DE10334529B4

DE10334529B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Reinigung von Abgas einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10334529B4
Application number: DE10334529A
Authority: DE
Inventors: Shigemasa Toyota Hirooka; Mamoru Toyota Yoshioka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-07-30
Also published as: DE10362214B4; JP2004060564A; DE10334529A1; JP3852382B2; US6832474B2; US20040020189A1

Abstract

Verfahren zur Abgasreinigung von einem Motor, das die Schritte umfasst:
Reinigen des Abgases mittels eines Katalysators (134), der in einer Abgasleitung (133) des Motors angeordnet ist;
Zuführen (60, 61) einer Sekundärluft in die Abgasleitung (133), um so ein Aufwärmen des Katalysators (134) bei einem Start des Motors zu beschleunigen;
Erfassen eines Aufwärmgrads des Katalysators (134);
Berechnen eines Entscheidungswertes der Leistungsabgabe basierend auf dem erfassten Aufwärmgrad;
Erfassen der Leistungsabgabe des Motors; und
Stoppen (70, 71) der Zufuhr der Sekundärluft, vorausgesetzt, dass:
(i) der erfasste Aufwärmgrad größer als oder gleich einem vorbestimmten Entscheidungswert des Aufwärmgrades (B) ist; und
(ii) die erfasste Leistungsabgabe des Motors größer als oder gleich dem berechneten Entscheidungswert der Leistungsabgabe ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung von Abgas einer Brennkraftmaschine und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung von Abgas einer Brennkraftmaschine, die in der Lage ist, eine Verschlechterung von Emissionen zu verringern, selbst wenn die Leistungsabgabe des Motors während eines Aufwärmens des Katalysators anwächst.
Bei Brennkraftmaschinen, die Benzin oder dergleichen als Treibstoff verwenden, wird ein Katalysator, (beispielsweise ein Drei-Wege-Katalysator, ein die Speicherung von Stickoxiden reduzierender Katalysator, ein Katalysator, der eine oxidierende Funktion aufweist oder dergleichen) in einem Motorabgassystem so angeordnet, dass er Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid aus dem Abgas entfernt.
Um auf einem solchen Katalysator Stickoxide zu reduzieren und Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu oxidieren, ist es notwendig, die Menge an Sauerstoff, die in dem Katalysator gespeichert ist, bei ungefähr der halben Grenzmenge an Sauerstoffspeicherung zu halten und das Luft-Treibstoff-Verhältnis des Abgases, das von der Brennkraftmaschine produziert wird, innerhalb eines Fensters um oder in der Nähe eines stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnisses zu kontrollieren.
Daher ist, um das Luft-Treibstoff-Verhältnis im Abgas bei dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis zu kontrollieren, ein Luft-Treibstoff-Verhältnissensor (ein O₂-Sensor oder ein A/F-Sensor ("air fuel") zur Erfassung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses des Abgases an einem Einlass zum Katalysator angeordnet. Dann wird eine Rückführregelung des Luft-Treibstoffverhältnisses zum Kontrollieren der Menge an Treibstoff, die dem Motor zugeführt wird, auf Basis der Ausgabe dieses Sensors durchgeführt.
Jedoch ist der Katalysator solange nicht in der Lage, seine Funktion normal zu erfüllen, bis das Luft-Treibstoff-Verhältnis aktiviert und das Aufwärmen des Katalysators vollendet ist. Daher wird, solange bis die Aktivierung des Sensors und das Aufwärmen des Katalysators nach einem Starten des Motors vollendet worden ist, die Rückführregelung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses verhindert und das Aufwärmen des Katalysators wird durch gezielte Maßnahmen beschleunigt.
Bei einem in herkömmlicher Weise verwendeten Verfahren zum Beschleunigen des Aufwärmens des Katalysators wird eine Zufuhr bzw. Injektion einer zweiten Luft bzw. Sekundärluft in die Abgasleitung des Motors (nachfolgend als "AI" ("air injection") bezeichnet) durchgeführt, um die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas zu erhöhen und somit die oxidativen Reaktionen auf den Katalysator zu beschleunigen. Die Reaktionswärme, die so produziert wird, beschleunigt das Aufwärmen des Katalysators.
Jedoch kann das Aufwärmen des Katalysators nicht unmittelbar erreicht werden, da eine gewisse Zeitdauer benötigt wird, bevor das Aufwärmen vollendet ist.
Daher ist es in einer Situation unmittelbar nach einem Start der AI-Operation, in der das Aufwärmen des Katalysators noch nicht ausreichend fortgeschritten ist, und noch keine ausreichende Leistung der Abgasreinigung erzielt wird, notwendig, dass die AI fortgesetzt wird, um das Aufwärmen des Katalysators zu beschleunigen, selbst wenn die Menge an Abgas aufgrund einer erhöhten Abgabe des Motors steigt, wenn das Fahrzeug zu Anfang bewegt wird oder dergleichen.
Jedoch ist es in einer Situation, in der eine beträchtliche Zeitdauer nach einem Start der AI verstrichen ist und der Katalysator teilweise eine ausreichende Fähigkeit zur Reinigung des Abgases erreicht hat, wünschenswert, dass die AI gestoppt wird, um die Qualität der Emissionen aktiv zu verbessern, wenn sich die Menge an Abgas aufgrund einer erhöhten Abgabe des Motors vergrößert.
Aus DE 41 41 946 A1 ist ein System zur Zufuhr von Sekundärluft zum Abgas einer Brennkraftmaschine bekannt, welches die Sekundärluftzufuhr stoppt, wenn entweder eine vorbestimmte Maximaldrehzahl, eine Zeitschwelle, eine Motor-/Katalysator-Temperatur, ein Lastschwellwert oder ein Einspritzwert überschritten wird.
DE 198 29 205 C1 offenbart ein Sekundärluftsystem, welches die Förderleistung der Sekundärluftpumpe in Abhängigkeit z. B. von der Versorgungsspannung der Sekundärluftpumpe, Hauptluftmassenstrom, Umgebungsdruck, Umgebungstemperatur und/oder Abgasgegendruck steuert. Die Sekundärluftpumpe wird abgeschaltet, wenn eine bestimmte Zeitspanne verstrichen ist oder wenn eine bestimmte Motor-/Katalysator-Temperatur überschritten wird.
Gemäß DE 43 43 639 A1 kann die Funktionsfähigkeit des Sekundärluftsystems anhand des vom Sekundärluftsystem in den Abgaskanal der Brennkraftmaschine eingeblasenen Sekundärluftstroms beurteilt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgas eines Motors zur Verfügung zu stellen, die in der Lage sind, eine Verschlechterung der Emissionen aufgrund eines Aufwärmens des Katalysators basierend auf einer AI-Operation zu vermindern, indem die AI entsprechend des Grades des Aufwärmens des Katalysators gestoppt wird, wenn die Ausgabe bzw. Leistungsabgabe des Motors während des Aufwärmens des Katalysators steigt.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst.
Eine Vorrichtung zur Reinigung des Abgases eines Motors umfasst nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung:
einen Katalysator, der in einer Abgasleitung des Motors zur Reinigung des Abgases angeordnet ist;
eine Sekundärluftzufuhreinrichtung zur Zufuhr von Sekundärluft in die Abgasleitung stromaufwärts des Katalysators, um so ein Aufwärmen des Katalysators bei einem Start des Motors zu beschleunigen;
eine Einrichtung zur Erfassung eines Aufwärmgrads des Katalysators;
eine Einrichtung zur Berechnung eines Entscheidungswertes der Leistungsabgabe basierend auf dem Aufwärmgrad des Katalysators;
eine Leistungserfassungseinrichtung zur Erfassung einer Leistungsabgabe des Motors; und
eine Zufuhrstoppeinrichtung zum Stoppen der Sekundärluftzufuhr, wobei die Zufuhrstoppeinrichtung die Sekundärluftzufuhr stoppt, wenn (i) der erfasste Aufwärmgrad des Katalysators größer als oder gleich einem vorbestimmten Entscheidungswert des Aufwärmgrades ist, und (ii) die Leistungsabgabe des Motors größer als oder gleich dem berechneten Entscheidungswert der Leistungsabgabe ist.
Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau wird, wenn die Ausgabe des Motors während der Operation der Zufuhr an zweiter Luft ("Secondary Air Injection" AI) größer oder gleich einer vorbestimmten Ausgabe wird, die AI gestoppt, vorausgesetzt, dass das Aufwärmen des Katalysators bis zu einem bestimmten Grad fortgeschritten ist.
Bei dem oben beschrieben Aufbau kann das Mittel zur Erfassung des Grades der Aufwärmung einen akkumulierten bzw. integrierten Wert einer Strom- bzw. Flussmenge einer ersten bzw. primären Luft, die in den Motor zugeführt wird, nachdem der Motor gestartet worden ist, erfassen. Daher kann der Grad an Aufwärmen des Katalysators auf Basis des akkumulierten Wertes der Menge an zugeführter Luft nach dem Start des Motors bestimmt werden.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau kann das Mittel zur Erfassung der Ausgabe die Ausgabe des Motors basierend auf einem Grad einer Öffnung eines Drosselventils bestimmen. Daher kann die Ausgabe des Motors auf Basis des Grades der Öffnung des Drosselventils bestimmt werden.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau kann das Mittel zur Erfassung der Ausgabe die Ausgabe des Motors auch basierend auf einer Menge an zugeführter Luft bestimmen, die dem Motor zugeführt wird. Daher kann die Ausgabe des Motors auf Basis der Menge der zugeführten Luft bestimmt werden.
Die Vorrichtung zur Reinigung des Abgases kann weiter ein Mittel zur Bestimmung der Temperatur des Kühlwassers umfassen, um eine Temperatur eines Kühlwassers des Motors zu bestimmen, und weiter ein Mittel zur Korrektur des Entscheidungswertes der Leistungsabgabe und des Entscheidungswertes des Aufwärmens basierend auf der Temperatur des Kühlwassers, die durch das Mittel zur Bestimmung der Temperatur des Kühlwassers bestimmt worden ist. Somit können der Entscheidungswert der Leistungsabgabe und der Entscheidungswert des Aufwärmens auf Basis der Temperatur des Kühlwassers korrigiert werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Reinigung eines Abgases für einen Motor zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Dieses Verfahren umfasst:
Reinigen des Abgase mit einem Katalysator, der in einer Abgasleitung des Motors angeordnet ist; Zuführen einer Sekundärluft in die Abgasleitung, um ein Aufwärmen des Katalysators zu beschleunigen. Eine Kriteriumsausgabe wird basierend auf dem Aufwärmgrad, der erfasst wird, berechnet, und eine Leistungsabgabe des Motors wird darüberhinaus erfasst. Die Zufuhr der Sekundärluft wird gestoppt, wenn der Aufwärmgrad, der erfasst wird, größer oder gleich einem vorbestimmten Entscheidungswert des Aufwärmgrades ist, und wenn die Leistungsabgabe des Motors, die erfasst wird, größer oder gleich dem berechneten Entscheidungswert der Leistungsabgabe ist.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgend beschriebenen Ausführungen. Hierzu zeigt:
1 ein Diagramm, das einen Aufbau einer Vorrichtung zur Abgasreinigung entsprechend einer Ausführung der vorliegenden Erfindung illustriert;
2 eine Illustration eines Aufbaus eines ECU;
3 ein Flussdiagramm, das eine AI-Hauptroutine illustriert;
4 ein Flussdiagramm, das eine Während-AI-Kontrollroutine zeigt;
5 einen Graph, der einen Entscheidungswert der Leistungsabgabe anzeigt;
6 ein Flussdiagramm, das eine AI-Startroutine zeigt;
7 ein Flussdiagramm, das eine AI-Stopproutine zeigt; und
8 ein Flussdiagramm, das eine Treibstoffeinspritzroutinen illustriert.
1 ist ein Diagramm, das einen Aufbau einer Vorrichtung zur Reinigung von Abgas entsprechend einer exemplarischen Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei diesem Aufbau wird eine Brennkraftmaschine 10 mit Luft von einem Einlass- bzw. Zufuhrsystem versorgt.
Das Einlasssystem 11 umfasst einen Luftfilter 111 (der einen eingebauten Flussmesser 1110 umfasst), eine Einlassleitung 112, ein Drosselventil 113, welches in der Einlassleitung 112 angeordnet ist, einen Einlassverteiler bzw. -krümmer 114, Einlassverzweigungsleitungen 115 und dergleichen. Jede Einlassverzweigungsleitung 115 ist mit einem Ventil zur Treibstoffeinspritzung 12 versehen, um Treibstoff in die ein- bzw. zugeführte Luft zuzuführen bzw. einzuspritzen.
Das Abgas der Brennkraftmaschine 10 wird aus einem Fahrzeug mittels einem Abgassystems 13 abgeleitet. Das Abgassystem 13 umfasst Abgasverzweigungsleitungen 131, einen Abgasverteiler bzw. -krümmer 132, eine Abgasleitung 133 und eine Katalysator 134. Ein Luft-Treibstoff-Verhältissensor 135 ist stromaufwärts von dem Katalysator 134 angeordnet. Ein weiterer Luft-Treibstoff-Verhältnissensor 136 kann stromabwärts von dem Katalysator 134 angeordnet sein.
Ein Abgastemperatursensor 137 zur Erfassung der Temperatur des Abgases, das aus dem Katalysator ausgelassen wird, ist auf der stromabwärts gelegenen Seite des Katalysators 134 angeordnet.
Ein AI-System 14 umfasst einen zweiten Luftfilter 141, eine elektrisch betriebene Luftpumpe 142, die durch eine Motor M betrieben wird, ein Luftumschaltventil 143, eine Zweite-Luft-Leitung 144, Zweite-Luft-Zufuhrleitungen 145 und dergleichen.
Die Zweite-Luftzufuhr-Leitungen 145 sind mit den Abgasverzweigungsleitung 131 verbunden. Die zweite Luft, die über den zweiten Luftfilter 141 eingesaugt wird, wird in die Abgasverzweigungsleitungen 131 zugeführt.
Das Luftumschaltventil 143 ist ein Aktuator, der die Zufuhr der zweiten Luft kontrolliert und der mit der Einlassleitung 112 über ein Magnetventil 146 verbunden ist. Das Öffnen und Schließen des Luftumschaltventils 143 wird über den Unterdruck in dem Einlassverteiler 114 kontrolliert.
D. h., wenn das Magnetventil 146 magnetisiert wird, wird Unterdruck an das Luftumschaltventil 143 angelegt, so dass das Luftumschaltventil 143 sich öffnet, um so zweite Luft in die Abgasverzweigungsleitungen 131 zuzuführen. Wenn die Magnetisierung des Magnetventils beendet wird, schließt sich das Luftumschaltventil 143, so dass die Zufuhr der zweiten Luft unterbrochen wird.
Die Vorrichtung zur Reinigung des Abgases wird durch eine ECU 15 kontrolliert, die als Mikrcomputer ausgebildet sein kann. Bei der hier dargestellten Ausführung ist der Controller (die ECU 15) als eine programmierte Allzweck-ECU ("Electronic Control Unit" Elektronische Kon trolleinheit) implementiert. Sie kann gleichermaßen implementiert sein, indem ein einzelner speziell ausgelegter integrierter Schaltkreis (beispielsweise ASIC) verwendet wird, der einen Haupt- oder Zentralprozessorbereich für eine generelle Kontrolle auf Systemlevel und separate Bereiche aufweist, die dazu dienen, verschiedenen unterschiedliche spezifische Berechnungen, Funktionen und andere Prozesse unter der Kontrolle des Prozessorbereichs durchzuführen. Der Controller kann eine Mehrzahl von separaten fest verdrahteten oder programmierbaren integrierten oder anderen elektronischen Schaltungen oder Vorrichtungen umfassen (beispielsweise fest verdrahtete elektronische oder logische Schaltungen, wie etwa Schaltungen mit diskreten Elementen ("Discrete Element Circuits") oder programmierbare logische Vorrichtungen, wie etwa PLDs, PLAs, PALs oder dergleichen). Der Controller kann implementiert sein, indem ein geeigneter programmierter Allzweckcomputer, beispielsweise eine Mikroprozessor, ein Mikrocontroller oder eine andere Prozessorvorrichtung (CPU oder MPU) verwendet wird, entweder allein oder in Verbindung mehrerer (beispielsweise auf integrierten Schaltungen basierender) Daten- und Signalverarbeitungsvorrichtungen. Allgemein kann jede Vorrichtung oder jede Kombination von Vorrichtungen, auf der eine Endliche-Zustands-Maschine ("Finit State Machine") realisiert werden kann, einschließlich verteilter Prozessorarchitektur für eine maximale Daten- und Signalverarbeitungsfähigkeit und -geschwindigkeit verwendet werden.
2 zeigt einen Aufbau der ECU. Die ECU 15 umfasst eine CPU 151, einen Speicher 152, ein Eingabeinterface bzw. eine Eingabeschnittstelle 153 und ein Ausgabeinterface bzw. eine Ausgabeschnittstelle 154, die über einen Bus 150 miteinander verbunden sind.
Über das Eingabeinterface 153 erhält die ECU 15 die Sauerstoffkonzentrationen in dem Abgas, die durch die Luft-Treibstoff-Verhältnissensoren 135, 136 erfasst werden, die Temperatur des Abgases, die durch den Sensor 137 zur Erfassung der Abgastemperatur erfasst wird, die Menge an zugeführter Luft, die durch den eingebauten Luftstrommesser 1110 erfasst wird, und die Temperatur des Kühlwassers, die durch wenigstens einen Kühlwassertemperatursensor 1112 erfasst wird.
Über das Ausgabeinterface 154 gibt die ECU 15 Betätigungssignale an die Treibstoffeinspritzungsventile 12, die elektrisch betriebene Luftpumpe 142 und das Magnetventil 146.
3 ist ein Flussdiagramm, das eine Hauptroutine der AI zeigt, die durch die ECU 15 durchgeführt wird. In Schritt 30 in der Routine bestimmt die ECU 15, ob der Motor gerade in einem kalten Zustand gestartet worden ist. Falls in 30 eine zustimmende Entscheidung getroffen wird, d. h., falls gerade ein Kaltstart des Motors durchgeführt wurde, bestimmt die ECU 15 in Schritt 31, ob ein Kennzeichner XAI für das Ende der AI gleich "0" ist. Hierbei wird vorausgesetzt, dass mittels einer (nicht dargestellt) Initialisierungsroutine der Kennzeichner für das AI-Ende XAI mit "0" initialisiert worden ist, was anzeigt, dass die AI-Operation nicht beendet ist.
Falls in Schritt 31 eine zustimmende Entscheidung getroffen wird, ist der Kennzeichner für das AI-Ende XAI gleich "0" ist, wird angenommen, dass die AI-Operation nicht gestartet worden ist, und die ECU 15 bestimmt in Schritt 32, ob ein Kennzeichner für die AI-Ausführung XAIs gleich "0" ist. Dabei wird vorausgesetzt, dass in der (nicht dargestellt) Initialisierungsroutine der Kennzeichner XAIs für die Ausführung der AI mit "0" initiali siert worden ist, was anzeigt, dass die AI-Operation nicht ausgeführt wird.
Falls in Schritt 32 eine bejahende Bestimmung getroffen wird, d. h., falls der Kennzeichner XAIs für die Ausführung der AI = "0" ist, wird angenommen, dass die AI nicht ausgeführt wird, und die ECU 15 bestimmt in Schritt 33, ob eine vorbestimmte Zeit (A Sekunden) seit dem Start des Motors vergangen sind.
Falls in Schritt 33 eine bejahende Bestimmung getroffen wird, d. h., falls die Zeit von A Sekunden auf den Start des Motors folgend verstrichen ist, gibt die ECU 15 in Schritt 331 ein AI-EIN-Kommando aus. Nachfolgend setzt in Schritt 332 die ECU 15 den Kennzeichner XAIs für die Ausführung der AI auf "1", was anzeigt, dass die AI ausgeführt wird. Anschließend beendet die ECU 15 diese Routine.
In dem Fall, in dem in Schritt 30 eine negative Bestimmung getroffen wird, d. h., dass die momentane Zeit nicht unmittelbar nach einem Kaltstart des Motors ist, oder in dem Fall, dass eine negative Bestimmung in Schritt 31 getroffen wird, d. h., dass der Kennzeichner XAI für das Ende der AI gleich "1" ist (das heißt, die AI ist beendet), oder in dem Fall, in dem in Schritt 33 ein negative Bestimmung erfolgt, (d. h., die Zeit von A Sekunden ist seit dem Start des Motors noch nicht verstrichen) geht die ECU 15 zu Schritt 301, in dem ein AI-AUS-Kommando ausgegeben wird. Anschließende beendet die ECU 15 diese Routine.
Falls in Schritt 32 eine negative Bestimmung getroffen wird, d. h., falls der Kennzeichner XAIs für die Ausführung der AI gleich "1" ist, was anzeigt, dass die AI ausgeführt wird, fährt die ECU 15 mit Schritt 34 fort, in dem die ECU 15 einen akkumulierten Wert ΣGa der Menge an Motoreinlass- bzw. zufuhrluft während der AI-Operation eingibt.
Der Grad des Aufwärmens des Katalysators 134 kann von der Temperatur des Katalysators bestimmt werden. Jedoch existiert kein geeigneter Sensor, der in der Lage ist, Temperaturen in einem weiten Bereich von normaler Temperatur (während einem Stopp der Maschine) bis zu 1000°C (während einem aktivierten Zustand) mit hoher Zuverlässigkeit zu messen. Es wird angenommen, dass der Grad des Aufwärmens des Katalysators 134 eine Korrelation mit dem akkumulierten Wert der Menge an Einlassluft aufweist, die, folgend auf den Start des Motors, in die Brennkraftmaschine eingeführt wird. Daher wird bei dieser Ausführung der Grad der Aufwärmens des Katalysators 134 aus dem akkumulierten Wert der Motoreinlassluftmenge geschätzt.
Der akkumulierte Wert ΣGa der dem Motor zugeführten Luftmenge während der AI-Operation kann berechnet werden, indem die Menge an Einlassluft, die durch den eingebauten Luftstrommesser 1110 des Luftfilters 111 in vorbestimmten Zeitintervallen erfasst wird, akkumuliert wird.
Anschließend an die Eingabe des akkumulierten Wertes der dem Motor zugeführten Luft ΣGa in Schritt 34 bestimmt die ECU 15 in Schritt 35, ob der akkumulierte Wert der dem Motor zugeführten Luftmenge ΣGa während der AI-Operation größer als ein vorbestimmter Wert B ist.
Falls in Schritt 35 eine bejahende Bestimmung getroffen wird, d. h., falls der akkumulierte Wert der dem Motor zugeführten Luftmenge ΣGa größer als der vorbestimmte Wert B ist, wird angenommen, dass das Aufwärmen des Katalysators 134 vollendet ist, und in Schritt 351 gibt die ECU ein AI-AUS-Kommando aus. Anschließend setzt die ECU 15 in Schritt 352 den Kennzeichner XAI für das AI-Ende auf "1" und beendet dann diese Routine.
Umgekehrt wird, wenn eine negative Bestimmung in Schritt 35 getroffen wird, d. h., falls der akkumulierte Wert, der dem Motor zugeführten Luft ΣGa nicht größer als der vorbestimmte Wert B ist, angenommen, dass das Aufwärmen des Katalysators 134 noch nicht vollendet ist, und in Schritt 36 führt die ECU 15 eine Während-AI-Kontroll-Routine aus.
4 ist ein Flussdiagramm, das die Während-AI-Kontroll-Routine illustriert, die in Schritt 36 der AI-Hauptroutine ausgeführt wird. In Schritt 360 in der Während-AI-Kontroll-Routine gibt die ECU 15 einen Parameter (die Öffnung des Drosselventils oder die Menge an Einlassstrom bzw. -luft) ein, die die aktuelle (Leistungs-)Ausgabe der Brennkraftmaschine 10 anzeigt. Anschließend berechnet in Schritt 361 die ECU 15 einen Kriteriumsausgabewert als eine Funktion des akkumulierten Wertes der zugeführten Luftmenge ΣGa.
5 ist ein Graph, der die Kriteriumsausgabe zeigt, wobei die horizontale Achse den akkumulierten Wert der zugeführten Luftmenge bezeichnet und die vertikale Achse die Kriteriumsausgabe angibt.
Wenn der akkumulierte Wert der zugeführten Luftmenge klein ist, d. h., wenn die Zeit, die seit dem Motorstart vergangen ist, kurz ist, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der Katalysator noch nicht aufgewärmt ist, und daher wird der Kriteriumsausgabewert zum Stoppen der AI auf einen hohen Wert gesetzt. Umgekehrt besteht, wenn der akkumulierte Wert der zugeführten Luftmenge groß ist, d. h., wenn eine beträchtliche Zeit seit dem Motorstart vergangen ist, eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der Ka talysator aufgewärmt worden ist, und daher wird der Kriteriumsausgabewert zum Stoppen der AI auf einen kleinen Wert gesetzt.
Falls die aktuelle Motorausgabe größer als der Kriteriumswert (schraffierter Bereich in 5) ist, wird die AI gestoppt. Falls die aktuelle Motorausgabe geringer als die Kriteriumsausgabe ist, wird die AI-Operation fortgesetzt.
In Schritt 362 bestimmt die ECU 15, ob die aktuelle Ausgabe des Motors, die in Schritt 360 eingegeben bzw. eingelesen worden ist, kleiner als der in Schritt 361 berechnete Kriteriumsausgabewert ist.
Falls in Schritt 362 eine positive Bestimmung getroffen wird, d. h., falls die aktuelle Motorausgabe kleiner als der Kriteriumsausgabewert ist, gibt die ECU 15 in Schritt 363 das AI-EIN-Kommando aus und beendet dann diese Routine.
Umgekehrt gibt, wenn in Schritt 362 eine negative Bestimmung getroffen wird, d. h., falls die aktuelle Motorausgabe größer oder gleich dem Kriteriumsausgabewert ist, die ECU 15 in Schritt 364 das AI-AUS-Kommando aus und beendet dann diese Routine.
6 ist ein Flussdiagramm, das eine AI-Startroutine zeigt, die bei Ausgabe des AI-EIN-Kommandos ausgeführt wird. In Schritt 60 wird begonnen, elektrische Leistung an einen elektrischen Motor zum Antreiben der elektrisch betriebenen Luftpumpe 142 zu liefern, wodurch die elektrisch betrieben Luftpumpe 142 zu arbeiten beginnt. In Schritt 61 wird das Magnetventil 146 magnetisiert, um Unterdruck von dem Einlassverteiler 114 an das Luftumschaltventil 143 zu liefern. Als Ergebnis wird Umgebungs luft über den zweiten Luftfilter 141 eingesaugt, so dass zweite Luft in die Abgasverzweigungsleitungen 131 über die Zweite-Luft-Leitung 144 und die Zweite-Zuführleitungen 145 zugeführt wird. Somit steigt die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, so dass die oxidativen Reaktionen auf dem Katalysator 134 sich beschleunigen. Dann beschleunigt die Wärme, die durch die oxidativen Reaktionen erzeugt wird, das Aufwärmen des Katalysators 134.
7 ist ein Flussdiagramm, das eine AI-Stopproutine zeigt, die bei Ausgabe des AI-AUS-Kommandos ausgeführt wird. In Schritt 70 wird die Zufuhr an elektrischer Leistung zum Motor zum Antreiben einer elektrisch betriebene Luftpumpe 142 unterbrochen, um so die elektrisch betriebene Luftpumpe 142 zu stoppen. In Schritt 71 wird das Magnetventil 146 demagnetisiert, um die Zufuhr an Unterdruck von dem Einlassverteiler 114 an das Luftumschaltventil 143 zu stoppen. Somit stoppt die Zufuhr von zweiter Luft an die Abgasverzweigungsleitungen 131.
8 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Treibstoffeinspritzung zeigt, die während der Ausführung der AI durch die ECU 15 ausgeführt wird. Die Routine zur Treibstoffeinspritzung wird als ein unterbrochener Prozess ("Interrupt Process") ausgeführt, der jeweils bei einem vorbestimmten Drehwinkel einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ausgeführt wird.
In Schritt 80 wird eine Basisdauer T für die Treibstoffeinspritzung als eine Funktion der Menge der eigesaugten Luft Q, die durch den Luftstrommesser erfasst wird, und der Drehzahl N der Brennkraftmaschine berechnet. Anschließend wird in Schritt 81 eine Dauer TAU der Treibstoffeinspritzung gemäß der folgenden Gleichung berechnet: TAU ← TP·FAF·γ wobei FAF einen Rückführkorrekturfaktor darstellt und währende der AI-Operation gleich "1.0" ist, da während der AI das Luft-Treibstoffverhältnis prozessgekoppelt-offen bzw. nicht rückgeführt gesteuert wird. γ repräsentiert beispielsweise einen Korrekturfaktor, der mit dem Anstiegsbetrag zum Zeitpunkt des Motorstarts korrespondiert.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführung sind der vorbestimmte Wert B und der Graph zur Berechnung der Kriteriumsausgabe einheitlich definiert. Jedoch können, da eine längere Zeit für das Aufwärmen des Katalysators benötigt wird, wenn die Kühlwassertemperatur vor dem Start der Maschine niedriger ist, der vorbestimmte Wert B und der Graph zur Berechnung der Kriteriumsausgabe entsprechend der Kühlwassertemperatur vor dem Start geändert werden.
Bei der Vorrichtung zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine gemäß der vorhergenden Ausführung kann, falls die Motorausgabe während der Zufuhr der zweiten Luft steigt, die Verschlechterung der Emissionen geverringert werden, indem die Zufuhr der zweiten Luft gestoppt wird und somit eine Reinigung des Abgases auf dem Katalysator ermöglicht wird, vorausgesetzt, dass das Aufwärmen des Katalysators bis zu einem bestimmten Grad fortgeschritten ist.
Darüberhinaus wird, da die Zufuhr der zweiten Luft gestoppt wird, wenn die Ausgabe der Brennkraftmaschine steigt, verhindert, dass die Temperatur des Katalysators scharf ansteigt, was es ermöglicht, ein übermäßiges Aufheizen des Katalysators zu verringern.
Während die vorliegende Erfindung anhand der oben dargestellten Ausführung beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen oder den dargestellten Aufbau beschränkt ist. Im Gegenteil umfasst die vorliegende Erfindung verschiedene Modifikationen und equivalente Anordnungen. Zusätzlich können, obwohl verschiedene Elemente der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen dargestellt wurden, andere Kombinationen und Konfigurationen einschließlich mehr oder weniger oder einem einzelnen Element im Rahmen der vorliegenden Erfindung ausgeführt sein.
Die vorliegende Erfindung lässt sich wie folgt zusammenfassen:
Eine Zufuhr einer zweiten Luft (AI) in eine Abgasleitung (133) stromaufwärts von einem Katalysator (134) zum Reinigen von Abgas wird nach einem Start des Motors durchgeführt, um das Aufwärmen des Katalysators (134) zu beschleunigen. Falls der Grad des Aufwärmens des Katalysators während der AI größer oder gleich einem vorbestimmten Kriteriumsgrad des Aufwärmens ist und die Motorausgabe größer oder gleich einer Kriteriumsausgabe ist, wird die Zufuhr an zweiter Luft gestoppt und die Reinigung des Abgases auf dem Katalysator wird durchgeführt, um eine Verschlechterung von Emissionen zu vermindern.

Claims

Verfahren zur Abgasreinigung von einem Motor, das die Schritte umfasst: Reinigen des Abgases mittels eines Katalysators (134), der in einer Abgasleitung (133) des Motors angeordnet ist; Zuführen (60, 61) einer Sekundärluft in die Abgasleitung (133), um so ein Aufwärmen des Katalysators (134) bei einem Start des Motors zu beschleunigen; Erfassen eines Aufwärmgrads des Katalysators (134); Berechnen eines Entscheidungswertes der Leistungsabgabe basierend auf dem erfassten Aufwärmgrad; Erfassen der Leistungsabgabe des Motors; und Stoppen (70, 71) der Zufuhr der Sekundärluft, vorausgesetzt, dass: (i) der erfasste Aufwärmgrad größer als oder gleich einem vorbestimmten Entscheidungswert des Aufwärmgrades (B) ist; und (ii) die erfasste Leistungsabgabe des Motors größer als oder gleich dem berechneten Entscheidungswert der Leistungsabgabe ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste Aufwärmgrad auf einem akkumulierten Wert (ΣGa) einer Menge an primärer Luft basiert, die nach dem Start des Motors dem Motor zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das weiter umfasst: Erfassen der Leistungsabgabe des Motors basierend auf einem Öffnungsgrad eines Drosselventils (113).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das weiter umfasst: Erfassen der Leistungsabgabe des Motors basierend auf einer dem Motor zugeführten Luftmenge.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das weiter umfasst: Erfassen einer Kühlwassertemperatur des Motors; und Korrigieren des Entscheidungswertes der Leistungsabgabe und des Entscheidungswertes des Aufwärmgrades (B) basierend auf der erfassten Kühlwassertemperatur.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die umfasst: einen Katalysator (134), der in einer Abgasleitung (133) des Motors zur Abgasreinigung angeordnet ist; eine Sekundärluftzufuhreinrichtung (14) zur Zufuhr von Sekundärluft in die Abgasleitung (13) stromaufwärts des Katalysators (134), um so ein Aufwärmen des Katalysators (134) bei einem Start des Motors zu beschleunigen; eine Einrichtung (15, 1110) zur Erfassung eines Aufwärmgrads des Katalysators (134); eine Einrichtung (15) zur Berechnung eines Entscheidungswertes der Leistungsabgabe basierend auf dem Aufwärmgrad des Katalysators; eine Leistungserfassungseinrichtung (113; 135, 136) zur Erfassung einer Leistungsabgabe des Motors; und eine Zufuhrstoppeinrichtung (15, 143, 146) zum Stoppen der Sekundärluftzufuhr, wobei die Zufuhrstoppeinrichtung die Sekundärluftzufuhr stoppt, wenn (i) der erfasste Aufwärmgrad des Katalysators größer als oder gleich einem vorbestimmten Entscheidungswert des Aufwärmgrades (B) ist, und (ii) die Leistungsabgabe des Motors größer als oder gleich dem berechneten Entscheidungswert der Leistungsabgabe ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, die weiter umfasst: Kühlwassertemperatur-Erfassungseinrichtung (1112) zur Erfassung einer Kühlwassertemperatur; und Korrektureinrichtung (15) zur Korrektur des Entscheidungswertes der Leistungsabgabe und des Entscheidungswertes des Aufwärmgrades (B) basierend auf der Kühlwassertemperatur, die durch die Kühlwassertemperatur-Erfassungseinrichtung erfasst wird.