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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuersystem
für einen Mehrzylinderverbrennungsmotor
gemäß Oberbegriff von
Patentanspruch 1.
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Bei
einem herkömmlich
eingesetzten Steuerverfahren, das dazu dient, einen Katalysator
in einem frühen
Stadium zu aktivieren, wird die Kraftstoffeinspritzung in einige
Zylinder eines Mehrzylinderverbrennungsmotors während eines Kaltstarts des
Motors gestoppt. Auf diese Weise wird Abgas, das von diesen Zylindern
abgegeben wird, dem Katalysator als Sekundärluft zugeführt, die eine hohe Konzentration
von Sauerstoff aufweist und überhaupt
keinen Kraftstoff enthält.
Infolgedessen wird der Katalysator gezwungen, Reaktionen zum Oxidieren
von HC und CO weiter zu fördern.
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Beispielsweise
beschreibt die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. HEI 7-83148
Stand der Technik zum Aktivieren eines Katalysators in einem frühen Stadium,
während
eine gute Leerlaufstabilität
aufrechterhalten wird. Gemäß diesem
Stand der Technik werden während
des Kaltstartes ei nes Mehrzylinderverbrennungsmotors, der eine Vielzahl von
Zylindern besitzt, einige dieser Zylinder einem Fettbetrieb ausgesetzt,
bei dem das Luft-Kraftstoffverhältnis
einen Wert auf der fetten Seite einnimmt, während andere Zylinder einem
Magerbetrieb ausgesetzt werden, bei dem das Luft-Kraftstoffverhältnis einen Wert auf der mageren
Seite einnimmt. Der Magerbetrieb dieser Zylinder wird erreicht,
indem entweder die in diese Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge
verringert oder die Kraftstoffeinspritzung in diese Zylinder vollständig gestoppt
wird. Während
der Zündzeitpunkt
in bezug auf die Zylinder, die dem Fettbetrieb ausgesetzt werden
sollen, verzögert
wird, wird er in bezug auf die Zylinder, die dem Magerbetrieb ausgesetzt
werden sollen, vorgerückt.
Diese Zündzeitpunktkorrekturvorgänge werden
abwechselnd in jedem Zylinder durchgeführt.
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Bei
dem Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuersystem
für einen
Mehrzylinderverbrennungsmotor, das in der offengelegten japanischen
Patentanmeldung Nr. HEI 7-83148 beschrieben ist, befinden sich einige Zylinder
im Magerbetrieb, was zu einem Temperaturabfall des Abgassystems
führt.
Es dauert daher lange, bis der Katalysator eine Temperatur erreicht,
bei der er mit der Aktivierung beginnt (hiernach als Aktivierungsstarttemperatur
bezeichnet), d. h. eine Temperatur, bei der die Katalysatortemperatur
scharf ansteigt (hiernach als Temperatur zur Förderung der katalytischen Reaktion
bezeichnet).
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Die
FR-A-2 721 653 beschreibt ein Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuersystem
mit einem Katalysator, einer Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuereinrichtung und
einer Katalysatortem peraturdetektionseinrichtung zum Detektieren
der Temperatur des Abgasemissionssteuerkatalysators. Wenn die Temperatur
des Abgasemissionssteuerkatalysators geringer ist als eine erste
vorgegebene Temperatur, verringert die Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuereinrichtung die
obere Grenze eines Luft-Kraftstoffverhältnisses für mindestens einen Zylinder
aus der Vielzahl der Zylinder im Vergleich zu einer oberen Grenze
des Luft-Kraftstoffverhältnisses
für den
mindestens einen Zylinder, die verwendet wird, wenn die Temperatur des
Abgasemissionssteuerkatalysators der ersten vorgegebenen Temperatur
entspricht oder höher
als diese ist. Die erste vorgegebene Temperatur wird als Aktivierungstarttemperatur
verwendet, bei der eine Abgasemissionssteuerreaktion im Abgasemissionssteuerkatalysator
begonnen wird.
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Die
US 5 661 971 beschreibt
ein Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuersystem mit
einem Katalysator zum Reinigen des Abgases eines Mehrzylinderverbrennungsmotors.
Bei diesem System wird mindestens ein Zylinder mit einem relativ
mageren Luft-Kraftstoffverhältnis
versorgt, wenn die anderen übrigen
Zylinder mit dem relativ fetten Luft-Kraftstoffverhältnis beaufschlagt
werden, während
ein kombiniertes Luft-Kraftstoffverhältnis für sämtliche
Zylinder des Verbrennungsmotors auf einem Niveau gehalten wird,
das einen Lambda-Wert von etwa 1 im gesamten Abgasstrom von sämtlichen
Zylindern des Motors erzeugt.
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Es
ist somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuersystem
zu schaffen, das in einem Mehrzylinderverbrennungsmotor installiert
wird und in der Lage ist, einen Katalysator in einem frühen Stadium
zu aktivieren und eine verbesserte Abgasreinigung zu erzielen.
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Dieses
Ziel wird durch die Merkmale von Patentanspruch 1 erreicht.
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Bei
der vorstehend erwähnten
Konstruktion wird eine erhöhte
Kraftstoffmenge in sämtliche
Zylinder eingespritzt, um den Motor aufzuwärmen, bis der Abgasemissionssteuerkatalysator
eine Aktivierungsstarttemperatur erreicht. Nachdem der Abgasemissionssteuerkatalysator
die Aktivierungsstarttemperatur erreicht hat, beginnt der erste
Teil aus der Vielzahl der Zylinder mit einem Magerbetrieb, während der zweite
Teil aus der Vielzahl der Zylinder mit einem Fettbetrieb beginnt.
Daher wird die Zeitdauer, die zur Vervollständigung eines Aufwärmprozesses
des Abgasemissionssteuerkatalysators nach dem Motorstart erforderlich
ist, verkürzt.
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Bei
dem Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuersystem
für den
Mehrzylinderverbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung
kann die Luft-Kraftstoffverhältnissteuereinrichtung
die Zahl der Zylinder, die im ersten Teil aus der Vielzahl von Zylindern
enthalten sind, in Abhängigkeit
von einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors allmählich erhöhen.
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Wenn
in diesem Fall der Abgasemissionssteuerkatalysator die Aktivierungsstarttemperatur
erreicht, erhöht
die vorstehend erwähnte
Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuereinrichtung
allmählich
die Zahl der Zylinder, die im ersten Teil aus der Vielzahl der Zylinder
enthalten sind, anstelle gleichzeitig mit einem Magerbetrieb einer
Vielzahl von Zylindern zu be ginnen. Daher wird verhindert, daß die Temperatur des
Abgasemissionssteuerkatalysators infolge eines abrupten Einströmens von
Sekundärluft
abfällt,
und die zur Vervollständigung
eines Aufwärmprozesses des
Abgasemissionssteuerkatalysators nach dem Motorstart erforderliche
Zeitdauer wird verringert.
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Bei
dem Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuersystem
für den
Mehrzylinderverbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung
kann die Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuereinrichtung
die Zahl der Zylinder, die im ersten Teil der Vielzahl der Zylinder
enthalten sind, verringern, wenn die Temperatur des Abgasemissionssteuerkatalysators,
die von der Katalysatortemperaturdetektionseinrichtung detektiert
wurde, eine zweite vorgegebene Temperatur erreicht.
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In
diesem Fall verringert die vorstehend erwähnte Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuereinrichtung die
Zahl der Zylinder, die im ersten Teil der Vielzahl der Zylinder
enthalten sind, wenn der Abgasemissionssteuerkatalysator die zweite
vorgegebene Temperatur erreicht, wobei dadurch, daß der Katalysator unter
der zweiten vorgegebenen Temperatur gehalten wird, verhindert wird,
daß der
Abgasemissionssteuerkatalysator überhitzt
wird und eine Verhaltensverschlechterung erfährt. Somit wird der Abgasemissionssteuerkatalysator
daran gehindert, überhitzt
zu werden und sein Verhalten zu verschlechtern.
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Desweiteren
kann das Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuersystem
für den
Mehrzylinderverbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung
mit einer Kraftstoffeinspritzmengenkorrektur einrichtung zum Korrigieren
der in die Zylinder im Fettbetrieb eingespritzten Kraftstoffmenge
in Abhängigkeit
von der Luftmenge, die von Zylindern im Magerbetrieb abgegeben wird,
versehen sein, so daß das
Luft-Kraftstoffverhältnis
des Abgases, das vom Verbrennungsmotor abgegeben wird und in den
Abgasemissionssteuerkatalysator strömt, im wesentlichen die Aufwärmeffizienz
des Abgasemissionssteuerkatalysators maximiert.
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In
diesem Fall strömt
aufgrund der vorstehend erwähnten
Kraftstoffeinspritzmengenkorrektureinrichtung Abgas mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis, das
die Aufwärmeffizienz
des Abgasemissionssteuerkatalysators im wesentlichen maximiert,
in diesen. Daher wird die Zeitdauer, die zur Vervollständigung des
Aufwärmprozesses
des Abgasemissionssteuerkatalysators nach dem Motorstart benötigt wird,
verkürzt.
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Wenn
ein Zylinder einem Magerbetrieb ausgesetzt wird, wird eine reduzierte
Kraftstoffmenge in den Zylinder eingespritzt oder die Kraftstoffeinspritzung
in diesen Zylinder vollständig
gestoppt.
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Die
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen derselben in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen deutlich. Hiervon zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuersystems für einen Mehrzylinderverbrennungsmotor
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
Ablaufdiagramm einer ersten Steuerversion zum Stoppen des Betriebs
von einigen Zylindern des Motors (hiernach als partielle Zylinderstoppsteuerung
bezeichnet);
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3 ein
Diagramm, das die Beziehung zwischen der partiellen Zylinderstoppsteuerung
während
des Motorstarts und Temperaturänderungen
eines Katalysators zeigt;
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4 ein
Ablaufdiagramm einer zweiten Version der partiellen Zylinderstoppsteuerung;
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5 eine
Karte, die die Beziehung zwischen der kumulativen Luftmenge des
Motors und der Temperatur des Katalysators wiedergibt;
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6 ein
Diagramm, das die Beziehung zwischen der stufenweise durchgeführten partiellen
Zylinderstoppsteuerung und der Temperatur des Katalysators während des
Motorstarts zeigt;
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7 ein
Ablaufdiagramm einer dritten Version der partiellen Zylinderstoppsteuerung;
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8 eine
schematische Ansicht, die ein Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuersystem
für einen Mehrzylinderverbrennungsmotor
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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9 ein
Ablaufdiagramm einer vierten Version der partiellen Zylinderstoppsteuerung;
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10 ein
Diagramm, das Änderungen
der Temperatur eines Startkatalysators (S/C) während des Startes eines Mehrzylindermotors
zeigt;
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11 ein
Diagramm, das Änderungen
der Temperatur eines Hauptkatalysators (M/C) während des Startes des Mehrzylindermotors
zeigt;
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12 eine
fünfte
Version der partiellen Zylinderstoppsteuerung; und
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13 eine
Karte, die die Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoffverhältnis des Einlaßgases, das
in den Katalysator strömt,
und der Temperatur des Katalysators wiedergibt.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden hiernach in Verbindung mit den
Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine schematische Ansicht, die ein Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuersystem für einen Mehrzylinderverbrennungsmotor
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Motor 1 ist mit einem
Ansaugkrümmer 2,
einem Auslaßkrümmer 3 und
einem Kraftstoffeinspritzventil 4 versehen. Ein Katalysator 5 zum
Steuern der Abgasemission ist im Auslaßkrümmer 3 angeordnet.
Dieser Katalysator 5 wird nach dem Starten des Motors 1 rasch
ak tiviert. Ein Auslaßrohr 6 ist
an den Auslaßkrümmer 3 angeschlossen.
Ein Katalysator 7 dient als Hauptkatalysator, der einen
Dreiwegekatalysator enthält,
welcher gleichzeitig die Konzentrationen von drei Komponenten, nämlich HC,
CO und NOx, steuert. Das Auslaßrohr 6 erstreckt
sich über
den Katalysator 7. Ein erster Luft-Kaftstoffverhältnis-Sensor 8 zum
Detektieren eines Luft-Kraftstoffverhältnisses aus der Konzentration
des im vom Motor 1 abgegebenen Abgases enthaltenen Sauerstoffs
ist aufstromseitig des Katalysators 5 im Auslaßkrümmer 3 angeordnet.
Ein zweiter Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor 9 zum
Detektieren des Luft-Kraftstoffverhältnisses aus der Konzentration
des im vom Motor 1 abgegebenen und durch den Katalysator 7 strömenden Abgases enthaltenen
Sauerstoffs ist abstromseitig des Katalysators 7 im Auslaßrohr 6 angeordnet.
Ein Abgastemperatursensor 11 detektiert die Temperatur
Tex des Abgases, das den Katalysator 5 passiert hat.
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Eine
elektronische Steuereinheit (ECU) 20 besteht beispielsweise
aus einem Digitalcomputer und treibt eine Startphasen-Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuereinrichtung
zum Steuern des Luft-Kraftstoffverhältnisses derart an, daß ein Fettbetrieb
in einigen aus der Vielzahl der Zylinder des Motors 1 und ein
Magerbetrieb in anderen Zylindern während des Kaltstartes des Motors 1 verwirklicht
wird. Die ECU 20 umfaßt
einen ROM, einen RAM, einen B.RAM (batterieunterstützter RAM),
eine CPU, einen Eingang und einen Ausgang, die über einen bidirektionalen Bus
(nicht gezeigt) miteinander verbunden sind.
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Der
Ansaugkrümmer 2 ist
an ein Ansaugrohr (nicht gezeigt) angeschlossen, das an seinem vorderen
Ende mit einem Luftdurchflußmesser
(nicht gezeigt) verbunden ist. Dieser Luftdurchflußmesser
erzeugt eine analoge Ausgangsspannung, die proportional zur Ansaugluftmenge
ist. Die Ausgangsspannung wird über
einen A/D-Wandler (nicht gezeigt) dem Einlaß zugeführt.
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Ein
Kühlmitteltemperatursensor 13 ist
in einem Wassermantel (nicht gezeigt) des Motors 1 angeordnet.
Dieser Kühlmitteltemperatursensor 13 detektiert
die Kühlmitteltemperatur
THW des Motors 1 und erzeugt eine Analogspannung, die proportional zur
Kühlmitteltemperatur
DHW ist. Die auf diese Weise erzeugte Analogspannung wird über den A/D-Wandler
dem Eingang zugeführt.
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Ein
Verteiler (nicht gezeigt) des Motors 1 besitzt zwei Kurbelwinkelsensoren 14A, 14B.
Der Kurbelwinkelsensor 14A detektiert eine Bezugsposition jedesmal
dann, wenn sich eine Kurbelwelle um 720°CA gedreht hat, und erzeugt
dann ein Ausgangsimpulssignal. Der Kurbelwinkelsensor 14B detektiert
eine Bezugsposition jedesmal dann, wenn sich die Kurbelwelle um
30°CA gedreht
hat, und erzeugt dann ein Ausgangsimpulssignal. Diese Ausgangsimpulssignale
werden dem Eingang zugeführt.
Das vom Kurbelwinkelsensor 14B erzeugte Ausgangsimpulssignal
wird auch einem Unterbrechungspol der CPU zugeführt. Beispielsweise wird die
Umdrehung NE des Motors 1 aus den von den Kurbelwinkelsensoren 14A, 14B erzeugten
Ausgangsimpulssignalen berechnet. Andererseits ist der Ausgang über eine Antriebsschaltung
(nicht gezeigt) in der ECU 20 an das Kraftstoffeinspritzventil 4 angeschlossen.
Diese Antriebsschaltung steuert die Kraftstoffeinspritzmenge durch
Verändern
einer Zeitdauer, während
der das Kraftstoffeinspritzventil 4 offen ist. Der Motor 1 besitzt eine
Vielzahl von Kraftstoffeinspritzventilen. Die Gesamtmenge des Kraftstoffs,
die von allen Kraftstoffeinspritzventilen 4 in die Ansaugkrümmer 2 eingespritzt
wird, wird so gesteuert, daß das
Luft-Kraftstoffverhältnis
in bezug auf die Gesamtmenge der Ansaugluft, die in den gesamten
Motor 1 gesaugt wird, ein Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis annimmt.
Mit anderen Worten, wenn einige der Zylinder des Motors 1 gestoppt
werden, wird mehr Kraftstoff in die anderen im Betrieb befindlichen
Zylinder eingespritzt, die dann einen fetten Zustand erhalten. Folglich
wird das Luft-Kraftstoffverhältnis
des Motors 1 insgesamt auf dem Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten.
Bei dieser Ausführungsform
ist das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis
so eingestellt, daß ein
Fettbetrieb, bei dem mehr Kraftstoff eingespritzt wird als bei dem
stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis,
während
einer Zeitdauer, die mit dem Kaltstart des Motors 1 beginnt und
mit dem Beginn der partiellen Zylinderstoppsteuerung, bei der einige
Zylinder des Motors 1 gestoppt werden, endet, verwirklicht
wird. Nach dem Aufwärmen
des Motors 1 wird das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis als
Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis
verwendet, um einen stöchiometrischen
Betrieb zu erreichen. Es ist jedoch auch möglich, einen stöchiometrischen
Betrieb während
einer Zeitdauer, die mit dem Kaltstart des Motors 1 beginnt
und mit dem vollständigen
Aufwärmen
des Motors endet, zu verwirklichen.
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Die
Unterbrechung durch die CPU tritt bei Beendigung einer A/D-Wandlung
vom A/D-Wandler oder bei Empfang eines Ausgangsimpulssignals vom Kurbelwinkelsensor 14B auf.
Digitale Daten, die über den
A/D-Wandler dem Eingang zugeführt
wurden, werden jedesmal dann gelesen, wenn eine A/D-Wandlung durchgeführt wird.
Die auf diese Weise gelesenen digitalen Daten werden im RAM gespeichert.
Die Umdrehung ME des Motors 1 wird jedesmal dann berechnet,
wenn ein Ausgangsimpulssignal vom Kurbelwinkelsensor 14B dem
Unterbrechungsterminal der CPU zugeführt wird. Die auf diese Weise
ausgerechnete Umdrehung ME wird im RAM gespeichert. Mit anderen
Worten, die Daten des Motors 1, die im RAM gespeichert
werden, werden auf konstante Weise aktualisiert.
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Die
partielle Zylinderstoppsteuerung, die von der ECU 20 erfindungsgemäß durchgeführt wird, wird
nunmehr in Verbindung mit einem Ablaufdiagramm im einzelnen beschrieben.
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2 ist
ein Ablaufdiagramm einer ersten Version der partiellen Zylinderstoppsteuerung,
die bei der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gemäß 1 Verwendung
findet. Dieses Steuerprogramm wird in vorgegebenen Intervallen, beispielsweise
in Intervallen von 100 ms, durchgeführt. Zuerst wird in Schritt 201 festgestellt,
ob die Kühlmitteltemperatur
THW des Motors 1 in einem bestimmten Temperaturbereich
(α < TAW < β) liegt. Wenn
ein bestätigendes
Ergebnis in Schritt 201 erhalten wird, rückt das
Verfahren zu Schritt 202 vor. Wenn das Ergebnis in Schritt 201 negativ
ist, rückt das
Verfahren zu Schritt 205 vor. Die Temperaturen α, β werden auf
0°C und
80°C eingestellt.
Wenn sich der Motor auf einer extrem niedrigen Temperatur befindet,
d. h. wenn die Kühlmitteltemperatur
THW 0°C entspricht
oder niedriger ist, wird die partielle zylindrischen Stoppsteuerung
im Hinblick auf das Fahrvermögen
eines Fahrzeuges, in dem der Motor montiert ist, nicht durchgeführt. Wenn
der Motor vollständig aufgewärmt worden
ist, d. h. wenn die Kühlmitteltemperatur
THW 80°C
entspricht oder höher
ist, wird die partielle Zylinderstoppsteuerung nicht durchgeführt, weil
der Katalysator 5 vollständig aufgewärmt worden ist.
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In
der nachfolgenden Beschreibung auf Basis von 2 u. ä. gibt der
hier verwendete Begriff „Katalysator" einen Katalysator
wieder, der im Katalysator 5 installiert ist.
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In
Schritt 202 wird festgestellt, ob die Temperatur Tex des
katalytischen Abgases, das vom Katalysator 5 abgegeben
wird, eine vorgegebene Temperatur γ (d. h. 180°C) erreicht oder überschritten
hat. Wenn das Ergebnis in Schritt 202 positiv ist, rückt das Verfahren
zu Schritt 203 vor. Wenn das Ergebnis in Schritt 202 negativ
ist, rückt
das Verfahren zu Schritt 205 vor. Die vorgegebene Temperatur γ ist beispielsweise
auf 180°C
eingestellt worden, da das katalytische Abgas auf etwa 180°C geschätzt wird,
wenn der Katalysator eine Temperatur von etwa 200°C besitzt. Wenn
der Katalysator etwa 200°C
erreicht, führen entsprechende
Abschnitte des Katalysators eine Abgasemissionssteuerungsreaktion
zum Oxidieren von HC durch. In Schritt 203 wird festgestellt,
ob die Abgastemperatur Tex eine zweite vorgegebene Temperatur η (d. h.
700°C) überschritten
hat oder nicht. Wenn das Ergebnis in Schritt 203 positiv
ist, rückt
das Verfahren zu Schritt 205 vor. Wenn das Ergebnis in Schritt 203 negativ
ist, rückt
das Verfahren zu Schritt 204 vor. Die zweite vorgegebene
Temperatur η ist beispielsweise
auf 700°C
eingestellt worden, da geschätzt
wird, daß der
Katalysator bei 700°C
ausreichend aktiviert worden ist.
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Wenn
durch Durchführung
des Schrittes 201 bis 203 festgestellt wurde,
daß α < Kühlmitteltemperatur
THW des Motors < β und γ ≤ Abgastemperatur Tex ≤ η sind, rückt das
Verfahren zu Schritt 204 vor, in dem die partielle Zylinderstoppsteuerung
durchgeführt
wird. Mit anderen Worten, wenn festgestellt wird, daß seit dem
Beginn der Abgasemissionssteuerreaktion der Motor nicht aufgewärmt und
der Katalysator nicht ausreichend aktiviert worden ist, wird die partielle
Zylinderstoppsteuerung durchgeführt.
Wenn andererseits bei Durchführung
der Schritte 201 bis 203 festgestellt wird, daß die Kühlmitteltemperatur THW ≤ α oder β ≤ Kühlmitteltemperatur
THW ist oder die Abgastemperatur Tex < γ oder η < Abgastemperatur
Tex ist, rückt
das Verfahren zu Schritt 205 vor, in dem die partielle
Zylinderstoppsteuerung verboten wird. Mit anderen Worten, wenn festgestellt
wird, daß sich
der Motor auf einer extrem niedrigen Temperatur befindet, vollständig aufgewärmt wurde
oder sich der Katalysator in einem Zustand vor dem Beginn der Abgasemissionssteuerreaktion
befindet oder ausreichend aktiviert worden ist, wird die partielle
Zylinderstoppsteuerung verboten.
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3 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der partiellen Zylinderstoppsteuerung
während
des Motorstartes und Änderungen
der Temperatur des Katalysators zeigt. Die Abszisse gibt die Zeitdauer
wieder, die seit dem Motorstart abgelaufen ist, und die Ordinate
gibt die Temperatur des Katalysators, der im Katalysator 5 installiert
ist, wieder. 3 zeigt ein Versuchsergebnis
von Temperaturänderungen
des Katalysators, wenn der Motor in einem FI(erster Leerlauf)-Zustand
belassen ist, d. h. wenn sich der Motor mit Leerlaufdrehzahl dreht.
Die Kurve 31 gibt die Temperaturänderungen des Katalysators für den Fall
wieder, wenn überhaupt
keine partielle Zylinderstoppsteuerung durchgeführt wird. Die Kurve 32 gibt
Temperaturänderungen
des Katalysators für den
Fall wieder, in dem die partielle Zylinderstoppsteuerung unmittelbar
nach dem Motorstart durchgeführt
wird. Die Kurve 33 gibt Temperaturänderungen des Katalysators
für den
Fall wieder, in dem die partielle Zylinderstoppsteuerung vom Motorstart
bis zu einem Zeitpunkt b1 aufgeschoben wurde und vom Zeitpunkt t1
durchgeführt
wird. Der Katalysator erreicht etwa 200°C beim Zeitpunkt t1, bei dem
entsprechende Abschnitte des Katalysators die Abgasemissionssteuerreaktion
zum Oxidieren von HC durchführen.
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Durch
einen Vergleich wird deutlich, daß die Kurve 31 200°C früher erreicht
als die Kurve 32. Während
die Kurve 31 den Fall wiedergibt, bei dem die partielle
Zylinderstoppsteuerung nicht durchgeführt wird, entspricht die Kurve 32 dem
Fall, in dem die partielle Zylinderstoppsteuerung durchgeführt wird.
Wenn andererseits die Temperatur des Katalysators 200°C erreicht
und die partielle Zylinderstoppsteuerung durchgeführt wird,
um den Katalysator mit Sekundärluft
zu versorgen, steigt die Temperatur des Katalysators von 200°C infolge
eines sogenannten „Nachbrenner"-Phänomens scharf
an. Es ist augenscheinlich, daß die
Kurve 32 350°C
früher
erreicht als die Kurve 31. Wenn sich der Katalysator auf
350°C befindet,
führen
50% der entsprechenden Abschnitte des Katalysators die Abgasemissionssteuerreaktion durch.
Die Temperatur, bei der der scharfe Temperaturanstieg des Katalysators
beginnt, d. h. die Fördertemperatur
für die
katalytische Reaktion, beträgt etwa
200°C.
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Durch
einen Vergleich kann man feststellen, daß die Kurven 31, 33 gleichzeitig
200°C erreichen und
daß die
Kurve 33 von 200°C
scharf ansteigt und 350°C
früher
erreicht als die Kurven 31, 32. Wie vorstehend
beschrieben, wenn der Katalysator sich auf 350°C befindet, wird in 50% der
entsprechenden Abschnitte des Katalysators die Abgasemissionssteuerreaktion
durchgeführt.
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4 ist
ein Ablaufdiagramm einer zweiten Version der partiellen Zylinderstoppsteuerung.
Diese Steuerung findet bei einer Ausführungsform Anwendung, bei der
auf den Abgastemperatursensor 11 der ersten Ausführungsform
verzichtet wird. Bei dieser Steuerung wird anstelle der Verwendung
des Abgastemperatursensors zum Detektieren der Temperatur des Abgases,
das vom Motor abgegeben wird, die Temperatur des Katalysators aus
dem kumulativen Wert sumga der Luftmenge, die seit dem Motorstart in
den Motor eingesaugt wurde (hiernach als kumulative Luftmenge bezeichnet),
geschätzt.
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Dieses
Steuerprogramm wird in vorgegebenen Intervallen von beispielsweise
100 ms durchgeführt.
Als erstes wird in Schritt 401, wie in Schritt 201 von 2,
festgestellt, ob sich die Kühlmitteltemperatur
THW des Motors 1 innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereiches
(α < THW < β) befindet. Wenn
das Ergebnis in Schritt 401 positiv ist, rückt das Verfahren
zu Schritt 402 vor. Wenn das Ergebnis in Schritt 401 negativ
ist, rückt
das Verfahren zu Schritt 407 vor. Es wird nunmehr eine
Karte beschrieben, die die Beziehung zwischen der kumulativen Luftmenge und
der Temperatur des Katalysators zeigt.
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5 ist
eine Karte, die die Beziehung zwischen der kumulativen Luftmenge
des Motors und der Temperatur des Katalysators zeigt. Wie in 5 dargestellt,
gibt die Abszisse die kumulative Luftmenge sumga, d. h. die Luftmenge,
die seit dem Motorstart in den Motor eingesaugt wurde, wieder, während die
Ordinate einen Versuchswert wiedergibt, der aus einer Messung der
Temperatur des Katalysators erhalten wurde. Die Temperatur des Katalysators ändert sich
in Abhängigkeit
von Änderungen
der kumulativen Luftmenge sumga. Wenn die kumulative Luftmenge sumga
einen Wert ε erreicht,
befindet sich der Katalysator auf 200°C, bei der die Abgasemissionssteuerreaktion
in einigen Abschnitten des Katalysators begonnen wird. Wenn die
kumulative Luftmenge sumga einen Wert κ erreicht, befindet sich der
Katalysator auf 700°C
und ist ausreichend aktiviert. Die Karte, die die Beziehung zwischen
der experimentell ermittelten kumulativen Luftmenge des Motors und der
Temperatur des Katalysators wiedergibt, wird im ROM vorläufig gespeichert.
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Es
wird nunmehr wieder auf das Ablaufdiagramm der 4 bezug
genommen. In Schritt 402 wird festgestellt, ob die kumulative
Luftmenge sumga den vorgegebenen Wert κ, der einem Punkt entspricht,
auf dem sich der Katalysator auf 700°C befindet, überschritten hat oder nicht.
Wenn das Ergebnis in Schritt 402 positiv ist, wird geschlossen,
daß der Katalysator
eine Aktivierungsstarttemperatur erreicht, und das Verfahren rückt zu Schritt 408 vor. Wenn
das Ergebnis in Schritt 402 negativ ist, rückt das
Verfahren zu Schritt 403 vor.
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In
Schritt 403 wird festgestellt, ob die kumulative Luftmenge
sumga den vorgegebenen Wert ε, der
einem Punkt entspricht, bei dem sich der Katalysator auf 200°C befindet,
erreicht oder überschritten hat.
Wenn das Ergebnis in Schritt 403 positiv ist, wird geschlossen,
daß der
Katalysator eine Temperatur zum partiellen Beginnen der Abgasemissionssteuerreaktion
erreicht hat, und das Verfahren rückt zu Schritt 404 vor.
Wenn das Ergebnis in Schritt 403 negativ ist, rückt das
Verfahren zu Schritt 407 vor.
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In
Schritt 404 wird festgestellt, ob die partielle Zylinderschrittstoppsteuerung über eine
vorgegebene Zeitdauer δ,
beispielsweise 50 sec, durchgeführt worden
ist oder nicht. Mit anderen Worten, in Schritt 404 wird
festgestellt, ob die folgende Beziehung gilt oder nicht: CFCAT > δ (= 500). Wenn das Ergebnis
in Schritt 404 positiv ist, rückt das Verfahren zu Schritt 407 vor.
Wenn das Ergebnis in Schritt 404 negativ ist, rückt das
Verfahren zu Schritt 405 vor, in dem eins zu einem Zählwert eines
Zählers
CFCAT, der zum Messen der Zeitdauer dient, über die die partielle Zylinderstoppsteuerung
durchgeführt
wird, addiert wird. Das Verfahren rückt dann zu Schritt 406 vor.
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Wenn
das Ergebnis in Schritt 401 oder Schritt 403 negativ
ist, rückt
das Verfahren zu Schritt 407 vor, in dem der Zähler CFCAT
auf 0 rückgesetzt wird.
Gemäß 5 wurde die
Beziehung zwischen der kumulativen Luftmenge sumga und der Temperatur
des Katalysators unter Verwendung eines Versuchsergebnisses, das
erhalten wird, wenn die partielle Zylinderstoppsteuerung nicht durchgeführt wird, d.
h. wenn sich sämtliche
Zylinder in Betrieb befinden, bestätigt. Somit kann die Temperatur
des Katalysators nicht von der kumulativen Luftmenge sumga geschätzt werden,
wenn die partielle Zylinderstoppsteuerung nicht durchgeführt wird,
d. h. wenn die folgende Beziehung gilt: ε ≤ THW ≤ κ. Deshalb wird der Zähler CFCAT
verwendet.
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Wenn
durch Durchführen
der Schritte 401 bis 404 festgestellt wird, daß α < Kühltemperatur
THW des Motors < β und ε ≤ kumulative
Luftmenge sumga ≤ κ sind, rückt das
Verfahren zu Schritt 406 vor, in dem die partielle Zylinderstoppsteuerung
durchgeführt
wird. Mit anderen Worten, wenn festgestellt wird, daß der Motor
nicht aufgewärmt
wurde, der Katalysator seit dem Beginn der Abgasemissionssteuerreaktion
nicht ausreichend aktiviert wurde und die Zeitdauer CFCAT für die partielle
Zylinderstoppsteuerung ≤ δ ist, wird
die partielle Zylinderstoppsteuerung durchgeführt. Wenn andererseits durch
Durchführung
der Schritte 401 bis 404 festgestellt wird, daß die Kühlmitteltemperatur
THW ≤ α oder β ≤ Kühlmitteltemperatur
THW ist oder die kumulative Luftmenge sumga < ε oder κ < die kumulative
Luftmenge sumga ist, rückt
das Verfahren zu Schritt 408 vor, in dem die partielle
Zylinderstoppsteuerung verboten wird. Mit andere Worten, wenn festgestellt
wird, daß sich
der Motor auf einer extrem niedrigen Temperatur befindet oder vollständig aufgewärmt wurde
oder sich der Katalysator in einem Zustand vor dem Beginn der Abgasemissionssteuerreaktion
befindet oder ausreichend aktiviert wurde, wird die partielle Zylinderstoppsteuerung
verboten.
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Hiernach
wird eine andere Ausführungsform beschrieben,
bei der die Zahl der Zylinder, mit denen die partielle Zylinderstoppsteuerung
durchgeführt werden
soll, in Abhängigkeit
von einem Betriebszustand des Motors, beispielsweise von Änderungen der
Temperatur des Katalysators, verändert
wird.
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6 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der schrittweisen partiellen
Zylinderstoppsteuerung und der Temperatur des Katalysators während des
Motorstartes zeigt. 6 zeigt einen Fall, bei dem
ein Mehrzylindermotor, beispielsweise ein Sechszylindermotor, gestartet
ist. Wie in 6 gezeigt, gibt die Kurve 61 Temperaturänderungen
des Katalysators für
den Fall wieder, bei dem die partielle Zylinderstoppsteuerung überhaupt
nicht durchgeführt
wird. Die Kurve 62 gibt Temperaturänderungen des Katalysators
für den
Fall wieder, bei dem zwei Zylinder gleichzeitig gestoppt werden.
Die Kurve 63 gibt Temperaturänderungen des Katalysators
für den Fall
wieder, bei dem nur ein Zylinder gestoppt wird. Die Kurve 64 gibt Änderungen
der Katalysatortemperatur für
den Fall wieder, bei dem zwei Zylinder nach Ablauf einer vorgegebenen
Zeitdauer vom Stopp eines Zylinders gestoppt werden.
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Die
Kurven 62, 63 und 64 werden nunmehr miteinander
verglichen. Zuerst wird in bezug auf die Kurve 62, die
den Fall wiedergibt, bei dem zwei Zylinder gleichzeitig gestoppt
werden, eine überschüssige Menge
Sekundärluft
dem Katalysator zugeführt, nachdem
dieser die Fördertemperatur
für die katalytische
Reaktion, d. h. 200°C,
zum Zeitpunkt t1 erreicht hat. Die Temperatur des Katalysators fällt daher
weiterhin über
eine bestimmte Zeitdauer und steigt danach wieder an, um 350°C zu erreichen,
bei welcher Temperatur 50% der entsprechenden Abschnitte des Katalysators
die Abgasemisionssteuerreaktion durchführen. Was die Kurve 63 anbetrifft,
die den Fall wiedergibt, bei dem ein Zylinder gesteuert wird, so
ist festzustellen, daß,
obwohl die Temperatur des Katalysators infolge der Zufuhr von Sekundärluft zum
Katalysator nach dem Zeitpunkt t1 weiterhin über eine kurze Zeitdauer fällt, die
Temperatur unmittelbar danach wieder ansteigt. Im Vergleich zur
Kurve 62, die den Fall wiedergibt, bei dem zwei Zylinder gleichzeitig
gestoppt werden, ist jedoch augenscheinlich, daß die Zeitdauer länger wird,
die der Katalysator benötigt,
um 350°C
zu erreichen. Wenn, wie vorstehend beschrieben, sich der Katalysator
auf 350°C
befindet, führen
50% der entsprechenden Abschnitte des Katalysators die Abgasemisionssteuerreaktion
durch. Obwohl bei der Kurve 64, die die schrittweise Zylinderstoppsteuerung
wiedergibt, bei der ein Zylinder zum Zeitpunkt t1 und zwei Zylinder zum
Zeitpunkt t2 gestoppt werden, die Temperatur des Katalysators weiterhin
infolge der Zufuhr von Sekundärluft
zum Katalysator nach dem Zeitpunkt t1 über eine kurze Zeitdauer fällt, steigt
sie unmittelbar danach wieder an. Nach dem Zeitpunkt t2, wobei der Katalysator
eine Temperatur erreicht, die geringfügig größer ist als 200°C, beispielsweise
220°C, wird
die Zahl der zu stoppenden Zylinder erhöht, um auf diese Weise die
Sekundärluftmenge
zu erhöhen,
die dem Zylinder zugeführt
wird. Im Vergleich mit den Kurven 62, 63 wird
somit die Zeitdauer, die erforderlich ist, damit der Katalysator 350°C, bei der
50% der entsprechenden Abschnitte des Katalysators die Abgasemisionssteuerreaktion
durchführen,
kürzer.
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Die
vorstehend erwähnte
schrittweise partielle Zylinderstoppsteuerung wird nunmehr unter
Verwendung eines Ablaufdiagramms erläutert.
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7 ist
ein Ablaufdiagramm einer dritten Version der partiellen Zylinderstoppsteuerung.
Diese Steuerung findet bei der in 1 gezeigten
ersten Ausführungsform
Verwendung. Dieses Steuerprogramm wird in vorgegebenen Intervallen,
beispielsweise in Intervallen von 100 ms, durchgeführt. Zuerst wird
in Schritt 701, wie bei Schritt 201 in 2,
festgestellt, ob sich die Kühlmitteltemperatur
THW des Motors 1 innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereiches
(α < THW < β) befindet
oder nicht. Wenn das Ergebnis in Schritt 701 positiv ist,
rückt das
Verfahren zu Schritt 702 vor. Wenn das Ergebnis in Schritt 701 negativ
ist, rückt
das Verfahren zu Schritt 708 vor.
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In
Schritt 702 wird festgestellt, ob die Temperatur Tex des
katalytischen Abgases eine zweite vorgegebene Temperatur (d. h.
700°C) überschritten hat.
Wenn das Ergebnis in Schritt 702 positiv ist, rückt das
Verfahren zu Schritt 708 vor. Wenn das Ergebnis in Schritt 702 negativ
ist, rückt
das Verfahren zu Schritt 703 vor. Wenn sich das katalytische
Abgas auf 700°C
befindet, wird geschätzt,
daß der
Katalysator ausreichend aktiviert worden ist. In Schritt 703 wird unter
Verwendung eines Merkers festgestellt, ob eine Zylinderstoppsteuerung
durchgeführt
wird oder nicht. Wenn das Ergebnis in Schritt 703 negativ
ist, rückt das
Verfahren zu Schritt 704 vor. Wenn das Ergebnis in Schritt 703 positiv
ist, rückt
das Verfahren zu Schritt 706 vor.
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In
Schritt 704 wird festgestellt, ob die Temperatur Tex des
katalytischen Abgases die erste vorgegebene Temperatur (d. h. 180°C) erreicht
oder überschritten
hat. Wenn das Ergebnis in Schritt 704 positiv ist, rückt das
Verfahren zu Schritt 705 vor. Wenn das Ergebnis in Schritt 704 negativ
ist, rückt
das Verfahren zu Schritt 708 vor. Die erste vorgegebene Temperatur γ ist beispielsweise
auf 180°C
eingestellt, da die katalytische Abgastemperatur auf etwa 180°C geschätzt wird,
wenn sich der Katalysator auf etwa 200°C befindet. Wenn der Katalysator
etwa 200°C
erreicht, führen
entsprechende Abschnitte des Katalysators die Abgasemisionssteuerreaktion
zum Oxidieren von HC durch.
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In
Schritt 706 wird festgestellt, ob die Abgastemperatur Tex
eine dritte vorgegebene Temperatur δ (= 220°C) erreicht oder überschritten
hat. Wenn das Ergebnis in Schritt 706 positiv ist, rückt das
Verfahren zu Schritt 707 vor. Wenn das Ergebnis in Schritt 706 negativ
ist, wird dieses Programm beendet. Die dritte vorgegebene Temperatur
wird auf 220°C
eingestellt, da es sich hierbei um eine Temperatur handelt, die
für die
Feststellung geeignet ist, ob die Temperatur des Katalysators die
die katalytische Reaktion fördernde Temperatur,
d. h. 200°C,
nach dem Start der Abgasemisionssteuerreaktion zum Zeitpunkt t1
infolge der Zufuhr von Sekundärluft
zum Katalysator auf der Basis einer Zylinderstoppsteuerung geringfügig überschritten
hat oder nicht.
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Wenn
durch Durchführung
der Schritte 701–704 und 706 festgestellt
wird, daß α < die Kühlmitteltemperatur
THW < und γ ≤ die Abgastemperatur
Tex ≤ δ sind, rückt das
Verfahren zu Schritt 705 vor, in dem eine Zylinderstoppsteuerung
durchgeführt
wird. Mit anderen Worten, wenn festgestellt wird, daß der Motor
nicht aufgewärmt
worden ist und der Katalysator keine Temperatur, die geringfügig höher ist
als die die katalytische Reaktion fördernde Temperatur, d. h. 200°C, ist, nach
dem Start der Abgasemissionsteuerreaktion erreicht hat, wird eine
Zylinderstoppsteuerung durchgeführt.
Wenn festgestellt wird, daß α < die Kühlmitteltemperatur
THW des Motors < β und δ ≤ die Abgastemperatur
Tex < η sind, rückt das
Verfahren zu Schritt 707, in dem eine Stoppsteuerung von
zwei Zylindern durchgeführt wird.
Mit anderen Worten, wenn festgestellt wird, daß der Motor nicht aufgewärmt worden
ist und der Katalysator sich auf einer Temperatur befindet, die
höher ist
als die die katalytische Reaktion fördernde Temperatur, d. h. 200°C, und nicht
ausreichend aktiviert worden ist, wird die Stoppsteuerung von zwei
Zylindern durchgeführt.
Wenn andererseits durch Durchführung
der Schritte 701–704 und 706 festgestellt wird,
daß die
Kühlmitteltemperatur
THW ≤ α oder β ≤ die Kühlmitteltemperatur
THW ist oder die Abgastemperatur Tex < γ oder η < die Abgastemperatur
Tex ist, rückt
das Verfahren zu Schritt 708 vor, in dem die partielle
Zylinderstoppsteuerung verboten wird. Mit anderen Worten, wenn festgestellt
wird, daß sich
der Motor auf einer extrem niedrigen Temperatur befindet oder vollständig aufgewärmt worden
ist oder sich der Katalysator in einem Zustand vor dem Beginn der
Abgasemissionssteuerreaktion be findet oder ausreichend aktiviert
worden ist, wird die partielle Zylinderstoppsteuerung verboten.
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Gemäß der vorstehend
beschriebenen dritten Version der partiellen Zylinderstoppsteuerung wird
der Übergang
von einem Zustand, in dem ein Zylinder gestoppt wird, in einen Zustand,
in dem zwei Zylinder gestoppt werden, nur durchgeführt, wenn gemäß einem
Betriebszustand des Motors bestätigt wird,
daß die
Temperatur des Katalysators über
die die katalytische Reaktion fördernde
Temperatur angestiegen ist. Anstelle der Verwendung der Temperatur
des Katalysators als Betriebszustand des Motors kann jedoch auch
die Zahl der zu stoppenden Zylinder in Abhängigkeit von einem Lastzustand
des Motors verändert
werden. Wenn in diesem Fall die Last des Motors höher wird,
benötigt
der Motor ein höheres
Drehmoment. Daher wird die Zahl der zu stoppenden Zylinder klein
eingestellt.
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Bei
der dritten Version der partiellen Zylinderstoppsteuerung, die in
Verbindung mit 7 beschrieben wurde, wird die
partielle Zylinderstoppsteuerung auf der Basis einer geschätzten Temperatur
des Katalysators, die vom Abgastemperatursensor detektiert wird,
durchgeführt.
Anstelle der Verwendung des Abgastemperatursensors kann jedoch auch
die dritte Version der partiellen Zylinderstoppsteuerung auf der
Basis einer Temperatur des Katalysators durchgeführt werden, die aus der kumulativen
Luftmenge des Motors geschätzt
wird.
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Bei
der vorstehend beschriebenen dritten Version der partiellen Zylinderstoppsteuerung
werden maximal zwei Zylinder im Sechszylindermotor gestoppt. Es
ist jedoch auch möglich,
maximal drei Zylinder in einem Achtzylindermotor oder maximal vier
Zylinder in einem Zwölfzylindermotor
zu stoppen. Mit anderen Worten, die maximale Zahl der zu stoppenden
Zylinder kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit vom Typ des Motors
verändert
werden.
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8 ist
eine schematische Darstellung, die ein Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuersystem für einen Mehrzylinderverbrennungsmotor
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese schematische Ansicht der
in 8 gezeigten zweiten Ausführungsform entspricht im wesentlichen
der schematischen Ansicht der in 1 gezeigten
ersten Ausführungsform,
mit der Ausname, daß ein
Abgastemperatursensor 12 abstromseitig des Katalysators 7 im
Abgasrohr 6 angeordnet ist.
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9 ist
eine Ablaufdiagramm einer vierten Version der partiellen Zylinderstoppsteuerung,
die bei der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gemäß 8 Verwendung
findet. Wenn eine übermäßig große Zahl
von Zylindern gestoppt wird, während
ein Hauptkatalysator (M/C) als zweiter Katalysator nach Beendigung
des Aufwärmprozesses
eines Startkatalysators (S/C) als erster Katalysator aufgewärmt wird, übersteigt
die Temperatur des Startkatalysators (S/C) eine OT (Übertemperatur).
Infolgedessen kann der Startkatalysator (S/C) überhitzt werden und sein Verhalten
verschlechtern. Um eine derartige Verhaltensverschlechterung des
Startkatalysators (S/C) zu verhindern, wird die vierte Version der
partiellen Zylinderstoppsteuerung durchgeführt, bis der Hauptkatalysator
(M/C) vollständig
aufge wärmt
ist, während
die Zahl der zu stoppenden Zylinder in geeigneter Weise eingestellt
wird.
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Dieses
Steuerprogramm wird in vorgegebenen Intervallen, beispielsweise
in Intervallen von 100 ms, durchgeführt. Zuerst wird in Schritt 901 wie
im Schritt 201 der 2 festgestellt,
ob die Kühlmitteltemperatur
THW des Motors 1 innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereiches
(α < THW < β) liegt oder
nicht. Wenn das Ergebnis in Schritt 901 positiv ist, rückt das
Verfahren zu Schritt 902 vor. Wenn das Ergebnis in Schritt 901 negativ
ist, rückt
das Verfahren zu Schritt 911 vor.
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In
Schritt 902 wir unter Verwendung eines Merkers festgestellt,
ob die partielle Zylinderstoppsteuerung durchgeführt wird oder nicht. Wenn das Ergebnis
in Schritt 902 positiv ist, rückt das Verfahren zu Schritt 906 vor.
Wenn das Ergebnis in Schritt 902 negativ ist, rückt das
Verfahren zu Schritt 903 vor. In Schritt 903 wird
festgestellt, ob die erste Temperatur Tex 1 des katalytischen Abgases,
das vom ersten Katalysator (S/C) abgegeben wird, eine erste vorgegebene
Temperatur γ (d.
h. 180°C)
erreicht oder überschritten
hat. Wenn das Ergebnis in Schritt 903 positiv ist, rückt das
Verfahren zu Schritt 904 vor. Wenn das Ergebnis in Schritt 903 negativ
ist, rückt
das Verfahren zu Schritt 911 vor. Die erste vorgegebene Temperatur γ wird beispielsweise
auf 180°C
eingestellt, da geschätzt
wird, daß das
katalytische Abgas etwa eine Temperatur von 180°C besitzt, wenn der erste Katalysator
(S/C) eine Temperatur von etwa 200°C hat. Wenn der erste Katalysator
etwa 200°C erreicht,
führen
entsprechende Abschnitte des ersten Kataly sators die Abgasemissionssteuerreaktion
zum Oxidieren von HC durch.
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In
Schritt 904 wird festgestellt, ob die zweite Temperatur
Tex 2 des Abgases, das vom zweiten Katalysator (M/C) abgegeben wird,
eine fünfte
vorgegebene Temperatur θ (=
600°C) überschritten
hat oder nicht. Wenn das Ergebnis in Schritt 904 positiv
ist, rückt
das Verfahren zu Schritt 911 vor. Wenn das Ergebnis in
Schritt 904 negativ ist, rückt das Verfahren zu Schritt 905 vor.
Die fünfte
vorgegebene Temperatur θ wird
auf 600°C
eingestellt, da geschätzt
wird, daß der
zweite Katalysator bei 600°C
in ausreichender Weise aktiviert ist.
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In
Schritt 906 wird festgestellt, ob die erste Abgastemperatur
Tex 1 eine dritte vorgegebene Temperatur δ (= 220°C) überschritten hat oder nicht. Wenn
das Ergebnis in Schritt 906 positiv ist, rückt das Verfahren
zu Schritt 907 vor. Wenn das Ergebnis in Schritt 906 negativ
ist, rückt
das Verfahren zu Schritt 904 vor. Die dritte vorgegebene
Temperatur δ wird beispielsweise
auf 220°C
eingestellt, bei der es sich um eine geeignete Temperatur handelt,
um festzustellen, ob die Temperatur des ersten Katalysators nach
dem Start der Abgasemissionssteuerreaktion zum Zeitpunkt t1 durch
die Zufuhr von Sekundärluft zum
Katalysator auf der Basis einer Einzylinderstoppsteuerung mit dem
Ansteigen begonnen hat.
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In
Schritt 907 wird festgestellt, ob die Temperatur Tex 1
des Abgases, das vom ersten Katalysator abgegeben wurde, eine vierte
vorgegebene Temperatur λ (=
700°C) überschrit ten
hat oder nicht. Wenn das Ergebnis in Schritt 907 positiv
ist, rückt
das Verfahren zu Schritt 904 vor. Wenn das Ergebnis in Schritt 907 negativ
ist, rückt
das Verfahren zu Schritt 910 vor. Die vierte vorgegebene
Temperatur λ wird auf
700°C eingestellt,
da geschätzt
wird, daß der
erste Katalysator bei 700°C
ausreichend aktiviert ist, so daß keine Möglichkeit einer Überhitzung
des ersten Katalysators besteht.
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In
Schritt 905 wird eine Einzylinderstoppsteuerung durchgeführt. In
Schritt 910 wird eine Zweizylinderstoppsteuerung ausgeführt. In
Schritt 911 wird die partielle Zylinderstoppsteuerung verboten.
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Bei
der vierten Version der partiellen Zylinderstoppsteuerung, die in
Verbindung 9 beschrieben wurde, wird die
partielle Zylinderstoppsteuerung auf der Basis von geschätzten Temperaturen
des ersten und zweiten Katalysators durchgeführt, wobei diese Temperaturen
von einem ersten und zweiten Abgastemperatursensor detektiert werden.
Anstelle der Verwendung dieser Abgastemperatursensoren kann aber
die vierte Version der partiellen Zylinderstoppsteuerung auch auf
der Basis von Temperaturen des ersten und zweiten Katalysators durchgeführt werden,
die aus der kumulativen Luftmenge des Motors geschätzt werden.
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Bei
der vorstehend erwähnten
vierten Version der partiellen Zylinderstoppsteuerung werden maximal
zwei Zylinder im Sechszylindermotor gestoppt. Es ist jedoch auch
möglich,
maximal drei Zylinder in einem Achtzylindermotor oder maximal vier
Zylinder in einem Zwölfzylindermotor
zu stoppen.
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Mit
anderen Worten, die maximale Zahl der zu stoppenden Zylinder kann
in geeigneter Weise in Abhängigkeit
vom Typ des Motors verändert
werden.
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10 ist
ein Diagramm, das Temperaturänderungen
des Startkatalysators (S/C) während
des Startens eines Mehrzylindermotors zeigt. 11 ist ein
Diagramm, das Temperaturänderungen
des Hauptkatalysators (M/C) während
des Startens des Mehrzylindermotors zeigt. In jedem Diagramm der 10 und 11 ist
auf der Abszisse die Zeit aufgetragen, während auf der Ordinate die
Temperaturen der entsprechenden Katalysatoren aufgetragen sind.
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Wie
in 10 gezeigt, gibt die Kurve 101 Änderungen
der Temperaturen des Startkatalysators (S/C) in dem Fall wieder
in dem die vorstehend erwähnte
dritte Version der partiellen Zylinderstoppsteuerung durchgeführt wird.
Die Kurve 102 zeigt Temperaturänderungen des Startkatalysators
(S/C) in dem Fall, in dem die vorstehend erwähnte vierte Version der partiellen
Zylinderstoppsteuerung durchgeführt
wird, um eine Überhitzung
des Startkatalysators (S/C) zu verhindern. Die Kurve 103 zeigt
Temperaturänderungen
des Startkatalysators (S/C) in dem Fall, in dem die dritte Version
der partiellen Zylinderstoppsteuerung durchgeführt wird, wobei diese Steuerung
dann verboten wird, sobald bestätigt
wird, daß der
Startzylinder (S/C) aufgewärmt
ist. Die Kurve 104 gibt Temperaturänderungen des Startkatalysators (S/C)
in dem Fall wieder, in dem ausschließlich eine Einzylinderstoppsteuerung
durchgeführt
wird. Die Kurve 105 gibt Änderungen der Temperatur des Startkatalysators
(S/C) in dem Fall wieder, in dem überhaupt keine partielle Zylinder stoppsteuerung durchgeführt wird.
Die Kurve 106 gibt Temperaturänderungen des Startkatalysators
(S/C) in dem Fall wieder, in dem eine Zweizylinderstoppsteuerung
durchgeführt
wird, nachdem der Startkatalysator (S/C) die Temperatur zum Fördern der
katalytischen Reaktion (200°C)
erreicht hat.
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In 11 gibt
die Kurve 112 Temperaturänderungen des Hauptkatalysators
M/C in dem Fall wieder, in dem die vierte Version der partiellen
Zylinderstoppsteuerung durchgeführt
wird, um ein Überhitzen
des Startkatalysators (S/C) zu verhindern. Die Kurve 113 gibt
Temperaturänderungen
des Hauptkatalysators M/C in dem Fall wieder, in dem die dritte Version
der partiellen Zylinderstoppsteuerung durchgeführt wird, wobei diese Steuerung
dann verboten wird, sobald bestätigt
wird, daß der
Startkatalysator (S/C) vollständig
aufgewärmt
worden ist. Die Kurve 115 gibt Temperaturänderungen
des Hauptkatalysators M/C in dem Fall wieder, in dem überhaupt
keine partielle Zylinderstoppsteuerung durchgeführt wird.
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12 ist
ein Ablaufdiagramm einer fünften Version
der partiellen Zylinderstoppsteuerung, die bei der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gemäß 1 Verwendung
findet. In dem Fall, in dem ein Abgassystem, wie beispielsweise
der Auslaßkrümmer, nicht
ausreichend erwärmt
worden ist, selbst wenn der erste Katalysator durch die partielle
Zylinderstoppsteuerung aufgewärmt
wurde, oder in dem Fall, in dem die Temperatur des Abgases, das vom
Motor abgegeben wurde, infolge eines Leerlaufzustandes o. ä. niedrig
ist, selbst wenn der Auslaßkrümmer aufgewärmt wurde,
wird bei einem Verbot der partiellen Zylinderstoppsteuerung der
erste Katalysator durch das Abgassystem seiner Wärme beraubt. Infolgedessen
kann die Temperatur des ersten Katalysators abfallen. Um ein derartiges
Abfallen der Temperatur des ersten Katalysators zu verhindern, wird
bei der fünften
Version der partiellen Zylinderstoppsteuerung die partielle Zylinderstoppsteuerung bei
Detektion eines Abfalls der Temperatur des ersten Katalysators wieder
durchgeführt.
Somit wird verhindert, daß der
erste Katalysator wieder abkühlt. Dieses
Steuerprogramm wird in vorgegebenen Intervalle, beispielsweise in
Intervallen von 100 ms, durchgeführt.
Zuerst wird in Schritt 1201 wie in Schritt 201 in 2 festgestellt,
ob die Kühlmitteltemperatur THW
des Motors 1 in einem vorgegebenen Temperaturbereich (α < THW < β) liegt oder
nicht. Wenn das Ergebnis in Schritt 1.201 positiv ist,
rückt das
Verfahren zu Schritt 1202 vor. Wenn das Ergebnis in Schritt 1201 negativ
ist, rückt
das Verfahren zu Schritt 1204 vor.
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Dann
wird in Schritt 1202 unter Verwendung eines Merkers festgestellt,
ob die partielle Zylinderstoppsteuerung durchgeführt wird oder nicht. Wenn das
Ergebnis in Schritt 1202 positiv ist, rückt das Verfahren zu Schritt 1205 vor.
Wenn das Ergebnis in Schritt 1202 negativ ist, rückt das
Verfahren zu Schritt 1203 vor. In Schritt 1203 wird
festgestellt, ob die Temperatur Tex des Abgases, das vom ersten
Katalysator abgegeben wird, den Wert κ1 (κ1 = 500°C) überschritten hat oder nicht.
Wenn Tex > κ1 ist, rückt das Verfahren
zu Schritt 1204 vor. Wenn Tex ≤ κ1 ist, rückt das Verfahren zu Schritt 1208 vor.
Wenn in Schritt 1.203 festgestellt wird, daß die Abgastemperatur
Tex κ1 entspricht
oder geringer ist, wird in Schritt 1208 eine Einzy linderstoppsteuerung
durchgeführt,
um ein erneutes Abkühlen
des ersten Katalysators zu verhindern.
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In
Schritt 1205 wird unter Verwendung eines Merkers festgestellt,
ob eine Einzylinderstoppsteuerung durchgeführt wird oder nicht. Wenn in
Schritt 1205 das Ergebnis positiv ist, rückt das
Verfahren zu Schritt 1206 vor. Wenn in Schritt 1205 festgestellt wird,
daß anstelle
der Einzylinderstoppsteuerung eine Zweizylinderstoppsteuerung durchgeführt wird, rückt das
Verfahren zu Schritt 1209 vor. In Schritt 1206 wird
festgestellt, ob die Temperatur Tex des Abgases, das vom ersten
Katalysator abgegeben wird, den Wert κ2 (κ2 = 700°C) überschritten hat oder nicht.
Wenn Tex > κ2 ist, rückt das
Verfahren zu Schritt 1204 vor. Wenn Tex ≤ κ2 ist, rückt das
Verfahren zu Schritt 1207. Die Temperatur κ2 wird so
eingestellt, daß der
erste Katalysator (S/C) während
der Einzylinderstoppsteuerung die Übertemperatur (OT) nicht erreicht.
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In
Schritt 1207 wird festgestellt, ob die Temperatur Tex des
Abgases, das vom ersten Katalysator abgegeben wurde, κ3 (κ3 = 600°C) überschritten
hat. Wenn Tex > κ3 ist, rückt das
Verfahren zu Schritt 1208 vor. Wenn Tex ≤ κ3 ist, rückt das
Verfahren zu Schritt 1209 vor. Wenn in Schritt 1207 festgestellt wird,
daß die
Abgastemperatur κ3
entspricht oder geringer ist, wird in Schritt 1210 eine
Zweizylinderstoppsteuerung durchgeführt, um ein erneutes Abkühlen des
ersten Katalysators zu verhindern.
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In
Schritt 1209 wird festgestellt, ob die Temperatur Tex des
Abgases, das vom ersten Katalysator abgegeben worden ist, κ4 (κ4 = 800°C) überschritten hat
oder nicht. Wenn Tex > κ4 ist, rückt das
Verfahren zu Schritt 1208 vor. Wenn Tex ≤ κ4 ist, rückt das
Verfahren zu Schritt 1210 vor. Die Temperatur κ4 wird so eingestellt,
daß der
erste Katalysator (S/C) während der
Zweizylinderstoppsteuerung nicht die Übertemperatur (OT) erreicht.
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In
Schritt 1204 wird die partielle Zylinderstoppsteuerung
verboten. In Schritt 1208 wird die Einzylinderstoppsteuerung
verboten. In Schritt 1208 wird die Einzylinderstoppsteuerung
durchgeführt.
In Schritt 1210 wird die Zweizylinderstoppsteuerung durchgeführt.
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Die
in die operativen Zylinder, die der partiellen Zylinderstoppsteuerung
ausgesetzt sind, eingespritzte Kraftstoffmenge wird nunmehr in Verbindung mit
der ersten und zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erläutert.
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13 ist
eine Karte, die die Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoffverhältnis des
in den Katalysator strömenden
Gases und der Temperatur des Katalysators wiedergibt. In 13 ist
auf der Abszisse das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das gerade
in den ersten Katalysator einströmt,
nachdem es vom Motor abgegeben worden ist, angegeben, während auf
der Ordinate die Temperatur des ersten Katalysators wiedergegeben
ist. Wenn, wie in 13 gezeigt ist, das Luft-Kraftstoffverhältnis des
Abgases, das in den ersten Katalysator strömt, dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis, d.
h. 14,6, entspricht, erreicht die Temperatur des ersten Katalysators
ihre Spitze. Dies ist deswegen der Fall, weil die katalytische Reaktion
im ersten Katalysator an einem Punkt, der dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis entspricht,
am drastischsten aktiviert wird.
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Um
den ersten Katalysator daher in einem frühen Stadium zu aktivieren,
muß die
Menge des in den Motor, der der partiellen Zylinderstoppsteuerung ausgesetzt
ist, eingespritzten Kraftstoffs in Abhängigkeit von der Zahl der inoperativen
Zylinder bestimmt werden, d. h. die Luftmenge (Sauerstoff), die
von den inoperativen Zylindern abgegeben wird, so daß das Luft-Kraftstoffverhältnis des
Abgases, das in den ersten Katalysator strömt, zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis wird.
Um somit die Kraftstoffmenge zu berechnen, die in die operativen
Zylinder, die während
der partiellen Zylinderstoppsteuerung nicht gestoppt werden, eingespritzt
wird, ist es erforderlich, das Luft-Kraftstoffverhältnis der
operativen Zylinder in Abhängigkeit
von der Zahl der inoperativen Zylinder unter Verwendung der nachfolgenden Formeln
zu berechnen. Wenn beispielsweise im Falle eines Achtzylindermotors
Kraftstoff in einer Menge eingespritzt wird, die in Abhängigkeit
vom Luft-Kraftstoffverhältnis,
das in der nachfolgend beschriebenen Weise ermittelt wird, berechnet
wird, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den
ersten Katalysator strömt,
zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis, wodurch
der erste Katalysator in einem frühen Stadium aktiviert wird.
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Wenn
ein Zylinder außer
Betrieb ist, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis der operativen Zylinder
auf 14,6 × (7/8)
= 12,8 eingestellt. Wenn zwei Zylinder außer Betrieb sind, wird das
Luft-Kraftstoffverhältnis der
operativen Zylinder auf 14,6 × (6/8)
= 11,0 eingestellt. Wenn drei Zylinder außer Betrieb sind, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis der
operativen Zylinder auf 14,6 × (5/8)
= 9,1 eingestellt. Wenn vier Zylinder außer Betrieb sind, wird das
Luft-Kraftstoffverhältnis der operativen
Zylinder auf 14,6 × (4/8)
= 7,3 eingestellt.
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Wie
bislang beschrieben, wird bei dem Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuersystem
für den
Mehrzylinderverbrennungsmotor der ersten und zweiten Ausführungsform
eine erhöhte
Kraftstoffmenge in sämtliche
Zylinder eingespritzt, um den Motor aufzuwärmen, bis der Abgasemissionssteuerkatalysator eine
Aktivierungsstarttemperatur erreicht, und es wird ein Magerbetrieb,
bei dem nur einige der Zylinder in Betrieb sind, begonnen, wenn
der Katalysator die Aktivierungsstartemperatur erreicht hat. Auf
diese Weise kann die Zeitdauer, die erforderlich ist, um einen Aufwärmprozess
des Abgasemissionssteuerkatalysators nach dem Motorstart zu vervollständigen, verkürzt werden.
Der Katalysator kann daher in einem frühen Stadium mit der Steuerung
der Konzentrationen der Emissionssubstanzen beginnen, die im Abgas
enthalten sind, das vom Motor abgegeben wird.
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Mit
einem Zylinder oder mehreren Zylindern kann auch ein Magerbetrieb
während
einer Zeitdauer durchgeführt
werden, bevor der Abgasemissionsteuerkatalysator die Aktivierungsstarttemperatur
erreicht. In diesem Fall wird das Soll-Luft-Kraftstoffverhälnis für die Zylinder, mit denen der
Magerbetrieb durchgeführt
werden soll, bevor der Abgasemis sionssteuerkatalysator die Aktivierungsstarttemperatur erreicht,
niedriger eingestellt als das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis für den Magerbetrieb,
nachdem der Abgasemissionssteuerkatalysator die Aktivierungsstarttemperatur
erreicht hat. Es wird auf diese Weise möglich, das Ausmaß, bis zu
dem der Abgasemissionssteuerkatalysator durch nicht verbrannte Luft
abgekühlt
wird, bevor der Abgasemissionskatalysator die Aktivierungsstarttemperatur
erreicht, zu verringern.
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Das
Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis
für die
Zylinder, die im Magerbetrieb betrieben werden sollen, bevor der
Abgasemissionssteuerkatalysator die Aktivierungsstarttemperatur
erreicht, muß nur
auf einen solchen Wert eingestellt werden, daß das Ausmaß, bis zu dem der Abgasemissionssteuerkatalysator luftgekühlt wird,
verringert wird. Es ist daher nicht erforderlich, das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis, nachdem
der Abgasemissiossteuerkatalysator die Aktivierungsstarttemperatur
erreicht hat, höher
einzustellen als das Soll-Luft-Kraftstoffverhältns, bevor
der Abgasemissionssteuerkatalysator die Aktivierungsstarttemperatur
erreicht hat. Mit anderen Worten, es gibt nur das Erfordernis, daß während einer
Zeitdauer, bis der Abgasemissionssteuerkatalysator die Aktivierungsstarttemperatur
erreicht, ein oberer Grenzwert des Soll-Luft-Kraftstoffverhältnisses
so eingestellt wird, daß der
Abgasemissionssteuerkatalysator nicht wesentlich luftgekühlt wird.
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Nachdem
der Katalysator die Aktivierungsstarttemperatur erreicht hat, kann
die Zahl der Zylinder, die im Magerbetrieb betrieben werden sollen,
allmählich
erhöht
werden, anstatt gleichzeitig den Magerbetrieb dieser Zylinder zu
beginnen. In diesem Fall ist es möglich, einen Abfall der Temperatur
des Abgasemissionssteuerkatalysators infolge eines abrupten Einströmens von
Sekundärluft
zu verhindern und die Zeitdauer zu verringern, die erforderlich
ist, um einen Aufwärmprozeß des Abgasemissionssteuerkatalysators
nach dem Starten des Motors zu vervollständigen.
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Wenn
der Abgasemissionssteuerkatalysator eine Solltemperatur erreicht,
wird die Zahl der Zylinder, die im Magerbetrieb betrieben werden
sollen verringert. Es ist somit möglich, ein Überhitzen und eine Verhaltensverschlechterung
des Abgasemissionssteuerkatalysators zu verhindern.
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Desweiteren
wird bewirkt, daß Abgas
mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis,
mit dem im wesentlichen die Aufwärmeffizienz
des Abgasemissionssteuerkatalysators maximiert wird, in den Katalysator strömt. Somit
kann die Zeitdauer verkürzt
werden, die erforderlich ist, um einen Aufwärmprozeß des Abgasemissionssteuerkatalysator
nach dem Motorstart zu vervollständigen.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann als Katalysator 5, 7 ein
katalytischer Wandler mit einem elektrisch erhitzten Katalysator
(EHC) Verwendung finden.
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Obwohl
der Motor 1 eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzventilen 4 besitzt,
kann er auch mit nur einem Kraftstoffeinspritzventil versehen sein,
das Kraftstoff in die entsprechenden Zylinder einspritzt. In diesem
Fall kann die partielle Zylinderstoppsteuerung durchgeführt werden,
indem über
Schaltvorgänge
der Ventile wahlweise ein Luft-Kraftstoff-Gemisch und
nicht vermischtes Gas zugeführt
werden.
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Wie
das Beispiel der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zeigt, wird ein
Magerbetrieb durch partielle Zylinderstoppsteuerung erreicht, bei der
die Kraftstoffeinspritzung in einige Zylinder gestoppt wird. Die
vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Bei
der vorliegenden Erfindung kann ein Magerbetrieb auch erreicht werden,
indem die in die Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge reduziert
wird, um die Sauerstoffmenge zu erhöhen, die von diesen Zylindern
abgegeben wird. Die vorliegende Erfindung kann auch bei einem Verbrennungsmotor
Anwendung finden, der mit einem Magerverbrennungssystem oder einem
Zylindereinspritzsystem versehen ist.