DE10249880A1 - Emissionssteuerungsvorrichtung und Emissionssteuerungsverfahren einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Emissionssteuerungsvorrichtung und Emissionssteuerungsverfahren einer Brennkraftmaschine

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Abstract

Eine Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst einen NOx-Katalysator (20), eine Aufwärmeinrichtung (28) zum Erwärmen des NOx-Katalysators (20) und eine Betriebszustanderfassungseinrichtung (33, 36) zum Erfassen des Zustands des Betriebs des Verbrennungsmotors (1). Die Aufwärmeinrichtung (28) erwärmt den NOx-Katalysator (20) durch Setzen einer Zieltemperatur auf der Grundlage eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors (1), der durch die Betriebszustanderfassungseinrichtung (33, 36) erfasst wird. Wenn sich der Verbrennungsmotor (1) in einem Hochlastzustand befindet, der nicht zum Erwärmen des NOx-Katalysators (20) geeignet ist, erwärmt die Aufwärmeinrichtung (28) den NOx-Katalysator (20) nicht. Daher ist die Emissionssteuerungsvorrichtung in der Lage, eine Verschlechterung hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu steuern, und ist in der Lage, die Temperatur des NOx-Katalysators auf eine Temperatur rasch anzuheben, die eine Schwefelvergiftungswiederherstellung gestattet, wenn eine für die Schwefelvergiftungswiederherstellung erforderliche Bedingung erfüllt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Emissionssteuerungsvorrichtung und ein Emissionssteuerungsverfahren für eine Brennkraftmaschine.
  • In der Vergangenheit wurde eine Technologie, bei der ein NOx- Katalysator in einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, in dem Bereich von Brennkraftmaschinen, die in Motorfahrzeugen und dgl. eingebaut sind, und insbesondere bei Magerverbrennungsbenzinmotoren und Dieselmotoren vorgeschlagen, die in der Lage sind, ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in einem Zustand überschüssigen Sauerstoffs zu verbrennen (im Allgemeinen als ein mageres Luftkraftstoffverhältnisgemisch bezeichnet). Ein bekannter NOx-Katalysator ist ein NOx-Katalysator der Speicherreduktionsbauart, der Stickstoffoxide (NOx) aus dem Abgas absorbiert und speichert, wenn die Abgaseinströmung eine hohe Sauerstoffkonzentration hat, und der die gespeicherten Stickstoffoxide (NOx) ablässt und deren Reduktion zu Stickstoff (N2) verursacht, wenn die Abgaseinströmung eine niedrige Sauerstoffkonzentration hat und ein Reduktionsmittel anwesend ist.
  • Wenn ein solcher NOx-Katalysator der Speicherreduktionsbauart in dem Abgassystem einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, absorbiert der NOx-Katalysator der Speicherreduktionsbauart Stickstoffoxide (NOx) aus dem Abgas, wenn der Verbrennungsmotor in einer mageren Verbrennungsbetriebsart betrieben wird und daher das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases hoch wird. Wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den NOx- Katalysator der Speicherreduktionsbauart strömt, niedrig wird, lässt der NOx-Katalysator der Speicherreduktionsbauart Stickstoffoxide (NOx) ab und verursacht ihre Reduktion in Stickstoff (N2).
  • Der NOx-Katalysator der Speicherreduktionsbauart absorbiert und speichert auch Schwefeloxide (SOx) durch den gleichen Mechanismus wie bei NOx. Schwefeloxide (SOx) werden durch die Verbrennung von Schwefelbestandteilen ausgebildet, die in dem Kraftstoff enthalten sind. SOx, der in dem Katalysator gespeichert ist, wird weniger einfach abgelassen als NOx und wird daher an dem NOx-Katalysator gesammelt. Die Sammlung von SOx wird als Schwefelvergiftung (SOx-vergiftung) bezeichnet. Wenn der NOx-Katalysator der Speicherreduktionsbauart der SOx- Vergiftung unterliegt, fällt die NOx-Entfernungsrate ab. Daher ist es notwendig, den NOx-Katalysator einem Vergiftungswiederherstellungsprozess zum Wiederherstellen des NOx-Katalysators von der SOx-Vergiftung mit einer geeigneten Zeitabstimmung zu unterziehen. Der Vergiftungswiederherstellungsprozess wird durch Verursachen, dass das Abgas mit einer verringerten Sauerstoffkonzentration durch den NOx-Katalysator strömt, erzielt, während der NOx- Katalysator auf einer hohen Temperatur gehalten wird (bspw. ungefähr 600°C bis 650°C).
  • Während des Magerverbrennungsbetriebs ist jedoch die Abgastemperatur niedrig, so dass es nicht einfach ist, den NOx- Katalysator auf eine Temperatur zu erwärmen, die für die Wiederherstellung von der SOx-Vergiftung benötigt wird, wenn ein normaler Betriebszustand aufrecht erhalten wird. In dieser Situation wird jedoch die Zuführung eines Reduktionsmittels (Kraftstoff) in das Abgas die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas verringern, während die Temperatur des Katalysators ansteigt.
  • Bspw. hält eine Brennkraftmaschinenemissionssteuerungsvorrichtung, die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 11-343836 offenbart ist, im Wesentlichen das Luft/Kraftstoffverhältnis, das in den NOx-Katalysator der Speicherreduktionsbauart einströmt, in der Umgebung eines stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses und macht das Luft/Kraftstoffverhältnis intermittierend niedriger als das stöichiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis, wenn die Wiederherstellung des NOx-Katalysators der Speicherreduktionsbauart von der Vergiftung notwendig wird. Aufgrund dieses Betriebs wird das Luft/Kraftstoffverhältnis in der Umgebung des stöichiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnisses für die meiste Zeit während des Vergiftungswiederherstellungsprozesses gehalten, so dass die Erzeugung von Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO) in dem Abgas minimiert werden kann. Da des Weiteren das Luft/Kraftstoffverhältnis intermittierend niedriger als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis gemacht wird, befindet sich das durchschnittliche Luft/Kraftstoffverhältnis während des Vergiftungswiederherstellungsprozesses an der kraftstoffreichen Seite (fetten Seite) des stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnisses. Daher kann der NOx-Katalysator der Speicherreduktionsbauart von der Schwefelvergiftung innerhalb einer relativ kurzen Zeit wiederhergestellt werden. Gemäß der vorstehend genannten Offenlegungsschrift wird die Vergiftungswiederherstellungssteuerung unter der Voraussetzung durchgeführt, dass die Temperatur des NOx-Katalysators der Speicherreduktionsbauart bspw. größer oder gleich 300°C beträgt und dass die Menge der Schwefeloxide, die in dem Katalysator gespeichert ist, größer oder gleich einem vorbestimmten Betrag ist.
  • Obwohl die Schwefelvergiftungswiederherstellung durch Verringern des Abgas-Luft/Kraftstoffverhältnisses durchgeführt wird, wie vorstehend beschrieben ist, ergibt eine Verringerung des Luft/Kraftstoffverhältnisses während eines Hochlastbetriebs der Brennkraftmaschine eine übermäßig angestiegene Temperatur des NOx-Katalysators der Speicherreduktionsbauart und kann daher eine thermische Verschlechterung des NOx-Katalysators der Speicherreduktionsbauart bewirken.
  • Gemäß der vorstehend genannten Patentoffenlegungsschrift wird die Aufwärmsteuerung des NOx-Katalysators der Speicherreduktionsbauart durchgeführt, wenn die Temperatur des NOx-Katalysators der Speicherreduktionsbauart und die Menge der Schwefeloxide, die darin gespeichert sind, die Bedingungen zum Starten der Vergiftungswiederherstellungssteuerung erfüllen. Wenn jedoch die Aufwärmsteuerung nicht durch den Betrieb des Verbrennungsmotors in einem Niedriglastbereich verfolgt wird, wird eine Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit aufgrund einer lang andauernden Fortsetzung eines Hochtemperaturzustands des Katalysators verursacht.
  • Des weiteren wird die Schwefelvergiftungswiederherstellung normalerweise während eines Niedriglastverbrennungsmotorbetriebs durchgeführt. Wenn jedoch die Aufwärmsteuerung gestartet wird, nachdem der Verbrennungsmotorbetrieb zu dem Niedriglastbereich geschaltet wird, muss eine lange Zeit verlaufen, bevor der NOx- Katalysator der Speicherreduktionsbauart auf eine Temperatur erwärmt ist, die für die Schwefelvergiftungswiederherstellung benötigt wird. Wenn während des Verlaufs der Zeit der Zustand des Betriebs der Brennkraftmaschine zu einem Hochlastbereich wechselt, ist eine Gelegenheit für eine Schwefelvergiftungswiederherstellung verloren.
  • Die Erfindung wurde gemacht, um die vorstehend genannten Probleme zu lösen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Technologie zu schaffen, die in der Lage ist, eine Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit einer Brennkraftmaschine zu verringern, die mit einer Emissionssteuerungsvorrichtung ausgestattet ist, um die Temperatur eines NOx-Katalysators der Emissionssteuerungsvorrichtung auf eine Temperatur rasch anzuheben, die eine Schwefelvergiftungswiederherstellung gestattet, zu dem Zeitpunkt der Erfüllung einer Bedingung, die für die Schwefelvergiftungswiederherstellung benötigt wird.
  • Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, schafft die Erfindung eine Emissionssteuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine wie folgt. Das heißt, dass eine Emissionssteuerungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung folgendes aufweist: eine NOx-Katalysator, der NOx aus einem Abgas, das in den NOx-Katalysator einströmt, absorbiert und speichert, wenn ein Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases sich auf einer mageren Seite eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnisses befindet, und der das gespeicherte NOx ablässt, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases zu dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis oder zu der fetten Seite des stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnisses wechselt; eine Aufwärmeinrichtung zum Durchführen einer Aufwärmsteuerung des NOx-Katalysators, wenn ein Bedarf zum Entfernen eines Schwefeloxids von dem NOx-Katalysator sich ergibt; und eine Betriebszustandserfassungseinrichtung zum Erfassen eines Zustands des Betriebs der Brennkraftmaschine. Die Aufwärmeinrichtung erwärmt den NOx-Katalysator durch Setzen einer Zieltemperatur auf der Grundlage des Zustands des Betriebs der Brennkraftmaschine, der durch die Betriebszustandserfassungseinrichtung erfasst ist. Wenn sich die Brennkraftmaschine in einem Hochlastzustand befindet, der nicht geeignet ist, den NOx-Katalysator zu erwärmen, erwärmt die Aufwärmeinrichtung den NOx-Katalysator nicht.
  • Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Emissionssteuerungsverfahren einer Emissionssteuerungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit einem NOx-Katalysator vorgesehen, der NOx aus einem in den NOx- Katalysator einströmenden Abgas absorbiert und speichert, wenn ein Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases sich auf einer mageren Seite eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnisses befindet und der das gespeicherte NOx ablässt, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases zu dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis oder zu einer fetten Seite des stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnisses wechselt, wobei eine Aufwärmsteuerung des NOx-Katalysators durchgeführt wird, wenn sich ein Bedarf zum Entfernen eines Schwefeloxids von dem NOx-Katalysator ergibt. Das Emissionssteuerungsverfahren weist die folgenden Schritte auf: Erfassen eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine; Setzen einer Zieltemperatur des NOx- Katalysators auf der Grundlage des Betriebszustands; und Erwärmen des NOx-Katalysators in Richtung auf die Zieltemperatur oder Vermeiden des Erwärmens des NOx-Katalysators, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem Hochlastzustand befindet, der zum Erwärmen des NOx-Katalysators nicht geeignet ist.
  • Ein Hauptmerkmal der Emissionssteuerungsvorrichtung und des Emissionssteuerungsverfahrens davon gemäß der Erfindung liegt darin, dass eine Zieltemperatur des NOx-Katalysators entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ermittelt wird und die Erwärmung des NOx-Katalysators durchgeführt wird, wenn sich ein Bedarf zum Entfernen eines Schwefeloxids von dem NOx-Katalysator ergibt, und darin, dass, wenn die Brennkraftmaschine sich in einem Hochlastzustand befindet, bei dem eine Schwefelvergiftungswiederherstellung nicht durchgeführt werden kann, die Erwärmung des NOx- Katalysators vermieden wird. Daher wird es möglich, die Verschlechterung hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu steuern und die Temperatur des NOx-Katalysators auf eine Temperatur rasch anzuheben, die für die Schwefelvergiftungswiederherstellung erforderlich ist, wenn ein Betriebszustand erreicht ist, der die Schwefelvergiftungswiederherstellung gestattet.
  • Bei der Brennkraftmaschinenemissionssteuerungsvorrichtung und dem Emissionssteuerungsverfahren davon, wie es vorstehend beschrieben ist, wird die Erwärmung des NOx-Katalysators vermieden, wenn der Betriebszustand des Verbrennungsmotors sich in einem Betriebsbereich befindet, bei dem die Wiederherstellung von der Schwefelvergiftung nicht durchgeführt werden, bspw. in einem Hochlastbetriebsbereich. Während des Hochlastbetriebszustands kann die Ausführung der Schwefelvergiftungswiederherstellung die Temperatur des NOx- Katalysators übermäßig anheben und kann eine thermische Verschlechterung des NOx-Katalysators bewirken. Daher ist es in einigen Fällen, obwohl die Temperatur des NOx-Katalysators während des Hochlastbetriebbereichs angehoben ist, nicht möglich, die Schwefelvergiftungswiederherstellung nach dem Anheben der Temperatur durchzuführen. Des Weiteren steigt während des Hochlastbetriebsbereichs die Temperatur auf ein gewisses Niveau aufgrund der Wärme von dem Abgas an, so dass der NOx-Katalysator rasch auf die Temperatur erwärmt werden kann, die für die Schwefelvergiftungswiederherstellung benötigt wird. Oft ist es während eines Autobahnfahrens bzw. Schnellstraßenfahrens oder dgl., dass sich der Hochlastbetriebszustand fortsetzt. In einem solchen Fall kann trotz der Ausführung der Erwärmung des NOx-Katalysators eine beträchtlich lange Zeit vor einem Wechsel zu einem Betriebszustand verlaufen, der für die Schwefelvergiftungswiederherstellung benötigt wird. Daher wird die Erwärmung des NOx-Katalysators gemäß der Erfindung vermieden, wenn sich der Verbrennungsmotor in dem Hochlastbetriebsbereich befindet. Daher wird es möglich, den Kraftstoffverbrauch und die Steuerungsverschlechterung hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verringern.
  • Wenn der Verbrennungsmotorbetrieb sich in einem anderen Bereich, bspw. einem Mittellastbereich, befindet, wird die Möglichkeit eines Wechsels zu einem Betriebszustand hoch, der die Schwefelvergiftungswiederherstellung gestattet. Wenn der Betriebszustand dem Niedriglastbereich erreicht, wird ein Temperaturanstieg des NOx-Katalysators aufgrund der Temperatur des Abgases weniger wahrscheinlich. Wenn des Weiteren der Betriebszustand einen Niedriglastbereich erreicht, wird die Möglichkeit eines Wechsels zu einem Betriebszustand, der die Schwefelvergiftungswiederherstellung gestattet, höher, so dass der Bedarf zum Anheben der Temperatur des NOx-Katalysators ansteigt.
  • Wenn daher der Verbrennungsmotorbetrieb sich in dem Mittellastbereich befindet, ist die gesetzte Temperatur des NOx- Katalysators so gesetzt, dass die Temperatur des NOx- Katalysators höher wird, wenn der Zustand des Verbrennungsmotorbetriebs den Niedriglastbereich erreicht. Mit dieser Einstellung wird es möglich, die Temperatur des NOx- Katalysators rasch zu der Temperatur anzuheben, die für die Schwefelvergiftungswiederherstellung benötigt wird, wenn der Betriebszustand, der die Schwefelvergiftungswiederherstellung gestattet, erreicht wird, und die Kraftstoffmenge zu verringern, die vor der Ausführung der Schwefelvergiftungswiederherstellung verbraucht wird.
  • Wenn sich bspw. der Verbrennungsmotor in dem Niedriglastbereich befindet, ist es möglich, die Schwefelvergiftungswiederherstellung unmittelbar durchzuführen, vorausgesetzt dass der NOx-Katalysator eine Temperatur hat, die für die Schwefelvergiftungswiederherstellung geeignet ist. Wenn daher die Temperatur des NOx-Katalysators zu der Temperatur angehoben ist, die für die Schwefelvergiftungswiederherstellung benötigt wird, ist es möglich, die Schwefelvergiftungswiederherstellung unmittelbar durchzuführen.
  • Daher ist es vorzuziehen, die Zieltemperatur des NOx- Katalysators höher zu setzen, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem Niedriglastbereich befindet, als wenn sich die Brennkraftmaschine in einem Hochlastbereich befindet.
  • Es ist ebenso vorzuziehen, die Aufwärmsteuerung abzuschwächen, wenn eine tatsächliche Temperatur des NOx-Katalysators höher als die Zieltemperatur ist, und die Aufwärmsteuerung zu verstärken, wenn die tatsächliche Temperatur des NOx-Katalysators niedriger als die Zieltemperatur ist.
  • Wenn somit die Zieltemperatur des NOx-Katalysators auf der Grundlage des Betriebsbereichs des Verbrennungsmotors geändert wird, wird es möglich, die Verschlechterung hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verringern und die Temperatur des NOx-Katalysators auf die Temperatur rasch anzuheben, die für die Schwefelvergiftungswiederherstellung benötigt wird, wenn der Betriebszustand, der die Schwefelvergiftungswiederherstellung gestattet, erreicht ist.
  • Gemäß einer weiteren Form von jedem Gesichtspunkt der Erfindung, die vorstehend beschrieben sind, kann die Erwärmung des NOx- Katalysators angehalten werden, wenn ein Betriebszustand, der eine Entfernung des Schwefeloxids nicht gestattet, sich für zumindest eine vorbestimmte Zeit fortsetzt, während der NOx- Katalysator erwärmt wird.
  • Wenn der vorstehend genannte Betriebszustand sich fortsetzt und die Schwefelvergiftungswiederherstellung nicht durchgeführt wird, wird ein Hochtemperaturzustand des NOx-Katalysators aufrecht erhalten, wobei eine Verschlechterung hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit bewirkt wird. Daher kann während dieses Betriebszustands das Anhalten der Erwärmung des NOx- Katalysators die Verschlechterung hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit verringern.
  • Gemäß einer weiteren Form der Erfindung ist es möglich, eine Konstruktion anzunehmen, bei der, wenn sich ein Bedarf zum Entfernen des Schwefeloxids von dem NOx-Katalysator ergibt, die Temperatur des NOx-Katalysators zu einer Temperatur angehoben wird, die für eine Schwefelvergiftungswiederherstellung benötigt wird, und wenn die Schwefelvergiftungswiederherstellung nicht für eine nachfolgende vorbestimmte Zeit durchgeführt wird, der NOx-Katalysator durch Setzen einer Zieltemperatur aufgrund des erfassten Betriebszustands der Brennkraftmaschine erwärmt wird, und wenn die Brennkraftmaschine sich in einem Betriebszustand befindet, der nicht zum Erwärmen des NOx-Katalysators geeignet ist, die Erwärmung des NOx-Katalysators vermieden wird.
  • Bei der Brennkraftmaschinenemissionssteuerungsvorrichtung und dem Emissionssteuerungsverfahren, das aufgebaut ist, wie vorstehend beschrieben ist, wird der NOx-Katalysator auf die Temperatur erwärmt, die für die Schwefelvergiftungswiederherstellung erforderlich ist, wenn sich ein Bedarf zum Wiederherstellen des NOx-Katalysators von einer Schwefelvergiftung ergibt. Wenn darauf der Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu einem Niedriglastbereich wechselt, wird die Schwefelvergiftungswiederherstellung durchgeführt. Wenn jedoch sich der Verbrennungsmotorbetrieb ohne einen Wechsel zu dem vorstehend genannten Betriebsbereich fortsetzt, wird Kraftstoff verbraucht, um die Temperatur des NOx-Katalysators beizubehalten. Wenn daher die Schwefelvergiftungswiederherstellung nicht für die vorbestimmte Zeitdauer durchgeführt wird, wird die Aufwärmsteuerung des NOx- Katalysators gemäß dem Betriebsbereich durchgeführt, so dass die Verschlechterung hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit verringert werden kann.
  • Das vorstehend genannte Ausführungsbeispiel und andere beispielhafte Ausführungsbeispiele aufgaben Merkmale, Vorteile, die technische und industrielle Bedeutung dieser Erfindung werden durch Lesen der folgenden genauen Beschreibung der beispielhaften Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen besser verstanden.
  • Fig. 1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor und dessen Einlass- und Auslasssystem, auf den eine Brennkraftmaschinenemissionssteuerungsvorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung angewendet ist;
  • Fig. 2A ist eine Querschnittsansicht eines Partikelfilters der Brennkraftmaschinenemissionssteuerungsvorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung;
  • Fig. 2B ist eine Längsschnittansicht des Partikelfilters der Brennkraftmaschinenemissionssteuerungsvorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung;
  • Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das den inneren Aufbau einer ECU der Brennkraftmaschinenemissionssteuerungsvorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung zeigt; und
  • Fig. 4 ist ein Diagramm, das die gesetzte Temperatur des Filters in dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung anzeigt.
  • In der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung genauer mit Bezug auf die beispielhaften Ausführungsbeispiele beschrieben.
  • Im folgenden wird ein spezifisches Ausführungsbeispiel einer Emissionssteuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die folgende Beschreibung behandelt einen beispielhaften Fall, bei dem die Emissionssteuerungsvorrichtung für die Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung auf einen Dieselverbrennungsmotor zum Antreiben eines Fahrzeugs angewendet ist.
    • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Dieselverbrennungsmotors (im folgenden als "Verbrennungsmotor" bezeichnet) 1, auf dem eine Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel angewendet ist.
  • Der Verbrennungsmotor 1, der in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein wassergekühlter Viertakt-Dieselverbrennungsmotor mit vier Zylindern 2.
  • Der Verbrennungsmotor 1 hat Kraftstoffeinspritzventile 3, von denen jedes Kraftstoff direkt in eine Brennkammer eines entsprechenden Zylinders 2 einspritzt. Jedes der Kraftstoffeinspritzventile 3 ist mit einem Sammler (common rail bzw. gemeinsame Leitung) 4 verbunden, der den Kraftstoff speichert, bis ein vorbestimmter Druck erreicht ist. Die gemeinsame Leitung 4 ist mit einem Drucksensor 4a der gemeinsamen Leitung versehen, der ein elektrisches Signal entsprechend einem Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Leitung 4 abgibt.
  • Die gemeinsame Leitung 4 steht in Verbindung mit einer Kraftstoffpumpe 6 über ein Kraftstoffzufuhrrohr 5. Die Kraftstoffpumpe 6 arbeitet unter Verwendung eines Rotationsdrehmoments einer Ausgangswelle (Kurbelwelle) des Verbrennungsmotors 1 als eine Antriebsleistungsquelle. Eine Pumpenriemenscheibe 6a, die an einer Eingangswelle der Kraftstoffpumpe 6 angebracht ist, ist über einen Riemen 7 mit einer Kurbelwellenriemenscheibe 1a verbunden, die an der Ausgangswelle (Kurbelwelle) des Verbrennungsmotors 1 angebracht ist.
  • In dem Kraftstoffeinspritzsystem, das so aufgebaut ist, stößt die Kraftstoffpumpe 6, wenn ein Rotationsdrehmoment der Kurbelwelle auf die Eingangswelle der Kraftstoffpumpe 6 übertragen wird, den Kraftstoff bei einem Druck entsprechend dem Rotationsdrehmoment aus, das von der Kurbelwelle zu der Eingangswelle der Kraftstoffpumpe 6 übertragen wird.
  • Der von der Kkraftstoffpumpe 6 ausgestoßene Kraftstoff wird der gemeinsamen Leitung 4 über das Kraftstoffzufuhrrohr 5 zugeführt und wird in der gemeinsamen Leitung 4 bis zu dem vorbestimmten Druck gespeichert und wird zu den Kraftstoffeinspritzventilen 3 der Zylinder 2 verteilt. Wenn ein Antriebsstrom auf die Kraftstoffeinspritzventile 3 aufgebracht ist, werden die Kraftstoffeinspritzventile 3 geöffnet. Als Folge wird Kraftstoff von jedem von den Kraftstoffeinspritzventilen 3 in einen entsprechenden der Zylinder 2 eingespritzt.
  • Ein Einlasskrümmer 8 ist mit der Brennkraftmaschine 1 verbunden. Jedes Abzweigungsrohr des Einlasskrümmers 8 steht mit der Brennkammer eines entsprechenden von den Zylindern 2 über einen Einlassanschluss (nicht gezeigt) in Verbindung.
  • Der Einlasskrümmer 8 ist mit einem Einlassrohr 9 verbunden, das mit einem Luftfilterkasten 10 verbunden ist. Ein Luftdurchflussmessgerät 11 ist an dem Einlassrohr 9 stromabwärts von dem Luftfilterkasten 10 angebracht. Das Luftdurchflussmessgerät 11 gibt ein elektrisches Signal entsprechend der Masse der durch das Einlassrohr 9 strömenden Einlassluft aus.
  • Ein Einlassdrosselventil 13 zum Einstellen der Durchflussrate der Einlassluft, die durch das Einlassrohr 9 strömt, ist an einem Ort in dem Einlassrohr 9 unmittelbar stromaufwärts von dem Einlasskrümmer 8 angeordnet. Das Einlassdrosselventil 13 ist nLit einem Einlassdrosselbetätigungsglied 14 versehen, das bspw. durch einen Schrittmotor und dgl. ausgebildet ist, und das das Einlassdrosselventil 13 in Öffnungs- und Schließrichtungen antreibt.
  • Ein Verdichtergehäuse 15a einer Zentrifugalladevorrichtung (Turbolader) 15, der unter Verwendung von hydrodynamischer Energie des Abgases als eine Antriebsleistungsquelle arbeitet, ist an dem Einlassrohr 9 zwischen dem Luftdurchflussmessgerät 11 und dem Einlassdrosselventil 13 angeordnet. Ein Zwischenkühler 16 zum Kühlen der Einlassluft, die eine hohe Temperatur als Folge einer Verdichtung in dem Verdichtergehäuse 15a hat, ist an dem Einlassrohr 9 stromabwärts von dem Verdichtergehäuse 15a angeordnet.
  • In dem Einlasssystem, das so aufgebaut ist, wird Einlassluft, die in den Luftreinigerkasten 10 eingeströmt ist, von Staub, Schmutz oder dgl. durch einen (nicht gezeigten) Luftreiniger in dem Luftreinigerkasten 10 gereinigt und strömt dann in das Verdichtergehäuse 15a über das Einlassrohr 9.
  • Die Einlassluft, die in das Verdichtergehäuse 15a eingeströmt ist, wird durch eine Rotation eines Verdichterrads verdichtet, das in dem Verdichtergehäuse 15a angepasst ist. Die Einlassluft, die eine hohe Temperatur als Folge der Verdichtung in dem Verdichtergehäuse 15a hat, wird in dem Zwischenkühler 16 gekühlt und strömt in den Einlasskrümmer 8. Die Einlassluft, die in den Einlasskrümmer 8 geströmt ist, wird zu den Brennkammern der Zylinder 2 über die entsprechenden Abzweigungsrohre verteilt und wird einer Verbrennung unterzogen, die unter Verwendung von aus dem Kraftstoffeinspritzventilen 3 als eine Zündquelle eingespritzten Kraftstoffs verursacht wird.
  • Ein Auslasskrümmer 18 ist mit der Brennkraftmaschine 1 verbunden. Jedes Abzweigungsrohr des Auslasskrümmers 18 steht mit der Brennkammer eines entsprechenden von den Zylindern 2 über einen Auslassanschluss (nicht gezeigt) in Verbindung.
  • Der Auslasskrümmer 8 ist mit einem Turbinengehäuse 15b der Zentrifugalladevorrichtung 15 verbunden. Das Turbinengehäuse 15b ist mit einem Abgasrohr bzw. einem Auslassrohr 19 verbunden, das an einem stromabwärtigen Abschnitt davon mit einem (nicht gezeigten) Schalldämpfer verbunden ist.
  • Ein Partikelfilter (im folgenden einfach als "Filter" bezeichnet) 20, das einen NOx-Katalysator zeigt, ist an einem mittleren Abschnitt des Abgasrohrs 19 vorgesehen. Ein Abgastemperatursensor 24, der ein elektrisches Signal entsprechend der Temperatur des durch das Abgasrohr 19 strömenden Abgases abgibt, ist an dem Abgasrohr 19 stromaufwärts von dem Filter 20 angeordnet.
  • Dieses Ausführungsbeispiel wird in Verbindung mit einem Partikelfilter beschrieben, das mit einem NOx-Katalysator der Speicherreduktionsbauart, der allgemein so bezeichnet wird, beladen ist, der NOx aus dem Abgas absorbiert und speichert, das strömt, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases sich auf der kraftstoffmageren Seite eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnisses befindet und das gespeichertes NOx zur Reduktion ablässt bzw. abgibt, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das strömt, zu der kraftstoffreichen Seite (fette Seite) des stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnisses wechselt.
  • Das vorstehend genannte Luft/Kraftstoffverhältnis, das sich auf der mageren Seite befindet, bedeutet, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases innerhalb eines Bereichs liegt, so dass NOx nicht durch einen Dreiwegekatalysator reduziert werden kann. Ein Beispiel dieses Luft/Kraftstoffverhältnisbereichs für den Fall eines Dieselmotors liegt bei 20 bis 50.
  • Ein Abgasdrosselventil 25 zum Einstellen der Durchflussrate des Abgases, das durch das Abgasrohr 19 strömt, ist in dem Abgasrohr 19 stromabwärts von dem Filter 20 angeordnet. Ein Abgasdrosselbetätigungsglied 22 ist an dem Abgasdrosselventil 21 angebracht. Das Abgasdrosselbetätigungsglied 22 ist durch einen Schrittmotor oder dgl. ausgebildet und treibt das Abgasdrosselventil 21 in Öffnungs- und Schließrichtungen.
  • In dem so aufgebauten Abgassystem wird ein Gemisch (verbranntes Gas), das in jedem der Zylinder 2 des Verbrennungsmotors 1 verbrannt wird, zu dem Auslasskrümmer 18 über den Auslassanschluss ausgestoßen und strömt dann von dem Auslasskrümmer 18 in das Turbinengehäuse 15b der Zentrifugalladevorrichtung 15. Das Abgas, das in das Turbinengehäuse 15b eingeströmt ist, dreht ein Turbinenrad aufgrund seiner hydrodynamischen Energie. Das Turbinenrad ist drehbar in dem Turbinengehäuse 15b gestützt. Während dieses Betriebs wird ein Rotationsdrehmoment des Turbinenrads auf das Verdichterrad in dem Verdichtergehäuse 15a übertragen, das vorstehend erwähnt ist.
  • Abgas, das von dem Turbinengehäuse 15b ausgestoßen wird, strömt in das Filter 20 über das Abgasrohr 19. Daher werden Partikelstoffe (im folgenden als "PM" bezeichnet), die in dem Abgas enthalten sind, gesammelt und werden schädliche Gasbestandteile, die in dem Abgas enthalten sind, entfernt oder chemisch verändert. Nachdem die PMs gesammelt sind und schädliche Gasbestandteile durch das Filter 20 entfernt oder verringert wurden, wird das Abgas in die Atmosphäre über den Schalldämpfer emittiert. Falls notwendig, stellt das Abgasdrosselventil 21 die Durchflussrate des Abgases vor der Emission des Abgases in die Atmosphäre ein.
  • Der Auslasskrümmer 18 und der Einlasskrümmer 8 stehen miteinander über einen Abgasrezirkulationsdurchgang (im folgenden als "EGR-Durchgang" bezeichnet) 25 in Verbindung, durch den ein Teil des Abgases, das durch den Auslasskrümmer 18 strömt, in den Einlasskrümmer 8 rezirkuliert bzw. zurückgeführt wird. An einem mittleren Abschnitt des EGR-Durchgangs 25 ist ein Durchflussrateneinstellventil (im folgenden als "EGR-Ventil" bezeichnet) 26 vorgesehen. Das EGR-Ventil 26 ist durch ein elektromagnetisches Ventil oder ähnliches ausgebildet und ändert die Durchflussrate des Abgases, das durch den EGR-Durchgang 25 (im folgenden als "EGR-Gas" bezeichnet) strömt, gemäß der aufgebrachten elektrischen Leistung.
  • Ein EGR-Kühler 27 zum Kühlen des EGR-Gases, das durch den EGR- Durchgang 25 strömt, ist an einem mittleren Abschnitt des EGR- Durchgangs stromaufwärts von dem EGR-Ventil 26 angeordnet. Der EGR-Kühler 27 ist mit einem Kühlmitteldurchgang (nicht gezeigt) versehen, durch den ein Teil des Kühlmittels zum Kühlen des Verbrennungsmotors 1 zirkuliert.
  • An dem so aufgebauten Abgasrezirkulationsmechanismus wird der EGR-Durchgang 25 passierbar, wenn das EGR-Ventil 26 geöffnet ist. Dann strömt ein Teil des Abgases, das durch den Auslasskrümmer 18 strömt, in den EGR-Durchgang 25 und strömt durch den EGR-Kühler 27 und wird in den Einlasskrümmer 8 eingeführt.
  • Für diesen Fall wird Wärme in dem EGR-Kühler 27 zwischen dem EGR-Gas, das durch den EGR-Durchgang 25 strömt, und dem Verbrennungsmotor Kühlmittel ausgetauscht. Als Folge wird das EGR-Gas gekühlt.
  • Das EGR-Gas, das von dem Auslasskrümmer 18 zu dem Einlasskrümmer 8 über den EGR-Durchgang 25 rezirkuliert wird, mischt sich mit einer Frischluft, die von einem Durchgang stromaufwärts von dem Einlasskrümmer 8 strömt, und wird in die Brennkammern der Zylinder 2 eingeführt.
  • Es ist anzumerken, dass das EGR-Gas Inertgas-Bestandteile enthält, die nicht brennen und die eine hohe thermische Kapazität haben, wie z. B. Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2). Wenn daher das EGR-Gas in dem Luftkraftstoffgemisch enthalten ist, wird die Verbrennungstemperatur des Gemischs relativ niedrig. Als Folge wird die Erzeugung von Stickstoffoxiden (NOx) verringert.
  • Wenn des Weiteren das EGR-Gas in dem EGR-Kühler 27 gekühlt wird, fällt die Temperatur des EGR-Gases ab und verringert sich dessen Volumen. Somit verursacht das Zuführen des EGR-Gases zu einer Brennkammer keinen unerwünschten Anstieg der atmosphärischen Temperatur in der Brennkammer und verursacht keine unerwünschte Verringerung der Menge (Volumen) der Frischluft, die zu jeder Brennkammer zugeführt wird.
  • Das Filter 20 gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird nachstehend beschrieben. Die Fig. 2A und 2B zeigen Querschnitte des Filter 20. Fig. 2A ist eine Querschnittsansicht des Filters 20. Fig. 2B ist eine Längsschnittansicht des Filters 20. Wie in den Fig. 2A und 2B gezeigt ist, ist das Filter 20 eine allgemein so benannte Wandströmungsbauart mit einer Vielzahl von Abgasströmungsdurchgängen 50, 51, die sich parallel zueinander erstrecken. Diese Abgasströmungsdurchgänge bestehen aus Abgaseinströmungsdurchgängen 50, wobei ihre stromabwärtigen Enden durch Stopfen 52 verschlossen sind, und aus Abgasausströmungsdurchgängen 51, wobei ihre stromaufwärtigen Enden durch Stopfen 53 geschlossen sind. Es ist anzumerken, dass schraffierte Bereiche in Fig. 2A die Stopfen 53 andeuten. Demgemäß sind die Abgaseinströmungsdurchgänge 50 und die Abgasausströmungsdurchgänge 51 abwechselnd mit der Zwischensetzung von dünnen Trennelementen 54 angeordnet. Anders gesagt sind die Abgaseinströmungsdurchgänge 50 und die Abgasausströmungsdurchgänge 51 so angeordnet, dass jeder Abgaseinströmungsdurchgang 50 durch vier Abgasausströmungsdurchgänge 51 umgeben ist und dass jeder Abgasausströmungsdurchgang 51 durch vier Abgaseinströmungsdurchgänge 50 umgeben ist.
  • Das Filter 20 besteht aus einem porösem Werkstoff, wie z. B. Kordierit. Daher strömt das Abgas, wie durch Pfeile in Fig. 2B angedeutet ist, das in die Abgaseinströmungsdurchgänge 50 geströmt ist, in ihre angrenzenden Abgasausströmungsdurchgänge 51 durch die Trennelemente 54 aus.
  • In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind Stützschichten, die aus Alumina bzw. Aluminiumoxid oder dgl. bestehen, an Umfangswandflächen der Abgaseinströmungsdurchgänge 50 und der Abgasausströmungsdurchgänge 51, nämlich an beiden Flächen von jeden Trennelementen 54, und an inneren Wandflächen von Poren ausgebildet, die in den Trennelementen 54 ausgebildet sind. Die Stützschichten sind mit einem NOx-Katalysator der Speicherreduktionsbauart beladen.
  • Im folgenden wird ein Betrieb des NOx-Katalysators der Speicherreduktionsbauart, der an dem Filter 20 gestützt ist, gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Bspw. hat das Filter 20 eine Stütze, die aus Alumina bzw. Aluminiumoxid besteht, und zumindest einen Werkstoff, der aus Alkalimetallen, wie z. B. Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li), Cäsium (Cs) usw., Erdalkalimetallen, wie z. B. Barium (Ba), Calcium (Ca) usw. sowie seltene Erden wie z. B. Lanthan (La), Yttrium (Y) usw. sowie einem Edelmetall, wie z. B. Platin (Pt) und dgl. ausgewählt ist, ist an der Stütze getragen. Dieses Ausführungsbeispiel nimmt einen NOx-Katalysator der Speicherreduktionsbauart an, der durch Beladen einer aus Aluminiumoxid bestehenden Stütze mit Barium (Ba) und Platin (Pt) sowie Hinzufügen von Cer (Ce2O3) ausgebildet ist, das in der Lage ist, O2 zu speichern.
  • Der NOx-Katalysator, der so aufgebaut ist, absorbiert und speichert Stickstoffoxide (NOx) aus dem Abgas, wenn das Abgas, das in den NOx-Katalysator einströmt, eine hohe Sauerkonzentration zeigt.
  • Wenn dagegen die Sauerstoffkonzentration des Abgases, das in den NOx-Katalysator einströmt, niedrig ist, lässt der NOx- Katalysator gespeicherte Stickstoffoxide (NOx) ab. Wenn für diesen Fall die reduzierenden Komponenten, wie z. B. Kohlenwasserstoff (HC), Kohlenmonoxid (CO) usw. In dem Abgas vorhanden sind, können die Stickstoffoxide (NOx), die von dem NOx-Katalysator abgegeben werden, zu Stickstoff (N2) reduziert werden.
  • Wenn der Verbrennungsmotor 1 sich in einem Magerverbrennungsbetrieb befindet, zeigt das Abgas, das von dem Verbrennungsmotor 1 ausgestoßen wird, ein mageres Luft/Kraftstoffverhältnis und eine hohe Sauerstoffkonzentration, so dass der NOx-Katalysator Stickstoffoxide (NOx) von dem Abgas absorbiert und speichert. Wenn jedoch der Magerverbrennungsbetrieb des Verbrennungsmotors 1 sich für einen langen Zeitraum fortsetzt, wird die NOx-Speicherkapazität des NOx-Katalysators gesättigt. Als Folge werden Stickstoffoxide (NOx) nicht aus dem Abgas durch den NOx-Katalysator entfernt, sondern werden in die Atmosphäre herausgeleitet.
  • Insbesondere für den Fall eines Dieselmotors, wie bei dem Verbrennungsmotor 1, wird ein Luftkraftstoffgemisch eines mageren Luft/Kraftstoffverhältnisses in den meisten Betriebsbereichen verbrannt und zeigt daher das Abgas magere Luft/Kraftstoffverhältnisse in dem meisten Betriebsbereichen. Daher neigt die NOx-Speicherkapazität des NOx-Katalysators zur Sättigung.
  • Wenn daher der Verbrennungsmotor 1 sich in dem Magerverbrennungsbetrieb befindet, ist es notwendig, die Konzentration des Sauerstoffs, der in dem Abgas enthalten ist, das in den NOx-Katalysator strömt, zu verringern und die Konzentration eines Reduktionsmittels zu erhöhen, und die Stickstoffoxide (NOx) von dem NOx-Katalysator zur Reduktion abzugeben, bevor die NOx-Absorptionskapazität des NOx- Katalysators gesättigt ist.
  • Denkbare Verfahren zum Verringern der Sauerstoffkonzentration, die vorstehend beschrieben ist, schließen bspw. die Hinzugabe von Kraftstoff zu dem Abgas, eine Niedrigtemperaturverbrennung, wie vorstehend erwähnt ist, eine Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder 2 während des Expansionstakts und dgl. ein. Dieses Ausführungsbeispiel setzt einen Reduktionsmittelzufuhrmechanismus zum Hinzufügen von Kraftstoff (Leichtöl) als ein Reduktionsmittel zu dem Abgas, das durch das Abgasrohr 19 strömt, stromaufwärts von dem Filter 20 ein. Der Reduktionsmittelzufuhrmechanismus führt Kraftstoff dem Abgas zu, um die Konzentration des Sauerstoffs zu verringern, der in dem in das Filter 20 strömenden Abgas enthalten ist, und um die Konzentration des Reduktionsmittels zu erhöhen.
  • Wie in Fig. 1 gezeigt ist, hat der Reduktionsmittelzufuhrmechanismus ein Düsenloch, das in Richtung auf die Innenseite des Auslasskrümmers 18 gerichtet ist. Der Reduktionsmittelzufuhrmechanismus hat des Weiteren ein Reduktionsmitteleinspritzventil 28, einen Reduktionsmittelzufuhrdurchgang 29 und ein Abschaltventil 31. Das Reduktionsmitteleinspritzventil 21 öffnet sich, um Kraftstoff im Ansprechen auf ein Signal von der ECU 35 einzuspritzen. Der Reduktionsmittelzufuhrdurchgang 29 leitet Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe 6 in das Reduktionsmitteleinspritzventil 28. Das Abschaltventil 31 ist in dem Reduktionsmittelzufuhrdurchgang 29 zum Abschalten der Strömung des Kraftstoffs in dem Reduktionsmittelzufuhrdurchgang 29 angeordnet.
  • Bei einem solchen Reduktionsmittelzufuhrmechanismus wird Hochdruckkraftstoff, der von der Kraftstoffpumpe 6 ausgestoßen wird, zu dem Reduktionsmitteleinspritzventil 28 über den Reduktionsmittelzufuhrdurchgang 29 gefördert. Dann öffnet sich im Ansprechen auf ein Signal von der ECU 35 das Reduktionsmitteleinspritzventil 28, um Kraftstoff als ein Reduktionsmittel in den Auslasskrümmer 18 einzuspritzen.
  • Das Reduktionsmittel, das von dem Reduktionsmitteleinspritzventil 28 in den Auslasskrümmer 18 eingespritzt wird, verringert die Sauerstoffkonzentration des Abgases, das von einem stromaufwärtigen Abschnitt des Auslasskrümmers 18 geströmt ist.
  • Das Abgas mit niedriger Sauerstoffkonzentration, das so ausgebildet wird, strömt in das Filter 20 und verursacht ein Abgeben der Stickstoffoxide (NOx) von dem Filter 20 und eine Reduktion der Stickstoffoxide.
  • Daraufhin schließt sich das Reduktionsmitteleinspritzventil 28 im Ansprechen auf ein Signal von der ECU 35, wobei dadurch die Zugabe des Reduktionsmittels zu dem Auslasskrümmer 18 unterbrochen wird.
  • In diesem Ausführungsbeispiel wird Kraftstoff durch Einspritzung in das Abgas hinzugefügt. Jedoch ist es ebenso geeignet, die Niedrigtemperaturverbrennung durchzuführen. Bei der Niedrigtemperaturverbrennung wird die Menge des Russes, der erzeugt wird, erhöht, wenn die Menge des EGR-Gases erhöht wird, und wird dann die Menge des erzeugten Russes maximiert. Wenn daraufhin die Menge des EGR-Gases weiter erhöht wird, wird Ruß kaum erzeugt, da die Temperaturen des Kraftstoffs und des Umgebungsgases niedriger als die Temperatur ist, bei der Ruß erzeugt werden kann. Es ist also geeignet, Kraftstoff von den Kraftstoffeinspritzventilen 3 während des Expansionstakts, eines Auslasstakts oder dgl. des Verbrennungsmotors 1 einzuspritzen.
  • Der Verbrennungsmotor 1, der aufgebaut ist, wie vorstehend beschrieben ist, ist mit einer elektronischen Steuerungseinheit bzw. Regelungseinheit (ECU) 35 zum Steuern der Brennkraftmaschine 1 versehen. Die ECU 35 steuert den Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 gemäß einer Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors 1 oder einer Anforderung des Fahrers.
  • Verschiedene Sensoren, wie z. B. der Drucksensor 4a der gemeinsamen Leitung, das Luftdurchflussnetzgerät 11, der Abgastemperatursensor 24, ein Kurbelpositionssensor 33, ein Beschleunigerbetätigungssensor 36 usw. sind mit der ECU 35 über elektrische Verdrahtungen verbunden. Abgabesignale von den verschiedenen Sensoren werden der ECU 35 eingegeben.
  • Die Kraftstoffeinspritzventile 3, das Einlassdrosselbetätigungsglied 14, das Abgasdrosselbetätigungsglied 22, das Reduktionsmitteleinspritzventil 28, das EGR-Ventil 26, das Abschaltventil 31 und dgl. sind mit der ECU 35 über elektrische Verdrahtungen verbunden. Die ECU 35 ist in der Lage, diese Bauelemente zu steuern.
  • Wie in Fig. 3 gezeigt ist, hat die ECU 35 eine CPU 351, ein ROM 352, ein RAM 353, einen Hilfs-RAM 354, einen Eingabeanschluss 356 und einen Ausgabeanschluss 357, die durch einen bidirektionalen Bus 350 verbunden sind. Die ECU 35 hat ebenso einen A/D-Wandler (A/D) 355, der mit dem Eingabeanschluss 356 verbunden ist.
  • Der Eingabeanschluss 356 nimmt eine Eingabe von Signalen auf, die von den Sensoren abgegeben werden, die ausgelegt sind, um digitale Signale abzugeben, wie z. B. der Kurbelpositionssensor 33 und dgl., und überträgt diese zu der CPU 351 oder dem RAM 353.
  • Der Eingabeanschluss 356 nimmt die Eingabe von Signalen auf, die von den Sensoren abgegeben werden, die ausgelegt sind, um analoge Signale abzugeben, wie z. B. der Drucksensor 4a der gemeinsamen Leitung, das Luftdurchflussmessgerät 11, der Abtemperatursensor 24, der Kühlmitteltemperatursensor 34, der Beschleunigerbetätigungssensor 36 usw. über den A/D 355 und überträgt diese Signale zu der CPU 351 oder dem RAM 353.
  • Der Ausgabeanschluss 357 ist mit den Kraftstoffeinspritzventilen 3, dem Einlassdrosselbetätigungsglied 14, dem Abgasdrosselbetätigungsglied 22, dem EGR-Ventil 26, dem Reduktionsmitteleinspritzventil 28, dem Abschaltventil 31, usw. über elektrische Verdrahtungen verbunden. Steuerungssignale, die von der CPU 351 abgegeben werden, werden zu den Kraftstoffeinspritzventilen 3, dem Einlassdrosselbetätigungsglied 14, dem Abgasdrosselbetätigungsglied 22, dem EGR-Ventil 26, dem Reduktionsmitteleinspritzventil 28 und dem Abschaltventil 31 über den Ausgabeanschluss 357 übertragen.
  • Der ROM 352 speichert Anwendungsprogramme, wie z. B. eine Kraftstoffeinspritzsteuerungsroutine zum Steuern der Kraftstoffeinspritzventile 3, eine Einlassdrosselsteuerungsroutine zum Steuern des Einlassdrosselventils 13, eine Abgasdrosselsteuerungsroutine zum Steuern des Abgasdrosselventils 21, eine EGR-Steuerungsroutine zum Steuern des EGR-Ventils 26, eine NOx- Reinigungssteuerungsroutine zum Ausstoßen von absorbiertem NOx durch Hinzufügen eines Reduktionsmittels zu dem Filter 20, eine Schwefelvergiftungswiederherstellungssteuerungsroutine zum Wiederherstellen des Filters 20 von einer SOx-Vergiftung und eine PM-Verbrennungssteuerungsroutine zum Verbrennen und Entfernen der PMs, die durch das Filter 20 gesammelt wurden, usw.
  • Zusätzlich zu den vorstehend genannten Anwendungsprogrammen speichert der ROM 352 verschiedene Steuerungsabbildungen bzw. Steuerungsartenfelder.
  • Beispiele der Steuerungsabbildungen umfassen eine Kraftstoffeinspritzmengensteuerungsabbildung, die die Beziehung zwischen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 1 und Basiskraftstoffeinspritzmengen (Basiskraftstoffeinspritzdauern) anzeigen, eine Kraftstoffeinspritzzeitabstimmungssteuerungsabbildung, die die Beziehung zwischen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 1 und Basiskraftstoffzeitabstimmungen andeutet, eine Einlassdrosselventilöffnungssteuerungsabbildung, die die Beziehung zwischen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 1 und Zielöffnungsgraden des Einlassdrosselventils 13 andeutet, eine Abgasdrosselventilöffnungssteuerungsabbildung die die Beziehung zwischen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 1 und Zielöffnungsgraden des Abgasdrosselventils 21 andeutet, eine EGR-Ventilöffnungssteuerungsabbildung, die die Beziehung zwischen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 1 und Zielöffnungsgraden des EGR-Ventils 26 andeutet, eine Reduktionsmittelzugabemengensteuerungsabbildung, die die Beziehung zwischen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 1 und Zielmengen von Reduktionsmittel, das hinzugefügt wird, (oder Zielluftkraftstoffverhältnisse des Abgases) andeutet, eine Reduktionsmitteleinspritzventilsteuerungsabbildung, die die Beziehung zwischen Zielmengen des hinzugefügten Reduktionsmittels und Ventilöffnungsdauern des Reduktionsmitteleinspritzventils 28 andeutet, und dergleichen.
  • Der RAM 353 speichert Ausgabesignale von den Sensoren, Berechnungsergebnisse, die von der CPU 351 erhalten sind, und dergleichen. Beispiele der Berechnungsergebnisse umfassen eine Verbrennungsmotordrehzahl, die auf der Grundlage eines Zeitintervalls berechnet wird, bei der der Kurbelpositionssensor 33 ein Impulssignal ausgibt. Diese Daten werden jedesmal dann aktualisiert, wenn der Kurbelpositionssensor 33 ein Impulssignal abgibt.
  • Der Hilfs-RAM 354 ist ein nicht flüchtiger Speicher, der in der Lage ist, Daten auch dann zu behalten, wenn der Verbrennungsmotor 1 angehalten ist.
  • Die CPU 351 arbeitet gemäß den Anwendungsprogrammen, die in dem ROM 352 gespeichert sind, und führt eine Kraftstoffeinspritzventilsteuerung, eine Einlassdrosselsteuerung, eine Abgasdrosselsteuerung, eine EGR- Steuerung, eine NOx-Beseitigungssteuerung, eine Vergiftungswiederherstellungssteuerung, eine PM- Verbrennungssteuerung und dergleichen durch.
  • Beispielsweise führt die CPU 351 während der NOx- Reinigungssteuerung eine sogenannte Impulsspitzenfettsteuerung durch, bei der die Konzentration von Sauerstoff, das in dem in das Filter 20 strömenden Abgas enthalten ist, impulsspitzenförmig (innerhalb einer kurzen Zeit) bei einem relativ kurzen Zyklus verringert wird.
  • Bei der Impulsspitzenfettsteuerung ermittelt die CPU 351 in einem vorbestimmten Zyklus, ob eine Bedingung zum Durchführen der Impulsspitzenfettsteuerung erfüllt wurde. Beispiele dieser Bedingung zum Durchführen der Impulsspitzenfettsteuerung ist eine Bedingung, dass das Filter 21 aktiviert wurde, eine Bedingung, dass der Wert des Abgabesignals des Abgastemperatursensors 24 (Abgastemperatur) kleiner oder gleich einem vorbestimmten oberen Grenzwert ist, eine Bedingung, dass die Vergiftungswiederherstellungsteuerung gerade nicht durchgeführt wird, usw.
  • Wenn ermittelt wird, dass die Bedingung zum Durchführen der Impulsspitzenfettsteuerung erfüllt wurde, wie vorstehend beschrieben worden ist, steuert die CPU 351 das Reduktionsmitteleinspritzventil 28, um Kraftstoff als ein Reduktionsmittel von dem Reduktionsmitteleinspritzventil 28 impulsspitzenförmig einzuspritzen. Somit macht die CPU 351 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases das in das Filter 20 einströmt, zeitweilig gleich einem vorbestimmten fetten Ziel- Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Genauer gesagt liest die CPU 351 eine in dem RAM 353 gespeicherte Verbrennungsmotordrehzahl, ein Abgabesignal des Beschleunigerbetätigungssensor 36 (der Niederdrückbetrag des Beschleunigerpedals), einen Abgabesignalwert des Luftdurchflussmessgeräts 11 (Einlassluftmenge), ein Abgabesignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, eine Kraftstoffeinspritzmenge und dergleichen ein.
  • Unter Verwendung der Verbrennungsmotordrehzahl, des Beschleunigerbetätigungsbetrags, der Einlassluftmenge und der Kraftstoffeinspritzmenge als Parameter greift die CPU 351 auf die Reduktionsmittelzugabemengensteuerungsabbildung zu, die in dem ROM 352 gespeichert ist, und berechnet eine Reduktionsmittelmenge, die hinzugefügt werden muss, um das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases einem voreingestellten Ziel- Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Ziel-Zugabemenge) zu machen.
  • Nachfolgend greift die CPU 351 unter Verwendung der Ziel- Zugabemenge als ein Parameter auf die Reduktionsmitteleinspritzventilsteuerungsabbildung zu, die in dem ROM 352 gespeichert ist, und berechnet eine Ventilöffnungsdauern (Ziel-Ventilöffnungsdauer) des Reduktionsmitteleinspritzventils 28, die zum Einspritzen der Ziel-zugabemenge des Reduktionsmittels aus dem Reduktionsmitteleinspritzventil 28 benötigt wird.
  • Wenn die Ziel-Ventilöffnungsdauer des Reduktionsmitteleinspritzventils 28 berechnet ist, öffnet die CPU 351 das Reduktionsmitteleinspritzventil 28.
  • Bei dem Ablauf der Ziel-Ventilöffnungsdauer der Öffnung des Reduktionsmitteleinspritzventils 28 folgend schließt die CPU 351 das Reduktionsmitteleinspritzventil 28.
  • Wenn das Reduktionsmitteleinspritzventil 28 somit für die Ziel- Ventilöffnungsdauer geöffnet ist, wird die Ziel-Zugabemenge des Kraftstoffs von dem Reduktionsmitteleinspritzventil 28 in den Auslasskrümmer 18 eingespritzt. Das Reduktionsmittel, das von dem Reduktionsmitteleinspritzventil 28 eingespritzt wird, mischt sich mit dem Abgas, das von einem stromaufwärtigen Abschnitt des Auslasskrümmers 18 geströmt ist, und bildet ein Gemisch, das das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis hat, und strömt dann in das Filter 20.
  • Als Folge ändert sich die Sauerstoffkonzentration des Abgases, das in dem Filter 20 strömt, in einem relativ kurzem Zyklus. Daher wiederholt das Filter 20 die Absorption der Stickstoffoxide NOx und den Ausstoß/die Reduktion der Stickstoffoxide (NOx) abwechselnd in einen kurzen Zyklus.
  • Bei der Vergiftungswiederherstellungssteuerung führt die CPU 351 einen Vergiftungswiederherstellungsprozess durch, um das Filter 20 von der Vergiftung durch Oxide wieder herzustellen.
  • Es ist anzumerken, dass der Verbrennungsmotor 1 einen Kraftstoff verwenden kann, der Schwefel (S) enthält. Wenn ein derartiger Kraftstoff in dem Verbrennungsmotor 1 brennt, werden Schwefeloxide (SOx), wie z. B. Schwefeldioxid (SO2), Schwefeltrioxid (SO3), usw. erzeugt.
  • Schwefeloxide SOx strömen in das Filter 20 zusammen mit dem Abgas und werden durch das Filter 20 durch den gleichen Mechanismus wie für den Fall von Stickstoffoxiden (NOx) absorbiert und gespeichert.
  • Wenn genauer gesagt das in das Filter 20 strömende Abgas eine hohe Sauerstoffkonzentration zeigt, werden Schwefeloxide (SOx), die in dem Abgas enthalten sind, wie z. B. Schwefeldioxid (FO2), Schwefeltrioxid (SO3) usw. an den Flächen des Platins (Pt) oxidiert und durch das Filter 20 in Form von Sulfationen (SO4 2-) absorbiert und gespeichert. Die Sulfationen (SO4 2-), die so durch das Filter 20 absorbiert sind, verbinden sich mit Bariumoxid (BaO) und bilden ein Sulfat (BaSO4).
  • Es ist anzumerken, dass das Sulfat (BaSO4) stabiler ist und sich weniger wahrscheinlich zersetzt als Bariumnitrad (Ba(NO3)2). Auch wenn die Sauerstoffkonzentration des in das Filter 20 strömenden Abgases niedrig wird, verbleibt das Sulfat (BaSO4) in dem Filter 20, ohne zersetzt zu werden.
  • Wenn die Menge des Sulfats (BaSO4) in dem Filter 20 sich erhöht, verringert sich die Menge des Bariumoxids (BaO), das der Absorption der Stickstoffoxide (NOx) beitragen kann, entsprechend. Das führt zu der sogenannten SOx-Vergiftung, die eine Verschlechterung der NOx-Absorptionsfähigkeit des Filters 20 verursacht.
  • Bei einem beispielhaften Verfahren zum Wiederherstellen des Filters 20 von der Schwefelvergiftung wird die atmosphärische Temperatur des Filters 20 zu einem hohen Temperaturbereich von ungefähr 600°C bis 650°C angehoben und wird die Sauerstoffkonzentration des Abgases, das in das Filter 20 strömt, verringert. Als Folge wird Bariumsulfat (BaSo4), das in dem Filter 20 gespeichert ist, thermisch in SO3 - und SO4 - zersetzt. Dann wird verursacht, dass SO3 - und SOC mit Kohlenwasserstoffen HC und Kohlenmonoxid CO reagieren, die in dem Abgas enthalten sind, und somit zu gasförmigem SO2 - reduziert werden.
  • Bei dem Vergiftungswiederherstellungsprozess gemäß diesem Ausführungsbeispiel führt daher die CPU 351 zunächst eine Kathalysatoraufwärmsteuerung des Anhebens der Katalysatortemperatur des Filters 20 durch und verringert die Sauerstoffkonzentration des Abgases, das in das Filter strömt.
  • Bei der Kathalysatoraufwärmsteuerung verursacht die CPU 351, dass das Reduktionsmitteleinspritzventil 28 Kraftstoff so einspritzt, dass der Kraftstoff in dem Filter 22 oxidiert wird. Aufgrund der durch die Oxidation erzeugten Wärme wird die Temperatur des Filters 20 angehoben. Die Kraftstoffmenge, die von dem Reduktionsmitteleinspritzventil 28 in diesem Fall eingespritzt wird ist so festgesetzt, dass die Einspritzdauer kürzer ist und sich ein höheres Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Vergleich mit der Kraftstoffeinspritzung von dem Reduktionsmitteleinspritzventil 28 ergibt, die zum Abgeben und Reduzieren von NOx durchgeführt wird.
  • Bei der Kathalysatoraufwärmsteuerung kann die CPU 351 bsw. ausgelegt sein, um Kraftstoff von jedem der Kraftstoffeinspritzventile 3 sekundär während eines Expansionstakts eines entsprechenden Zylinders 2 einzuspritzen und Kraftstoff dem Abgas von dem Reduktionsmitteleinspritzventil 28 hinzuzufügen, so dass unverbrannte Komponenten des Kraftstoffs in dem Filter 20 oxidiert werden. Aufgrund der durch die Oxidation erzeugten Wärme kann die Katalysatortemperatur des Filters 20 angehoben werden.
  • Wenn jedoch das Filter 20 übermäßig erwärmt wird, kann eine thermische Verschlechterung des Filters 20 induziert werden. Es ist daher vorzuziehen, eine Rückführregelung der Sekundäreinspritzmenge des Kraftstoffs und der Zugabemenge des Kraftstoffs auf der Grundlage des Werts eines Abgabsignals des Abgastemperatursensors 24 durchzuführen.
  • Wenn die Katalysatortemperatur des Filters 20 zu einem hohen Temperaturbereich von bsw. ungefähr 630°C durch den vorstehend genannten Katalysatoraufwärmprozess ansteigt, verursacht die CPU 351, dass das Reduktionsmitteleinspritzventil 28 Kraftstoff einspritzt, um die Sauerstoffkonzentration des in das Filter 20 einströmenden Abgases zu verringern.
  • Wenn eine übermäßige Kraftstoffmenge von dem Reduktionsmitteleinspritzventil 28 eingespritzt wird, kann das Filter 20 durch eine rasche Verbrennung des Kraftstoffs überhitzt werden. Statt dessen kann eine übermäßige Menge von eingespritztem Kraftstoff von dem Reduktionsmitteleinspritzventil 28 unerwünscht das Filter 20 kühlen. Es ist daher vorzuziehen, dass die CPU 351 eine Rückführregelung der Kraftstoffeinspritzmenge von dem Reduktionsmitteleinspritzventil 28 auf der Grundlage eines Abgabesignals eines (nicht gezeigten) Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensors durchführt.
  • Wenn der Vergiftungswiederherstellungsprozess durchgeführt wird, wie vorstehend beschrieben ist, verringert sich die Sauerstoffkonzentration des in das Filter 20 strömenden Abgases unter der Bedingung, dass die Katalysatortemperatur des Filters 20 hoch ist. Daher wird Bariumsulfat (BaSo4), das in dem Filter 20 gespeichert ist, thermisch in SO3 - und SO4 - zersetzt. Das SO3 - und SO4 - reagiert mit Kohlenwasserstoff HC und Kohlenmonoxid CO, die in dem Abgas enthalten sind, und wird reduziert, wodurch die Schwefelvergiftung des Filters 20 beseitigt wird.
  • Es ist anzumerken, dass, wenn die Zugabe des Kraftstoffs für die Wiederherstellung von der SOx-Vergiftung in einem mittleren bis hohen Verbrennungsmotorslastbetriebsbereich durchgeführt wird, dass der Filter 20 übermäßig erwärmt werden kann und thermisch verschlechtert werden kann. Wenn daher die Ausführung der Aufwärmsteuerung nicht durch den Betrieb des Verbrennungsmotors 1 in einem Niedriglastbereich gefolgt ist, wird die Kraftstoffzugabe für die SOx-Vergiftungswiederherstellung vermieden. Wenn sich diese Situation fortsetzt, fällt die Temperatur des Filters 20 ab, so dass die Aufwärmsteuerung erneut durchgeführt werden muss, um die SOx- Vergiftungswiederherstellung durchzuführen. Somit wird eine große Kraftstoffmenge verbraucht, so dass die Kraftstoffwirtschaftlichkeit sich verschlechtern wird.
  • Wenn jedoch die Kraftstoffzugabe für das Filter 20 vermieden wird, um die Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verringern wird die Temperatur des Filters 20 abfallen, so dass die SOx-Vergiftungswiederherstellung nicht unmittelbar durchgeführt werden kann, wenn der Verbrennungsmotorbetrieb zu einem Niedriglastbereich wechselt. Somit kann die Gelegenheit für die SOx-Vergiftungswiederherstellung verloren sein.
  • Daher wird in diesem Ausführungsbeispiel die Temperatur des Filters 20 geregelt und gemäß dem Verbrennungsmotorbetriebszustand aufrecht erhalten, um sowohl eine Temperaturaufrechterhaltung des Filters 20 als auch eine Reduktion oder Verhinderung der Kraftstoffwirtschaftlichkeitsverschlechterung zu erzielen.
  • Fig. 4 stellt eine Abbildung dar, die eine Beziehung zwischen der Verbrennungsmotordrehzahl, der Verbrennungsmotorlast und der Zieltemperatur des Filters 20 andeutet. Diese Abbildung ist im Voraus in dem ROM 352 gespeichert. In der Abbildung ist der schraffierte Bereich ein Bereich von bsw. 630°C und verringert sich die Zieltemperatur des Filters 20 allmählich mit einer Vergrößerung des Abstands von dem schraffierten Bereich. In Fig. 4 ist ein Verbrennungsmotorbetriebsbereich, bei dem die Zieltemperatur des Filters 20 500°C beträgt, repräsentativ angedeutet.
  • In einem Hochlastbereich wird die Temperatur des Filters 20 hoch, bsw. 550°C, ohne Zugabe von Kraftstoff aufgrund der hohen Abgastemperatur und der großen Strömungsmenge des Abgases. Wenn der Verbrennungsmotorbetrieb von dem Hochlastbereich zu einem Niedriglastbereich wechselt, kann die Temperatur des Filters 20 zu einer Temperatur, die für die SOx- Vergiftungswiederherstellung erforderlich ist, bsw. 630°C, innerhalb einer kurzen Zeit angehoben werden und wird daher die Kraftstoffwirtschaftlichkeitsverschlechterung durch Vermeiden der Zugabe des Kraftstoffs verringert oder gesteuert, bis der Verbrennungsmotorbetrieb zu einem anderen Betriebsbereich wechselt.
  • Wenn andererseits der Verbrennungsmotorbetrieb sich in einem Mittellastbereich befindet, wird eine Zieltemperatur des Filters 20 gemäß der Verbrennungsmotordrehzahl und der Verbrennungsmotorlast ermittelt und wird Zugabe von Kraftstoff mit einer Rückführregelung der hinzugeführten Kraftstoffmenge durchgeführt.
  • Für diesen Fall liest die CPU 351 ein Abgabesignal des Kurbelpositionssensors 33 (Drehzahl) und ein Abgabesignal des Beschleunigerbetätigungssensors 36 (Last) ein und berechnet eine Zieltemperatur des Filters 20 durch einsetzen dieser Werte in die Abbildung von Fig. 4. Dann liest die CPU 351 ein Abgabesignal des Abgastemperatursensors 24 ein und schätzt eine Temperatur des Filters 20. Die Temperatur des Filters 20 wird von der Einlassluftmenge (Abgabesignal des Luftdurchflussmessgeräts 11), der Drehzahl, der Last, der Menge des eingespritzten Kraftstoffs usw. geschätzt. Die Temperatur des Filters 20 kann ebenso unter Verwendung einer Abbildung ermittelt werden, die im Voraus aus Werten vorbereitet wird, die durch Experimente erhalten werden. Des Weiteren kann die Temperatur des Filters 20 direkt durch einen Temperatursensor gemessen werden, der für das Filter 20 vorgesehen ist. Die so ermittelte tatsächliche Temperatur des Filters 20 wird mit der Zieltemperatur verglichen. Wenn die tatsächliche Temperatur des Filters 20 höher als die Zieltemperatur ist, wird die Menge des hinzugefügten Kraftstoffs verringert. Wenn die tatsächliche Temperatur des Filters 20 niedriger als die Zieltemperatur ist, wird die Menge des hinzugefügten Kraftstoffs erhöht. Beispiele des Verfahrens zum Verringern und Erhöhen der Menge des zugefügten Kraftstoffs umfassen eine Einstellung des Kraftstoffeinspritzintervalls, eine Einstellung der Ventilöffnungsdauer des Reduktionsmitteleinspritzventils 28 bei einem Vorgang der Kraftstoffeinspritzung usw.
  • Wenn der Verbrennungsmotorbetrieb sich in einem Niedriglastbereich befindet, wird die Temperatur des Filters 20 bei einer Temperatur gehalten, die für die SOx- Vergiftungswiederherstellung erforderlich ist, bsw. 630°C, um einen unmittelbaren Beginn der SOx-Vergiftungswiederherstellung zu gestatten. Bei einem derartigen Betriebsbereich wird die Temperatur des Filters 20 bei einer Temperatur gehalten, die einen unmittelbaren Start der SOx-Vergiftungswiederherstellung gestattet, um das Verlieren einer Gelegenheit für die SOx- Vergiftungswiederherstellung zu vermeiden.
  • Auf diese Weise wird es möglich, die Verschlechterung hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit durch Verringern der Menge des hinzugefügten Kraftstoffs während eines Hochlastbetriebsbereichs zu steuern und die Verschlechterung der Abgasemission durch Aufrechterhalten einer hohen Temperatur des Filters 20 zu steuern, um das Verlieren einer Gelegenheit für die SOx-Vergiftungswiederherstellung zu vermeiden.
  • Obwohl die Betriebsbereiche in diesem Ausführungsbeispiel unter Verwendung von Begriffen wie z. B. "Niedriglastbereich", "Mittellastbereich" und "Hochlastbereich" für die Vereinfachung in der Beschreibung beschrieben sind, werden die Betriebsbereiche tatsächlich gemäß der Drehzahl und der Last geteilt, wie in Fig. 4 angedeutet ist.
  • Wenn in diesem Ausführungsbeispiel ein Betriebsbereich, der die SOx-Vergiftungswiederherstellung nicht gestattet, sich für eine vorbestimmte Zeit (bsw. 3 Min.) fortsetzt, wird die Zugabe von Kraftstoff angehalten.
  • Die SOx-Vergiftungswiederherstellungssteuerung wird durchgeführt, wenn die Last niedrig wird, wie vorstehend beschrieben ist. Daher gibt es während einer Fahrt in einer Vorstadt, auf einer Autobahn oder dergleichen im Wesentlichen keine Gelegenheit für die SOx- Vergiftungswiederherstellungssteuerung. Wenn während eines solchen Betriebszustands Kraftstoff hinzugefügt wird, um eine hohe Temperatur des Filters 20 aufrechtzuerhalten, verläuft eine beträchtlich lange Zeit vor der Ausführung der SOx- Vergiftungswiederherstellungssteuerung, so dass der Kraftstoffverbrauch sich erhöht. Wenn daher ein solcher Betriebszustand sich für eine vorbestimmte Zeit (bsw. 3 Min.) fortsetzt, wird die Zugabe von Kraftstoff angehalten um die Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verringern. Die vorbestimmte Zeit vor dem Anhalten der Zugabe des Kraftstoffs kann gemäß dem vorliegenden Betriebszustand ermittelt werden.
  • Gemäß dem Stand der Technik wird die Aufwärmsteuerung durchgeführt, wenn die Menge des SOx, das in dem NOx-Katalysator gespeichert ist, eine vorbestimmte Menge erreicht oder überschreitet. Wenn jedoch die Aufwärmsteuerung nicht durch einen Niedriglastbetrieb gefolgt ist, wird die SOx- Vergiftungswiederherstellungssteuerung nicht durchgeführt, so dass die Aufwärmsteuerung nicht erneut durchgeführt werden muss, und daher erhöht sich der Kraftstoffverbrauch.
  • Jedoch setzt die Brennkraftmaschinenemissionssteuerungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Zieltemperatur des Filters 20 bei erhöhten Temperaturen für Betriebsbereiche mit höheren Möglichkeiten der Ausführung der SOx- Vergiftungswiederherstellung, so dass der Kraftstoffverbrauch verringert werden kann und die Gelegenheiten für die SOx- Vergiftungswiederherstellung vollständig genutzt werden können.
  • Wenn die Möglichkeit zur Ausführung der SOx- Vergiftungswiederherstellung höher ist, wie vorstehend beschrieben ist, erhält die Brennkraftmaschinenemissionssteuerungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel die höhere Temperatur des Filters 20 aufrecht, um ein Verlieren einer Gelegenheit für die SOx- Vergiftungswiederherstellung zu vermeiden. Wenn die Möglichkeit der Ausführung der SOx-Vergiftungswiederherstellung geringer ist, verringert die Emissionssteuerungsvorrichtung die Zieltemperatur des Filters 20, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern und die Verschlechterung der Abgasemission aufgrund der SOx-Vergiftung des SOx-Katalysators der Speicherreduktionsbauart zu verringern.
    • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in der folgenden Hinsicht. Das heißt, dass bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Temperaturfestsetzung des Filters 20 unter Berücksichtigung des Betriebszustands des Verbrennungsmotors 1 durchgeführt wird, unmittelbar nachdem die SOx-Vergiftungswiederherstellung notwendig wird. Wenn jedoch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die SOx-Vergiftungswiederherstellung notwendig wird, wird das Filter 20 zu einer Temperatur (bsw. 630°C) erwärmt, die für die SOx-Vergiftungswiederherstellung notwendig ist.
  • Wenn die SOx-Vergiftungswiederherstellung nicht zumindest für eine vorbestimmt Zeit (bsw. 3 Min.) durchgeführt wird, wird die Aufwärmsteuerung für das Filter 20 gemäß dem Betriebszustand wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt.
  • Obwohl sich das zweite Ausführungsbeispiel von dem ersten Ausführungsbeispiel dahingehend unterscheidet, dass das Filter 20 zuerst auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird, haben der Verbrennungsmotor 1 und andere gegenständliche Elemente, auf die das Ausführungsbeispiel angewendet ist, grundsätzlich den gleichen Aufbau wie diejenigen die in dem ersten Ausführungsbeispiel und werden nachstehend nicht beschrieben.
  • Im Allgemeinen ist es schwierig vorauszusagen, wann der Bereich des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 zu einem Niedriglastbereich wechseln wird. Daher sind in der Brennkraftmaschinenemissionssteuerungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels die Zieltemperaturen des Filters 20 entsprechend in Betriebsbereichen des Verbrennungsmotors 1 gesetzt, um die Erwärmung des Filters 20 nach dem Wechsel des Betriebsbereich zu dem Niedriglastbereich zu gestatten.
  • Jedoch setzt sich der Betrieb in einem Hochlastbereich in einigen Fällen fort, bsw. während einer Autobahnfahrt oder dergleichen, und wird unmittelbar durch einen Niedriglastbereich für irgendeinen anderen Fall gefolgt, bsw. während einer Fahrt des Fahrzeugs in einer städtischen Gegend oder dergleichen.
  • Wenn in diesem Ausführungsbeispiel die SOx- Vergiftungswiederherstellung notwendig wird, wird die Temperatur des Filters 20 auf eine Temperatur (bsw 630°C) angehoben, die für die SOx-Vergiftungswiederherstellung notwendig ist. Wenn für einen vorbestimmten Zeitraum (bsw. 3 Min.) der Betriebsbereich nicht zu einem Betriebsbereich wechselt, der die Ausführung der SOx-Vergiftungswiederherstellung gestattet, wird die Temperatur des Filters 20 gemäß dem Betriebsbereich zum Steuern der Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel gesteuert.
  • Wenn daher die SOx-Vergiftungswiederherstellung notwendig wird, wird die Temperatur des Filters 20 unmittelbar angehoben, um die SOx-Vergiftungswiederherstellung zu gestatten. Dann kann die SOx-Vergiftungswiederherstellung unmittelbar durchgeführt werden, wenn ein Betriebszustand, der die SOx- Vergiftungswiederherstellung gestattet, erreicht ist. Wenn ein Betriebszustand, der die SOx-Vergiftungswiederherstellung nicht gestattet, sich fortsetzt, wird die Temperatur des Filters 20 gemäß dem Betriebszustand gesteuert, so dass die Verschlechterung hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit verringert werden kann, und so dass bei einem Wechsel zu einem Niedriglastbereich die Temperatur des Filters 20 rasch angehoben werden kann.
  • Die Brennkraftmaschinenemissionssteuerungsvorrichtung der Erfindung ist in der Lage, die Verschlechterung hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit durch Setzten der Zieltemperatur des Filters 20 gemäß dem Betriebszustand zu steuern und die Gelegenheiten für die SOx-Vergiftungswiederherstellung durch rasches Erwärmen des NOx-Katalysators zu vermehren, wenn eine Schwefelvergiftungswiederherstellung gestattet ist.
  • Während die Erfindung in Bezugnahme darauf beschrieben ist, was gegenwärtig als ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele betrachtet wird, ist es verständlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele oder Konstruktionen beschränkt ist. Dagegen ist beabsichtigt, dass die Erfindung verschiedenartige Abwandlungen und äquivalente Anordnungen abdeckt. Während außerdem die verschiedenen Elemente der offenbarten Erfindung in verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen gezeigt sind, die beispielhaft sind, sind andere Kombinationen und Konfigurationen einschließlich mehr, weniger oder einem einzelnen Ausführungsbeispiel ebenso innerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung.
  • Somit umfasst die Emissionssteuerungsvorrichtung einen NOx- Katalysator 20, eine Aufwärmeinrichtung 28 zum Erwärmen des NOx- Katalysators 20 und eine Betriebszustanderfassungseinrichtung 33, 36 zum Erfassen des Zustands des Betriebs des Verbrennungsmotors 1. Die Aufwärmeinrichtung 28 erwärmt den NOx- Katalysator 20 durch Setzen einer Zieltemperatur auf der Grundlage eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors 1, der durch die Betriebszustanderfassungseinrichtung 33, 36 erfasst wird. Wenn sich er Verbrennungsmotor 1 in einem Hochlastzustand befindet, der nicht zum Erwärmen des NOx-Katalysators 20 geeignet ist, erwärmt die Aufwärmeinrichtung 28 den NOx- Katalysator 20 nicht. Daher ist die Emissionssteuerungsvorrichtung in der Lage, eine Verschlechterung hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu steuern, und ist in der Lage, die Temperatur des NOx- Katalysators auf eine Temperatur rasch anzuheben, die eine Schwefelvergiftungswiederherstellung gestattet, wenn eine für die Schwefelvergiftungswiederherstellung erforderliche Bedingung erfüllt ist.

Claims (10)

1. Emissionssteuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine (1) mit:
einem NOx-Katalysator (20), der NOx aus einem in den NOx-Katalysator strömenden Abgas absorbiert und speichert, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sich auf einer mageren Seite eines stöichiometrischen Luft- Kraftstoff-Verhältnisses befindet, und der gespeichertes NOx abgibt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu dem stöichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder zu einer fetten Seite des stöichiometrischen Luft- Kraftstoff-Verhältnisses wechselt;
einer Aufwärmeinrichtung (28) zum Durchführen einer Aufwärmsteuerung des NOx-Katalysators (20), wenn sich der Bedarf zum Entfernen eines Schwefeloxids von dem NOx- Katalysator (20) ergibt; und
einer Betriebszustanderfassungseinrichtung (33, 36) zum Erfassen eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine (1),
wobei die Emissionssteuerungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Aufwärmeinrichtung (28) den NOx-Katalysator (20) durch Setzen einer Zieltemperatur auf der Grundlage des Betriebszustands der Brennkraftmaschine (1) erwärmt, der durch die Betriebszustanderfassungseinrichtung (33, 36) erfasst ist, oder dass die Aufwärmeinrichtung (28) den NOx-Katalysator (20) nicht erwärmt, wenn die Brennkraftmaschine (1) sich in einem Hochlastzustand befindet, der nicht zum Erwärmen des NOx-Katalysators (20) geeignet ist.
2. Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn sich der Bedarf zum Entfernen des Schwefeloxids von dem NOx-Katalysators (20) ergibt, die Aufwärmeinrichtung (28) eine Temperatur des NOx-Katalysators (20) zeitweilig auf eine Temperatur anhebt, die für eine Schwefelvergiftungswiederherstellung erforderlich ist, und wenn die Schwefelvergiftungswiederherstellung nicht für eine nachfolgende vorbestimmte Zeit durchgeführt wird, die Aufwärmeinrichtung (28) den NOx-Katalysator (20) durch Setzen einer Zieltemperatur auf der Grundlage des Betriebszustands der Brennkraftmaschine (1) erwärmt, der durch die Betriebszustanderfassungseinrichtung (33, 36) erfasst ist, und wenn die Brennkraftmaschine (1) sich in dem Betriebszustand befindet, der nicht zum Erwärmen des NOx-Katalysators (20) geeignet ist, die Aufwärmeinrichtung (28) das Erwärmen des NOx-Katalysators (20) vermeidet.
3. Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zieltemperatur des NOx-Katalysators (20), wenn sich die Brennkraftmaschine (1) in einem Niedriglastbereich befindet, höher gesetzt wird, als wenn die Brennkraftmaschine (1) sich in einem Hochlastbereich befindet.
4. Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwärmsteuerung durch die Aufwärmeinrichtung (28) abgeschwächt wird, wenn eine tatsächliche Temperatur des NOx-Katalysators (20) höher als die Zieltemperatur ist, und dass die Aufwärmsteuerung durch die Aufwärmeinrichtung (28) verstärkt wird, wenn die tatsächliche Temperatur des NOx- Katalysators (20) niedriger als die Zieltemperatur ist.
5. Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwärmeinrichtung (28) das Aufwärmen des NOx- Katalysators (20) anhält, wenn ein Betriebszustand, der die Entfernung des Schwefeloxids nicht gestattet, sich für zumindest eine vorbestimmte Zeit fortsetzt, während die Aufwärmeinrichtung (28) gerade den NOx-Katalysator (20) erwärmt.
6. Emissionssteuerungsverfahren einer Emissionssteuerungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine (1) mit einem NOx-Katalysator (20), der NOx aus einem in den NOx-Katalysator strömenden Abgas absorbiert und speichert, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sich auf einer mageren Seite eines stöichiometrischen Luft- Kraftstoff-Verhältnisses befindet, und der gespeichertes NOx abgibt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu dem stöichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder zu einer fetten Seite des stöichiometrischen Luft- Kraftstoff-Verhältnisses wechselt, wobei eine Aufwärmsteuerung des NOx-Katalysators (20) durchgeführt wird, wenn sich ein Bedarf zum Entfernen eines Schwefeloxids von dem NOx-Katalysator (20) ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Emissionssteuerungsverfahren die folgenden Schritte aufweist:
Erfassen eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine (1);
Setzen einer Zieltemperatur des NOx-Katalysators (20) auf der Grundlage des Betriebszustands; und
Erwärmen des NOx-Katalysators (20) in Richtung auf die Zieltemperatur oder Vermeiden der Erwärmung des NOx- Katalysators (20), wenn sich die Brennkraftmaschine (1) in einem Hochlastzustand befindet, der nicht zum Erwärmen des NOx-Katalysators (20) geeignet ist.
7. Emissionssteuerungsverfahren gemäß Anspruch 6, gekennzeichnet durch den Schritt des zeitweiligen Anhebens einer Temperatur des NOx-Katalysators (20) auf eine Temperatur, die für eine Schwefelvergiftungswiederherstellung benötigt wird, wenn sich ein Bedarf zum Entfernen des Schwefeloxids von dem NOx-Katalysator (20) ergibt.
8. Emissionssteuerungsverfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zieltemperatur des NOx-Katalysators (20) dann, wenn sich die Brennkraftmaschine (1) in einem Niedriglastbereich befindet, höher gesetzt ist als dann, wenn sich die Brennkraftmaschine (1) in einem Hochlastbereich befindet.
9. Emissionssteuerungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufwärmsteuerung des NOx-Katalysators (20) abgeschwächt wird, wenn eine tatsächliche Temperatur des NOx-Katalysators (20) höher als die Zieltemperatur ist, und dass die Aufwärmsteuerung verstärkt wird, wenn die tatsächliche Temperatur des NOx-Katalysators (20) niedriger als die Zieltemperatur ist.
10. Emissionssteuerungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen des NOx-Katalysators (20) angehalten wird, wenn ein Betriebszustand, der die Entfernung des Schwefeloxids nicht gestattet, sich für zumindest eine vorbestimmte Zeit fortsetzt, während der NOx-Katalysator (20) gerade aufgewärmt wird.
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