DE10055098B4

DE10055098B4 - Abgastemperaturerhöhungsgerät und Verfahren für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10055098B4
Application number: DE10055098A
Authority: DE
Inventors: Shunsuke Toyota Toshioka; Shinya Toyota Hirota; Takamitsu Toyota Asanuma; Toshiaki Toyota Tanaka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-11-08
Filing date: 2000-11-07
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2020-11-08
Also published as: DE10055098A1; JP2001132436A; JP3826642B2; US6634167B1

Abstract

Abgastemperaturerhöhungsverfahren für eine Brennkraftmaschine (1, 100), die bei bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnissen betreibbar ist und die mit einem Abgaskanal (45, 47) verbunden ist, in dem eine steuerbare Abgasdrosselklappe (49) vorgesehen ist,
gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
– Steuern der Abgasdrosselklappe (49) in einen im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand;
– Betreiben der Brennkraftmaschine (1, 100) bei einem stöchiometrischen oder fetten Luftkraftstoffverhältnis
– Zuführen von Sekundärluft zu einem stromaufwärtigen Abschnitt des Abgaskanals (45, 47).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abgastemperaturerhöhungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Abgastemperaturerhöhungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.
Angesichts der neueren Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeuge eingebaut sind, ist es erforderlich, dass schädliche Gasbestandteile, die in dem Abgas enthalten sind, entfernt oder vermindert werden bevor das Abgas in die Atmosphäre freigelassen wird. Um diese Anforderung zu erfüllen, existiert eine Technik, wobei ein Emissionsregelkatalysator in einem Abgaskanal eines Motors angeordnet ist und schädliche Gasbestandteile, die in dem Abgas enthalten sind, entfernt oder vermindert.
Verschiedene Emissionsregelkatalysatoren wurden entwickelt, beispielsweise ein Dreiwegekatalysator, ein NO_x Katalysator der Absorptions- und Reduktionsart, ein NO_x Katalysator der selektiven Reduktionsart, Oxidationskatalysatoren und Emissionsregelkatalysatoren, die geeignete der vorstehend erwähnten kombinieren etc.
Alle die vorstehend erwähnten Emissionsregelkatalysatoren werden jedoch normalerweise aktiviert und in die Lage versetzt, schädliche Gasbestandteile aus dem Abgas zu entfernen, bei oder über einer vorgegebenen Temperatur. Wenn die Temperatur eines Emissionsregelkatalysators niedriger ist als eine derartige vorgegebene Temperatur, beispielsweise bei einem Kaltstart des Motors, ist der Emissionsregelkatalysator jedoch unfähig, die schädlichen Gasbestandteile aus dem Abgas ausreichend zu vermindern.
Wenn der Motor kalt gestartet wird, neigt insbesondere die Verbrennung des Luftkraftstoffgemisches zu einer Instabilität aufgrund der niedrigen Temperatur in den Zylindern, so dass eine relativ große Menge an unverbrannten Kraftstoffbestandteilen von den Zylindern abgegeben wird. In einem derartigen Fall ist der Emissionsregelkatalysator nicht aktiviert, eine relativ große Menge an unverbrannten Kraftstoffbestandteilen wird in die Atmosphäre abgegeben ohne einem Emissionsregelprozess ausgesetzt zu sein.

Deshalb ist es bei einem Kaltstart einer Brennkraftmaschine kritisch, den Emissionsregelkatalysator schnell zu aktivieren, während die Menge der in die Atmosphäre abgegebenen unverbrannten Kraftstoffbestandteile gedrosselt wird. Um diese Anforderung gemäß der herkömmlichen Technik zu erfüllen, wurde ein Sekundärluftzufuhrgerät für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wie es in der Offenlegungsschrift der Japanischen Patentanmeldung JP 8-74568 A beschrieben ist.

Wenn der Emissionsregelkatalysator nicht aktiviert ist, beispielsweise bei einem Kaltstart des Motors, führt das Sekundärluftzufuhrgerät Sekundärluft in einen Abgaskanal des Motors zu, um ein mageres Luftkraftstoffverhältnis des Abgases zu erreichen, so dass Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC) aus dem Abgas oxidiert werden und im Wesentlichen beseitigt werden, und so dass Wärme erzeugt wird durch die Oxidationsreaktion von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen, die verwendet wird zum Erreichen einer schnellen Aktivierung des Emissionsregelkatalysators.

Da jedoch die Atmosphärentemperatur in dem Abgaskanal bei einem Kaltstart des Motors niedrig ist, ist es schwierig, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe ausreichend zu oxidieren und entfernen lediglich durch Erreichen eines mageren Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases durch Hinzufügen der Sekundärluft zu dem Abgas. Wenn die Oxidationsreaktionen von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen nicht ausreichend durchgeführt werden, wird die Menge der während den Oxidationsreaktionen erzeugten Wärme klein, so dass das Erreichen einer frühen Aktivierung des Emissionsregelkatalysators schwierig wird.

Die den gattungsbildenden Stand der Technik darstellende DE 199 14 787 A1 offenbart ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor mit einem Abgasdrosselventil, das in der Abgasleitung eines Verbrennungsmotors in Strömungsrichtung oberhalb eines Katalysators angeordnet ist. wenn der Nox-Katalysator regeneriert werden muss, wird ein Reduktionsmittel dem Abgas zugesetzt. Darüber hinaus wird das Abgasdrosselventil, welches in der Abgasleitung angeordnet ist, geschlossen, um eine Menge an Abgas, welche in den Nox-Katalysator einströmt, zu reduzieren, um eine Verbrauchsmenge an Reduktionsmittel zu verringern. In anderen Worten ausgedrückt, behandelt die DE 199 14 787 A1 ein System für das Regenerieren eines Katalysators.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verringerung eines Verschlechterungsgrades bezüglich der Abgasemissionsqualität insbesondere zum Zeitpunkt des Starts eines kalten Motors zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Abgastemperaturerhöhungsverfahren mit den technischen Merkmalen gemäß dem anliegenden Patentanspruch 1 sowie durch eine Abgastemperaturerhöhungseinrichtung mit den technischen Merkmalen gemäß dem anliegenden Patentanspruch 4 gelöst.

Gemäß der Erfindung wird das Abgasdrosselventil, welches in der Abgasleitung angeordnet ist, im Wesentlichen vollständig geschlossen, wenn die Abgastemperatur angehoben werden soll. Durch das nahezu vollständige Schließen des Abgasdrosselventils werden unverbrannte Kraftstoffkomponenten im Abgas sowie der Sauerstoff der Sekundärluft einer hohen Temperatur für eine lange Zeit ausgesetzt. Aus diesem Grunde
kann die Erfindung eine Oxidationsreaktion zwischen unverbrannten Kraftstoffkomponenten und dem Sauerstoff beschleunigt werden, wobei eine frühzeitige Aktivierung des Emissionsregelkatalysators erreicht wird.

Eine Abgastemperaturerhöhungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine in Übereinstimmung mit einem Gesichtspunkt der Erfindung umfasst grundsätzlich einen Abgaskanal, der mit der Brennkraftmaschine verbunden ist, eine Abgasdrosselklappe, die in dem Abgaskanal vorgesehen ist und eine Durchflussmenge des Abgases einstellt, das in den Abgaskanal strömt, eine Ventilsteuereinrichtung zum Steuern der Abgasdrosselklappe auf einen im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand, wenn eine Menge der in dem Abgas enthaltenen unverbrannten Kraftstoffbestandteile reduziert werden soll, eine Motorluftkraftstoffverhältnisregeleinrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine bei einem theoretischen Luftkraftstoffverhältnis oder einem Luftkraftstoffverhältnis mit Kraftstoffüberschuss, wenn die Abgasdrosselklappe gesteuert wird auf den im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand durch die Ventilsteuereinrichtung, und eine Sekundärluftzufuhreinrichtung für die Zufuhr einer Sekundärluft zu einem stromaufwärtigen Abschnitt des Abgaskanals, wenn die Abgasdrosselklappe gesteuert wird auf den im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand durch die Ventilsteuereinrichtung.

In Übereinstimmung mit der wie vorstehend beschriebenen Brennkraftmaschinenabgastemperaturerhöhungseinrichtung, wenn es notwendig wird, die Menge der in dem Abgas enthaltenen unverbrannten Kraftstoffbestandteile zu reduzieren, steuert das Gerät die Abgasdrosselklappe auf den im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand und betreibt die Brennkraftmaschine bei dem theoretischen Luftkraftstoffverhältnis oder einem Luftkraftstoffverhältnis
mit Kraftstoffüberschuss und führt Sekundärluft in einen stromaufwärtigen Abschnitt des Abgaskanals zu.

Da dabei die Abgasdrosselklappe auf den im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand eingerichtet ist, wird der Druck in dem Abgaskanal von dem Motor zu der Abgasdrosselklappe erhöht und die Durchflussrate des Abgases in dem Abgaskanal wird reduziert.

Wenn der Druck in dem Abgaskanal ansteigt, steigt entsprechend die Atmosphärentemperatur in dem Abgaskanal an, so dass die Temperaturabnahme des von den Motor abgegebenen Abgases reduziert wird.

Infolgedessen gibt es hochtemperiertes Abgas unmittelbar stromabwärts des Motors für eine lange Zeit. Wenn bei einem derartigen Zustand Sekundärluft zu dem Abgas zugeführt wird, werden unverbrannte Kraftstoffbestandteile in dem Abgas und Sauerstoff in der Sekundärluft hohen Temperaturen für eine lange Zeit ausgesetzt, so dass die Reaktionen der unverbrannten Kraftstoffbestandteile mit Sauerstoff beschleunigt werden. Wenn die Reaktionen der unverbrannten Kraftstoffbestandteile mit Sauerstoff aktiv werden, erhöht sich die Menge der durch die Reaktionen erzeugten Wärme, so dass die Temperatur des Abgases weiter ansteigt.

Der Abgasdruck, der durch Steuern der Abgasdrosselklappe auf den im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand angehoben ist, wirkt auf den Motor als ein Rückdruck. Da der Motor dabei jedoch bei dem theoretischen Luftkraftstoffverhältnis oder mit einem Luftkraftstoffverhältnis mit Kraftstoffüberschuss betrieben wird, wird der Betriebszustand des Motors nicht instabil.

Nach dem vorstehend beschriebenen Gesichtspunkt ist die Zeit, während der die Menge der unverbrannten Kraftstoffbestandteile in dem Abgas reduziert werden soll,
beispielsweise wenn eine relativ große Menge an unverbrannten Kraftstoffbestandteilen von dem Motor abgegeben wird, beispielsweise eine Zeit, wenn sich der Motor bei einem Aufwärmbetriebszustand nach einem Kaltstart befindet.

Wenn darüber hinaus nach dem vorstehend beschriebenen Gesichtspunkt die Brennkraftmaschine eine Brennkraftmaschine der direkteinspritzenden magerverbrennenden Art ist, die eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder hinein hat und in der Lage ist, umzuschalten zwischen einem geschichteten Ladungsverbrennungsbetrieb und einem homogenen Verbrennungsbetrieb, kann die Motorluftkraftstoffverhältnisregeleinrichtung den homogenen Verbrennungsbetrieb der Brennkraftmaschine veranlassen und kann die Kraftstoffeinspritzeinrichtung veranlassen, ergänzend Kraftstoff einzuspritzen zusätzlich zum Einspritzen einer Hauptmenge des Kraftstoffs, wenn die Abgasdrosselklappe bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand gesteuert wird durch die Ventilsteuereinrichtung, um die Menge der unverbrannten Kraftstoffbestandteile zu reduzieren.

Der Grund, warum der homogene Verbrennungsbetrieb des Motors durchgeführt wird, wenn die Abgasdrosselklappe gesteuert wird bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand, ist folgendermaßen. Wenn die Abgasdrosselklappe bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand gesteuert wird, erhöht sich der Rückdruck, der auf den Motor wirkt. Wenn der Motor sich dabei bei dem geschichteten Ladungsverbrennungsbetriebszustand befindet, wird der Verbrennungszustand des Motors möglicherweise instabil.

Wenn das Kraftstoffeinspritzventil ergänzend Kraftstoff einspritzt (ergänzender Kraftstoff), werden ergänzender Kraftstoff und unverbrannte Kraftstoffbestandteile, d.h. Reste des Hauptkraftstoffs bei hohen Temperaturen für eine lange Zeit verbrannt, so dass die Menge der unverbrannten
Kraftstoffbestandteile in dem Abgas sich auf zuverlässige Weise reduziert.

Als weiterer Stand der Technik sei noch auf die DE 197 55 871 verwiesen, die ein Verfahren für das Aufheizen eines Abgaskatalysators unter Verwendung von Sekundärluft offenbart. Das hierfür vorgesehene Abgasreinigungssystem hat jedoch kein Abgasdrosselventil, welches in eine Abgasleitung angeordnet ist, so dass dann, wenn eine Menge an unverbrannten Kraftstoffkomponenten, die in dem Abgas enthalten sind, reduziert werden sollen, insbesondere im Falle eines Kaltstarts des Verbrennungsmotors, es schwierig ist, CO und HC lediglich durch Zuführen einer Sekundärluft in das Abgas zu oxidieren. Aus diesem Grunde kann auch das System gemäß der DE 197 55 871 keine Frühzeitige Aktivierung des Emissionsregelkatalysators erreichen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert.
1 stellt ein schematisches Diagramm einer Brennkraftmaschine dar, auf die ein Abgastemperaturerhöhungseinrichtung oder -gerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung angewandt ist.
2 stellt ein Diagramm einer internen Bauweise einer ECU bei dem ersten Ausführungsbeispiel dar.
3 stellt ein Ablaufdiagramm einer Abgastemperaturerhöhungsregelroutine bei dem ersten Ausführungsbeispiel dar.
4 stellt ein schematisches Diagramm einer Brennkraftmaschine dar, auf die ein Abgastemperaturerhöhungseinrichtung oder -gerät gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung angewandt ist.
5 stellt ein Diagramm einer internen Bauweise einer ECU bei dem zweiten Ausführungsbeispiel dar.
6 stellt ein Ablaufdiagramm einer Abgastemperaturerhöhungsregelroutine bei dem ersten Ausführungsbeispiel dar.
Spezifische Ausführungsbeispiele des Abgastemperaturerhöhungsgeräts für eine Brennkraftmaschine der Erfindung werden beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Ein erstes Ausführungsbeispiel des Brennkraftmaschinenabgastemperaturerhöhungsgeräts der Erfindung wird beschrieben unter Bezugnahme auf 1 bis 3.
1 zeigt ein schematisches Diagramm einer Brennkraftmaschine und deren Ansaug-/Abgassystem, auf das ein Abgastemperaturerhöhungsgerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel angewandt ist.
Eine in 1 gezeigte Brennkraftmaschine ist ein Magermixmotor, der in der Lage ist, Gemische mit einem Sauerstoffüberschuss zu verbrennen. Der Motor 1 ist ein wassergekühlter Viertaktbenzinmotor mit vier Zylindern 21.
Der Motor 1 hat Zündkerzen 25, die montiert sind, um den Brennkammern der jeweiligen Zylinder 21 zugewandt zu sein. Ein Ansaugkrümmer 33 und ein Abgaskrümmer 45 sind mit dem Motor 1 verbunden.
Die Zweigleitungen des Ansaugkrümmers 33 sind mit den jeweiligen Zylindern 21 verbunden über (nicht gezeigte) Einlassanschlüsse des Motors 1. Der Ansaugkrümmer 33 ist mit einem Windkessel 34 verbunden. Der Windkessel 34 ist mit einer Luftreinigerbox 36 verbunden über eine Ansaugleitung 35.
Die Zweigleitungen des Ansaugkrümmers 33 sind mit Kraftstoffeinspritzventilen 11 versehen, die Kraftstoff zu den Einlassanschlüssen der jeweiligen Zylinder 21 einspritzen. Jedes Kraftstoffeinspritzventil 11 ist mit einer Kraftstoffverteilerleitung 10 verbunden. Die Kraftstoffverteilerleitung 10 ist mit einer (nicht gezeigten) Kraftstoffpumpe verbunden.
Die Ansaugleitung 35 ist mit einer Drosselklappe 39 versehen zum Einstellen der Durchflussmenge der Frischluft in der Ansaugleitung 35. Die Drosselklappe 39 ist mit einem Drosselstellglied 40 versehen, das durch einen Schrittmotor oder dergleichen gebildet ist und die Drosselklappe 39 öffnet und schließt in Übereinstimmung mit dem Betrag des angelegten Stroms, und einem Drosselpositionssensor 41, der ein elektrisches Signal in Übereinstimmung mit dem Öffnungsgrad der Drosselklappe 39 abgibt.
Die Drosselklappe 39 ist auch mit einem (nicht gezeigten) Gaspedalhebel versehen, der gedreht wird in Verbindung mit einem Gaspedal 42. Der Gaspedalhebel ist mit einen Gaspedalpositionssensor 43 versehen, der ein elektrisches Signal abgibt in Übereinstimmung mit der Drehposition des Gaspedalhebels (d.h. dem Betrag der Niederdrückung des Gaspedals 42).
Ein Luftmengenmesser 44, der ein elektrisches Signal abgibt in Übereinstimmung mit der Masse der Frischluft, die durch die Ansaugleitung 35 strömt (Ansaugluftmasse) ist bei einer Stelle in der Ansaugleitung 35 stromaufwärts der Drosselklappe 39 vorgesehen.
Die Zweigleitungen des Abgaskrümmers 45 sind mit den entsprechenden Zylindern 21 verbunden über (nicht gezeigte) Auslassanschlüsse des Motors 1. Der Motor 1 hat Sekundärlufteinspritzdüsen 53, die jeweils so montiert sind, dass die Düsenöffnung einen entsprechenden Auslassanschluss des Zylinders zugewandt ist. Die Sekundärlufteinspritzdüsen 53 sind mit einer (nicht gezeigten) Luftpumpe verbunden und spritzen Sekundärluft ein, die von der Luftpumpe zugeführt wird, in den Auslassanschluss hinein.
Der Abgaskrümmer 45 ist mit einer Emissionsregelkatalysatorvorrichtung verbunden. Die Emissionsregelkatalysatorvorrichtung 46 ist mit einer Abgasleitung 47 verbunden, die auf der stromabwärtigen Seite mit einem (nicht gezeigten) Schalldämpfer verbunden ist.
Die Emissionsregelkatalysatorvorrichtung 46 ist beispielsweise eine NO_x Katalysatorvorrichtung der Absorptionsreduktionsart, die Stickoxide (NO_x) aus dem Abgas absorbiert, wenn das Luftkraftstoffverhältnis des in die Emissionsregelkatalysatorvorrichtung 46 einströmenden Abgases sich auf der mageren Seite befindet, und die absorbierten Stickoxide (NO_x) freigibt und sie reduziert zu Stickstoff (N₂), wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, das in die Emissionsregelkatalysatorvorrichtung 46 einströmt, niedrig wird und ein Reduktionsmittel vorhanden ist (nachfolgend wird die Emissionsregelkatalysatorvorrichtung 46 als "NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart" bezeichnet).
Die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart ist aus einer Stütze hergestellt, in der Kanäle, die offen sind bei deren stromaufwärtigen Enden und geschlossen sind bei ihren stromabwärtigen Enden, und Kanäle, die bei ihren stromaufwärtigen Enden geschlossen sind und offen sind bei ihren stromabwärtigen Enden, in einer Honigwabengestalt abwechselnd angeordnet sind, und ein NO_x Absorptionsmittel ist an Wandflächen der individuellen Kanäle gestützt.
Die Stütze ist beispielsweise gebildet aus einer porösen Keramik. Das NO_x Absorptionsmittel kann hergestellt sein beispielsweise aus einem Edelmetall, wie beispielsweise Platin oder dergleichen und zumindest einer Art, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Alkalimetallen besteht, wie beispielsweise Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li), Cesium (Cs) etc., Alkalierden, wie beispielsweise Barium (Ba), Kalzium (Ca) etc. und seltenen Erden, wie beispielsweise Lanthan (La), Yttrium (Y) etc. Dieses Ausführungsbeispiel wird beschrieben im Zusammenhang mit einem NO_x Absorptionsmittel, das aus Ba und Pt hergestellt ist.
Die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart, die wie vorstehend beschrieben abgebildet ist, wirkt folgendermaßen. Wenn das Luftkraftstoffverhältnis des in die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptions- und Reduktionsart einströmenden Abgases verschoben wird zu der mageren Seite und die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas hoch wird, lagert sich Sauerstoff (O₂) aus dem Abgas an der Pt-Oberfläche des NO_x Absorptionsmittels ab in der Gestalt von O₂ ^– oder O^2–. Anschließend reagiert Stickstoffmonoxid (NO) aus dem Abgas mit O₂ ^– oder O^2– an den Platinoberflächen, um Stickstoffdioxide zu bilden (NO₂).
Das Stickstoffdioxid (NO₂) verbindet sich mit Bariumoxid (BaO), während es oxidiert wird an den Platinoberflächen, wodurch Nitrationen (NO₃ ^–) gebildet werden. Somit werden Stickoxide (NO_x) aus dem Abgas in der Gestalt von NO₃ ^– in dem NO_x Absorptionsmittel absorbiert.
Die NO_x Absorption setzt sich fort solange wie das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases, das in die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart einströmt, sich auf der mageren Seite befindet und die NO_x Absorptionsfähigkeit des NO_x Absorptionsmittels nicht gesättigt ist.
Wenn im Gegensatz die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, das in die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart einströmt, niedrig wird, nimmt eine Menge der Stickstoffdioxide (NO₂) ab, die in dem NO_x Absorptionsmittel erzeugt werden, so dass Nitrationen NO₃ ^–, die an Bariumoxid (BaO) gebunden sind, zu Stickstoffoxid zurückkehren (NO₂), wodurch das NO_x Absorptionsmittel desorbiert wird.
Wenn somit die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, das in die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart einströmt, abnimmt, kehren die Stickoxide (NO_x), die in dem NO_x Absorptionsmittel in der Gestalt von NO₃ ^– absorbiert sind, zu Stickstoffdioxid (NO₂) zurück und werden freigegeben in dieser Gestalt aus dem NO_x Absorptionsmittel.
Die aus dem NO_x Absorptionsmittel freigegebenen Stickoxide (NO_x) werden reduziert zu Stickstoff (N₂) und dergleichen durch Reaktionen mit Reduktionsbestandteilen, die in dem Abgas enthalten sind (beispielsweise aktive Arten, wie beispielsweise CO, HC und dergleichen, die teilweise oxidiert werden durch Reaktionen mit Sauerstoff O₂ ^– oder Sauerstoff O^2– an Platium des NO_x Absorptionsmittels). Die Stickoxide (NO_x) werden somit vermindert.
In 1 ist ein Abgaskrümmer 45 mit einem Luftkraftstoffverhältnissensor 48 versehen, der ein elektrisches Signal in Übereinstimmung mit dem Luftkraftstoffverhältnis des Abgases abgibt, das in die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart einströmt.
Der Luftkraftstoffverhältnissensor 48 ist beispielsweise gebildet durch einen festen Elektrolytabschnitt, der ausgebildet ist in einer rohrförmigen Form durch gesintertes Zirkon (ZrO₂), wobei eine äußere Platinelektrode eine externe Oberfläche des festen Elektrolytabschnitts bedeckt und eine innere Platinelektrode eine interne Oberfläche des festen Elektrolytabschnitts bedeckt. Wenn eine Spannung zwischen den Elektroden angelegt wird, gibt der Luftkraftstoffverhältnissensor 48 einen Wert der Spannung proportional zu der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas ab auf der Grundlage einer Wanderung von Sauerstoffionen (die Konzentration der unverbrannten Kraftstoffbestandteile, wenn das Luftkraftstoffverhältnis sich auf der fetten Seite des stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses befindet).
Eine Abgasdrosselklappe 49, die die Strömung des Abgases in der Abgasleitung 47 drosselt, ist an einer Stelle in der Abgasleitung 47 stromabwärts der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart vorgesehen. Die Abgasdrosselklappe 49 ist mit einem Abgasdrosselstellglied 50 versehen, das gebildet ist durch einen Schrittmotor oder dergleichen und die Abgasdrosselklappe 49 öffnet und schließt in Übereinstimmung mit dem Betrag der angelegten elektrischen Energie.
Der Motor 1 ist mit einem Kurbelpositionssensor 51 ausgestattet, der gebildet ist durch einen Zeitgebungsrotor, der angebracht ist an einem Endabschnitt einer (nicht gezeigten) Kurbelwelle, und einer elektromagnetischen Aufnahme, die an einem Zylinderblock des Motors 1 angebracht ist. Der Kurbelpositionssensor 51 gibt ein Impulssignal jedes Mal dann ab, wenn sich die Kurbelwelle um einen vorgegebenen Winkel (beispielsweise 30°) dreht.
Der Motor 1 ist auch mit einem Wassertemperatursensor 52 ausgestattet, der ein elektrisches Signal abgibt in Übereinstimmung mit der Temperatur des Kühlwassers, das in dem Wassermantel fließt, der in dem Zylinderblock und einem Zylinderkopf des Motors 1 ausgebildet ist.
Der wie vorstehend beschrieben aufgebaute Motor 1 ist mit einer elektronischen Regeleinheit (ECU 20) ausgestattet zum Regeln des Motors 1. Die ECU 20 ist über eine elektrische Verdrahtung mit verschiedenen Sensoren verbunden, wie beispielsweise dem Drosselpositionssensor 41, dem Luftmengenmesser 44, dem Luftkraftstoffverhältnissensor 48, dem Kurbelpositionssensor 51, dem Wassertemperatursensor 52 etc., so dass Ausgangssignale der Sensoren in die ECU 20 eingespeist werden.
Die ECU 20 ist auch über eine elektrische Verdrahtung mit den Kraftstoffeinspritzventilen 11, den Zündkerzen 25, dem Abgasdrosselstellglied 50, den Sekundärlufteinspritzdüsen 53 etc. verbunden, so dass die ECU 20 die Kraftstoffeinspritzventile, die Zündkerzen 25, das Abgasdrosselstellglied 50, die Sekundärlufteinspritzdüsen 53 etc. elektrisch regeln kann.
Wie in 2 gezeigt ist, hat die ECU 20 eine CPU 201, einen ROM 202, einen RAM 203, einen Sicherungs-RAM 204, einen Eingangsanschluss 205 und einen Ausgangsanschluss 206, die miteinander verbunden sind über einen bidirektionalen Bus 200. Die ECU 20 umfasst des Weiteren einen Analogdigitalumwandler (der nachfolgend einfach als "A/D" bezeichnet wird) 207, der mit dem Eingangsanschluss 205 verbunden ist.
Der Eingangsanschluss 205 speist Signale ein, die abgegeben werden von Sensoren, die digitale Signale abgeben, wie beispielsweise der Kurbelpositionssensor 51 und dergleichen, und überträgt die Signale zu der CPU 201 und dem RAM 203.
Der Eingangsanschluss 205 speist Signale ein, die abgegeben werden von Sensoren, die analoge Signale abgeben, wie beispielsweise der Drosselpositionssensor 41, der Gaspedalpositionssensor 43, der Luftmengenmesser 44, der Luftkraftstoffverhältnissensor 48, der Wassertemperatursensor 52 etc. über den A/D 207 und überträgt die Signale zu der CPU 201 und dem RAM 203.
Der Ausgangsanschluss 206 ist über eine elektrische Verdrahtung verbunden mit den Kraftstoffeinspritzventilen 11, den Zündkerzen 25, dem Drosselstellglied 40, dem Abgasdrosselstellglied 50, den Sekundärlufteinspritzdüsen 53 etc. und überträgt Regelsignale, die von der CPU 201 abgegeben werden, auf die Kraftstoffeinspritzventile 11, die Zündkerzen 25, das Drosselstellglied 40, das Abgasdrosselstellglied 50, die Sekundärlufteinspritzdüsen 53 oder dergleichen.
Der ROM 202 speichert eine Abgastemperaturerhöhungsregelroutine zum Erhöhen der Temperatur des Abgases zusätzlich zu verschiedenen anderen Anwendungsprogrammen, wie beispielsweise einer Kraftstoffeinspritzmengenregelroutine zum Ermitteln einer Kraftstoffmenge, die eingespritzt werden soll von Kraftstoffeinspritzventilen 11, einer Kraftstoffeinspritzzeitgebungsregelroutine zum Ermitteln einer Zeitgebung, bei der Kraftstoff einzuspritzen ist von den Kraftstoffventilen 11, einer Luftkraftstoffverhältnisrückführregelroutine zum Regeln der Luftkraftstoffverhältnisrückführregelung der eingespritzten Kraftstoffmenge, einer Zündzeitpunktregelroutine zum Ermitteln eines Zündzeitpunkts der Zündkerzen 25, einer Drosselregelroutine zum Regeln des Öffnungsgrads der Drosselklappe 39, einer NO_x-Beseitigungsregelroutine zum Beseitigen von Stickoxiden (NO_x), die absorbiert sind in der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart etc. Neben den vorstehend erwähnten Anwendungsprogrammen speichert der ROM 202 verschiedene Regelkennfelder. Die Regelkennfelder sind beispielsweise ein Kraftstoffeinspritzmengenregelkennfeld, das eine Beziehung anzeigt zwischen dem Betriebszustand des Motors 1 und der eingespritzten Kraftstoffmenge, ein Kraftstoffeinspritzzeitgebungsregelkennfeld, das eine Beziehung anzeigt zwischen dem Betriebszustand des Motors 1 und der Kraftstoffeinspritzzeitgebung, ein Zündzeitpunktregelkennfeld, das eine Beziehung anzeigt zwischen dem Betriebszustand des Motors 1 und dem Zündzeitpunkt, ein Drosselöffnungsregelkennfeld, das eine Beziehung anzeigt zwischen dem Betriebszustand des Motors 1 und der Drosselklappe 39, ein NO_x Absorptionsmengenregelkennfeld, das den Betriebszustand des Motors 1 anzeigt und die Menge der Stickoxide (NO_x), die absorbiert sind in der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart etc.
Der RAM 203 speichert Ausgangssignale der verschiedenen Sensoren, Betriebsergebnisse der CPU 201 etc. Die Betriebsergebnisse umfassen beispielsweise eine Motordrehzahl, die berechnet wird auf der Grundlage des Ausgangssignals des Kurbelpositionssensors 51. Die Daten angesichts der Motordrehzahl und dergleichen werden mit den neuesten Daten jedes Mal überschrieben, wenn der Kurbelpositionssensor 51 ein Signal abgibt.
Der Sicherungs-RAM 204 ist ein nicht flüchtiger Speicher, der in der Lage ist, Daten zu speichern selbst nachdem der Motor 1 angehalten ist.
Die CPU 201 arbeitet in Übereinstimmung mit den in dem ROM 202 gespeicherten Anwendungsprogrammen, wodurch die Kraftstoffeinspritzregelung, die Zündzeitpunktsregelung, die NO_x Beseitigungsregelung etc. ausgeführt werden zusätzlich zu der Abgastemperaturerhöhungsregelung, die das Wesentliche der Erfindung ist.
Während den Betrieben ermittelt die CPU 201 einen Betriebszustand des Motors 1 unter Verwendung der Werte der Ausgangssignale des Kurbelpositionssensors 51, des Gaspedalsensors 43, des Luftmengenmessers 44 oder dergleichen als Parameter. In Übereinstimmung mit dem ermittelten Betriebszustand führt die CPU 201 verschiedene Regelungen aus.
Wenn beispielsweise die CPU 201 ermittelt, dass der Betriebszustand des Motors 1 ein niedriger oder mittlerer Lastbetriebsbereich ist, regelt die CPU 201 die Menge der Kraftstoffeinspritzung so, dass ein Betrieb (Magermixbetrieb) des Motors 1 veranlasst wird auf der Grundlage eines Gemisches mit Sauerstoffüberschuss (ein Gemisch mit einem mageren Luftkraftstoffverhältnis).
Wenn die CPU 201 ermittelt, dass der Betriebszustand des Motors 1 ein Hochlastbetriebszustand ist, regelt die CPU 201 die Menge der Kraftstoffeinspritzung so, um einen Betrieb (stöchiometrischer Betrieb oder fetter Betrieb) des Motors 1 zu veranlassen auf der Grundlage eines theoretischen Luftkraftstoffverhältnisgemisches oder eines Gemisches mit Kraftstoffüberschuss (fettes Luftkraftstoffverhältnis).
Während dem mageren Betrieb des Motors 1 befindet sich das Luftkraftstoffverhältnis des von dem Motor 1 abgegebenen Abgases auf der mageren Seite, so dass Stickoxide (NO_x), die in dem Abgas enthalten sind, in der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart absorbiert werden. Wenn sich jedoch der magere Betrieb des Motors 1 für eine lange Zeit fortsetzt, besteht eine Gefahr der Sättigung der Fähigkeit der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart zum Absorbieren von Stickoxiden (NO_x). Wenn das passiert, werden Stickoxide aus dem Abgas nicht entfernt oder beseitigt durch die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart, sondern in die Atmosphäre freigelassen.
Deshalb führt die CPU 201 während dem mageren Betrieb des Motors 1 die NO_x Beseitigungsregelung der Freigabe und Reduktion der Stickoxide aus, die in der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart absorbiert sind, in kurzen Zyklen durch Regeln der Menge der Kraftstoffeinspritzung auf eine derartige Weise, dass der stöchiometrische Betrieb oder der fette Betrieb des Motors 1 ausgeführt wird in einer Spitzenart (für eine kurze Zeit) in relativ kurzen Zyklen.
Das heißt, dass bei der NO_x Beseitigungsregelung die CPU 201 eine im Allgemeinen bezeichnete Mager-/Fett-Spitzenregelung ausführt, d.h. den Betriebszustand des Motors 1 so regelt, dass das Abgasluftkraftstoffverhältnis (das Luftkraftstoffverhältnis des Gemisches bei diesem Ausführungsbeispiel) abwechselnd geändert wird zwischen dem mageren Zustand und dem theoretischen oder fetten Luftkraftstoffverhältnis bei einem Spitzenartzustand.
Wenn dabei die Menge der unverbrannten Kraftstoffbestandteile (unverbrannte HC), die im Abgas enthalten sind von dem Motor, zu vermindern ist, führt die CPU 201 die Abgastemperaturerhöhungsregelung aus. Beispiele der Zeit, wenn die Menge der unverbrannten Kraftstoffbestandteile, die in dem Abgas enthalten sind, zu reduzieren sind, umfassen eine Zeit, wenn eine relativ große Menge der unverbrannten HC von dem Motor 1 abgegeben wird und die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart nicht aktiviert ist, wie beispielsweise eine Zeit, wenn sich der Motor 1 bei einem Aufwärmbetriebszustand nach einem Kaltstart befindet.
Bei der Abgastemperaturerhöhungsregelung ermittelt die CPU 201 zunächst, ob die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart aktiviert ist. Beispiele des Verfahrens des Ermittelns, ob die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart aktiviert ist, umfassen ein Verfahren, wobei ein Temperatursensor zum Erfassen der Katalysatorbetttemperatur der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart montiert ist in der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart, und wenn der Wert des Ausgangssignals des Temperatursensors höher oder gleich als eine vorgegebene Aktivierungstemperatur ist, wird ermittelt, dass die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart aktiviert ist, ein Verfahren, wobei die Katalysatorbetttemperatur der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart geschätzt wird auf der Grundlage der Betriebsgeschichte des Motors 1 und dergleichen, und wenn der geschätzte Wert höher oder gleich als die vorgegebene Aktivierungstemperatur ist, wird ermittelt, dass die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart aktiviert ist etc.
Wenn die CPU 201 ermittelt, dass die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart nicht aktiviert ist, führt die CPU 201 einen Abgastemperaturerhöhungsprozess aus, um die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart schnell zu aktivieren. Wenn die CPU 201 ermittelt, dass die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart aktiviert ist, führt die CPU 201 den Abgastemperaturerhöhungsprozess nicht aus.
Bei dem Abgastemperaturerhöhungsprozess regelt die CPU 201 die Menge der Kraftstoffeinspritzung so, um den stöchiometrischen Betrieb oder den fetten Betrieb des Motors 1 zu veranlassen und betreibt die Sekundärlufteinspritzdüsen 53, um Sekundärluft in die Auslassanschlüsse des Motors 1 zuzuführen.
Somit wird die von den Sekundärlufteinspritzdüsen 53 eingespritzte Sekundärluft in das Abgas zugeführt, das von den Brennkammern des Motors 1 abgegeben wird, in die Auslassanschlüsse hinein. Da die Sekundärlufteinspritzdüsen 53 unmittelbar stromabwärts der entsprechenden Brennkammern angeordnet sind, ist die Temperatur des Abgases in den Auslassanschlüssen relativ hoch. Bei der Zufuhr der Sekundärluft in ein derart hochtemperiertes Abgas reagieren in dem Abgas verbleibende unverbrannte HC mit Sauerstoff aus der Sekundärluft, das heißt die unverbrannten HC werden im Wesentlichen beseitigt. Darüber hinaus erhöht die während der Reaktion der unverbrannten HC und Sauerstoff erzeugte Wärme (Reaktionswärme) die Temperatur des Abgases.
Das durch die Wärme der Reaktion zwischen den unverbrannten HC und Sauerstoff erwärmte Abgas fließt von den Auslassanschlüssen in die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart hinein über den Abgaskrümmer 45, wodurch Wärme von dem Abgas auf die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart übertragen wird.
Es soll hier beachtet werden, dass verbranntes Gas nach der Verbrennung in den Brennkammern des Motors 1 in die Auslassanschlüsse abgegeben wird und einen beträchtlichen Druckabfall widerfährt und einen entsprechenden beträchtlichen Temperaturabfall. Deshalb ist es schwierig, die unverbrannten HC, die in dem verbrannten Gas verbleiben, wirksam mit Sauerstoff aus der Sekundärluft reagieren zu lassen.
Wenn darüber hinaus der Motor 1 sich bei einem Aufwärmbetriebszustand nach einem Kaltstart befindet, liegt die Abgasbahn von den Brennkammern 1 des Motors 1 zu der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart (die Auslassanschlüsse und der Abgaskrümmer 45 bei diesem Ausführungsbeispiel) bei einer niedrigeren Temperatur, so dass Wärme übertragen wird von dem Abgas auf die Auslassanschlüsse und den Abgaskrümmer 45. Deshalb besteht eine Gefahr einer niedrigeren Temperatur des Abgases, das die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart erreicht.
Deshalb veranlasst die CPU 201 bei der Abgastemperaturerhöhungsregelung bei diesem Ausführungsbeispiel den stöchiometrischen Betrieb oder den fetten Betrieb und betreibt die Sekundärlufteinspritzdüsen 53 und regelt dann das Abgasdrosselstellglied 50 so, um die Abgasdrosselklappe 49 bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand einzurichten.
Wenn die Abgasdrosselklappe 49 bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand eingerichtet ist, steigt der Druck in der Abgasbahn von den Brennkammern des Motors 1 zu der Abgasdrosselklappe 49 an (den Auslassanschlüssen, dem Abgaskrümmer 45, der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart und einem Abschnitt der Abgasleitung 47 stromaufwärts der Abgasdrosselklappe 49 bei diesem Ausführungsbeispiel) und die Atmosphärentemperatur in dem vorstehend erwähnten Abgaskanal steigt entsprechend an.
Wenn der Druck und die Atmosphärentemperatur in der Abgasbahn von den Brennkammern zu der Drosselklappe 49 angestiegen sind, ist die Temperaturabnahme des verbrannten Gases, die bei der Abgabe von jeder Brennkammer in den Auslassanschluss hinein auftritt, reduziert. Wenn darüber hinaus die Abgasdrosselklappe 49 sich bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand befindet, vermindert sich die Durchflussrate des Abgases in dem Abgaskanal von den Auslassanschlüssen zu der Abgasdrosselklappe 49.
Infolgedessen befindet sich von den Brennkammern des Motors 1 abgegebenes Abgas bei einer hohen Temperatur in der Abgasbahn von den Brennkammern zu der Auslassdrosselklappe 49 für eine lange Zeit, während der unverbrannte HC oxidiert werden, die in dem Abgas enthalten sind.
Es wird bevorzugt, dass der Öffnungsgrad der Auslassdrosselklappe 49 während der Abgastemperaturerhöhungsregelung ein Öffnungsgrad ist, so dass der Rückdruck, der durch den Betrieb der Abgasdrosselklappe 49 verursacht wird, den Verbrennungszustand des Motors 1 nicht verschlechtert. Beispielsweise kann ein optimaler Öffnungsgrad der Abgasdrosselklappe 49 in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Motors 1 vorher empirisch ermittelt werden.
Der Betrieb und die Vorteile des Abgastemperaturerhöhungsgeräts des Ausführungsbeispiels wird nachfolgend beschrieben.
Um die Abgastemperaturerhöhungsregelung zu verwirklichen, führt die CPU 201 eine Abgastemperaturerhöhungsregelroutine aus, wie in 3 dargestellt ist. Diese Routine ist in dem ROM 202 vorher gespeichert. Das Ausführen der Routine wird ausgelöst durch Vollendung des Starts des Motors 1.
Bei der Abgastemperaturerhöhungsregelroutine ermittelt die CPU 201 zunächst beim Schritt S301, ob die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart bereits aktiviert ist.
Wenn beim Schritt S301 ermittelt wird, dass die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart nicht aktiviert ist, geht die CPU 201 zum S302, wobei die CPU 201 das Ausführen des Abgastemperaturerhöhungsprozesses startet, um die Menge der unverbrannten HC in dem Abgas zu reduzieren und die Temperatur des Abgases zu erhöhen.
Insbesondere während dem Abgastemperaturerhöhungsprozess regelt die CPU 201 die Menge der Kraftstoffeinspritzung, um einen fetten Verbrennungsbetrieb oder den stöchiometrischen Verbrennungsbetrieb des Motors 1 zu veranlassen, und regelt die Sekundärlufteinspritzdüsen 53, um Sekundärluft in die Auslassanschlüsse des Motors 1 zuzuführen, und regelt das Abgasdrosselstellglied 50, um die Abgasdrosselklappe 49 bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand einzurichten.
Aufgrund dieses Prozesses steigt der Druck und die Atmosphärentemperatur in der Abgasbahn von den Brennkammern des Motors 1 zu der Abgasdrosselklappe 49 und die Durchflussrate des Abgases in dem Abgaskanal vermindert sich, so dass das von den Brennkammern des Motors 1 abgegebene Abgas und die Sekundärluft, die von den Sekundärlufteinspritzdüsen 53 eingespritzt wird, bei hoher Temperatur in der Abgasbahn sich befinden.
Da in dem Abgas verbleibende unverbrannte HC und Sauerstoff in der Sekundärluft hohen Temperaturen für eine lange Zeit ausgesetzt sind, werden Reaktionen der unverbrannten HC mit Sauerstoff gefördert, wodurch im Wesentlichen die unverbrannten HC beseitigt werden. Darüber hinaus erhöht Wärme, die durch Reaktionen zwischen unverbrannten HC und Sauerstoff erzeugt wird, die Temperatur des Abgases. Wenn die Temperatur des Abgases erhöht ist, wird Wärme übertragen von dem Abgas auf die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart, so dass die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart schnell aktiviert wird.
Da die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart stromaufwärts der Abgasdrosselklappe 49 angeordnet ist, wird darüber hinaus die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart einem hochtemperierten Abgas für eine lange Zeit ausgesetzt, so dass der Temperaturanstieg der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart weiter verbessert ist.
In 3 kehrt die ECU 20 nach dem Ausführen der vorstehend beschriebenen Verarbeitung vom Schritt S302 zum Schritt S301 zurück, wobei die CPU 201 ermittelt, ob die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart aktiviert ist.
Wenn ermittelt wird, dass die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart noch nicht aktiviert ist, setzt die CPU 201 den Abgastemperaturerhöhungsprozess von Schritt S302 fort. Wenn im Gegensatz beim Schritt 5301 ermittelt wird, dass die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart aktiviert ist, schreitet die CPU 201 zum Schritt S303 fort, wobei die CPU 201 das Ausführen des Abgastemperaturerhöhungsprozesses beendet. Anschließend beendet die CPU 201 das Ausführen der Routine.
Somit regelt die CPU 201, die die Abgastemperaturerhöhungsprozessroutine ausführt, die Ventilregeleinrichtung, die Motorluftkraftstoffverhältnisregeleinrichtung und die Sekundärluftzufuhreinrichtung bei der Erfindung.
Deshalb ist das Abgastemperaturerhöhungsgerät dieses Ausführungsbeispiels in der Lage, die Menge der unverbrannten HC in dem Abgas zuverlässig zu reduzieren und eine schnelle Aktivierung der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart zu erreichen, wenn eine relativ große Menge unverbrannter HC von dem Motor 1 abgegeben wird und die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart nicht aktiviert ist.
Ein zweites Ausführungsbeispiel des Brennkraftmaschinenabgastemperaturerhöhungsgeräts der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 4 bis 6 beschrieben, wobei im Wesentlichen dieselben Komponentenelemente wie jene des ersten Ausführungsbeispiels mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind.
4 stellt ein schematisches Diagramm einer Bauweise einer Brennkraftmaschine dar, auf die ein Abgastemperaturerhöhungsgerät gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel angewandt ist. Eine in 4 gezeigte Brennkraftmaschine 100 ist ein Viertaktmotor der direkteinspritzenden Art mit einer Vielzahl von Zylindern 21 und Kraftstoffeinspritzventilen 32 zum Einspritzen von Kraftstoff in die individuellen Zylinder 21 hinein.
Der Motor 100 hat einen Zylinderblock 1b, in dem die Zylinder 21 und ein Kühlwasserkanal 1c ausgebildet sind, und einen Zylinderkopf 1a, der an einem oberen Abschnitt des Zylinderblocks 1b fixiert ist.
Der Zylinderblock 1b stützt auf drehbare Weise eine Kurbelwelle 23, d.h. eine Motorabtriebswelle. Die Kurbelwelle 23 ist mit den Kolben 22 verbunden, die gleitfähig in den entsprechenden Zylindern 21 angeordnet sind.
Oberhalb von jedem Kolben 22 ist eine Brennkammer 24 ausgebildet, die definiert ist durch eine obere Fläche des Kolbens 22 und eine Wandfläche des Zylinderkopfes 1a. Zündkerzen 25 sind an den Zylinderkopf 1a so angebracht, dass jede Zündkerze 25 der entsprechenden der Brennkammern 25 zugewandt ist. Jede Zündkerze 25 ist mit einer Zündeinrichtung 25a verbunden, die einen Antriebsstrom an die Zündkerze 25 anlegt.
Ansauganschlüsse 26 und Auslassanschlüsse 27 sind in dem Zylinderkopf 1a ausgebildet, so dass Öffnungsenden der beiden Ansauganschlüsse 26 und Öffnungsenden der beiden Auslassanschlüsse 27 einer entsprechenden der Brennkammer 24 zugewandt sind. Die Kraftstoffeinspritzventile 32 sind an dem Zylinderkopf 1a angebracht, so dass eine Düsenöffnung von jedem Kraftstoffeinspritzventil 32 der entsprechenden der Brennkammern 24 zugewandt ist.
Sekundärlufteinspritzdüsen 53 sind so montiert, dass deren Düsenöffnung einem entsprechenden der Auslassanschlüsse 27 zugewandt ist. Die Sekundärlufteinspritzdüsen 53 sind mit einer (nicht gezeigten) Luftpumpe verbunden und spritzen Sekundärluft in die Auslassanschlüsse ein, die von der Luftpumpe zugeführt wird.
Das Öffnungsende von jedem Ansauganschluss 26 wird geöffnet und geschlossen durch ein Einlassventil 28, das an dem Zylinderkopf 1a gestützt ist, so dass das Einlassventil 28 rückwärts und vorwärts bewegt werden kann. Die Einlassventile 28 werden rückwärts und vorwärts bewegt durch eine Einlassnockenwelle 33, die drehbar gestützt ist an dem Zylinderkopf 1a.
Das Öffnungsende von jedem Auslassanschluss 27 wird geöffnet und geschlossen durch ein Auslassventil 29, das an dem Zylinderkopf 1a gestützt ist für Rückwärts- und Vorwärtsbewegungen. Die Auslassventile 29 werden rückwärts und vorwärts bewegt durch eine Auslassnockenwelle 31, die drehbar gestützt ist an dem Zylinderkopf 1a.
Die Einlassnockenwelle 30 und die Auslassnockenwelle 31 sind mit der Kurbelwelle 23 über einen (nicht gezeigten) Zahnriemen verbunden, so dass ein Drehmoment übertragen wird von der Kurbelwelle 23 auf die Einlassnockenwelle 30 und die Auslassnockenwelle 31 über den Zahnriemen.
Einer der beiden Ansauganschlüsse 26, der in Verbindung mit jedem Zylinder verbunden ist, ist ausgebildet durch einen geraden Anschluss, der einen linearen Kanal hat, der sich erstreckt von einem Öffnungsende des Ansauganschlusses 26 einer externen Wand des Zylinderkopfes 1a zu seinem Öffnungsende, das der Brennkammer 24 zugewandt ist. Der andere Ansauganschluss 26 ist durch einen spiraligen Anschluss ausgebildet, der einen Kanal hat, der sich erstreckt von einem Öffnungsende des Ansauganschlusses 26 an der externen Wand des Zylinderkopfes 1a zu seinem Öffnungsende, das der Brennkammer 24 zugewandt ist und sich krümmt auf einer Ebene, die senkrecht zu einer Achse des Zylinders 21 ist.
Jeder Ansauganschluss 26 ist mit einer entsprechenden der Zweigleitungen des Ansaugkrümmers 33 verbunden, der an dem Zylinderkopf 1a angebracht ist.
Die Zweigleitung, die mit dem geraden Anschluss der beiden Ansauganschlüsse 26 von jedem Zylinder 21 verbunden ist, ist mit einem Drallsteuerventil 37 versehen, das die Durchflussmenge in der Zweigleitung einstellt.
Jedes Drallsteuerventil 37 ist mit einem SCV Stellglied 37a versehen, das gebildet ist durch einen Schrittmotor oder dergleichen und das Drallsteuerventil 37 öffnet und schließt in Übereinstimmung mit dem Betrag des angelegten Stroms, und einem SCV Positionssensors 37b, der ein elektrisches Signal abgibt, das dem Öffnungsgrad des Drallsteuerventils 37 entspricht.
Der Ansaugkrümmer 33 ist mit einem Windkessel 34 verbunden zum Reduzieren von Pulsieren der Strömung der Ansaugluft. Der Windkessel 34 ist mit einer Ansaugleitung 35 verbunden. Die Ansaugleitung 35 ist mit einem Luftreiniger 36 verbunden zum Entfernen von Staub und Schmutz aus der Ansaugluft.
Die Ansaugleitung 35 ist mit einer Drosselklappe 39 versehen zum Einstellen der Durchflussmenge an Frischluft in der Ansaugleitung 35. Die Drosselklappe 39 ist mit einem Drosselstellglied 40 versehen, das gebildet ist durch einen Schrittmotor oder dergleichen und die Drosselklappe 39 öffnet und schließt in Übereinstimmung mit dem Betrag des angelegten Stroms, und einem Drosselpositionssensor 41, der ein elektrisches Signal abgibt in Übereinstimmung mit dem Öffnungsgrad der Drosselklappe 39.
Die Drosselklappe 39 ist auch mit einem (nicht gezeigten) Gaspedalhebel versehen, der gedreht wird im Zusammenhang mit einem Gaspedal 42. Der Gaspedalhebel ist mit einem Gaspedalpositionssensor 43 versehen, der ein elektrisches Signal abgibt in Übereinstimmung mit der Drehposition des Gaspedalhebels (d.h. dem Niederdrückungsbetrag des Gaspedals 42).
Stromaufwärts der Ansaugleitung 35 ist ein Luftmengenmesser 44 vorgesehen, der ein elektrisches Signal abgibt in Übereinstimmung mit der Masse der Frischluft, die in der Ansaugleitung 35 strömt (Ansaugluftmasse).
Jeder Abgasanschluss 27 des Motors 100 ist mit einer entsprechenden der Zweigleitungen des Abgaskrümmers 45 verbunden, der an dem Zylinderkopf 1a angebracht ist. Der Abgaskrümmer 45 ist mit einer Abgasleitung 47 verbunden über eine NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Adsorptionsreduktionsart. Die Abgasleitung 47 ist bei ihrem stromabwärtigen Ende mit einem (nicht gezeigten) Schalldämpfer verbunden.
Der Abgaskrümmer 45 ist mit einem Luftkraftstoffverhältnissensor 48 versehen, der ein elektrisches Signal abgibt in Übereinstimmung mit dem Luftkraftstoffverhältnis des Abgases, das in dem Abgaskrümmer 45 strömt.
Eine Abgasdrosselklappe 49, die die Strömung des Abgases in der Abgasleitung 47 drosselt, ist in der Abgasleitung 47 vorgesehen. Die Abgasdrosselklappe 49 ist mit einem Abgasdrosselstellglied 50 versehen, das gebildet ist durch einen Schrittmotor oder dergleichen und das die Abgasdrosselklappe 49 öffnet und schließt in Übereinstimmung mit dem Betrag des angelegten Stroms.
Der Motor 100 ist mit einem Kurbelpositionssensor 51 ausgestattet, der gebildet ist durch einen Zeitgebungsrotor 51a, der an einem Endabschnitt einer Kurbelwelle 23 angebracht ist, und einer elektromagnetischen Aufnahme 51b, die an einem Abschnitt des Zylinderblocks 1b nahe dem Zeitgebungsrotor 51a angebracht ist. Der Motor 100 ist auch mit einem Wassertemperatursensor 52 ausgestattet, der an dem Zylinderblock 1b angebracht ist, um die Temperatur des Kühlwassers zu erfassen, das in dem Wasserkanal 1c fließt, der in dem Motor 100 ausgebildet ist.
Der Motor 100, der wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, ist mit einer elektronischen Regeleinheit (ECU 20) zum Regeln des Motors 100 ausgestattet.
Die ECU 20 ist über eine elektrische Verdrahtung mit verschiedenen Sensoren verbunden, wie beispielsweise dem SCV Positionssensor 37b, dem Drosselpositionssensor 41, dem Gaspedalpositionssensor 43, dem Luftmengenmesser 44, dem Luftkraftstoffverhältnissensor 48, dem Kurbelpositionssensor 51, dem Wassertemperatursensor 52 etc., so dass Ausgangssignale der Sensoren in die ECU 20 eingespeist werden.
Die ECU 20 ist auch über eine elektrische Verdrahtung mit Zündeinrichtungen 25a verbunden, den Kraftstoffeinspritzventilen 32, den SCV Stellgliedern 37a, dem Drosselstellglied 40, dem Abgasdrosselstellglied 50, den Sekundärlufteinspritzdüsen 53, etc., so dass die ECU 20 die Zündeinrichtungen 25a, die Kraftstoffeinspritzventile 32, die SCV Stellglieder 37a, das Drosselstellglied 40, das Abgasdrosselstellglied 50, die Sekundärlufteinspritzdüsen 53 regeln kann unter Verwendung der Werte der Ausgangssignale der verschiedenen Sensoren als Parameter.
Wie in 5 gezeigt ist, hat die ECU 20 eine CPU 201, einen ROM 202, einen RAM 203, einen Sicherungs-RAM 204, einen Eingangsanschluss 205 und einen Ausgangsanschluss 206, die zwischenverbunden sind über einen bidirektionalen Bus 200. Die ECU 20 umfasst des Weiteren einen Analogdigitalumwandler (der nachfolgend einfach als "A/D" bezeichnet wird) 207, der mit dem Eingangsanschluss 205 verbunden ist.
Der Eingangsanschluss 205 gibt Signale ab, die von Sensoren abgegeben werden, die digitale Signale abgeben, wie beispielsweise der Kurbelpositionssensor 51 und dergleichen, und überträgt die Signale zu der CPU 201 und dem RAM 203.
Der Eingangsanschluss 205 speist Signale ein, die von Sensoren abgegeben werden, die analoge Signale abgeben, wie beispielsweise der SCV Positionssensor 37b, der Drosselpositionssensor 41, der Gaspedalpositionssensor 43, der Luftmengenmesser 44, der Luftkraftstoffverhältnissensor 48, der Wassertemperatursensor 52, etc. über den A/D 207 und überträgt die Signale an die CPU 201 und den RAM 203.
Der Ausgangsanschluss 206 überträgt Regelsignale, die von der CPU 201 abgegeben werden, an die Zündeinrichtungen 25a, die Kraftstoffeinspritzventile 32, die SCV Stellglieder 37a, das Drosselstellglied 40, das Abgasdrosselstellglied 50, die Sekundärlufteinspritzdüsen 53 oder dergleichen.
Der ROM 202 speichert eine Abgastemperaturerhöhungsregelroutine zum Erhöhen der Temperatur des Abgases zusätzlich zu verschiedenen anderen Anwendungsprogrammen, wie beispielsweise einer Kraftstoffeinspritzmengenregelroutine zum Ermitteln einer Kraftstoffmenge, die einzuspritzen ist, einer Kraftstoffeinspritzzeitgebungsregelroutine zum Ermitteln einer Kraftstoffeinspritzzeitgebung, einer Zündzeitpunktregelroutine zum Ermitteln eines Zündzeitpunkts der Zündkerzen 25, einer Drosselregelroutine zum Regeln des Öffnungsgrads der Drosselklappe 39, einer NO_x Beseitigungsregelroutine zum Beseitigen von Stickoxiden (NO_x), die in der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart absorbiert sind, etc.
Neben den vorstehend erwähnten Anwendungsprogrammen speichert der ROM 202 verschiedene Regelkennfelder. Die Regelkennfelder sind beispielsweise ein Kraftstoffeinspritzmengenregelkennfeld, das eine Beziehung anzeigt zwischen dem Betriebszustand des Motors 100 und der eingespritzten Kraftstoffmenge, ein Kraftstoffeinspritzzeitgebungsregelkennfeld, das eine Beziehung anzeigt zwischen dem Betriebszustand des Motors 100 und der Kraftstoffeinspritzzeitgebung, ein Zündzeitpunktregelkennfeld, das eine Beziehung anzeigt zwischen dem Betriebszustand des Motors 100 und dem Zündzeitpunkt, ein SCV Öffnungsregelkennfeld, das eine Beziehung anzeigt zwischen dem Betriebszustand des Motors 100 und einem Drallsteuerventil (SCV) 37, ein Drosselöffnungsregelkennfeld, das eine Beziehung anzeigt zwischen dem Betriebszustand des Motors 100 und der Drosselklappe 39, ein NO_x Absorptionsmengenregelkennfeld, das eine Beziehung anzeigt zwischen dem Betriebszustand des Motors 100 und der Menge der Stickoxide (NO_x), die in der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart absorbiert sind, etc.
Der RAM 203 speichert Ausgangssignale der verschiedenen Sensoren, Betriebsergebnisse der CPU 201 etc. Die Betriebsergebnisse umfassen beispielsweise eine Motordrehzahl, die berechnet wird auf der Grundlage des Ausgangssignals des Kurbelpositionssensors 51. Die Daten angesichts der Betriebsergebnisse, die in dem RAM 203 gespeichert werden, werden mit den neuesten Daten überschrieben jedes Mal, wenn der Kurbelpositionssensor 51 ein Signal abgibt.
Der Sicherungs-RAM 204 ist ein nicht flüchtiger Speicher, der Daten behält selbst nachdem der Motor 100 angehalten ist.
Die CPU 201 arbeitet in Übereinstimmung mit in dem ROM 202 gespeicherten Anwendungsprogrammen, wodurch die Kraftstoffeinspritzregelung, die Zündregelung, die SCV Regelung, die Drosselregelung, die NO_x Beseitigungsregelung, die Abgastemperaturerhöhungsregelung etc. ausgeführt werden.
Während den Betrieben ermittelt die CPU 201 einen Betriebszustand des Motors 100 unter Verwendung der Werte der Ausgangssignale des Kurbelpositionssensors 51, des Gaspedalpositionssensors 43, des Luftmengenmessers 44 oder dergleichen als Parameter. In Übereinstimmung mit dem ermittelten Betriebszustand führt die CPU 201 verschiedene Regelungen aus.
Wenn beispielsweise die CPU 201 ermittelt, dass der Betriebszustand des Motors 100 ein Niedriglastbetriebsbereich ist, arbeitet die CPU 201, um eine geschichtete Ladungsverbrennung eines Gemisches mit Sauerstoffüberschuss (mageres Gemisch) zu verwirklichen. Das heißt, dass die CPU 201 den Öffnungsgrad der Drallsteuerventile 37 reduziert durch Senden eines Regelsignals zu den SCV Stellgliedern 37a und die Drosselklappe 39 bei dem im Wesentlichen vollständig offenen Zustand einrichtet durch Senden eines Regelsignals zu dem Drosselstellglied 40 und die Kompressionshubeinspritzung ausführt durch Anlegen eines Antriebssignals an jedes Kraftstoffeinspritzventil 32 während dem Kompressionshub.
Dabei wird Frischluft in die Brennkammern 24 von jedem Zylinder 21 eingeführt hauptsächlich durch den spiraligen Ansauganschluss 26 während dem Ansaughub des Zylinders 21, so dass eine Drallströmung (Drall) in der Brennkammer 24 auftritt. Während dem folgenden Kompressionshub wird Kraftstoff in die Brennkammer 24 eingespritzt von dem Kraftstoffeinspritzventil 32 und dreht sich beim Verfolgen des Dralls und bewegt sich in die Nähe der Zündkerze 25 bei einer vorgegebenen Zeitgebung. Dabei ist ein im Allgemeinen geschichteter Zustand in der Brennkammer 24 eingerichtet, bei dem eine brennbare Gemischschicht in der Nähe der Zündkerze 25 in der Brennkammer 24 gebildet ist und eine Luftschicht in dem anderen Bereich gebildet ist.
Wenn dabei der geschichtete Zustand in der Brennkammer 24 des Zylinders 21 eingerichtet ist, treibt die CPU 201 die Zündeinrichtung 25a an, um einen Funken von der Zündkerze 25 zu erzeugen. Infolgedessen brennt das Luftkraftstoffgemisch (einschließlich der brennbaren Gemischschicht und der Luftschicht) in der Brennkammer 24, wobei die brennbare Gemischschicht in der Nachbarschaft der Zündkerze 25 als eine Zündquelle dient.
Die einzuspritzende Kraftstoffmenge während der geschichteten Ladungsverbrennungsbetriebsart wird ermittelt unter Verwendung des Gaspedalniederdrückungsbetrags und der Motordrehzahl als Parameter. Insbesondere ermittelt die CPU 201 eine einzuspritzende Kraftstoffmenge (oder Kraftstoffeinspritzdauer) unter Verwendung eines Kennfelds, das eine Beziehung anzeigt zwischen dem Wert des Ausgangssignals des Gaspedalpositionssensors 43 (Niederdrückungsbetrag des Gaspedals), der Motordrehzahl und der eingespritzten Kraftstoffmenge.
Wenn die CPU 201 ermittelt, dass der Betriebszustand des Motors 100 ein Zwischenlastbetriebsbereich ist, arbeitet die CPU 201, um eine homogene Verbrennung eines Gemisches mit einem in etwa stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis zu verwirklichen. Das heißt, dass die CPU 201 den Öffnungsgrad der Drallsteuerventile 37 reduziert durch Senden eines Regelsignals zu den Stellgliedern 37a und eine Ansaughubkraftstoffeinspritzung veranlasst durch Anlegen des Antriebsstrom an das Kraftstoffeinspritzventil 32 von jedem Zylinder 21 während dem Ansaughub des Zylinders 21.
Dabei vermischen sich Frischluft und Kraftstoff homogen, um ein mageres Gemisch im Wesentlichen in der gesamten Brennkammer 24 von jedem Zylinder 21 vorzusehen, wodurch eine homogene magere Verbrennung verwirklicht wird.
Wenn die CPU 201 ermittelt, dass der Betriebszustand des Motors 100 ein Hochlastbetriebsbereich ist, arbeitet die CPU 201, um eine homogene Verbrennung eines Gemisches mit einem im Wesentlichen stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis zu erreichen. Das heißt, dass die CPU 201 die Drallsteuerventile 37 bei dem vollständig offenen Zustand einrichtet durch Senden eines Regelsignals zu den Stellgliedern 37a und ein Regelsignal zu dem Drosselstellglied 40 sendet, so dass die Drosselklappe 39 bei einem Öffnungsgrad eingerichtet wird in Übereinstimmung mit dem Niederdrückungsbetrag des Gaspedals 42 (dem Wert des Ausgangssignals des Gaspedalspositionssensors 43) und veranlasst die Ansaughubkraftstoffeinspritzung durch Anlegen des Antriebsstroms an das Kraftstoffeinspritzventil 32 von jedem Zylinder 21 während dem Ansaughub des Zylinders 21.
Dabei vermischen sich Frischluft und Kraftstoff homogen, um im Wesentlichen ein stöchiometrisches Luftkraftstoffverhältnisgemisch im Wesentlichen in der gesamten Brennkammer 24 von jedem Zylinder 21 vorzusehen, wodurch eine homogene Verbrennung erreicht wird.
Während dem Übergang von der geschichteten Ladungsverbrennungsregelung zu der homogenen Verbrennungsregelung oder während dem Übergang von der homogenen Verbrennungsregelung zu der geschichteten Ladungsverbrennungsregelung kann die CPU 201 den Antriebsstrom an das Kraftstoffeinspritzventil 32 von jedem Zylinder 21 zweimal anlegen, d.h. den Antriebsstrom separat während dem Kompressionshub und während dem Ansaughub des Zylinders 21 anlegen, um Schwankungen des Drehmoments des Motors 100 zu verhindern.
Dabei wird eine brennbare Gemischschicht in der Nachbarschaft der Zündkerze 25 gebildet und eine magere Gemischschicht wird in dem anderen Bereich in der Brennkammer 24 von jedem Zylinder 21 gebildet, wodurch eine im Allgemeinen bezeichnete schwachgeschichtete Ladungsverbrennung erreicht wird.
Wenn der Betriebszustand des Motors 100 ein Leerlaufbetriebsbereich ist, führt die CPU 201 eine im Allgemeinen bezeichnete Rückführleerlaufdrehzahlregelung (ISC) aus. Das heißt, dass die CPU 201 den Öffnungsgrad der Drosselklappe 39 so regelt, um einen Durchfluss der Ansaugluft zu gewährleisten, der nötig ist zum Konvergieren der Istmotordrehzahl an die Solldrehzahl.
Wenn sich der Motor 100 bei dem geschichteten Ladungsverbrennungsbetriebszustand befindet, dem homogenen mageren Verbrennungsbetriebszustand oder dem schwachgeschichteten Ladungsverbrennungsbetriebszustand, d.h. wenn sich der Motor 100 bei dem mageren Betriebszustand befindet, befindet sich das Luftkraftstoffverhältnis des von dem Motor 100 abgegebenen Abgases auf der mageren Seite, so dass Stickoxide (NO_x), die in dem Abgas enthalten sind, in der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart absorbiert werden. Wenn jedoch der magere Betrieb des Motors 100 sich für eine lange Zeit fortsetzt, besteht eine Gefahr der Sättigung der Fähigkeit der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart zum Absorbieren von Stickoxiden (NO_x). Wenn das auftritt, werden Stickoxide (NO_x) aus dem Abgas nicht beseitigt oder entfernt durch die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart, sondern in die Atmosphäre freigelassen.
Deshalb führt in Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel die CPU 201 während dem mageren Betriebszustand des Motors 100 die NO_x Beseitigungsregelung der Freigabe und Reduktion der Stickoxide (NO_x) aus, die in der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart absorbiert sind, in kurzen Zyklen durch Ausführen einer Fettspitzenregelung, um ein fettes Luftkraftstoffverhältnis in relativ kurzen Zyklen zu erreichen.
Während der Fettspitzenregelung kann die CPU 201 zeitweilig ein theoretisches Luftkraftstoffverhältnis (oder ein fettes Luftkraftstoffverhältnis) des Abgases erreichen über eine ergänzende Einspritzregelung der ergänzenden Einspritzung von Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil von jedem Zylinder während dem Kompressionshub oder dem Auslasshub oder kann zeitweilig ein theoretisches Luftkraftstoffverhältnis (oder ein fettes Luftkraftstoffverhältnis) des Abgases erreichen durch zeitweiliges Umschalten des Betriebszustands des Motors 100 zu dem homogenen Verbrennungsbetrieb.
Wenn dabei die Menge der unverbrannten Kraftstoffbestandteile (unverbrannte HC), die in dem Abgas enthalten sind, von dem Motor 100 reduziert werden sollen, führt die CPU 201 die Abgastemperaturerhöhungsregelung aus. Beispiele der Zeit, wenn die Menge der in dem Abgas enthaltenen unverbrannten Kraftstoffbestandteile reduziert werden soll, umfassen eine Zeit, wenn eine relativ große Menge an unverbrannten HC von dem Motor 100 abgegeben wird und die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart nicht aktiviert ist, wie beispielsweise eine Zeit, wenn der Motor 100 sich bei einem Aufwärmbetriebszustand nach einem Kaltstart befindet.
Bei der Abgastemperaturerhöhungsregelung ermittelt die CPU 201 zunächst, ob die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart aktiviert ist. Wenn ermittelt wird, dass die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart nicht aktiviert ist, führt die CPU 201 den Abgastemperaturerhöhungsprozess aus, um eine schnelle Aktivierung der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart zu erreichen. Wenn ermittelt wird, dass die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart aktiviert ist, führt die CPU 201 den Abgastemperaturerhöhungsprozess nicht aus.
Bei dem Abgastemperaturerhöhungsprozess regelt die CPU 201 die Kraftstoffeinspritzventile 32, die SCV Stellglieder 37a, das Drosselstellglied 40 und die Zündeinrichtungen 25a, um einen homogenen Verbrennungsbetriebszustand des Motors 100 zu erreichen auf der Grundlage eines theoretischen Luftkraftstoffverhältnisses oder eines fetten Luftkraftstoffverhältnisses, und regelt auch das Abgasdrosselstellglied 50, um die Abgasdrosselklappe 49 bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand einzurichten.
Wenn die Abgasdrosselklappe 49 bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand eingerichtet ist, steigt der Druck in der Abgasbahn von den Brennkammern 24 des Motors zu der Abgasdrosselklappe 49 an (den Abgasanschlüssen, dem Abgaskrümmer 45, der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart und einem Abschnitt der Abgasleitung 47, der sich stromaufwärts der Abgasdrosselklappe 49 befindet), und der Atmosphärendruck des vorstehend erwähnten Abgaskanals steigt entsprechend an.
Wenn der Druck und die Atmosphärentemperatur in der Abgasbahn von den Brennkammern 24 zu der Abgasdrosselklappe 49 angestiegen ist, wird die Temperaturabnahme des verbrannten Abgases reduziert, die auftritt bei der Abgabe von jeder Brennkammer 24 in die Abgasanschlüsse 27 hinein. Wenn darüber hinaus die Abgasdrosselklappe 49 sich bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand befindet, vermindert sich die Durchflussrate des Abgases in dem Abgaskanal von den Abgasanschlüssen zu der Abgasdrosselklappe 49.
Infolgedessen befindet sich von den Brennkammern 24 abgegebenes Abgas bei einer hohen Temperatur in der Abgasbahn von den Brennkammern 24 zu der Abgasdrosselklappe 49 für eine lange Zeit, während der unverbrannte HC oxidiert werden, die in dem Abgas enthalten sind.
Selbst wenn die Abgasdrosselklappe 49 sich bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand befindet, gibt es eine Gefahr einer unzureichenden Oxidation der unverbrannten HC, beispielsweise wenn die Temperatur des Abgases bei der Abgabe von jeder Brennkammer 24 in den Abgasanschluss 27 übermäßig niedrig ist oder wenn die Menge der in dem Abgas enthaltenen unverbrannten HC, die von der Brennkammer 24 abgegeben werden, übermäßig groß ist.
Wenn die Abgasdrosselklappe 49 geregelt wird bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand während der Abgastemperaturerhöhungsregelung bei diesem Ausführungsbeispiel, regelt die CPU 201 deshalb die Kraftstoffeinspritzventile 32, um in jeden Zylinder 21 eine Hauptkraftstoffmenge einzuspritzen, die zu der Motorleistung beiträgt (Haupteinspritzung), und ergänzend Kraftstoff einzuspritzen bei einer vorgegebenen Zeitgebung nach der Hauptkraftstoffeinspritzung (beispielsweise unmittelbar nach der Hauptkraftstoffverbrennung während dem Expansionshub von jedem Zylinder 21).
Dabei werden unverbrannte HC, d.h. Reste des Hauptkraftstoffs verbrannt mit dem ergänzenden Kraftstoff, der als eine Zündquelle dient. Die Nebenkraftstoffeinspritzung wird durchgeführt bei einem Hochtemperaturzustand unmittelbar nach der Verbrennung des Hauptkraftstoffs, so dass der ergänzende Kraftstoff im Wesentlichen vollständig verbrennt. Deshalb ist die Menge der unverbrannten HC als Folge der ergänzenden Kraftstoffeinspritzung sehr klein.
Wenn der ergänzende Kraftstoff in jeder Brennkammer 24 wie vorstehend beschrieben verbrannt wird, werden eine Verbrennungswärme durch den ergänzenden Kraftstoff und eine Verbrennungswärme durch die unverbrannten HC zusätzlich zu der Verbrennungswärme des Hauptkraftstoffs erzeugt, so dass die Temperatur des verbrannten Gases in den Brennkammern 24 weiter angehoben wird.
Infolgedessen wird die Temperatur des von den Brennkammern 24 in die Abgasanschlüsse 27 abgegebenen Abgases ausreichend hoch und die Menge der unverbrannten HC vermindert sich, die in dem Abgas verbleiben. Die unverbrannten HC, die in dem Abgas verbleiben, werden hohen Temperaturen in der Abgasbahn von den Brennkammern 24 zu der Abgasdrosselklappe 49 für eine lange Zeit ausgesetzt, während der die unverbrannten HC im Wesentlichen vollständig oxidiert werden.
Darüber hinaus ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Emissionsregelkatalysatorvorrichtung 46 in dem Abgaskanal stromaufwärts der Abgasdrosselklappe 49 angeordnet. Wenn die Abgastemperatur wie vorstehend beschrieben angehoben wird, wird deshalb die Emissionsregelkatalysatorvorrichtung 46 einem hochtemperierten Abgas für eine lange Zeit ausgesetzt, so dass die Aktivierung der Emissionsregelkatalysatorvorrichtung 46 gefördert wird.
Um die unverbrannten HC zu oxidieren, die in dem Abgas in der Abgasbahn von den Brennkammern 24 zu der Abgasdrosselklappe 49 verbleiben, ist es notwendig, dass eine ausreichende Sauerstoffmenge in dem Abgas vorhanden ist. Um diesen Bedarf zu erfüllen, ist es denkbar ein Verfahren zum Erhöhen der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas einzusetzen durch Veranlassen des geschichteten Ladungsverbrennungsbetriebs des Motors 100. Wenn jedoch die Abgasdrosselklappe 49 bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand gehalten wird, wird der Rückdruck hoch, der auf den Motor 100 wirkt. Wenn der Motor 100 dabei bei der geschichteten Ladungsverbrennungsbetriebsart betrieben wird, kann deshalb der Betriebszustand des Motors 100 instabil werden.
Deshalb veranlasst die CPU 201 bei diesem Ausführungsbeispiel während dem Ausführen der Abgastemperaturerhöhungsregelung den homogenen Verbrennungsbetrieb des Motors 100 auf der Grundlage eines Gemisches des theoretischen Luftkraftstoffverhältnisses oder eines fetten Luftkraftstoffverhältnisses und betreibt die Sekundärlufteinspritzdüsen 53, um die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas zu erhöhen.
Aufgrund des homogenen Betriebs des Motors 100 wird der Betriebszustand des Motors 100 wahrscheinlich nicht instabil, selbst wenn die Abgasdrosselklappe 49 bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand geregelt wird. Da darüber hinaus die Sekundärluft von den Sekundärlufteinspritzdüsen 53 in die Abgasanschlüsse 27 zugeführt wird, wird es möglich, eine Sauerstoffmenge zu gewährleisten, die notwendig ist zum Oxidieren der unverbrannten HC, die in dem Abgas verbleiben.
Der Betrieb und die Vorteile des Abgastemperaturerhöhungsgeräts dieses Ausführungsbeispiels wird nachfolgend beschrieben.
Um die Abgastemperaturerhöhungsregelung auszuführen, führt die CPU 201 eine Abgastemperaturerhöhungsregelroutine aus, wie in 6 dargestellt ist. Diese Routine ist in dem ROM 202 vorher gespeichert. Das Ausführen der Routine wird ausgelöst durch Vollendung des Starts des Motors 100.
Bei der Abgastemperaturerhöhungsregelroutine ermittelt die CPU 201 zunächst beim Schritt S601, ob die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart bereits aktiviert ist.
Wenn beim Schritt S601 ermittelt wird, dass die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart nicht aktiviert ist, geht die CPU 201 zum S602, bei dem die CPU 201 das Ausführen des Abgastemperaturerhöhungsprozesses beginnt, um die Menge der unverbrannten HC in dem Abgas zu reduzieren und die Temperatur des Abgases zu erhöhen.
Insbesondere während dem Abgastemperaturerhöhungsprozess schaltet die CPU 201 den Betriebszustand des Motors 100 zu dem homogenen Verbrennungsbetrieb auf der Grundlage eines Gemisches des theoretischen Luftkraftstoffverhältnisses oder eines fetten Luftkraftstoffverhältnisses und regelt die Sekundärlufteinspritzdüsen 53, um Sekundärluft in die Abgasanschlüsse des Motors 100 zuzuführen, und regelt die Kraftstoffeinspritzventile 32, um ergänzenden Kraftstoff in jeden Zylinder 21 einzuspritzen während dem Expansionshub, und regelt das Abgasdrosselstellglied 50, um die Abgasdrosselklappe 49 bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand einzurichten.
Dabei erhöht der ergänzende Kraftstoff, der in jeden Zylinder 21 von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird während dem Expansionshub, die Temperatur des von der Brennkammer 24 in die Abgasanschlüsse 27 abgegebenen Abgases und reduziert die Menge der unverbrannten HC, die in dem Abgas verbleiben.
Da darüber hinaus die Abgasdrosselklappe 49 geregelt wird bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand, steigt der Druck und die Atmosphärentemperatur in der Abgasbahn von den Brennkammern 24 zu der Abgasdrosselklappe 49 und die Durchflussrate des Abgases in dem Abgaskanal vermindert sich.
Infolgedessen wird die Temperaturabnahme des Abgases bei der Abgabe von der Brennkammer 24 von jedem Zylinder 21 in den Abgasanschluss 27 reduziert und Sekundärluft und Abgas mit einer hohen Temperatur verbleiben in der Abgasbahn für eine lange Zeit. Deshalb werden die Reaktionen der relativ kleinen Menge der unverbrannten HC, die in dem Abgas verbleiben, mit Sauerstoff aus der Sekundärluft gefördert, so dass die Menge der in dem Abgas enthaltenen unverbrannten HC beträchtlich reduziert wird.
Wenn darüber hinaus die Reaktionen der unverbrannten HC mit Sauerstoff aktiv werden, erhöht sich die Menge der Wärme, die durch die Reaktionen der unverbrannten HC mit Sauerstoff erzeugt wird, so dass die Temperatur des Abgases weiter ansteigt. Wenn die Temperatur des Abgases ansteigt, erhöht sich die übertragene Wärmemenge von dem Abgas auf die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart, so dass der Anstieg der Temperatur der NO_x Katalysatorvorrichtung der Absorptionsreduktionsart beschleunigt wird.
Der auf den Motor 100 wirkende Rückdruck wird hoch, da die Abgasdrosselklappe 49 geregelt wird bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand. Da jedoch der Motor 100 veranlasst wird, um bei der homogenen Verbrennungsbetriebsart betrieben zu werden auf der Grundlage eines Gemisches des theoretischen Luftkraftstoffverhältnisses oder eines fetten Luftkraftstoffverhältnisses, wird der Betriebszustand des Motors 100 nicht instabil.
In 3 kehrt die ECU 20 nach dem Ausführen der vorstehend beschriebenen Verarbeitung von Schritt 5602 zum Schritt S601 zurück, bei dem die CPU 201 ermittelt, ob die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart aktiviert ist.
Wenn ermittelt wird, dass die NO_x Katalysatorvorrichtung der Absorptionsreduktionsart noch nicht aktiviert ist, setzt die CPU 201 den Abgastemperaturerhöhungsprozess von Schritt S602 fort. Wenn im Gegensatz beim Schritt S601 ermittelt wird, dass die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart aktiviert ist, schreitet die CPU 201 zum Schritt S603 fort, bei dem die CPU 201 das Ausführen des Abgastemperaturerhöhungsprozesses beendet. Anschließend beendet die CPU 201 das Ausführen der Routine.
Somit ist die CPU 201 beim Ausführen der Abgastemperaturerhöhungsregelroutine in der Lage, die Menge der in dem Abgas enthaltenen unverbrannten HC zuverlässig zu reduzieren und eine schnelle Aktivierung der NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart zu erreichen, wenn eine relativ große Menge an unverbrannten HC wahrscheinlich von dem Motor 100 abgegeben wird und die NO_x Katalysatorvorrichtung 46 der Absorptionsreduktionsart nicht aktiviert ist.
Das erfindungsgemäße Abgastemperaturerhöhungsgerät für eine Brennkraftmaschine umfasst die Abgasdrosselklappe, die eine Durchflussmenge eines Abgases einstellt, das in einem Abgaskanal strömt, die Ventilsteuervorrichtung zum Steuern der Abgasdrosselklappe bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand bei einer Zeit, wenn eine Menge der in dem Abgas enthaltenen unverbrannten Kraftstoffbestandteile zu reduzieren ist, die Motorluftkraftstoffverhältnisregelvorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine bei einem theoretischen Luftkraftstoffverhältnis oder einem Luftkraftstoffverhältnis mit Kraftstoffüberschuss, wenn die Abgasdrosselklappe gesteuert wird bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand durch die Ventilsteuervorrichtung, und die Sekundärluftzufuhrvorrichtung zum Zuführen von Sekundärluft zu einem stromaufwärtigen Abschnitt des Abgaskanals, wenn die Abgasdrosselklappe gesteuert wird bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand durch die Ventilsteuervorrichtung.

Claims

Abgastemperaturerhöhungsverfahren für eine Brennkraftmaschine (1, 100), die bei bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnissen betreibbar ist und die mit einem Abgaskanal (45, 47) verbunden ist, in dem eine steuerbare Abgasdrosselklappe (49) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: – Steuern der Abgasdrosselklappe (49) in einen im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand; – Betreiben der Brennkraftmaschine (1, 100) bei einem stöchiometrischen oder fetten Luftkraftstoffverhältnis – Zuführen von Sekundärluft zu einem stromaufwärtigen Abschnitt des Abgaskanals (45, 47).
Abgastemperaturerhöhungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Zeit, wenn die in dem Abgas enthaltenen unverbrannten Kraftstoffbestandteile zu reduzieren sind, jene ist, wenn die Brennkraftmaschine (1, 100) sich bei einem Aufwärmbetriebszustand nach einem Kaltstart befindet.
Abgastemperaturerhöhungsverfahren nach Anspruch 2, wobei die Motorluftkraftstoffverhältnisregeleinrichtung (20) den homogenen Verbrennungsbetrieb der Brennkraftmaschine veranlasst und die ergänzende Einspritzung des Kraftstoffs zusätzlich zu der Einspritzung einer Hauptkraftstoffmenge veranlasst, wenn die Abgasdrosselklappe (49) gesteuert wird bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand durch die Ventilsteuereinrichtung (20).
Abgastemperaturerhöhungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine (1, 100) zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, die mittels einer Motorluftkraftstoffverhältnisregeleinrichtung (20) bei bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnissen betreibbar ist und die mit einem Abgaskanal (45, 47) verbunden ist, in dem eine Abgasdrosselklappe (49) vorgesehen ist, welche mittels einer Ventilsteuereinrichtung (20) gesteuert wird; dadurch gekennzeichnet, dass für eine Erhöhung der Abgastemperatur die Motorluftkraftstoffverhältnisregeleinrichtung (20) die Brennkraftmaschine (1, 100) bei einem stöchiometrischen oder fetten Luftkraftstoffverhältnis betreibt, wenn die Ventilsteuereinrichtung (20) die Abgasdrosselklappe (4) in einen im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand regelt und des weiteren eine Sekundärluftzufuhreinrichtung (53) eine Sekundärluft zu einem stromaufwärtigen Abschnitt des Abgaskanals (45, 47) zuführt.
Abgastemperaturerhöhungseinrichtung nach Anspruch 4, wobei die Brennkraftmaschine (100) eine Magermixbrennkraftmaschine der direkteinspritzenden Art ist, die eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (32) hat zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder hinein und in der Lage ist, umzuschalten zwischen einem geschichteten Ladungsverbrennungsbetrieb und einem homogenen Verbrennungsbetrieb.
Abgastemperaturerhöhungseinrichtung nach Anspruch 5, wobei die Motorluftkraftstoffverhältnisregeleinrichtung (20) den homogenen Verbrennungsbetrieb der Brennkraftmaschine veranlasst und die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (32) veranlasst, ergänzend Kraftstoff zusätzlich zu der Einspritzung einer Hauptkraftstoffmenge einzuspritzen, wenn die Abgasdrosselklappe (49) bei dem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand gesteuert wird durch die Ventilsteuereinrichtung (20).
Abgastemperaturerhöhungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Zeit, wenn die in dem Abgas enthaltenen unverbrannten Kraftstoffbestandteile reduziert werden sollen, jene ist, wenn die Brennkraftmaschine (1, 100) sich bei einem Aufwärmbetriebszustand nach einem Kaltstart befindet.
Abgastemperaturerhöhungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, die des Weiteren eine Emissionsregelkatalysatorvorrichtung (46) aufweist, die in einem Abschnitt des Abgaskanals stromaufwärts der Abgasdrosselklappe (45, 47) vorgesehen ist.
Abgastemperaturerhöhungseinrichtung nach Anspruch 8, wobei die Emissionsregelkatalysatorvorrichtung eine NO_x Katalysatorvorrichtung der Absorptionsreduktionsart ist.
Abgastemperaturerhöhungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei die Brennkraftmaschine (1, 100) eine Magermixbrennkraftmaschine der direkteinspritzenden Art ist, die in der Lage ist, ein Gemisch mit einem Sauerstoffüberschuss zu verbrennen.