und der Brennkammer zugeführt wird, ansteigt und daher die Sauerstoffkonzentration im Abgas geringer wird, wenn das gewünschte Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD magerer wird.
Nachfolgend wird in S304 der stationäre (Grund) AGR-Raten-Korrekturkoeffizent KEGRMAP aus Kennfelddaten gewonnen, deren Eigenschaften in 16 gezeigt sind, unter Verwendung der Motordrehzahl Ne, des Krümmerabsolutdrucks PBA und des gewünschten Luft/Kraftstoffverhältnisses KCMD als Adressdaten. Experimentell bestimmte Werte des stationären AGR-Ratenkorrekturkoeffizienten KEGRMAP sind in einem Kennfeld gespeichert, wie in 16 gezeigt ist, und werden unter Verwendung der genannten Parameter gewonnen.
Im Fall der in 15 gezeigten Charakteristik ist KCMD2 ein Wert, der kleiner als Äquivalenzverhältnis ist (magereres Luft/Kraftstoffverhältnis) als KCMD1, und KCMD3 ist ein Wert, der kleiner als Äquivalenzverhältnis ist (noch magereres Luft/Kraftstoffverhältnis) als KCMD2. Die stationären AGR-Ratenkorrekturkoeffizienten KEGRMAP, die für KCMD2 im Kennfeld abgelegt sind, sind derart eingestellt, dass sie kleiner sind als derjenige, der für KCMD1 im Kennfeld abgelegt ist, und diejenigen, die für KCMD3 im Kennfeld abgelegt sind, sin derart einestellt, dass sie kleiner sind als diejenigen, die für KCMD2 im Kennfeld abgelegt sind. Dies liegt daran, dass das System zu einem magereren gewünschten Kraftstoffverhältnis KCMD durch Anstieg der Abgasmenge, die in das Ansaugsystem zurückgeführt wird und der Brennkammer zugeführt wird, antwortet, wodurch die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge verringert wird.
Nachfolgend wird in S306 eine Überprüfung gemacht, um zu bestätigen, dass der erfasste tatsächliche Ventilhub LACT nicht Null ist. Der gewonnene Ventilhubbefehlswert LCMD wird dann mit einem vorgeschriebenen unteren Grenzwert LCMDLL (kleiner Wert) in S308 verglichen. Wenn sich in S308 herausstellt, dass der gewonnene Wert nicht oder niedriger als der untere Grenzwert ist, geht das Programm zu S310, in dem das Verhältnis des Krümmerabsolutdrucks PBA zum Umgebungsdruck PA (PBA/PA) bestimmt wird, und dieses Verhältnis und der gewonnene Ventilhubbefehlswert LCMD werden verwendet, um die Gasmenge QCMD (die zuvor genannte Gasmenge, die durch den Hubbefehlswert und das Druckverhältnis über das Ventil hinweg bestimmt ist) aus einem vorgeschriebenen Kennfeld zu erhalten.
Nachfolgend wird in S312 der erfasste tatsächliche Ventilhub LACT und dasselbe PBA/PA als Adressdaten verwendet, um die Gasmenge QACT (die genannte Gasmenge, die durch den tatsächlichen Ventilhub und den Druck über das Ventil hinweg bestimmt ist) aus einem vorgeschriebenen Kennfeld zu erhalten. Nachfolgend wird in S314 die stationäre AGR-Rate (die AGR-Rate während eines stabilen AGR-Betriebs) durch Subtrahieren des gewonnenen Basis AGR-Ratenkorrekturkoeffizienten KEGRMAP von 1 berechnet, wonach die Netto-AGR-Rate berechnet wird, wie in S316 gezeigt. Der Kraftstoffeinspritz-Korrekturkoeffizient KEGRN für die AGR-Rate wird in S318 berechnet.
Die Prozedur für dies ist in dem Flussdiagramm des Unterprogramms von 17 gezeigt.
Zunächst wird in S400 dieses Flussdiagramms die durch Subtrahieren der Netto-AGR-Rate von 1 erhaltene Differenz als Kraftstoffeinspritz-Korrekturkoeffizient KEGRN definiert, wonach der berechnete Kraftstoffeinspritz-Korrekturkoeffizient KEGRN aufeinanderfolgend im Ringpuffer gespeichert wird. Nachfolgend wird in S404 die vorher genannte Totzeit τ (als Ringpufferzahl ausgedrückt) aus vorgespeicherten Kennfelddaten unter Verwendung der erfassten Motordrehzahl Ne und des Krümmerabsolutdrucks PBA als Adressdaten erhalten. Der Kraftstoffeinspritz-Korrekturkoeffizient KEGRN, der der gewünschten Totzeit τ entspricht, wird in S406 eingelesen.
Um dies unter Bezugnahme auf 18 zu erläutern, wird beispielsweise bei einem gegenwärtigen Zeitpunkt A der 12 Zyklen zuvor berechnete Wert ausgewählt und als Kraftstoffeinspritz-Korrekturkoeffizient KEGRN des gegenwärtigen Zyklus verwendet. (Wie bereits erwähnt, wird der bestimmte Kraftstoffeinspritz-Korrekturkoeffizient KEGRN als Teil der Korrektureffizienten KTOTAL verwendet, um die Kraftstoffeinspritzmenge zu korrigieren.) Im Flussdiagramm von 14 wird dann, wenn das Ergebnis in S306 zustimmend ist, das Verhältnis auf Null in S320 gesetzt. Wenn das Ergebnis in S308 zustimmend ist, werden S322 und S324 ausgeführt, um den Wert im vorangehenden Zyklus zu erhalten.
Zurückkehrend zum Flussdiagramm von 11 geht das Programm weiter zu S216, in dem das AGR-Ventil 104 auf ein Taktverhältnis (in PWM) gesteuert/geregelt wird, um den Ventilhubbefehlswert LCMD, der in Schritt S302 des Flussdiagramms von 14 erhalten wurde, zu implementieren.
Wenn das Ergebnis in S206 zustimmend ist, wird KCMD3 entsprechend KCMDL (in S206) ausgewählt und der Ventilhubbefehlswert LCMD wird demgemäß in den Unterprogrammprozeduren, die in 14 gezeigt sind und zu denen von S214 gesprungen wird, bestimmt. Wenn andererseits das Ergebnis in S206 negativ ist, geht das Programm weiter zu S218, in dem der Hubbefehlswert LCMD als Null bestimmt wird, wonach der Kraftstoffeinspritz-Korrekturkoeffizient KEGRN ebenfalls als 1 (Eins) in S220 bestimmt wird.
Aufgrund der vorangehenden Konfiguration verringert das System gemäß der zweiten Ausführungsform die O₂-Konzentration des Abgases ohne die Kraftstoffmenge zu erhöhen und erhöht das Konzentrationsverhältnis von ungesättigten und/oder aromatischen HCs zu NOx. Sie erreicht daher eine deutliche Verbesserung in der NOx-Reinigungsrate.
19 ist ein Schaubild, das die Arbeitsweise eines Systems gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung erläutert.
In der dritten Ausführungsform wird ein Korrektureffizient KL nach Maßgabe des gewünschten Luft/Kraftstoffverhältnisses KCMD bestimmt. Insbesondere wird lediglich ein Satz der Kennfeldcharakteristika des Ventilhubbefehlswerts LCMD, der in 15 gezeigt ist, erzeugt, eine Rückgewinnung wird unter Verwendung der Motordrehzahl Ne und des Krümmerabsolutdrucks PBA als Adressdaten durchgeführt und der gewonnene Wert wird mit dem Korrektureffizienten KL multipliziert, um den Ventilhubbefehlswert LCMD zu berechnen. Obwohl dies in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, kann ein Korrektureffizient in ähnlicher Weise für den stationären AGR-Raten-Korrekturkoeffizienten KEGRMAP, der in 16 gezeigt ist, hergestellt werden.
Bei der dritten Ausführungsform ist ähnlich der zweiten Ausführungsform die NOx-Reinigungsrate durch Verringern der O₂-Konzentration des Abgases verbessert, während die Konfiguration einfacher ist, da die Anzahl von Kennfelddaten verringert ist.
Man beachte, dass in S200 bis S210 des Flussdiagramms von 11 die zweite und dritte Ausführungsform eine Verarbeitung wie diejenige der ersten Ausführungsform bewirken. Statt dessen ist es jedoch möglich, die Verarbeitung von S200 bis S210 wegzulassen, und lediglich die AGR-Steuerung/-Regelung von S212 bis S216 in der zweiten und dritten Ausführungsform durchzuführen.
Man beachte, dass alle vorangehend beschriebenen Techniken auch bei einem Direkteinspritzmotor angewendet werden können, in dem Kraftstoff direkt in den Motorzylinder eingespritzt wird. Beim Direkteinspritzmotor wird die Kraftstoffeinspritzung derart gesteuert/geregelt, dass sie sowohl im Ansaughub als auch im Kompressionshub erfolgt. Im Gegensatz zum Saugrohreinspritzmotor, der in den Ausführungsformen diskutiert wurde, involviert daher der Direkteinspritzmotor grundsätzlich keinerlei Ausblasen des eingespritzten Kraftstoffs in das Abgassystem während der Ventilzeitüberlappzeit dauer, zu der sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil geöffnet ist.
Nichts desto weniger wird beobachtet, dass der HC-Bestandteilsanteil des Abgases beim Direkteinspritzmotor sich ebenfalls mit der Kraftstoffeinspritzzeit ändert. Da der Direkteinspritzmotor gewöhnlich eine Schichtladungsverbrennung bei geringer Motorlast bewirkt, wird die Kraftstoffeinspritzung derart zeitlich gesteuert, dass die während des Kompressionshubs auftritt. Wenn die Kraftstoffeinspritzzeit innerhalb des Kompressionshubs variiert wird, wird jedoch Kraftstoff, der außerhalb des Schichtladungsverbrennungsbereichs fällt, unverbrannt ausgestoßen.
Bei mittlerer und hoher Motorlast wird jedoch die Kraftstoffeinspritzung derart zeitlich gesteuert/geregelt, dass sie während des Ansaughubs auftritt, was zu einer vorgemischten Verbrennung führt, oder sowohl während des Ansaughubs als auch während des Kompressionshubs auftritt, was zu einer Kombination einer vorgemischten und einer Schichtladungsverbrennung führt. In diesem Fall ist auch der Verbrennungszustand modifiziert und die Arten von HC im Abgas verändern sich, wenn die Kraftstoffeinspritzzeit innerhalb des Ansaughubs verändert wird und wenn die Kraftstoffeinspritzzeit oder die Zuordnung der Kraftstoffeinspritzung zwischen dem Ansaughub und dem Kompressionshub variiert wird.
Auch bei der Direkteinspritzung kann daher die Konzentration von ungesättigten und/oder aromatischen HCs im Abgas durch Variieren der Kraftstoffeinspritzzeit reguliert werden.
Man beachte ferner, dass im Vorangehenden der Katalysator 30 ein katalytischer NOx-Reduktions(Zerlegungs)-Katalysator mit einer katalytischen Drei-Wege-Fähigkeit sein kann oder ein katalytischer Oxidationskatalysator sein kann, der Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxide und dergleichen oxidiert. Das einzige Erfordernis für den zweiten Katalysator 30 ist, dass er in der Lage ist, Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxide effekiv zu reinigen, wenn das Abgas eine andere Umgebung ist als bei magerem Luft/Kraftstoffverhältnis.
Man beachte ferner, dass der AGR-Mechanismus nicht auf das elektrisch angetriebene Abgasrückführungsventil, das in den beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, beschränkt ist, sondern statt dessen ein Abgasrückführungsventil verwendet werden kann, das eine durch Motorunterdruck betätigte Membran verwendet.
Man beachte ferner, dass anstelle des genannten Luft/Kraftstoffverhältnissensors ein O₂-Sensor verwendet werden kann, der eine der Sauerstoffkonzentration im Abgas proportionale Ausgabe liefert.
Die Ausführungsform ist derart konfiguriert, dass sie ein System zum Reinigen von Abgas eines Verbrennungsmotors mit einem Katalysator im Abgassystem des Motors aufweist, wobei der Katalysator Stickoxide reduziert, wenn durch den Motor erzeugtes Abgas sich in einem oxidierenden Zustand befindet, umfassend: ein Abgasbestandteilskonzentrations-Steuer/Regelmittel zum Steuern/Regeln einer Abgasbestandteilskonzentration derart, dass ein Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu Stickoxid im Abgas ein bestimmter Wert ist. In dem System ist ein AGR-Mechanismus zum Rückführen eines Teils des Abgases zu einem Ansaugsystem des Motors vorgesehen sowie ein Steuer/Regelmittel vorgesehen zum Steuern/Regeln des AGR-Mechanismus nach Maßgabe einer vorbestimmten Charakteristik derart, dass ein Verhältnis von ungesättigten und/oder aromatischen Kohlenwasserstoffkonzentrationen zur Stickoxidkonzentration im Abgas bei oder oberhalb eines vorbestimmten Werts liegt. Mit der Anordnung verbessert die Erfindung die NOx-Reinigungsrate des Katalysators durch Optimieren des Verhältnisses von ungesättigten und/oder aromatischen Kohlenwasserstoffkonzentration zur Stickoxidkonzentration im Abgas.
Die Ausführungsform ist derart konfiguriert, dass das AGR-Steuer/Regelmittel ferner den AGR-Mechanismus nach Maßgabe einer vorbestimmten Charakteristik derart steuert/regelt, dass die Sauerstoffkonzentration im Abgas unterhalb eines vorbestimmten Werts liegt. Hiermit verbessert die Erfindung ferner die NOx-Reinigungsrate des Katalysators durch Steuern/Regeln der Sauerstoffkonzentration nicht höher als ein vorbestimmter Wert, zusätzlich zur Optimierung des Verhältnisses von ungesättigten und/oder aromatischen Kohlenwasserstoffkonzentration zur Stickoxidkonzentration im Abgas.
Die Ausführungsform ist derart konfiguriert, dass sie ferner umfasst: ein Kraftstoffeinspritz-Steuer/Regelmittel zum Steuern/Regeln einer Zeitsteuerung einer dem Motor zuzuführenden Kraftstoffeinspritzung nach Maßgabe einer vorbestimmten Charakteristik, derart, dass ein Verhältnis von ungesättigter und/oder aromatischer Kohlenwasserstoffkonzentration zur Stickoxidkonzentration im Abgas oberhalb eines vorbestimmten Werts liegt. Hiermit verbessert die Erfindung ferner die NOx-Reinigungsrate des Katalysators durch Optimieren des Verhältnisses von ungesättigter und/oder aromatischer Kohlenwasserstoffkonzentration zur Stickoxidkonzentration im Abgas.
Die Ausführungsform ist derart konfiguriert, dass sie ein System zum Reinigen von Abgas eines Verbrennungsmotors mit einem Katalysator im Abgas des Motors aufweist, wobei der Katalysator Stickoxide reduziert, wenn das durch den Motor erzeugte Abgas sich in einer oxidierenden Atmosphäre befindet, umfassend: ein Abgasbestandteilskonzentrations-Steuer/-Regelmittel zum Steuern/Regeln einer Abgasbestandteilskonzentration derart, dass ein Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu Stickoxid im Abgas ein bestimmter Wert ist. In dem System ist ein Luft/Kraftstoffverhältnis-Steuer/Regelmittel vorgesehen zum Steuern/Regeln eines Luft/Kraftstoffverhältnisses, das dem Motor zuzuführen ist, auf einen Wert magerer als ein stoichiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis, und ein Einspritzzeit-Steuer/Regelmittel ist vorgesehen zum Steuern/Regeln einer Zeitsteuerung einer dem Motor zuzuführenden Kraftstoffeinspritzzeit nach Maßgabe einer vorbestimmten Charakteristik derart, dass die Kraftstoffeinspritzung durch geführt wird, um eine Zeitdauer zu vermeiden, während derer ein Ansaugventil und ein Auslassventil geöffnet ist, um ein Verhältnis von ungesättigten und/oder aromatischen Kohlenwasserstoffkonzentrationen zu Stickoxidkonzentrationen im Abgas oberhalb eines vorbestimmten Werts zu erhalten. Durch Konfiguration auf diese Weise verbessert die Erfindung ferner die NOx-Reinigungsrate des Katalysators in einer oxidierenden Atmosphäre durch Optimieren des Verhältnisses von ungesättigter und/oder aromatischer Kohlenwasserstoffkonzentration zur Stickoxidkonzentration im Abgas. Die Verbesserung der NOx-Reinigungsrate ist besonders deutlich mit einem Katalysator, der aus Iridium als aktives Material (Substanz), das auf einem wärmebeständigen inorganischen Oxidsubstrat (Monolith) aufgebracht ist.

Claims

System zum Reinigen von Abgas eines Verbrennungsmotors (10) mit einem Katalysator (28) in einem Abgassystem (26) des Motors, wobei der Katalysator ein NOx-Katalysator vom selektiven Reduktionstyp ist, der Stickoxid reduziert, wenn sich ein vom Motor erzeugtes Abgas in einem Oxidationszustand befindet, wobei das System umfasst: ein Abgasbestandteilskonzentrations-Steuer/Regelmittel (34) zum Steuern/Regeln einer Abgasbestandteilskonzentration derart, dass ein Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu Stickoxid im Abgas ein bestimmter Wert ist, einen AGR-Mechanismus (100) zum Zurückführen eines Teils des Abgases zu einem einem Einlasssystem (12, 18) des Motors, dadurch gekennzeichnet, dass das System ferner umfasst: ein AGR-Steuer/Regelmittel (34) zum Steuern/Regeln des AGR-Mechanismus nach Maßgabe einer bezüglich einer Sauerstoffkonzentration festgelegten vorbestimmten Charakteristik derart, dass ein Verhältnis einer Konzentration von ungesättigten und/oder aromatischen Kohlenwasserstoffen zu einer Stickoxidkonzentration im Abgas bei einem vorbestimmten Wert oder oberhalb des vorbestimmten Werts liegt und die Sauerstoffkonzentration unterhalb eines vorgeschriebenen Werts liegt.
System nach Anspruch 1, wobei das AGR-Steuer/Regelmittel (34) Mittel zum Steuern/Regeln des AGR-Mechanismus (100) in Antwort auf ein gewünschtes Luft-/Kraftstoffverhältnis umfasst.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Katalysator aus einem hitzebeständigen anorganischen Oxidsubstrat (Monolith) und auf dem Substrat (Monolith) aufgebrachtem Iridium als ein aktives Material (Substanz) zusammengesetzt ist.