DE102018133185A1

DE102018133185A1 - Abgasreinigungsvorrichtung für einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102018133185A1
Application number: DE102018133185.1A
Authority: DE
Inventors: Daichi Imai; Hiroshi Kobayashi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2019-06-27
Also published as: CN109973180A; CN109973180B; US20190195102A1; US10683785B2; JP2019116886A; JP6729543B2

Abstract

In einer Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor weist die Vorrichtung einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator und eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit auf, um eine Fettspitze auszuführen, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit in den Fällen, bei denen die NOx-Speichermenge gleich ist, in einer Zeitspanne vom Abschluss der Ausführung der letzten Fettspitze bis zum Start des Ausführung der aktuellen Fettspitze eine Ausführungsdauer der aktuellen Fettspitze länger macht und/oder ein Fettheitsgrad eines fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch die Ausführung der aktuellen Fettspitze erzielt wird, in dem Fall größer macht, bei dem eine Zeitspanne, in der eine Temperatur des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators gleich oder höher als eine vorbestimmte Bestimmungstemperatur wird, lang ist, als in dem Fall, bei dem sie kurz ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor.
Beschreibung des Stands der Technik
Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein NOx-Speicher-Reduktionskatalysator (nachstehend manchmal als ein „NSR-Katalysator“ bezeichnet) als ein Abgasreinigungskatalysator in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, der einen Magerbetrieb durchführt, bei dem ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Gemisches auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis angepasst wird, das höher als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Der NSR-Katalysator hat eine Funktion, NOx aus dem Abgas zu speichern, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus dessen Umgebungsatmosphäre ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und das derart gespeicherte NOx zu reduzieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Umgebungsatmosphäre ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das niedriger als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und wenn ein Reduktionsmittel vorliegt. Hier ist anzumerken, dass in dieser Beschreibung die Bezeichnung „Speicherung“ im Sinne von „Adsorption“ verwendet wird.
Dann wird in dem Verbrennungsmotor, welcher mit einem solchen NSR-Katalysator versehen ist, das in dem NSR-Katalysator gespeicherte NOx durch die Ausführung einer Fettspitze reduziert, welche temporär das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das höher als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert, das geringer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
In der JP 2005-163590 A ist ein Verfahren offenbart, bei dem die Fettspitze ausgeführt wird, wenn eine Menge an NOx, die durch einen NOx-Speicherkatalysator gespeichert wird, eine vorbestimmte Menge erreicht.
Zusätzlich dazu ist in der JP 2016-186239 A ein Verfahren offenbart, bei dem in einer Abgasreinigungssteuervorrichtung, welche einen Fettspitzenbetrieb in den Fällen ausführt, bei denen eine Menge an NOx, die in einem NSR-Katalysator gespeichert ist, einen ersten Schwellenwert überschreitet, der Fettspitzenbetrieb bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ausgeführt wird, das magerer als in dem Fall ist, bei dem die Speichermenge an NOx gleich oder weniger als der zweite Schwellenwert ist, wenn die Speichermenge an NOx einen zweiten Schwellenwert überschreitet, der größer als der erste Schwellenwert ist.
Zusammenfassung
Aus der Vergangenheit ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Fettspitze auf Grundlage einer Menge an NOx ausgeführt wird, die in dem NSR-Katalysator gespeichert ist (eine Speichermenge an NOx/eine NO_x-Speichermenge). Allerdings wurde herausgefunden, dass, selbst wenn die Fettspitze auf Grundlage der Speichermenge an NOx ausgeführt wird, die Sorge besteht, dass das NOx, das in dem NSR-Katalysator gespeichert ist, nicht zu einem ausreichenden Ausmaß reduziert werden kann. Insbesondere wurde herausgefunden, dass, selbst wenn die Speichermenge an NOx und die Temperatur des NSR-Katalysators zu dem Zeitpunkt, an dem die Fettspitze ausgeführt wird, gleich sind, eine Situation, bei der das NOx, das in dem NSR-Katalysator nicht ausreichend durch die Ausführung der Fettspitze gespeichert wird, als Folge des Speichermodus des NOx in dem NSR-Katalysator auftreten kann.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben erwähnten Probleme gemacht und hat zur Aufgabe, ein Verfahren vorzusehen, welches es möglich macht, das NOx, das in einem NSR-Katalysator gespeichert ist, in einer ausreichenden Weise durch die Ausführung einer Fettspitze zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gerichtet, welcher einen Magerbetrieb durchführt, wobei die Vorrichtung aufweist: einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator, der in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors angeordnet ist; eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit, die konfiguriert ist, die Fettspitze auszuführen, um zeitweise ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das in den NOx-Speicher-Reduktionskatalysator strömt, von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das höher als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu ändern, das geringer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist; und eine NOx-Speichermengen-Berechnungseinheit, die konfiguriert ist, eine Speichermenge an NOx zu berechnen, welche eine Menge an NOx ist, die in dem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator gespeichert ist.
In einer derartigen Abgasreinigungsvorrichtung kann der Großteil an NOx, der aus dem Verbrennungsmotor abgegeben wird, in dem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator gespeichert werden (nachstehend manchmal auch als ein „NSR-Katalysator“ bezeichnet). Dann, wenn die Fettspitze ausgeführt wird, kann das NOx, das in dem NSR-Katalysator gespeichert ist (nachstehend manchmal als „das gespeicherte NOx“ bezeichnet) durch ein Reduktionsmittel, wie beispielsweise CO, HC etc., die in dem Abgas eines fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses enthalten sind, reduziert werden. Hier wurde mit Bezug auf die Reduktion des gespeicherten NOx durch die Fettspitze herausgefunden, dass sich die Einfachheit der Reduktion des gespeicherten NOx je nach einem Temperaturverlauf des NSR-Katalysators in einer Zeitspanne vom Abschluss der Ausführung der letzten Fettspitze bis zum Start der Ausführung der aktuellen Fettspitze (nachstehend manchmal auch als eine „Bestimmungszeitspanne“ bezeichnet) ändert. Wenn die Fettspitze ausgeführt wird, wenn die Fettsteuerung nur auf Grundlage der Speichermenge an NOx ohne Abhängigkeit vom Temperaturverlauf des NSR-Katalysators in der Bestimmungszeitspanne ausgeführt wird, besteht dementsprechend eine Sorge, dass das gespeicherte NOx nicht zu einem ausreichenden Ausmaß reduziert werden kann.
Dann hat der vorliegende Erfinder als Folge ernsthafter Studien herausgefunden, dass der Speichermodus des NOx im NSR-Katalysator sich in Zusammenhang mit der Temperatur des NSR-Katalysators zu dem Zeitpunkt ändert, bei dem das NOx in dem NSR-Katalysator gespeichert wird. Darüber hinaus ist auch bekannt, dass sich die Einfachheit zur Reduktion des gespeicherten NOx durch die Fettspitze ändert, was von der Änderung des Speichermodus herrührt. Insbesondere wurde herausgefunden, dass in Fällen, bei denen die Temperatur des NSR-Katalysators relativ gering ist, das NOx, das in den NSR-Katalysator geströmt ist, dazu neigt, in dem NSR-Katalysator in einem Modus gespeichert zu werden, in dem es durch das Reduktionsmittel leicht reduziert wird (nachstehend manchmal auch als ein „erster Modus“ bezeichnet). Andererseits wurde herausgefunden, dass in Fällen, bei denen die Temperatur des NSR-Katalysators relativ hoch ist, das NOx durch den NSR-Katalysator geströmt ist, dazu neigt, in dem NSR-Katalysator in einem Modus gespeichert zu werden, in dem es durch das Reduktionsmittel schwer reduziert wird (nachstehend manchmal auch als ein „zweiter Modus“ bezeichnet).
Hier ist anzumerken, dass sich der Speichermodus des NOx, das bereits im NSR-Katalysator gespeichert ist, weiterhin mit einer Änderung der Temperatur des NSR-Katalysators nach der Speicherung des NOx ändern kann. In anderen Worten kann sich der Speichermodus des NOx im NSR-Katalysator zusammen mit dem Temperaturverlauf des NSR-Katalysators in der Bestimmungszeitspanne ändern.
Dementsprechend führt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit in einer Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung die folgende Steuerung aus. Das heißt, dass in den Fällen, in denen die Speichermenge an NOx, die durch die NOx-Speichermengen-Berechnungseinheit berechnet wird, gleich ist, die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit in der Zeitspanne vom Abschluss der Ausführung der letzten Fettspitze bis zum Start der Ausführung der aktuellen Fettspitze die Ausführungsdauer der aktuellen Fettspitze verlängert und/oder einen Fettheitsgrad des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch die Ausführung der aktuellen Fettspitze erzielt wird, vergrößert, wenn eine Zeitspanne, in der die Temperatur des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators gleich oder höher als eine vorbestimmte Bestimmungstemperatur wird, lang ist, als wenn diese kurz ist.
Hier ist die vorbestimmte Bestimmungstemperatur als eine Temperatur definiert, bei der das NOx in dem NSR-Katalysator im zweiten Modus gespeichert werden kann, wenn die Temperatur des NSR-Katalysators gleich oder höher als die Bestimmungstemperatur wird. Dementsprechend neigt der NSR-Katalysator, bei dem die Temperatur gleich oder höher als die vorbestimmte Bestimmungstemperatur geworden ist, dazu, dass das NOx in dem NSR-Katalysator im zweiten Modus gespeichert wird. Außerdem kann der Speichermodus des NOx, das bereits im NSR-Katalysator gespeichert ist, in einem derartigen NSR-Katalysator vom ersten Modus zum zweiten Modus wechseln. Dann wird es in dem Fall, bei dem eine Zeitspanne, in der die Temperatur des NSR-Katalysators gleich oder höher als die vorbestimmte Bestimmungszeit wird (nachstehend auch manchmal als eine „Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne“ bezeichnet) innerhalb der Bestimmungszeitspanne lang ist, leichter, dass das gespeicherte NOx im zweiten Modus ausgebildet wird, als in der Zeit, bei der sie kurz ist.
Dann wird in den Fällen, bei denen die Speichermenge an NOx gleich ist, das gespeicherte NOx im zweiten Modus in dem gespeicherten NOx umso mehr, je schwieriger das gespeicherte NOx durch die Fettspitze reduziert wird. Dementsprechend steuert die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit derart, dass in den Fällen, bei denen die Speichermenge an NOx gleich ist, die Ausführungsdauer der Fettspitze länger wird und/oder der Fettheitsgrad des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch die Ausführung der Fettspitze erreicht wird, in dem Fall größer wird, bei dem die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne lang ist, als in dem Fall, wenn sie kurz ist. Wenn die Ausführungsdauer der Fettspitze länger gemacht wird, kann hier das gespeicherte NOx reduziert werden, selbst in Fällen, bei denen die Reaktionsrate der Reduktionsreaktion des gespeicherten NOx relativ langsam ist und eine relativ lange Zeitspanne für die Reduktion des gespeicherten NOx erforderlich ist. In diesem Fall wird es leicht, dass das gespeicherte NOx reduziert wird, wenn die Ausführungsdauer der Fettspitze länger gemacht wird, selbst wenn die Fettspitze so ausgeführt wird, dass eine Gesamtmenge des Reduktionsmittels, das dem NSR-Katalysator durch die Ausführung der Fettspitze zugeführt wird, unabhängig von der Ausführungsdauer der Fettspitze gleich wird, d. h., wenn die Ausführungsdauer der Fettspitze länger als üblich gemacht wird. Selbst wenn der Fettheitsgrad des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der durch die Ausführung der Fettspitze erhalten wird, kleiner als üblich ist. Hier ist es selbstverständlich, dass, wenn die Ausführungsdauer der Fettspitze länger gemacht wird, während der Fettheitsgrad des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch die Ausführung der Fettspitze erzielt wird, wie üblich beibehalten wird, dass das gespeicherte NOx leicht reduziert wird. Wenn außerdem der Fettheitsgrad des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch die Ausführung der Fettspitze erzielt wird, größer gemacht wird, erhöht sich die Menge an Reduktionsmittel, das dem NSR-Katalysator durch die Ausführung der Fettspitze zugeführt wird, relativ und somit wird das gespeicherte NOx leicht reduziert. Wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit die oben beschriebene Steuerung ausführt, wird es in anderen Worten möglich, nicht nur das NOx, das im NSR-Katalysator im ersten Modus gespeichert ist, zu reduzieren, sondern auch das NOx mit Hilfe der Fettspitze zu reduzieren, das in dem NSR-Katalysator im zweiten Modus gespeichert ist. Als Folge dessen wird eine Situation, bei der das gespeicherte NOx selbst bei der Ausführung der Fettspitze nicht ausreichend reduziert wird, unterdrückt werden, so dass es möglich wird, das NOx, das im NSR-Katalysator gespeichert ist, auf eine angemessene Weise durch die Ausführung der Fettspitze zu reduzieren.
Hier wird es umso leichter, dass das NOx im NSR-Katalysator im zweiten Modus gespeichert wird, je höher die Temperatur des NSR-Katalysators ist. Selbst wenn die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne gleich ist, wird es umso leichter für das NOx, im NSR-Katalysator im zweiten Modus gespeichert zu werden, je höher die vorbestimmte Bestimmungstemperatur des NSR-Katalysators zu diesem Zeitpunkt wird. Dann, wenn das NOx im zweiten Modus des gespeicherten NOx zunimmt, tritt eine Situation leicht ein, bei der das gespeicherte NOx nicht zu einem ausreichenden Ausmaß reduziert wird.
Dementsprechend kann die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit in der Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor in den Fällen, bei denen die Speichermenge an NOx, die durch die NOx-Speichermengen-Berechnungseinheit berechnet wird, in der Zeitspanne vom Abschluss der Ausführung der letzten Fettspitze bis zum Start der Ausführung der aktuellen Fettspitze gleich ist, die Ausführungsdauer der aktuellen Fettspitze länger machen und/oder den Fettheitsgrad des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch die Ausführung der aktuellen Fettspitze erzielt wird, vergrößern, wenn eine mittlere Temperatur oder eine Durchschnittstemperatur des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators zu dem Zeitpunkt, an dem die Temperatur des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators höher als die vorbestimmte Bestimmungstemperatur wird, hoch ist, als wenn diese gering ist. Selbst wenn die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne relativ kurz ist, aber die Durchschnittstemperatur des NSR-Katalysators in der Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne merklich höher als die vorbestimmte Bestimmungstemperatur wird, so dass die Menge an NOx des zweiten Modus des gespeicherten NOx relativ groß wird, kann das gespeicherte NOx somit auf eine angemessene Weise reduziert werden. In anderen Worten wird es möglich, das NOx, das im NSR-Katalysator gespeichert ist, durch die Ausführung der Fettspitze auf eine angemessene Weise zu reduzieren.
Als Nächstes wird sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung bezogen. Es wurde herausgefunden, dass das NOx, das im NSR-Katalysator im ersten Modus gespeichert wird, der in der Erklärung des oben erwähnten ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, Nitrit ist und dass das Nitrit durch eine relativ geringe oder relativ schwache Adsorptionskraft in dem NSR-Katalysator gespeichert wird. Andererseits wurde auch herausgefunden, dass das NOx, das in dem NSR-Katalysator in dem zweiten Modus gespeichert wird, Nitrat ist und dass das Nitrat, das in dem NSR-Katalysator durch eine Adsorptionskraft gespeichert wird, die stärker als die der Nitrite ist. Wenn das NOx, das im NSR-Katalysator gespeichert ist, durch die Fettspitze reduziert wird, wird es schwieriger, die Nitrate, die im NSR-Katalysator gespeichert sind, zu reduzieren, als die Nitrite, die im NSR-Katalysator gespeichert sind.
Im Hinblick darauf neigt das gespeicherte NOx dazu, in dem Fall, bei dem die Fettspitze in einem Zustand ausgeführt wird, bei dem das Nitratverhältnis hoch ist, härter zu werden im Vergleich mit dem Fall, bei dem die Fettspitze in einem Zustand ausgeführt wird, bei dem das Nitratverhältnis gering ist, wenn ein Verhältnis von einer Menge an Nitrat, das im NSR-Katalysator gespeichert ist (nachstehend manchmal auch als „Speichermenge an Nitrat“ bezeichnet) zu der Speichermenge an NOx als ein Nitratverhältnis definiert ist, selbst wenn die Speichermenge an NOx gleich ist.
Dementsprechend weist die Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung auf: Einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator, der in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors angeordnet ist; eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit, die konfiguriert ist, eine Fettspitze auszuführen, die temporär ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das in den NOx-Speicher-Reduktionskatalysator strömt, von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das höher als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert, das geringer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist; eine NOx-Speichermengen-Berechnungseinheit, die konfiguriert ist, eine Speichermenge an NOx zu berechnen, welche eine Menge an NOx ist, die in dem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator gespeichert wird; eine Nitrat-Speichermengen-Berechnungseinheit, die konfiguriert ist, auf Grundlage einer Temperatur des NOx-Speicherreduktionkatalysators eine Speichermenge an Nitrat zu berechnen, welche eine Menge an Nitrat ist, das im NOx-Speicher-Reduktionskatalysator gespeichert ist; und eine Nitrat-Verhältnis-Berechnungseinheit, die konfiguriert ist, ein Nitratverhältnis zu berechnen, welches ein Verhältnis von der Speichermenge an Nitrat zu der Speichermenge an NOx ist, und zwar auf Grundlage der Speichermenge an NOx, die durch die NOx-Speichermengen-Berechnungseinheit berechnet wird, und auf Grundlage der Speichermenge an Nitrat, die durch die Nitrat-Speichermengen-Berechnungseinheit berechnet wird. Dann verlängert die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit in den Fällen, bei denen die Speichermenge an NOx, die durch die NOx-Speichermengen-Berechnungseinheit berechnet wird, gleich ist, die Ausführungsdauer der Fettspitze und/oder vergrößert oder erhöht den Fettheitsgrad des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der durch die Ausführung der aktuellen Fettspitze erzielt wird, wenn das Nitratverhältnis, das durch die Nitrat-Verhältnis-Berechnungseinheit berechnet wird, hoch ist, als wenn es gering ist.
Ob sich das NOx, das in den NSR-Katalysator geströmt ist, sich leicht in Nitrat verwandelt und im NSR-Katalysator gespeichert werden kann oder sich leicht weiter von Nitrit in Nitrat verwandelt und in dem NSR-Katalysator gespeichert werden kann, ändert sich hier mit der Temperatur des NSR-Katalysators. Dementsprechend wird sich die Speichermenge an Nitrat gemäß der Temperatur des NSR-Katalysators verändern. Wenn in den Fällen, bei denen die Speichermenge an NOx gleich ist, die Temperatur des NSR-Katalysators relativ hoch wird und die Speichermenge an Nitrat zunimmt, wird dann das Nitratverhältnis im Vergleich damit relativ hoch, als wenn die Temperatur des NSR-Katalysators relativ gering ist. Beispielsweise neigt das Nitratverhältnis in der Bestimmungszeitspanne, die bei der Erklärung des oben beschriebenen ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, in den Fällen, bei denen die Speichermenge an NOx gleich ist, dazu, höher zu werden, wenn eine Zeitspanne, in der die Temperatur des NSR-Katalysators relativ hoch ist, länger wird.
Selbst wenn die Speichermenge an NOx gleich ist, kann dann die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit die Ausführungsdauer der Fettspitze verlängern und/oder kann den Fettheitsgrad des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der durch die Ausführung der Fettspitze erzielt wird, in dem Fall vergrößern, bei dem das Nitratverhältnis hoch ist, als in dem Fall, bei dem es gering ist. Infolgedessen kann das gespeicherte NOx selbst in dem Fall, bei dem die Fettspitze in einem Zustand ausgeführt wird, bei dem das Nitratverhältnis hoch ist, reduziert werden, wie in dem Fall, bei dem die Fettspitze in einem Zustand ausgeführt wird, bei dem das Nitratverhältnis gering ist. In anderen Worten wird es möglich, das NOx, das im NSR-Katalysator gespeichert ist, durch die Ausführung der Fettspitze in einer angemessenen Weise zu reduzieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das NOx, das in einem NSR-Katalysator gespeichert wird, durch die Ausführung der Fettspitze auf eine angemessene Weise reduziert werden.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, die die schematische Konstruktion eines Ansaugsystems und eines Abgassystems eines Verbrennungsmotors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
2A ist eine Ansicht zur Erklärung eines Speichermodus von NOx in dem Fall, bei dem die Temperatur des NSR-Katalysators relativ niedrig ist.
2B ist eine Ansicht zur Erklärung eines Speichermodus von NOx in dem Fall, bei dem die Temperatur des NSR-Katalysators relativ hoch ist.
3 ist ein schematisches Diagramm, das einen geschätzten NOx-Reduktionsmechanismus in dem NSR-Katalysator anzeigt.
4 ist ein Zeitdiagramm, das die Änderung mit der Zeit von einer Speichermenge an NOx, einer Katalysatortemperatur, eines Hochtemperaturzählers, einer Ausführungsdauer und einer Ausführungsflag gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein Flussidagramm, das einen Steuerfluss gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine Ansicht, die eine/n Korrelation/Zusammenhang zwischen der Ausführungsdauer und dem Hochtemperaturzähler anzeigt.
7 ist ein Zeitdiagramm, das die Änderung mit der Zeit von einer Speichermenge an NOx, einer Katalysatortemperatur, eines Niedrigtemperaturzählers, einer Ausführungsdauer und einer Ausführungsflag gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuerfluss gemäß der Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist eine Ansicht, die eine Korrelation zwischen der Ausführungsdauer und dem Niedrigtemperaturzähler zeigt.
10 ist ein Zeitdiagramm, das die Änderungen mit der Zeit von einer Speichermenge an NOx, einer Katalysatortemperatur, eines Hochtemperaturzählers, eines eingestellten Wertes eines fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und einer Ausführungsflag gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist eine Ansicht, die eine Korrelation zwischen dem eingestellten Wert des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und dem Hochtemperaturzähler zeigt.
12 ist ein Zeitdiagramm, das die Änderungen mit der Zeit von einer NOx-Speichermenge, einer Katalysatortemperatur, eines Hochtemperaturzählers, einer Ausführungsdauer und einer Ausführungsflag gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist ein Zeitdiagramm, das die Änderungen mit der Zeit von einer NOx-Speichermenge, einer Katalysatortemperatur, eines Hochtemperaturzählers, eines eingestellten Wertes eines fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und einer Ausführungsflag gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuerfluss gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachstehend werden Ausführungsformen oder Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Allerdings sind die Abmessungen, Materialien, Formen, relativen Anordnungen usw. der Komponententeile, die in den Ausführungsformen beschrieben sind, nicht begrenzend für den Kern der vorliegenden Erfindung darauf allein, solange es keine spezifischen Aussagen dazu gibt.
Erste Ausführungsform
Konstruktion des Ansaug- und Abgassystem des Verbrennungsmotors
1 ist eine Ansicht, die die schematische Konstruktion eines Ansaugsystems und eines Abgassystems eines Verbrennungsmotors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Verbrennungsmotor 1, der in 1 dargestellt ist, ist ein Verbrennungsmotor nach Kompressionszündungsart (Dieselmotor). Allerdings kann die vorliegende Erfindung auch auf einen Magerbetriebsverbrennungsmotor nach Fremdzündart angewendet werden, der beispielsweise Benzin oder dergleichen als Kraftstoff verwendet.
Ein Ansaugkanal 2 und ein Abgaskanal 3 sind mit dem Verbrennungsmotor 1 verbunden. Ein Luftströmungsmessgerät 4 ist im Ansaugkanal 2 angeordnet. Das Luftströmungsmessgerät 4 dient dazu, eine Menge an Ansaugluft zu detektieren, die in den Verbrennungsmotor 1 gesogen wird. Außerdem ist ein Drosselventil 5 im Ansaugkanal 2 an der stromabwärtigen Seite des Luftströmungsmessgerätes 4 angeordnet. Das Drosselventil 5 dient zur Steuerung der Menge an Ansaugluft im Verbrennungsmotor 1 durch die Veränderung des Kanalquerschnittes des Ansaugkanals 2.
Im Abgaskanal 3 ist ein NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 6 (nachstehend manchmal auch als ein NSR-Katalysator 6 bezeichnet) als ein Abgasreinigungskatalysator angeordnet. Hier ist anzumerken, dass im Abgaskanal 3 zusätzlich zum NSR-Katalysator 6 ein selektivkatalytischer NOx-Reduktionskatalysator und/oder ein Partikelfilter angeordnet sein kann. Ein Kraftstoffzusatzventil 7 ist im Abgaskanal 3 auf der stromaufwärtigen Seite des NSR-Katalysators 6 angeordnet. Das Kraftstoffzusatzventil 7 dient dazu, dem Abgas Kraftstoff hinzuzufügen. Der Kraftstoff, der von dem Kraftstoffzusatzventil 7 zugesetzt wird, wird dem NSR-Katalysator 6 zusammen mit dem Abgas zugeführt.
Außerdem sind ein stromaufwärtiger NOx-Sensor 13 und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 14 im Abgaskanal 3 an der stromabwärtigen Seite des Kraftstoffzusatzventils 7 und an der stromaufwärtigen Seite des NSR-Katalysators 6 angeordnet. Der stromaufwärtige NOx-Sensor 13 detektiert die Konzentration von NOx im Abgas, das in den NSR-Katalysator 6 strömt (nachstehend manchmal auch als „ein eintretendes Abgas“ bezeichnet). Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 14 detektiert das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des eintretenden Abgases. Darüber hinaus sind ein stromabwärtiger NOx-Sensor 15 und ein Temperatursensor 16 im Abgaskanal 3 an der stromabwärtigen Seite des NSR-Katalysators 6 angeordnet. Der stromabwärtige NOx-Sensor 15 detektiert die Konzentration von NOx im Abgas, das aus dem NSR-Katalysator 6 strömt (nachstehend auch als ein „austretendes Abgas“ bezeichnet). Der Temperatursensor 16 detektiert die Temperatur des austretenden Abgases.
In Kombination mit dem Verbrennungsmotor 1 ist eine elektronische Steuereinheit (ECU) 10 zur Steuerung des Verbrennungsmotors 1 angeordnet. Das Luftströmungsmessgerät 4, der stromaufwärtige NOx-Sensor 13, der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 14, der stromabwärtige NOx-Sensor 15 und der Temperatursensor 16 sind elektrisch mit der ECU 10 verbunden. Des Weiteren sind ein Kurbelwinkelsensor 11 und ein Beschleunigungspedal-Öffnungssensor 12 elektrisch mit der ECU 10 verbunden. Der Kurbelwinkelsensor 11 gibt ein Signal aus, das mit einem Kurbelwinkel des Verbrennungsmotors 1 zusammenhängt. Der Beschleunigungspedal-Öffnungssensor 12 gibt ein Signal aus, das mit einem Öffnungsgrad eines Beschleunigungspedals eines Fahrzeugs, in dem der Verbrennungsmotor 1 montiert ist, zusammenhängt.
Dann werden Ausgabewerte oder Signale dieser einzelnen Sensoren in die ECU 10 eingegeben. Die ECU 10 leitet die Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 auf Grundlage des Ausgabewertes des Kurbelwinkelsensors 11 her. Außerdem leitet die ECU 10 die Motorlast des Verbrennungsmotors 1 auf Grundlage des Ausgabewertes des Beschleunigungsöffnungssensors 12 her. Außerdem schätzt die ECU 10 die Strömungsrate des Abgases (nachstehend manchmal auch als eine „Abgasströmungsrate“ bezeichnet) auf Grundlage des Ausgabewertes des Luftströmungsmessgerätes 4 und berechnet die Strömungsrate an NOx, das in den NSR-Katalysator 6 strömt (nachstehend manchmal auch als eine „eintretende NOx-Strömungsrate“ bezeichnet), auf Grundlage der Abgasströmungsrate und des Ausgabewertes des stromaufwärtigen NOx-Sensors 13 und berechnet die Strömungsrate an NOx, das aus dem NSR-Katalysator 6 strömt (nachstehend auch als eine „austretende NOx-Strömungsrate“ bezeichnet), auf Grundlage der Abgasströmungsrate und des Ausgabewertes des stromabwärtigen NOx-Sensors 15. Darüber hinaus schätzt die ECU 10 die Temperatur des NSR-Katalysators 6 (nachstehend manchmal auch als eine „Katalysatortemperatur“ bezeichnet) auf Grundlage des Ausgabewertes des Temperatursensors 16.
Des Weiteren sind Kraftstoffeinspritzventile (Darstellung entfällt) des Verbrennungsmotors 1, das Drosselventil 5 und das Kraftstoffzusatzventil 7 elektrisch mit der ECU 10 verbunden. Somit werden diese Teile durch die ECU 10 gesteuert. Hier führt die ECU 10 eine Verarbeitung aus, um zeitweise das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den NSR-Katalysator 6 strömt, von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das höher als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu ändern, das geringer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (nachstehend manchmal auch als ein „Fettspitzenvorgang“ bezeichnet). In dieser Ausführungsform kann die ECU 10 ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Fettspitzenvorgang durch das Hinzufügen von Kraftstoff in das Abgas, das aus dem Verbrennungsmotor 1 abgegeben/entladen wird, unter Verwendung des Kraftstoffzusatzventils 7 ausbilden. Allerdings gibt es in dieser Ausführungsform keine Begrenzung auf einen solchen Fall und die ECU 10 kann das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Fettspitzenvorgang durch Verwendung bereits bekannter Verfahren ausbilden. Beispielsweise kann die ECU 10 das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Fettspitzenvorgang durch die Durchführung einer fetten Verbrennung ausbilden, bei der ein fettes Gemisch in einem Zylinder durch Verwendung eines Kraftstoffeinspritzventils (Darstellung entfällt) des Verbrennungsmotors 1 ausgebildet wird, so dass das fette Gemisch, das derart ausgebildet wird, im Zylinder verbrannt wird. Hier ist anzumerken, dass die ECU 10 als eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung funktioniert, indem der Fettspitzenvorgang ausgeführt wird.
Speicherung und Reduktionsmechanismus des NOx im NSR-Katalysator
Wenn der Fettspitzenvorgang ausgeführt wird, wird ein Reduktionsmittel, wie beispielsweise HC, CO etc. dem NSR-Katalysator 6 zugeführt. Dann wird das NOx, das im NSR-Katalysator gespeichert ist, (nachstehend manchmal auch als das „gespeicherte NOx“ bezeichnet), durch dieses Reduktionsmittel reduziert. Beispielsweise wird das gespeicherte NOx hauptsächlich durch HC reduziert, in Fällen, bei denen der Fettspitzenvorgang durch das Hinzufügen von Kraftstoff aus dem Kraftstoffzusatzventil 7 ausgeführt wird. Außerdem wird das gespeicherte NOx beispielsweise hauptsächlich durch CO und HC reduziert, in Fällen, bei denen der Fettspitzenvorgang durch die Fettverbrennung ausgeführt wird, die in jedem Zylinder durchgeführt wird.
Dann ist aus der Vergangenheit ein Verfahren bekannt, bei dem der Fettspitzenvorgang ausgeführt wird, wenn eine Menge an gespeichertem NOx eine vorbestimmte Menge erreicht, aber in diesem Fall wurde herausgefunden, dass eine Situation auftreten kann, bei der das gespeicherte NOx nicht zu einem ausreichenden Ausmaß reduziert werden kann. Dann hat der vorliegende Erfinder als Folge ernsthafter Studien herausgefunden, dass eine solche Situation als Folge von dem Speichermodus des NOx im NSR-Katalysator 6 auftritt. Dies wird nachstehend erklärt. Hier ist zu beachten, dass die Menge an NOx, die im NSR-Katalysator 6 gespeichert wird (das gespeicherte NOx), nachstehend auch als eine „NOx-Speichermenge“ bezeichnet wird.
Auf Grundlage der 2A und 2B wird ein Mechanismus erklärt, der für einen NOx-Speichermechanismus in dem NSR-Katalysator 6 verwendet wird und der von dem vorliegenden Erfinder neu berücksichtigt wurde. 2A und 2B sind Ansichten zur Erklärung des Speichermodus des NOx im NSR-Katalysator 6.
Hier wird der Speichermodus von NOx erklärt, indem ein Fall beispielhaft dargestellt wird, bei dem der NSR-Katalysator 6 beispielhaft beschrieben wird, bei dem Aluminiumoxid (Al₂O₃) als ein Träger und Pt als ein Edelmetallkatalysator und Ba als ein NOx-Speichermaterial verwendet wird. In dem NSR-Katalysator 6 wird NOx, welches in der Anwesenheit von Pt, welches die Reaktion von NOx und Sauerstoff fördert, zur Reaktion mit Sauerstoff verursacht wird, in Ba gespeichert. Hier wurde neu herausgefunden, dass sich, wenn NOx in Ba gespeichert wird, dessen Speichermodus mit der Temperatur des NSR-Katalysators 6 ändert.
2A ist eine Ansicht zur Erklärung des Speichermodus von NOx in dem Fall, bei dem die Temperatur des NSR-Katalysators 6 relativ gering ist (beispielsweise von 250° C bis 300°C). In einem Beispiel, das in 2A gezeigt ist, wird das NO, das in den NSR-Katalysator geströmt ist, dazu veranlasst, in der Anwesenheit von Pt mit Sauerstoff zu reagieren. In dem Fall verwandelt sich NO in Nitrit (NO₂ ^-). Dann werden die Nitrite in Ba durch eine relativ schwache Adsorptionskraft gespeichert.
Andererseits ist 2B eine Ansicht zur Erklärung des Speichermodus des NOx in dem Fall, bei dem die Temperatur des NSR-Katalysators 6 relativ hoch ist (beispielsweise von 350° C bis 400° C). In einem Beispiel, das in 2B gezeigt ist, wird auch, ähnlich wie in dem Beispiel, das in 2A gezeigt ist, das NO, das in den NSR-Katalysator geströmt ist, dazu veranlasst, in der Anwesenheit von Pt mit Sauerstoff zu reagieren, so dass dadurch Nitrite (NO₂ ^-) erzeugt werden infolgedessen, Nitrite, die derart erzeugt werden, durch eine relativ schwache Adsorptionskraft in Ba gespeichert werden. Hier wurde herausgefunden, dass in den Fällen, bei denen die Temperatur des NSR-Katalysators 6 relativ hoch ist, ein Teil von (oder das gesamte) Nitrat, das in Ba gespeichert ist, weiter dazu veranlasst wird, mit Sauerstoff zu reagieren und sich dadurch in Nitrat (NO₃ ^-) verwandelt, was dann in Ba durch eine relativ starke Adsorptionskraft gespeichert wird. In anderen Worten kann sich der Speichermodus des NOx, das bereits in Ba gespeichert ist, weiter gemäß einer Temperaturänderung des NSR-Katalysators 6 nach der Speicherung von NOx ändern. Hier ist anzumerken, dass sich die Reaktionstemperatur, bei der eine Reaktion vom Nitrit zum Nitrat fortschreitet, mit dem Verschlechterungszustand von Pt etc. verändern kann, was die Reaktion von NOx und Sauerstoff fördert. Wenn sich Pt beispielsweise verschlechtert, neigt die oben erwähnte Reaktionstemperatur dazu, hoch zu werden.
Somit ändert sich der Speichermodus des NOx im NSR-Katalysator 6 gemäß der Temperatur des NSR-Katalysators 6. Hier ist im Bezug mit der obigen Beschreibung anzumerken, dass das gespeicherte NOx (das NOx, das im NSR-Katalysator 6 gespeichert ist) Nitrat und Nitrit enthält. Dementsprechend ist die Speichermenge an NOx die Menge an Nitrit und Nitrat, die im NSR-Katalysator 6 gespeichert ist.
Dann, wenn das gespeicherte NOx durch die Ausführung des Fettspitzenvorgangs reduziert wird, wird es schwerer, dass das Nitrat, das im NSR-Katalysator 6 gespeichert ist, reduziert wird, als dass das Nitrit, das im NSR-Katalysator 6 gespeichert ist, reduziert wird. Dies ist durch schematische Diagramme dargestellt, die den geschätzten Reduktionsmechanismus von NOx im NSR-Katalysator 6 zum Zeitpunkt der Ausführung des Fettspitzenvorgangs anzeigen, der in 3 gezeigt ist. In 3 stellen die schematischen Diagramme oben, in der Mitte und unten jeweils die Zustände vor, während und nach der Ausführung des Fettspitzenvorgangs dar.
Wie es in der oberen Reihe von 3 dargestellt ist, werden die Nitrite und die Nitrate im Speichermaterial Ba gespeichert. Dann, wenn CO als Reduktionsmittel einem derartigen NSR-Katalysator 6 zugeführt wird, wird das Nitrit zu NO reduziert, wie es in der mittleren Reihe von 3 dargestellt ist. Außerdem wird ein Teil des Nitrats zu Nitrit reduziert. Hier ist, wie es oben erwähnt ist, die Adsorptionskraft zwischen Nitrit und Ba relativ schwach, so dass das Nitrit, das im Ba gespeichert ist, leicht reduziert werden kann. Andererseits ist die Adsorptionskraft zwischen dem Nitrat und Ba relativ stark, so dass das Nitrat, das in Ba gespeichert ist, schwer reduzierbar ist. Als Folge wird, wie es in der unteren Reihe in 3 dargestellt ist, das Nitrat, das in Ba gespeichert ist, vor der Ausführung des Fettspitzenvorgangs zu N2 reduziert, um vom NSR-Katalysator 6 zu desorbieren, aber im Kontrast dazu kann das Nitrat, das vor der Ausführung des Fettspitzenvorgangs in Ba gespeichert ist, im NSR-Katalysator 6 gespeichert bleiben, ohne komplett reduziert zu werden oder ohne zu N2 reduziert zu werden, selbst wenn es reduziert wird.
Fettspitzenvorgang
Wie es oben erklärt ist, ändert sich der Speichermodus des NOx und des NSR-Katalysators 6 gemäß der Temperatur des NSR-Katalysators 6 (die Katalysatortemperatur). Dann wird es in den Fällen, bei denen die Temperatur relativ hoch ist, schwerer, das Nitrat, das im NSR-Katalysator 6 gespeichert ist, zu reduzieren, als das Nitrit zu reduzieren, das im NSR-Katalysator 6 gespeichert ist. Wenn eine Zeitspanne vom Abschluss der Ausführung der letzten Fettspitze bis zum Start der Ausführung der aktuellen Fettspitze als eine Bestimmungszeitspanne definiert ist, wird sich dementsprechend die Einfachheit bei der Reduktion des gespeicherten NOx durch den Fettspitzenvorgang gemäß dem Verlauf der Katalysatortemperatur in der Bestimmungszeitspanne ändern. Wenn somit der Fettspitzenvorgang ausgeführt wird, besteht eine Sorge, dass das gespeicherte NOx nicht zu einem ausreichenden Ausmaß reduziert werden kann, wenn der Fettspitzenvorgang nur auf Grundlage der Speichermenge der NOx-Speichermenge ohne Zusammenhang mit dem Verlauf der Katalysatortemperatur in der Bestimmungszeitspanne ausgeführt wird.
Dementsprechend führt die ECU 10 in der Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung den Fettspitzenvorgang auf Grundlage einer Zeitspanne aus, in der die Katalysatortemperatur innerhalb der Bestimmungszeitspanne gleich oder höher als eine vorbestimmte Bestimmungstemperatur wird (nachstehend manchmal auch als eine „Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne“ bezeichnet). Hier ist zu beachten, dass die vorbestimmte Bestimmungstemperatur als eine Temperatur definiert ist, bei der sich das NOx in Nitrat verwandeln kann und im NSR-Katalysator 6 gespeichert werden kann, wen die Katalysatortemperatur gleich oder höher als die Bestimmungstemperatur wird.
Hier verwandelt sich NOx, in dem Fall, bei dem die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne lang ist, einfacher in Nitrat und wird leichter im NSR-Katalysator 6 gespeichert, als in dem Fall, in dem sie kurz ist. Dann wird es in den Fällen, bei denen die Speichermenge an NOx gleich ist, umso schwieriger, dass das NOx durch den Fettspitzenvorgang gespeichert werden kann, je mehr Nitrat im gespeicherten NOx vorliegt. In anderen Worten wird es umso härter, dass das gespeicherte NOx durch den Fettspitzenvorgang reduziert wird, je länger die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die Reaktionsrate der Reduktionsreaktion des gespeicherten NOx relativ gering und in den Fällen, bei denen die Speichermenge an NOx gleich ist, besteht eine Neigung dazu, dass, je länger die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne ist, desto länger eine Zeitspanne wird, die für die Reduktion des gespeicherten NOx erforderlich ist. Dementsprechend macht die ECU 10 in dieser Ausführungsform in den Fällen, bei denen die Speicherrate von NOx gleich ist, eine Ausführungsdauer des Fettspitzenvorgangs in dem Fall, bei dem die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne lang ist, länger als in dem Fall, bei dem sie kurz ist. Als Folge dessen wir eine Situation, bei der das gespeicherte NOx selbst durch die Ausführung des Fettspitzenvorgang nicht ausreichend reduziert wird, unterdrückt, wodurch das gespeicherte NOx durch die Ausführung des Fettspitzenvorgangs auf eine angemessene Weise reduziert werden kann.
Hier wird eine kurze Erklärung zu dem Steuervorgang gegeben, der durch die ECU 10 in dieser Ausführungsform ausgeführt wird, und zwar unter Verwendung eines Zeitdiagramms, das in 4 gezeigt ist. 4 ist das Zeitdiagramm, das die Änderungen über der Zeit von einer NOx-Speichermenge von NOxsum, einer Katalysatortemperatur Tc, eines Hochtemperaturzählers Nc, welcher ein Zähler zum Zählen der Zeitspanne ist, in der die Katalysatortemperatur gleich oder höher als die Bestimmungstemperatur wird, einer Ausführungsdauer des Fettspitzenvorgangs (manchmal auch einfach als eine „Ausführungsdauer“ bezeichnet) Tiexe und einer Ausführungsflag fl zeigt, welche eine Flag ist, die anzeigt, ob der Fettspitzenvorgang ausgeführt wird. Hier ist zu beachten, dass bei der Steuerung dieser Ausführungsform, die in 4 dargestellt ist, der Fettspitzenvorgang ausgeführt wird, wenn die Speichermenge an NOx eine Referenzmenge NOxth erreicht. Hier ist die Referenzmenge NOxth ein Schwellenwert, welcher eine Ausführungszeit des Fettspitzenvorgangs bestimmt.
Wie es in 4 gezeigt ist, wird die Ausführungsflag zu einem Zeitpunkt t1 auf AN gestellt, an dem die NOx-Speichermenge die Referenzmenge NOxth wird. Hier wurde die Katalysatortemperatur in einer Zeitspanne vor dem Zeitpunkt t1 nicht gleich oder höher als die Bestimmungstemperatur Tcth. Aus diesem Grund wurde der Hochtemperaturzähler zum Zeitpunkt t1 null. Hier ist anzumerken, dass die Bestimmungstemperatur Tcth als eine Temperatur definiert ist, bei der NOx in Nitrat verwandelt werden kann und im NSR-Katalysator 6 gespeichert werden kann, wenn die Katalysatortemperatur gleich oder höher als die Bestimmungstemperatur Tcth wird, wie es oben erwähnt ist.
In dieser Ausführungsform wird die Ausführungsdauer in den Fällen, bei denen die NOx-Speichermenge gleich ist, in dem Fall, bei dem die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne lang ist, länger als in dem Fall gemacht, bei dem sie kurz ist, wie es oben erwähnt ist. Hier wurde der Hochtemperaturzähler zum Zeitpunkt t1 null, so dass die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne 0 ist. In diesem Fall wird die Ausführungsdauer auf eine normale Ausführungsdauer Tien eingestellt. Außerdem wird der Fettspitzenvorgang zum Zeitpunkt t1 gestartet und der Fettspitzenvorgang wird vom Zeitpunkt t1 bis zu einem Zeitpunkt t2 fortgesetzt, welcher nach dem Ablauf der normalen Ausführungsdauer Tien ist. Hier ist zu beachten, dass, wenn die Ausführung des Fettspitzenvorgangs abgeschlossen ist, die Speichermenge eine Menge in der Nähe von 0 wird.
Wenn die Aufmerksamkeit auf eine Bestimmungszeitspanne (d. h. eine Zeitspanne vom Zeitpunkt t2 zu einem Zeitpunkt t5) vom Abschluss der Ausführung des Fettspitzenvorgangs, der zum Zeitpunkt t1 gestartet wird (d. h. der letzte Fettspitzenvorgang), bis zum Start der Ausführung des Fettspitzenvorgangs zum Zeitpunkt t5 (d. h. der aktuelle Fettspitzenvorgang) gelenkt wird, ist die Katalysatortemperatur hier gleich oder höher als die Bestimmungstemperatur Tcth in einer Zeitspanne von einem Zeitpunkt t3 bis zu einem Zeitpunkt t4, wie es in 4 gezeigt ist. In diesem Fall wird das Zählen der Zeit zum Zeitpunkt t3 durch den Hochtemperaturzähler gestartet und der Hochtemperaturzähler wird zum Zeitpunkt t4 N1. Wenn der Wert des Hochtemperaturzählers erhöht wird, das heißt, wenn die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne länger wird, wird dann die Ausführungsdauer länger als die normale Ausführungsdauer Tin, und die Ausführungsdauer wird zum Zeitpunkt t4 auf Tie1 eingestellt. Hier ist zu beachten, dass in einer Zeitspanne vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t5 die Katalysatortemperatur geringer als die Bestimmungstemperatur Tcth ist, so dass das Zählen der Zeit durch den Hochtemperaturzähler nicht ausgeführt wird.
Dann wird der Fettspitzenvorgang zum Zeitpunkt t5 gestartet und der Fettspitzenvorgang wird zum Zeitpunkt t5 bis zu einem Zeitpunkt t6 fortgeführt, welcher nach dem Ablauf der Ausführungsdauer Tie1 ist. In diesem Fall wird die Ausführungsdauer Tie1 des aktuellen Fettspitzenvorgangs länger als die Ausführungsdauer Tien des letzten Fettspitzenvorgangs. Infolgedessen kann das Nitrat, welches im NSR-Katalysator 6 in der Zeitspanne vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4 gespeichert werden kann, in der die Katalysatortemperatur gleich oder höher als die Bestimmungstemperatur Tcth wird, auf eine angemessene Weise reduziert werden. Hier ist zu beachten, dass, wenn die Ausführung des Fettspitzenvorgangs abgeschlossen ist, der Hochtemperaturzähler auf null zurückgesetzt wird und die Ausführungsdauer dementsprechend auf die normale Ausführungsdauer Tien zurückgesetzt wird.
Wen andererseits die Aufmerksamkeit auf eine Bestimmungszeitspanne vom Abschluss der Ausführung des Fettspitzenvorgangs, der zum Zeitpunkt t5 startet, bis zum Start der Ausführung des Fettspitzenvorgangs zum Zeitpunkt t8 (d. h. eine Zeitspanne vom Zeitpunkt t6 bis zum Zeitpunkt t8) gelenkt wird, ist die Katalysatortemperatur gleich oder höher als die Bestimmungstemperatur Tcth in einer Zeitspanne von Zeitpunkt t6 bis zum Zeitpunkt t7, wie es in 4 dargestellt ist. In diesem Fall wird das Zählen der Zeit durch den Hochtemperaturzähler zum Zeitpunkt t6 gestartet und der Hochtemperaturzähler wird zum Zeitpunkt t7 N2. Dann wird die Ausführungsdauer zum Zeitpunkt t7 dementsprechend auf Tie2 eingestellt. Hier ist zu beachten, dass in einer Zeitspanne vom Zeitpunkt t7 bis zum Zeitpunkt t8 die Katalysatortemperatur geringer als die Bestimmungstemperatur Tcth ist, wobei das Zählen der Zeit durch den Hochtemperaturzähler nicht ausgeführt wird.
Dann wird der Fettspitzenvorgang zum Zeitpunkt t8 gestartet und der Fettspitzenvorgang wird vom Zeitpunkt t8 bis zu einem Zeitpunkt t9, welcher nach dem Ablauf der Ausführungsdauer Tie2 ist, fortgeführt. Hier ist der Wert N2 des Hochtemperaturzählers, der in Zusammenhang mit dem Fettspitzenvorgang steht, der zum Zeitpunkt t8 gestartet wird, größer als der Wert N1 des Hochtemperaturzählers, der mit dem Fettspitzenvorgang in Zusammenhang steht, der zum Zeitpunkt t5 gestartet wird. Das heißt, dass die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne in einer Bestimmungszeitspanne vom Zeitpunkt t6 bis zum Zeitpunkt t8 länger als die in einer Bestimmungszeitspanne vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t5 ist. Dementsprechend wird es in der Bestimmungszeitspanne vom Zeitpunkt t6 bis zum Zeitpunkt t8 einfacher, dass das Nitrat im NSR-Katalysator 6 gespeichert wird, als in der Bestimmungszeitspanne vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t5. Somit wird die Ausführungsdauer des Fettspitzenvorgangs Tie2, der zum Zeitpunkt 8 gestartet wird, länger gemacht als die Ausführungsdauer des Fettspitzenvorgangs Tie1, der zum Zeitpunkt t5 gestartet wird. Als Folge kann das Nitrat auf eine angemessene Weise reduziert werden.
Somit wird in dieser Ausführungsform in den Fällen, bei denen die Speichermenge an NOx gleich ist, die Ausführungsdauer in dem Fall länger, bei dem die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne lang ist, als in dem Fall, bei dem sie kurz ist. Dies ermöglicht es, das gespeicherte NOx auf eine angemessene Weise durch die Verwendung des Fettspitzenvorgangs zu reduzieren.
Als Nächstes wird ein Steuerfluss oder Ablauf, der in dieser Ausführungsform ausgeführt wird, auf Grundlage von 5 beschrieben. 5 ist ein Flussdiagramm, das den Steuerfluss oder den Ablauf gemäß dieser Ausführungsform zeigt. In dieser Ausführungsform wird dieser Ablauf zu einem vorbestimmten Betriebsintervall oder einer Zeitspanne Δt während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 durch die ECU 10 wiederholt ausgeführt.
In diesem Ablauf wird zuerst in Schritt S101 die Katalysatortemperatur Tc erhalten. In Schritt S101 wird die Katalysatortemperatur Tc auf Grundlage des Ausgabewertes des Temperatursensors 16 berechnet. Alternativ kann die Katalysatortemperatur Tc in Schritt S101 auf Grundlage der Motordrehzahl und der Motorlast des Verbrennungsmotors 1 geschätzt werden. Zu diesem Zeitpunkt kann in den Fällen, bei denen Kraftstoff aus dem Kraftstoffzusatzventil 7 hinzugefügt wird, die Katalysatortemperatur Tc unter Berücksichtigung einer Wärmeerzeugungsmenge des hinzugefügten Kraftstoffes geschätzt werden.
Folglich wird in Schritt S102 die Abgasströmungsrate Ga erhalten. In Schritt S102 wird die Abgasströmungsrate Ga auf Grundlage des Ausgabewertes des Luftströmungsmessgerätes 4 berechnet.
Danach wir in Schritt S103 eine Änderungsmenge von NOx im NSR-Katalysator 6 (nachstehend auch einfach als eine „Änderungsmenge“ bezeichnet) NOxch, bis zum vorliegenden Zeitpunkt, nachdem dieser Ablauf das letzte Mal ausgeführt wurde, berechnet. In Schritt 103 wird die eintretende NOx-Strömungsrate auf Grundlage der Abgasströmungsrate Ga und des Ausgabewertes des stromaufwärtigen NOx-Sensors 13 berechnet, der in Schritt S102 erhalten wird. Außerdem wird die austretende NOx-Strömungsrate auf Grundlage der Abgasströmungsrate Ga und des Ausgabewertes des stromabwärtigen NOx-Sensors 15 berechnet. Darüber hinaus wird die Änderungsmenge von NOx im NSR-Katalysator 6 pro Zeiteinheit durch das Aufaddieren der eintretenden NOx-Strömungsrate und der austretenden NOx-Strömungsrate berechnet. Dann wird die Änderungsmenge NOxch durch die Multiplikation der Änderungsmenge an NOx pro Zeiteinheit mit der Betriebszeitspanne Δt berechnet.
Dann wird in Schritt S104 die NOx-Speichermenge NOxsum berechnet. In Schritt S104 wird die NOx-Speichermenge NOxsum durch das Addieren der Änderungsmenge NOxch, die in Schritt S103 berechnet wird, zur NOx-Speichermenge NOxsum berechnet. Hier ist zu beachten, dass die ECU 10 als eine Sauerstoff-Speichermengen-Berechnungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung funktioniert, indem die Vorgänge der Schritte S103 und S104 ausgeführt werden.
Folglich wird in Schritt S105 bestimmt, ob die Katalysatortemperatur Tc, die in Schritt S101 berechnet wird, gleich oder höher als die Bestimmungstemperatur Tcth ist. Hier ist zu beachten, dass die Bestimmungstemperatur Tcth wie oben erwähnt ist. Dann schreitet der Ablauf der ECU 10 in den Fällen, bei denen in Schritt S105 eine positive Bestimmung gemacht wird, mit dem Vorgang von Schritt S106 fort, wobei der Ablauf der ECU 10 in den Fällen, in denen eine negative Bestimmung in Schritt S105 gemacht wird, mit dem Vorgang von Schritt S107 fortschreitet.
In den Fällen, bei denen eine positive Bestimmung in Schritt S105 gemacht wird, wird dann in Schritt S106 der Hochtemperaturzähler Nc um 1 hochgesetzt. In anderen Worten wird eine Zeitspanne, in der die Katalysatortemperatur Tc gleich oder höher als die Bestimmungstemperatur Tcth wird, in Schritt S106 gezählt oder zum Temperaturzähler Nc hinzugefügt.
Anschließend wird in Schritt S107 bestimmt, ob die NOx-Speichermenge NOxsum, die in Schritt S104 berechnet wird, die Referenzmenge NOxth wird. Hier ist die Referenzmenge NOxth ein Schwellenwert, der den Ausführungszeitpunkt des Fettspitzenvorgangs bestimmt, wie es oben erwähnt ist. Dann fährt der Ablauf der ECU 10 in den Fällen, bei denen eine positive Bestimmung in Schritt S107 gemacht wird, mit dem Vorgang von Schritt S108 fort, wohingegen in den Fällen, bei denen eine negative Bestimmung in Schritt S107 gemacht wird, die Ausführung dieses Ablaufes beendet wird.
In den Fällen, bei denen eine positive Bestimmung in Schritt S107 gemacht wird, wird dann in Schritt S108 die Ausführungsdauer Tiexe berechnet. In Schritt S108 wird die Ausführungsdauer Tiexe auf Grundlage des Wertes des Hochtemperaturzählers Nc berechnet. Insbesondere stehen die Ausführungsdauer Tiexe und der Wert des Hochtemperaturzählers Nc in Zusammenhang, wie es in 6 gezeigt ist. Dann wird dieser Zusammenhang im Vorhinein in einem ROM der ECU 10 als eine Funktion oder ein Kennfeld gespeichert und in Schritt S108 wird die Ausführungsdauer Tiexe auf Grundlage dieses Zusammenhangs und des Wertes des Hochtemperaturzählers Nc, der in Schritt S106 gezählt wird, berechnet. Wenn der Wert des Hochtemperaturzählers Nc null ist, wird die Ausführungsdauer Tiexe, die auf diese Weise berechnet wird, die normale Ausführungsdauer Tien, wie es in 6 dargestellt ist. Dann wird die Ausführungsdauer Tiexe länger als die normale Ausführungsdauer Tien, wenn der Wert des Hochtemperaturzählers Nc größer als 0 wird. In anderen Worten wird die Ausführungsdauer Tiexe in den Fällen, bei denen die NOx-Speichermenge NOxsum die Referenzmenge NOxth ist, in dem Fall länger, bei dem die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne lang ist, als in dem Fall, bei sie kurz ist.
Anschließend wird in Schritt S109 der Fettspitzenvorgang ausgeführt. In Schritt S109 wird der Fettspitzenvorgang durch das Hinzufügen von Kraftstoff in das Abgas, das aus dem Verbrennungsmotor 1 entladen wird, unter Verwendung des Kraftstoffzusatzventils 7 ausgeführt. Allerdings kann der Fettspitzenvorgang, wie es oben erwähnt ist, auch durch das Durchführen einer fetten Verbrennung in einem Zylinder ausgeführt werden.
Danach werden die NOx-Speichermenge NOxsum und der Wert des Hochtemperaturzählers Nc in Schritt S110 auf null zurückgesetzt. Dann endet die Ausführung dieses Ablaufes nach dem Vorgang von Schritt S 110.
In dieser Ausführungsform führt die ECU 10 den Steuerfluss oder den Ablauf, wie oben erwähnt, durch, wodurch eine Situation, bei der das gespeicherte NOx selbst bei der Ausführung des Fettspitzenvorgangs nicht ausreichend reduziert wird, unterdrückt, so dass es möglich wird, das gespeicherte NOx durch die Ausführung des Fettspitzenvorgangs auf eine angemessene Weise zu reduzieren.
Modifikation der ersten Ausführungsform
Als Nächstes wird sich auf eine Modifikation der oben beschriebenen ersten Ausführungsform bezogen. Hier ist zu beachten, dass in dieser Modifikation eine detaillierte Erklärung von im Wesentlichen derselben Konstruktion und im Wesentlichen desselben Steuervorgangs wie in der ersten Ausführungsform entfällt.
Es wird ein kurzer Bezug auf den Steuervorgang, der durch die ECU 10 in dieser Modifikation ausgeführt wird, unter Verwendung eines Zeitdiagramms, das in 7 gezeigt ist, gegeben. 7 ist das Zeitdiagramm, das die Änderungen über der Zeit einer NOx-Speichermenge NOxsum, einer Katalysatortemperatur Tc, eines Niedrigtemperaturzählers Mc, welcher ein Zähler zum Zählen einer Zeitspanne ist, in der die Katalysatortemperatur geringer als eine Bestimmungstemperatur Tcth ist, einer Ausführungsdauer Tiexe und einer Ausführungsflag fl gemäß dieser Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt. In dieser Modifikation wird, nicht so wie in der oben erwähnten 4 der ersten Ausführungsform, eine Zeitspanne, in der die Katalysatortemperatur Tc geringer als die Bestimmungstemperatur Tcth wird, gezählt. Außerdem wird die Ausführungsdauer Tiexe auf Grundlage des Wertes des Niedrigtemperaturzählers Mc berechnet.
Bei der Steuerung, die in 7 gezeigt ist, ist die Katalysatortemperatur geringer als die Bestimmungstemperatur Tcth in der gesamten Bestimmungszeitspanne vom Beenden der Ausführung des letzten Fettspitzenvorgangs bis zum Start der Ausführung des Fettspitzenvorgangs zu einem Zeitpunkt t1 (der aktuelle Fettspitzenvorgang). Als Folge wird der Niedrigtemperaturzähler zum Zeitpunkt t1 M1 und die Ausführungsdauer wird dementsprechend auf eine normale Ausführungsdauer Tien1 eingestellt. Hier ist anzumerken, dass diese Zeitspanne Tien1 der Zeitspanne Tien entspricht, die in der oben erwähnten Erklärung von 4 beschrieben ist.
Dann wird der Fettspitzenvorgang zum Zeitpunkt t1 gestartet und der Fettspitzenvorgang wird vom Zeitpunkt t1 bis zu einem Zeitpunkt t2, welcher nach dem Ablauf der normalen Ausführungsdauer Tien1 ist, fortgeführt. Hier ist zu beachten, dass, wenn die Ausführung des Fettspitzenvorgangs abgeschlossen ist, der Niedrigtemperaturzähler auf null zurückgesetzt wird und die Ausführungsdauer ebenfalls dementsprechend auf eine Hochtemperatur-Referenzzeitspanne Tien2 zurückgesetzt wird. Hier ist die Hochtemperatur-Referenzzeitspanne Tien2 eine Ausführungsdauer in dem Fall, bei dem die Katalysatortemperatur gleich oder höher als die Bestimmungstemperatur Tcth in der gesamten Bestimmungszeitspanne wird.
Wenn die Aufmerksamkeit auf eine Bestimmungszeitspanne von einem Zeitpunkt t2 bis zu einem Zeitpunkt t5 gelenkt wird, wie es in 7 gezeigt ist, ist die Katalysatortemperatur geringer als die Bestimmungstemperatur Tcth in einer Zeitspanne vom Zeitpunkt t2 bis zu einem Zeitpunkt t3 und in einer Zeitspanne von einem Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t5. In diesem Fall wird in diesen Zeitspannen das Zählen der Zeit durch den Niedrigtemperaturzähler durchgeführt und der Niedrigtemperaturzähler wird zum Zeitpunkt t5 M2. Dann, wenn der Wert des Niedrigtemperaturzählers erhöht wird, d.h., dass die Ausführungsdauer ausgehend von der Hochtemperatur-Referenzzeitspanne Tien2 kürzer wird, wird die Ausführungsdauer zum Zeitpunkt t5 auf Tie1 eingestellt. Außerdem wird der Fettspitzenvorgang zum Zeitpunkt t5 gestartet und der Fettspitzenvorgang wird vom Zeitpunkt t5 bis zu einem Zeitpunkt t6, welcher nach dem Ablauf der Ausführungsdauer Tie1 ist, fortgeführt.
Wenn die Aufmerksamkeit andererseits auf eine Bestimmungszeitspanne vom Zeitpunkt t6 bis zu einem Zeitpunkt t8 fokussiert wird, ist die Katalysatortemperatur geringer als die Bestimmungstemperatur Tcth in einer Zeitspanne von einem Zeitpunkt t7 bis zum Zeitpunkt t8, wie es in 7 dargestellt ist. In diesem Fall wird das Zählen der Zeit zum Zeitpunkt t7 durch die Niedrigtemperaturzähler gestartet und zum Zeitpunkt t8 wird der Niedrigtemperaturzähler M3. Dann wird die Ausführungsdauer zum Zeitpunkt t8 dementsprechend auf Tie2 eingestellt. Außerdem wird der Fettspitzenvorgang zum Zeitpunkt t8 gestartet und der Fettspitzenvorgang wird vom Zeitpunkt t8 bis zu einem Zeitpunkt t9, welcher nach dem Ablauf der Ausführungsdauer Tie2 ist, fortgeführt.
Wie es oben beschrieben ist, wird die Ausführungsdauer in dieser Modifikation in den Fällen, bei denen die NOx-Speichermenge gleich ist, in dem Fall kürzer, bei dem die Zeitspanne, in der die Katalysatortemperatur Tc geringer als die Bestimmungstemperatur Tcth wird, lang ist, als in dem Fall, bei dem sie kurz ist. Auf eine andere Weise ausgedrückt wird die Ausführungsdauer in den Fällen, bei denen die NOx-Speichermenge gleich ist, in dem Fall länger, bei dem die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne lang ist, als in dem Fall, bei dem sie kurz ist. Dies ermöglicht es, das gespeicherte NOx durch den Fettspitzenvorgang auf eine angemessene Weise zu reduzieren.
Als Nächstes wird ein Steuerfluss oder ein Ablauf, der in dieser Modifikation ausgeführt wird, auf Grundlage von 8 beschrieben. 8 ist ein Flussidagramm, das einen Steuerfluss oder einen Ablauf gemäß dieser Modifikation zeigt. In dieser Modifikation wird dieser Ablauf in einem vorbestimmten Betriebsintervall oder in einer Zeitspanne Δt durch die ECU 10 während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 wiederholt ausgeführt. Hier ist zu beachten, dass in den entsprechenden Vorgängen, die in 8 gezeigt sind, dieselben Bezugszeichen denselben Vorgängen zugewiesen werden, wie die, die in der oben beschriebenen 5 angezeigt sind, und eine detaillierte Erklärung derselben entfällt.
In dem Steuerfluss oder dem Ablauf, der in 8 gezeigt ist, wird nach dem Vorgang von Schritt S104 in Schritt S205 bestimmt, ob die Katalysatortemperatur Tc, die in Schritt S101 erhalten wird, geringer als die Bestimmungstemperatur Tcth ist. Hier ist anzumerken, dass die Bestimmungstemperatur Tcth wie oben erwähnt ist. Dann schreitet der Ablauf der ECU 10 in den Fällen, bei denen eine positive Bestimmung in Schritt S205 gemacht wird, mit dem Vorgang von Schritt S206 fort, wohingegen der Ablauf der ECU 10 in den Fällen, bei denen eine negative Bestimmung in Schritt S205 gemacht wird, mit dem Vorgang von Schritt S107 fortschreitet.
In den Fällen, bei denen eine positive Bestimmung in Schritt S205 gemacht wird, wird dann der Niedrigtemperaturzähler Mc in Schritt S206 um 1 hochgesetzt. In anderen Worten wird eine Zeitspanne, bei der die Katalysatortemperatur Tc niedriger als die Bestimmungstemperatur Tcth wird, in Schritt S206 gezählt. Dann wird der Ablauf der ECU 10 nach dem Vorgang von Schritt S206 mit dem Vorgang von Schritt S107 fortgesetzt.
Danach wird die Ausführungsdauer Tiexe in Schritt S208 berechnet, in den Fällen, bei denen eine positive Bestimmung in Schritt S107 gemacht wird. In Schritt S208 wird die Ausführungsdauer Tiexe auf Grundlage des Wertes des Niedrigtemperaturzählers. Mc berechnet. Insbesondere stehen die Ausführungsdauer Tiexe und der Wert des Niedrigtemperaturzählers Mc in einem Zusammenhang, wie es in 9 gezeigt ist. Dann wird dieser Zusammenhang im Vorhinein im ROM der ECU 10 als eine Funktion oder ein Kennfeld gespeichert und im Schritt S208 wird die Ausführungsdauer Tiexe auf Grundlage der Korrelation und des Wertes des Niedrigtemperaturzählers Mc, der in Schritt S106 gezählt wird, berechnet. Wenn der Wert des Niedrigtemperaturzählers Mc null ist, wird die Ausführungsdauer Tiexe, die auf diese Weise berechnet wird, die Hochtemperatur-Referenzzeitspanne Tien2, wie es in 9 gezeigt ist. Dann, wenn der Wert des Niedrigtemperaturzählers Mc größer als null wird, wird die Ausführungsdauer Tiexe kürzer als die Hochtemperatur-Referenzzeitspanne Tien2. Außerdem schreitet der Ablauf der ECU 10 nach dem Vorgang von Schritt S208 mit dem Vorgang von Schritt 109 fort.
Anschließend werden die NOx-Speichermenge NOxsum und der Wert des Niedrigtemperaturzählers Mc nach dem Vorgang von Schritt S109 im Schritt S210 auf null zurückgesetzt. Dann wird nach dem Vorgang von Schritt S210 die Ausführung dieses Ablaufs beendet.
Die Ausführung des oben erwähnten Steuerflusses oder Ablaufs durch die ECU 10 ermöglicht auch, dass das gespeicherte NOx durch die Verwendung des Fettspitzenvorgangs auf eine angemessene Weise reduziert wird.
Zweite Ausführungsform
Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf Grundlage von 10 und 11 beschrieben. Hier ist anzumerken, dass in dieser zweiten Ausführungsform eine detaillierte Erklärung von der im Wesentlichen selben Konstruktion und des im Wesentlichen selben Steuervorgangs wie in der oben erwähnten ersten Ausführungsform entfällt.
In der oben erwähnten ersten Ausführungsform macht die ECU 10 in den Fällen, bei denen die Speichermenge NOx gleich ist, die Ausführung des Fettspitzenvorgangs in dem Fall länger, bei dem die Katalysatortemperaturzeitspanne lang ist, als in dem Fall, bei dem sie kurz ist. Andererseits macht die ECU 10 in dieser zweiten Ausführungsform in den Fällen, bei denen die Speichermenge von NOx gleich ist, den Fettheitsgrad des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der durch die Ausführung des Fettspitzenvorgangs erhalten wird, in dem Fall größer, bei dem die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne lang ist, als in dem Fall, bei dem sie kurz ist. Dadurch wird es leicht, dass das gespeicherte NOx reduziert wird, so dass es möglich wird, das gespeicherte NOx durch die Verwendung des Fettspitzenvorgangs auf eine angemessene Weise zu reduzieren.
Es wird eine kurze Beschreibung des Steuervorgangs, der durch die ECU 10 in dieser Ausführungsform ausgeführt wird, durch die Verwendung eines Zeitdiagramms, das in 10 gezeigt ist, gegeben. 10 ist ein Zeitdiagramm, das die Änderungen mit der Zeit von einer NOx-Speichermenge NOxsum, einer Katalysatortemperatur Tc, eines Hochtemperaturzählers Nc, eines eingestellten Wertes Rexe des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch die Ausführung des Fettspitzenvorgangs erhalten wird (nachstehend manchmal auch als ein „eingestellter Wert des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses“ bezeichnet), und einer Ausführungsflag fl zeigt. Hier ist anzumerken, dass in dieser zweiten Ausführungsform, nicht so wie in der oben beschriebenen 4, die Ausführungsdauer des Fettspitzenvorgangs auf die normale Ausführungsdauer Tien festgelegt ist.
In der Steuerung, die in 10 gezeigt ist, wird der eingestellte Wert des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ein Wert auf der fetteren Seite, wenn der Wert des Hochtemperaturzählers zunimmt, das heißt, wenn die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne länger wird. Auf eine andere Weise ausgedrückt wird der Fettheitsgrad des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses größer gemacht, wenn die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne länger wird. Hier wird der eingestellte Wert des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Fällen, bei denen die Katalysatortemperatur kleiner als die Bestimmungstemperatur Tcth in der gesamten Bestimmungszeitspanne wird, ein normal fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis Rn.
Zusätzlich dazu wird der Hochtemperaturzähler, wie es in 10 gezeigt ist, zu einem Zeitpunkt t4 N1 und der eingestellte Wert des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird dementsprechend R1, welches einen Fettheitsgrad hat, der größer als das normal fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis Rn ist. Dann wird der Fettspitzenvorgang zum Zeitpunkt t5 gestartet und der Fettspitzenvorgang wird ausgehend vom Zeitpunkt t5 bis zu einem Zeitpunkt t6` fortgeführt, welcher nach dem Ablauf der normalen Ausführungsdauer Tien ist. Das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das durch die Ausführung des Fettspitzenvorgangs erhalten wird, ist das oben erwähnte R1. In diesem Fall wird es im Vergleich mit dem Fall, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis das normal fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis Rn ist, einfacher, dass das gespeicherte NOx reduziert wird, so dass es möglich wird, das gespeicherte NOx durch die Verwendung des Fettspitzenvorgangs auf eine angemessene Weise zu reduzieren.
Darüber hinaus ist der Wert N2 des Hochtemperaturzählers, der im Zusammenhang mit dem Fettspitzenvorgang steht, der zum Zeitpunkt t8` gestartet wird, wie es in 10 gezeigt ist, größer als der Wert N1 des Hochtemperaturzählers, der in Zusammenhang mit dem Fettspitzenprozess steht, der zum Zeitpunkt t5 gestartet wird, und dementsprechend wird der eingestellte Wert des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der mit dem Fettspitzenprozess in Zusammenhang steht, der zum Zeitpunkt t8` gestartet wird, R2, welches einen Fettheitsgrad hat, der größer als der eingestellte Wert R1 des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist, das im Zusammenhang mit dem Fettspitzenvorgang steht, der zum Zeitpunkt t5 gestartet wird. Dann wird der Fettspitzenprozess zum Zeitpunkt t8` gestartet und der Fettspitzenvorgang wird ausgehend vom Zeitpunkt t8` bis zu einem Zeitpunkt t9` durchgeführt, welcher nach dem Ablauf der normalen Ausführungsdauer Tien1 ist. Hier führt die ECU 10 den aktuellen Fettspitzenvorgang aus, indem eine Kraftstoffmenge, die pro Zeiteinheit von dem Kraftstoffzusatzventil 7 hinzugefügt werden soll, größer als im letzten Fettspitzenvorgang wird, der zum Zeitpunkt t5 gestartet wird. Dadurch wird das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das durch die Ausführung des aktuellen Fettspitzenvorgangs erzielt wird, R2, welches einen Fettheitsgrad hat, der größer als R1 ist. In diesem Fall wird es im Vergleich mit dem letzten Fettspitzenvorgang leichter, dass das gespeicherte NOx reduziert wird. Hier ist anzumerken, dass in den Fällen, bei denen der Fettspitzenvorgang durch die Ausführung der fetten Verbrennung in einem Zylinder ausgeführt wird, die ECU 10 den aktuellen Fettspitzenvorgang durch das Erhöhen des Fettheitsgrades eines fetten Gemisches bei der fetten Verbrennung gegenüber dem letzten Fettspitzenvorgang ausführt.
Als Nächstes wird auf Grundlage der oben erwähnten 5 ein Steuerfluss oder Ablauf beschrieben, der in dieser zweiten Ausführungsform ausgeführt wird. In dieser zweiten Ausführungsform wird in den Fällen, bei denen eine positive Bestimmung in Schritt S107 gemacht wird, wie es in der oben erwähnten 5 gezeigt ist, der eingestellte Wert Rexe des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses anstelle des Vorgangs von Schritt S108, der in der oben erwähnten 5 gezeigt ist, berechnet. Bei diesem Vorgang wird der eingestellte Wert Rexe des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf Grundlage des Wertes des Hochtemperaturzählers Nc berechnet. Insbesondere stehen der eingestellte Wert Rexe des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Wert des Hochtemperaturzählers Nc in Zusammenhang, wie es in 11 gezeigt ist. Dann wird dieser Zusammenhang im Vorhinein im ROM der ECU 10 als eine Funktion oder ein Kennfeld gespeichert und der eingestellte Wert Rexe des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird auf Grundlage des Zusammenhangs und des Werts des Hochtemperaturzählers Nc, der in Schritt S106 gezählt wird, berechnet. Der eingestellte Wert Rexe des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der auf diese Weise berechnet wird, wird das normal fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis Rn, wenn der Wert des Hochtemperaturzählers Nc null ist, wie es in Fig .11 gezeigt ist. Dann wird der eingestellte Wert Rexe des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ein Wert auf einer fetteren Seite als das normal fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis Rn, wenn der Wert des Hochtemperaturzählers Nc größer als null wird. In anderen Worten wird der Fettheitsgrad des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in den Fällen, bei denen die NOx-Speichermenge NOxsum die Referenzmenge NOxth ist, in dem Fall größer, bei dem die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne lang ist, als in dem Fall, bei dem sie kurz ist.
Dann wird der Fettspitzenvorgang in Schritt S109 so ausgeführt, dass das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das durch den Fettspitzenvorgang erhalten wird, der eingestellte Wert Rexe des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird, wie es oben erwähnt ist. Infolgedessen wird es leicht, das gespeicherte NOx zu reduzieren.
Die Ausführung eines solchen Steuerflusses oder Ablaufs durch die ECU 10 ermöglicht es auch, gespeichertes NOx durch die Verwendung des Fettspitzenvorgangs auf eine angemessene Weise zu reduzieren. Hier ist anzumerken, dass die ECU 10 die Ausführungsdauer Tiexe und den eingestellten Werte Rexe des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf Grundlage des Wertes des Hochtemperaturzählers Nc berechnen kann und unter deren Verwendung als Ausführungsparameter den Fettspitzenvorgang ausführen kann. In diesem Fall kann die ECU 10 die Ausführungsdauer des Fettspitzenvorgangs länger machen und den Fettheitsgrad des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch den Fettspitzenvorgang erzielt wird, in dem Fall größer machen, bei dem die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne lang ist, als in dem Fall, bei dem sie kurz ist.
Dritte Ausführungsform
Als Nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf Grundlage von 12 und 13 beschrieben. Hier ist anzumerken, dass in dieser dritten Ausführungsform eine detaillierte Erklärung von der im Wesentlichen selben Konstruktion und von dem im Wesentlichen selben Steuervorgang wie in der ersten Ausführungsform entfällt.
In den oben erwähnten Ausführungsformen macht die ECU 10 in den Fällen, bei denen die NOx-Speichermenge gleich ist, die Ausführungsdauer des Fettspitzenvorgangs länger und/oder macht den Fettheitsgrad des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der durch die Auswirkung des Fettspitzenvorgangs erzielt wird, in dem Fall größer, bei dem die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne lang ist, als in den Fall, bei dem sie kurz ist. In dieser dritten Ausführungsform macht die ECU 10 zusätzlich zum Obigen in den Fällen, bei denen die NOx-Speichermenge gleich ist, in der Bestimmungszeitspanne die Ausführungsdauer des Fettspitzenvorgangs länger und/oder macht den Fettheitsgrad des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der durch die Ausführung des Fettspitzenvorgangs erreicht wird, in dem Fall größer, bei dem eine Durchschnittstemperatur des NSR-Katalysators zu dem Zeitpunkt, wenn die Katalysatortemperatur gleich oder höher als eine Bestimmungstemperatur wird, hoch ist, als in dem Fall, bei sie gering ist.
Hier wird es, je höher die Katalysatortemperatur ist, umso leichter, dass das NOx, das in dem NSR-Katalysator 6 als Nitrat gespeichert wird. Selbst wenn die Katalysator-Hochtemperatur-Zeitspanne gleich ist, wird es dann aus diesem Grund, je höher die Bestimmungstemperatur des Katalysators zu diesem Zeitpunkt wird, umso leichter, dass das NOx in dem NSR-Katalysator 6 als Nitrat gespeichert wird. Dementsprechend führt die ECU 10 unter der Bedingung, dass eine große Nitratmenge, die relativ schwer reduzierbar ist, produziert werden kann, die obige Steuerung aus, um eine Situation zu unterdrücken, bei der das gespeicherte NOx nicht zu einem ausreichenden Ausmaß reduziert wird.
Es wird eine kurze Beschreibung eines ersten Modus des Steuervorgangs, der durch die ECU 10 in dieser dritten Ausführungsform ausgeführt wird, unter Verwendung eines Zeitdiagramms, das in 12 gezeigt ist, gegeben. 12 ist das Zeitdiagramm, das die Änderung mit der Zeit von einer NOx-Steuermenge NOxsum, einer Katalysatortemperatur Tc, eines Hochtemperaturzählers Nc, eine Ausführungsdauer Tiexe und eine Ausführungsflag fl zeigt. Hier ist anzumerken, dass bei der Steuerung, die in 12 gezeigt ist, in einer Bestimmungszeitspanne die Ausführungsdauer in dem Fall länger gemacht wird, bei dem die Durchschnittstemperatur des NSR-Katalysators 6 zu dem Zeitpunkt, wenn die Katalysatortemperatur gleich oder höher als die Bestimmungstemperatur Tcth ist, wird, hoch ist, als in dem Fall, bei dem sie niedrig ist. Außerdem werden in 12 die Änderungen mit der Zeit von der Katalysatortemperatur, der Ausführungsdauer und der Ausführungsflag, die in der oben beschriebenen 4 gezeigt sind, durch gestrichelte Linien als Referenzen angezeigt.
Wie es in 12 gezeigt ist, ist die Katalysatortemperatur in einer Bestimmungszeitspanne von einem Zeitpunkt t2 bis zu einem Zeitpunkt t5 gleich oder höher als die Bestimmungstemperatur Tcth in einer Zeitspanne von einem Zeitpunkt t3 bis zu einem Zeitpunkt t4. Dann ist die Katalysatortemperatur zu diesem Zeitpunkt über die gesamte Zeitspanne vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4 höher als die Katalysatortemperatur, die in der oben erwähnten 4 gezeigt ist. In anderen Worten ist die Durchschnittstemperatur des NSR-Katalysators 6 in der Zeitspanne vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4, in der die Katalysatortemperatur gleich oder höher als die Bestimmungstemperatur Tcth ist, höher als die Durchschnittstemperatur des NSR-Katalysators 6 in dieser Zeitspanne, die in der oben erwähnten 4 gezeigt ist. Aus diesem Grund wird die Ausführungsdauer zum Zeitpunkt t4 auf eine Zeitspanne Tie11 eingestellt, welche länger als die Zeitspanne Tie1 ist, die in der oben erwähnten 4 gezeigt ist.
Dann wird der Fettspitzenvorgang zum Zeitpunkt t5 gestartet, und der Fettspitzenvorgang wird vom Zeitpunkt t5 für die Ausführungsdauer Tie11 fortgeführt. Selbst wenn die Nitrate aus dem gespeicherten NOx zunehmen, wenn die Katalysatortemperatur höher als die Bestimmungstemperatur Tcth wird, so dass eine Situation leicht auftritt, bei der das gespeicherte NOx nicht zu einem ausreichenden Ausmaß reduziert werden kann, kann das gespeicherte NOx dadurch auf eine angemessene Weise reduziert werden. In anderen Worten wird es möglich, das gespeicherte NOx durch die Ausführung des Fettspitzenvorgangs auf eine angemessene Weise zu reduzieren.
Als Nächstes wird eine kurze Beschreibung eines zweiten Modus des Steuervorgangs, der durch die ECU 10 in dieser dritten Ausführungsform ausgeführt wird, unter Verwendung eines Zeitdiagramms, das in 13 gezeigt ist, gegeben. 13 ist das Zeitdiagramm, das die Änderungen über der Zeit von einer NOx-Speichermenge NOxsum, einer Katalysatortemperatur Tc, eines Hochtemperaturzählers Nc, eines eingestellten Wertes Rexe des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und einer Ausführungsflag fl anzeigt. Hier ist anzumerken, dass in der Steuerung, die in 13 gezeigt ist, der Fettheitsgrad des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in der oben erwähnten Bestimmungszeitspanne in dem Fall größer gemacht wird, bei dem die Durchschnittstemperatur des NSR-Katalysators 6 zu dem Zeitpunkt, wenn die Katalysatortemperatur gleich oder höher als die Bestimmungstemperatur Tcth wird, hoch ist, als in dem Fall, bei dem sie niedrig ist. Außerdem werden die Änderungen über der Zeit von der Katalysatortemperatur und von dem Wert des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die in der oben erwähnten 10 gezeigt sind, in 13 als Referenzen durch gestrichelte Linien angezeigt.
In der Steuerung, die in 13 gezeigt ist, ist in der gesamten Zeitspanne von Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4 ebenfalls die Katalysatortemperatur höher als die Katalysatortemperatur, die in der oben erwähnten 10 gezeigt ist. In anderen Worten wird die Durchschnittstemperatur des NSR-Katalysators 6 in der Zeitspanne vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4, in der die Katalysatortemperatur gleich oder höher als die Bestimmungstemperatur Tcth ist, höher als die Durchschnittstemperatur des NSR-Katalysators 6 in dieser Zeitspanne, was in der oben erwähnten 10 gezeigt ist. Aus diesem Grund wird der eingestellte Wert des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum Zeitpunkt t4 R11, welches einen Fettheitsgrad hat, der größer als R1 ist, der in der oben erwähnten 10 gezeigt ist.
Dann wird der Fettspitzenvorgang zum Zeitpunkt t5 gestartet und der Fettspitzenvorgang wird vom Zeitpunkt t5 für eine normale Ausführungsdauer Tien fortgeführt. Das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das durch die Ausführung des Fettspitzenvorgangs erzielt wird, ist das oben erwähnte R11. In diesem Fall wird es im Vergleich mit dem Fall, bei dem ein eingestellter Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses R1 wird, leichter, dass das gespeicherte NOx reduziert wird, so dass es möglich wird, dass das gespeicherte NOx durch Verwendung des Fettspitzenvorgangs auf eine angemessene Weise reduziert wird.
Vierte Ausführungsform
Als Nächstes wird die Beschreibung für eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf Grundlage von 14 gegeben. Hier ist anzumerken, dass in dieser vierten Ausführungsform eine detaillierte Erklärung von im Wesentlichen derselben Konstruktion und im Wesentlichen desselben Steuervorgangs wie in der oben erwähnten ersten Ausführungsform entfällt.
In dieser vierten Ausführungsform berechnet die ECU 10 auf Grundlage der Katalysatortemperatur eine Menge an Nitrat, das im NSR-Katalysator 6 gespeichert wird (nachstehend manchmal auch als eine „Speichermenge an Nitrat“ bezeichnet). Wenn das Verhältnis von der Speichermenge an Nitrat zu der Speichermenge an NOx als ein Nitratverhältnis definiert ist, wird es in dem Fall, dass der Fettspitzenvorgang in einem Zustand ausgeführt wird, bei dem das Nitratverhältnis hoch ist, schwieriger, dass das NOx reduziert wird, im Vergleich mit dem Fall, bei dem der Fettspitzenvorgang in einem Zustand ausgeführt wird, bei dem das Nitratverhältnis gering ist, selbst wenn die Speichermenge an NOx gleich ist. Dementsprechend steuert die ECU 10 auf Grundlage des Nitratverhältnisses die Ausführungsdauer des Fettspitzenvorgangs und/oder den Fettheitsgrad des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch die Ausführung des Fettspitzenvorgangs erzielt wird. Selbst wenn die Speichermenge an NOx gleich ist, kann die ECU 10 insbesondere die Ausführungsdauer des Fettspitzenvorgangs länger machen und/oder den Fettheitsgrad des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch die Ausführung des Fettspitzenvorgangs erzielt wird, in dem Fall größer machen, bei dem das Nitratverhältnis hoch ist, als in dem Fall, bei dem es gering ist. Infolgedessen kann das gespeicherte NOx selbst in dem Fall, bei dem der Fettspitzenvorgang in dem Zustand ausgeführt wird, bei dem das Nitratverhältnis hoch ist, ähnlich wie in dem Fall, bei dem die Fettspitze in dem Zustand ausgeführt wird, bei dem das Nitratverhältnis niedrig ist, reduziert werden.
Hier wird ein Steuerfluss oder ein Ablauf, der in dieser vierten Ausführungsform ausgeführt wird, auf Grundlage von 14 beschrieben. 14 ist ein Flussdiagramm, das den Steuerfluss oder den Ablauf gemäß dieser vierten Ausführungsform anzeigt. In dieser vierten Ausführungsform wird dieser Ablauf in einem vorbestimmten Betriebsintervall oder in einer Zeitspanne Δt auf wiederholte Art und Weise durch die ECU 10 während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 ausgeführt. Hier ist anzumerken, dass in entsprechenden Vorgängen, die in 14 gezeigt sind, dieselben Referenzzeichen denselben Vorgängen zugewiesen werden, wie diese, die in der oben beschriebenen 5 gezeigt sind, und eine detaillierte Erklärung derselben entfällt.
In dem Steuerablauf, der in 14 gezeigt ist, wird nach dem Vorgang von Schritt S101 eine Sauerstoffkonzentration 02con eines eintretenden Abgases in Schritt S301 erhalten. In Schritt S301 wird die Sauerstoffkonzentration 02con des eintretenden Abgases auf Grundlage des Ausgabewertes des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 14 berechnet. Dann schreitet der Ablauf der ECU 10 nach dem Vorgang von Schritt S301 mit dem Vorgang von Schritt 102 fort.
Außerdem wird im Steuerfluss, der in 14 gezeigt ist, im Schritt S302 nach dem Vorgang von Schritt S104 eine Menge an produziertem Nitrat (nachstehend manchmal auch als eine „aktuelle Produktionsmenge“ bezeichnet) NO3now berechnet, das in einem aktuellen Zustand des NSR-Katalysators 6 produziert wird, (d. h. die Speichermenge an NOx, die Katalysatortemperatur und die Sauerstoffkonzentration). In Schritt S302 wird eine Produktionsrate von Nitrat auf Grundlage der NOx-Speichermenge NOxsum, die in Schritt S104 berechnet wird, der Katalysatortemperatur Tc, die in Schritt S101 erhalten wird, und der Sauerstoffkonzentration 02con des eintretenden Abgases, die in Schritt S301 erhalten wird, berechnet. Diese Produktionsrate an Nitrat wird durch den folgenden Ausdruck 1 berechnet. $NO3reac = A \cdot exp (- Ea / R \cdot Tc) \cdot {NO2sum}^{a} \cdot {O2con}^{b}$

NO3reac:: Produktionsrate von Nitrat,
Tc:: Katalysatortemperatur
NO2sum:: Speichermenge an Nitrit
O2con:: Sauerstoffkonzentration
R:: Eine Gaskonstante, und
A, Ea, a, b:: Empirische Konstanten

Dann wird die aktuelle Produktionsmenge NO3now durch die Multiplikation der Produktionsrate an Nitrat NO3reac mit der Betriebszeitspanne Δt berechnet.
Hier ist die Speichermenge an Nitrit NO2sum eine Menge an Nitrit, die im NSR-Katalysator 6 gespeichert ist, und wird durch den folgenden Ausdruck 2 berechnet. $NO2sum = NO2old + NOxch$

NO2sum:: Speichermenge an Nitrit,
NO2old:: Letzte Speichermenge an Nitrit, und
NOxch:: Eine Änderungsmenge.

In anderen Worten kann sich das NOx, das in den NSR-Katalysator geströmt ist, einmal in Nitrit verwandeln und kann im NSR-Katalysator 6 gespeichert werden, so dass die Änderung vom NOx im NSR-Katalysator 6 bis zum vorliegenden Zeitpunkt, nachdem dieser Ablauf das letzte Mal ausgeführt wurde, vollständig als Änderung von Nitrit angenommen wird. Dann wird die Speichermenge an Nitrit NO2sum durch die Addition der letzten Menge an Nitrit, die im NSR-Katalysator 6 gespeichert ist, zur Änderungsmenge NOxch berechnet.
Dann wird die Speichermenge an Nitrat NO3sum im Schritt S303 berechnet. Im Schritt S303 wird die Speichermenge an Nitrat NO3sum durch das Hinzufügen der aktuellen Produktionsmenge NO3now, die in Schritt S302 berechnet wird, zur Speichermenge an Nitrat NO3sum berechnet. Hier ist anzumerken, dass die ECU 10 als eine Nitrat-Speichermengen-Berechnungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Ausführung der Vorgänge der Schritte S302 und S303 funktioniert.
Dann wird in Schritt S304 das Nitratverhältnis NO3rate berechnet. In Schritt S304 wird das Nitratverhältnis NO3rate durch die Division der Speichermenge an Nitrat NO3sum, die in Schritt S303 berechnet wird, durch die NOx-Speichermenge NOxsum berechnet, die in Schritt S104 berechnet wird. Dann schreitet der Ablauf der ECU 10 nach dem Vorgang von Schritt S304 mit dem Vorgang von Schritt S107 fort. Hier ist anzumerken, dass die ECU 10 als eine Nitrat-Verhältnis-Berechnungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Ausführung des Vorgangs von Schritt S304 funktioniert.
Danach wird in den Fällen, bei denen in Schritt S107 eine positive Bestimmung gemacht wird, die Ausführungsdauer Tiexe in Schritt S308 berechnet. In Schritt S308 wird die Ausführungsdauer Tiexe auf Grundlage des Nitratverhältnisses NO3rate berechnet, welches in Schritt S304 berechnet wird. Insbesondere wird die Ausführungsdauer Tiexe in den Fällen, bei denen die NOx-Speichermenge NOxsum die Referenzmenge NOxth ist, in dem Fall länger gemacht, bei dem das Nitratverhältnis NO3rate hoch ist, also in dem Fall, bei dem es gering ist. Außerdem fährt der Ablauf der ECU 10 nach dem Vorgang von Schritt S308 mit dem Vorgang von Schritt S109 fort.
Darauf werden nach dem Vorgang von Schritt S109 die NOx-Speichermenge NOxsum und die Speichermenge an Nitrat NO3sum in Schritt S310 auf null zurückgesetzt. Dann wird die Ausführung dieses Ablaufes nach dem Vorgang von Schritt S310 beendet.
Hier ist anzumerken, dass in dieser vierten Ausführungsform in den Fällen, bei denen eine positive Bestimmung in Schritt S107 gemacht wird, der eingestellte Wert Rexe des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses anstelle des Vorgangs von Schritt S308 berechnet werden kann. In diesem Fall wird der eingestellte Wert Rexe des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf Grundlage des Nitratverhältnisses NO3rate berechnet, das in Schritt S304 berechnet wird. Insbesondere wird in den Fällen, bei denen die Speichermenge an NOx NOxsum die Referenzmenge NOxth ist, der Fettheitsgrad des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Fall größer gemacht, bei dem das Nitratverhältnis NO3rate hoch ist, als in dem Fall, bei dem es niedrig ist. Außerdem kann die ECU 10 die Ausführungsdauer des Fettspitzenvorgangs länger machen und den Fettheitsgrad des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der durch den Fettspitzenvorgang erzielt wird, in dem Fall größer machen, bei dem das Nitratverhältnis hoch, als in Fall, bei dem es niedrig ist.
Die Ausführung des oben erwähnten Steuerflusses oder Ablaufs durch die ECU 10 ermöglicht es, das NOx, das im NSR-Katalysator gespeichert ist, durch Verwendung des Fettspitzenvorgangs auf eine angemessene Weise zu reduzieren.
Zusammenfassend weist eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator und eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit auf, um eine Fettspitze auszuführen, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit in den Fällen, bei denen die NOx-Speichermenge gleich ist, in einer Zeitspanne vom Abschluss der Ausführung der letzten Fettspitze bis zum Start des Ausführung der aktuellen Fettspitze eine Ausführungsdauer der aktuellen Fettspitze länger macht und/oder ein Fettheitsgrad eines fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch die Ausführung der aktuellen Fettspitze erzielt wird, größer macht, wenn eine Zeitspanne, in der eine Temperatur des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators gleich oder höher als eine vorbestimmte Bestimmungstemperatur wird, lang ist, als wenn diese kurz ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005163590 A [0004]
JP 2016186239 A [0005]

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der einen Magerbetrieb durchführt, wobei die Vorrichtung aufweist: einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator, der in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors angeordnet ist; eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit, die konfiguriert ist, eine Fettspitze auszuführen, um temporär ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das in den NOx-Speicher-Reduktionskatalysator strömt, von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das höher als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu ändern, das niedriger als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist; und eine NOx-Speichermengen-Berechnungseinheit, die konfiguriert ist, eine Speichermenge an NOx, welche eine Menge an NOx ist, die im NOx-Speicher-Reduktionskatalysator gespeichert wird, zu berechnen; wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit in den Fällen, bei denen die Speichermenge an NOx, die durch die NOx-Speichermengen-Berechnungseinheit berechnet wird, gleich ist, in einer Zeitspanne vom Abschluss der Ausführung der letzten Fettspitze bis zum Start der Ausführung der aktuellen Fettspitze eine Ausführungsdauer der aktuellen Fettspitze länger macht und/oder einen Fettheitsgrad des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch die Ausführung der aktuellen Fettspitze erzielt wird, größer macht, wenn eine Zeitspanne, in der eine Temperatur des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators gleich oder höher als eine vorbestimmte Bestimmungstemperatur wird, lang ist, als wenn diese kurz ist.
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit in den Fällen, in denen die NOx-Speichermenge, die durch die NOx-Speichermengen-Berechnungseinheit berechnet wird, gleich ist, in der Zeitspanne vom Abschluss der Ausführung der letzten Fettspitze bis zum Start der Ausführung der aktuellen Fettspitze die Ausführungsdauer der aktuellen Fettspitze länger macht und/oder den Fettheitsgrad des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der durch die Ausführung der aktuellen Fettspitze erzielt wird, größer macht, wenn eine Durchschnittstemperatur des NOx-Speichermengenreduktionskatalysators zu dem Zeitpunkt, wenn die Temperatur des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators höher als die vorbestimmte Bestimmungstemperatur wird, hoch ist, als wenn diese niedrig ist.
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der einen Magerbetrieb durchführt, wobei die Vorrichtung aufweist: einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator, der in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors angeordnet ist; eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit, die konfiguriert ist, eine Fettspitze auszuführen, um temporär ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das in den NOx-Speicher-Reduktionskatalysator strömt, von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das höher als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu ändern, das niedriger als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist; eine NOx-Speichermengen-Berechnungseinheit, die konfiguriert ist, eine NOx-Speichermenge zu berechnen, welche eine Menge an NOx ist, die im NOx-Speicher-Reduktionskatalysator gespeichert wird, eine Nitrat-Speichermengen-Berechnungseinheit, die konfiguriert ist, auf Grundlage einer Temperatur des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators eine Speichermenge an Nitrat, welche eine Menge an Nitrat ist, die im NOx-Speicher-Reduktionskatalysator gespeichert wird, zu berechnen; und eine Nitrat-Verhältnis-Berechnungseinheit, die konfiguriert ist, ein Nitratverhältnis, welches ein Verhältnis von der Speichermenge an Nitrat zu der Speichermenge an NOx ist, auf Grundlage der Speichermenge an NOx, die durch die NOx-Speichermengen-Berechnungseinheit berechnet wird, und der Speichermenge an Nitrat, die durch die Nitratspeichermenge berechnet wird, zu berechnen; wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit in den Fällen, bei denen die Speichermenge an NOx, die durch die NOx-Speichermengen-Berechnungseinheit berechnet, gleich ist, eine Ausführungsdauer der Fettspitze länger macht und/oder einen Fettheitsgrad des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der durch die Ausführung der aktuellen Fettspitze erzielt wird, größer macht, wenn das Nitratverhältnis, das durch die Nitrat-Verhältnis-Berechnungseinheit berechnet wird, hoch ist, als wenn dieses niedrig ist.