DE19948073B4

DE19948073B4 - Abgasreinigungsvorrichtung und Abgasreinigungsverfahren für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE19948073B4
Application number: DE19948073A
Authority: DE
Inventors: Hisashi Ebina Mitsumoto; Kouji Yokohama Ishihara
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-10-06
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2019-10-07
Also published as: DE19948073A1; JP2000110614A; JP3769944B2; US6173570B1

Abstract

Abgasreinigungsvorrichtung für einen Motor (1) mit:
einem Katalysator (8), der in einer Abgasleitung des Motors (1) angeordnet ist; wobei der Katalysator (8) zum Abscheiden und Speichern von NOx vorgesehen ist, wenn eine in den Katalysator (8) strömende Abgasmischung einen geringen Gehalt an Reduktionsmittel (CO, HC) aufweist, und zum Reduzieren von gespeichertem NOx vorgesehen ist, wenn die Abgasmischung einen hohen Gehalt an Reduktionsmittel (CO, HC) enthält, um den Katalysator (8) zu regenerieren;
einer Einspritzeinrichtung (5), die Treibstoff direkt in eine Verbrennungskammer des Motors (1) einspritzt;
eine Zündkerze (6), die den Treibstoff in der Verbrennungskammer zündet; einer Steuereinrichtung (10), die vorgesehen ist zum Erfassen eines Katalysatorregenerierungzustandes zur Regenerierung des Katalysators (8) durch eine Reduzierung des im Katalysator (8) gespeicherten NOx;
zum Berechnen einer ersten Treibstoffeinspritzmenge (TiS), die erste Treibstoffeinspritzmenge ist gleich oder kleiner einer stöchiometrischen Treibstoffmenge, die benötigt wird ein mittleres Luft-Treibstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer gleich einem...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Motor sowie ein Abgasreinigungsverfahren zum Regenerieren eines Katalysators, der in einer Abgasleitung eines Motors angeordnet ist.
Das japanische Patent Nr. 2692530 zeigt ein Steuersystem zur Regenerierung eines Katalysators des NOx-absorbierenden Typs durch vorübergehende Anreicherung einer Luft-Treibstoffmischung, wodurch in einer reduzierenden Atmosphäre NOx vom Katalysator freigegeben wird. Die vorläufige japanische Patentveröffentlichung Nr. H7 (1995)-332071 zeigt ein Steuersystem zur Steuerung eines Motors mit Direkteinspritzung zur Regenerierung eines NOx-absorbierenden Katalysators.
Die Anreicherung des Luft-Treibstoffgemisches zur Desorption von NOx aus einem Katalysator kann den Treibstoffverbrauch verschlechtern. Bei einem Motor mit Direkteinspritzung führt die Anreicherung bei der Treibstoffeinspritzung im Verdichtungshub mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einer Fehlzündung, und daher kann die Anreicherung erfolgen, indem der Zeitpunkt der Treibstoffeinspritzung zum Ansaughub verlegt wird. In jedem Fall stellt die Anreicherung zur Freisetzung von NOx einen Faktor dar, der die Treibstoffausbeute verschlechtert und einen unerwünschten Anstieg des Drehmoments verursacht; dies erfordert Maßnahmen, wie beispielsweise die Verzögerung des Zündzeitpunkts, um einen Drehmomentstoß oder Drehmomentschwankungen zu vermeiden.
Aus der Druckschrift US 5,775,099 ist ein Verfahren zur Abgasreinigung einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Abgase der Brennkraftmaschine werden durch einen NOx-Absorber geleitet. Bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis weist das Abgas einen hohen NOx-Anteil auf, der in dem NOx-Absorber absorbiert wird. Bei einem stöchiometrischen oder fetten Luft-Kraftstoff-Gemisch wird das NOx aus dem NOx-Absorber gelöst und reduziert. Zur Reduktion von NOx in dem NOx-Absorber wird das mittlere Luft-Kraftstoff-Verhältnis, d.h. das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei annähernd vollständiger Diffusion des Kraftstoffes, von mager nach fett geändert. Hierzu schlägt die US 5,775,099 vor, die Kraftstoffmenge zu erhöhen, so daß sich ein stöchiometrisch oder fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ergibt. Dabei wird Kraftstoff am Ende des Verdichtungshubs in der Menge eingespritzt, daß sich ein mageres mittleres Luft-Kraftstoff-Gemisch bildet und zusätzlich Kraftstoff während des Ansaughubs eingespritzt, das sich ein stöchiometrisches oder fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch ergibt. Das derart erzeugte Abgas liefert die nötigen Bestandteile zur Regeneration des NOx-Absorbers.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Motor mit einem Katalysator, der in einer Abgasleitung des Motors angeordnet ist, sowie ein Abgasreinigungsverfahren zum Regenerieren eines Katalysators, der in einer Abgasleitung eines Motors angeordnet ist, anzugeben, wobei eine hohe Reinigungsleistung bei niedrigem Treibstoffverbrauch möglich ist.
Gemäß dem Vorrichtungsaspekt wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Motor mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Gemäß dem Verfahrensaspekt wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Abgasreinigungsverfahren zum Regenerieren eines Katalysators, der in einer Abgasleitung eines Motors angeordnet ist, mit den Markmalen des Anspruches 6 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen dargelegt.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 zeigt eine schematische Ansicht, in der eine Motoreinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt ist;
2 zeigt ein Flussdiagramm, in dem ein Steuerungsverfahren dargestellt ist, das durch eine in der 1 gezeigte Steuereinheit durchgeführt wird;
3 zeigt einen Graphen, in dem ein Betriebsbereich des Motors mit einem mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis und ein Betriebsbereich des Motors mit einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis dargestellt ist, wie es bei der Motoreinheit der 1 verwendet wird.
4, 5, 6 zeigen Graphen, in denen Steuerdiagramme der Treibstoffeinspritzung beim Verdichtungshub dargestellt sind, wie sie bei der Steuereinheit der 1 verwendet werden;
7 zeigt einen Graphen, in dem eine Beziehung zwischen der Abgasleistung und dem Zeitpunkt der Treibstoffeinspritzung beim Verdichtungshub dargestellt ist;
8 zeigt einen Graphen, in dem ein Treibstoffverbrauch und eine Abgasleistung als eine Funktion des Luft-Treibstoff-Verhältnisses bei der Treibstoffeinspritzung während des Verdichtungshubes und der Treibstoffeinspritzung während des Ansaughubes dargestellt sind;
9 und 10 zeigen Graphen zur Erläuterung von Umschaltschemata, der Treibstoffeinspritzung bei der Motoreinheit der 1 und 2.
Die 1 zeigt eine Motoreinheit, die mit einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgestattet ist.
Gemäß diesem Beispiel ist eine Verbrennungskraftmaschine 1 (nachfolgend Motor genannt) eine Antriebsquelle eines Fahrzeugs. In einen jeden Zylinder des Motors 1 wird Ansaugluft, die durch einen Luftreiniger (Luftfilter) 2 gefiltert wird, durch ein Drosselventil (Drosselklappe) 3 zur Regelung der Ansaugluftströmung und ein Ansaugventil (Einlaßventil) 4 angesaugt. An jedem Zylinder ist eine Treibstoffeinspritzeinrichtung 5 der elektromagnetischen Bauart vorgesehen, um Treibstoff direkt in die Verbrennungskammer einzuspritzen und dadurch im Zylinder eine Schicht eines Luft-Treibstoff-Gemisches zu bilden.
Die Treibstoffeinspritzung bei einem Ansaughub erzeugt eine Schicht eines homogenen Luft-Treibstoff-Gemisches, da von der Einspritzung bis zur Zündung genügend Zeit zur Mischung bereitgestellt wird. Im Gegensatz dazu wird durch Einspritzen von Treibstoff in einem fortgeschrittenen Stadium eines Verdichtungshubes in Richtung eines Hohlraums 21, der in einer Kolbenfläche 20 ausgebildet ist, eine geschichtete Ladung um eine Zündkerze 6 gebildet. In diesem Fall reicht die Zeit nicht aus, dass der Treibstoff diffundiert, so dass sich ein Bereich fetten Gemisches in der Umgebung der Zündkerze bildet, der von einer mageren Schicht umgeben ist.
Das Luft-Treibstoff-Gemisch wird durch die Zündkerze 6 gezündet und verbrennt anschließend. Die verbrannten Gase werden über ein Auslaßventil 7 vom Zylinder ausgestoßen und mittels eines Katalysators 8 gereinigt. Dann werden die Abgase an die Atmosphäre abgegeben.
Eine Steuereinheit oder Steuereinrichtung 10 dieses Ausführungsbeispiels umfasst als einen Hauptbestandteil einen Mikrocomputer. Die Steuereinheit 10 steuert die Treibstoffeinspritzung einer jeden Einspritzeinrichtung 5 und die Zündung einer jeden Zündkerze 6. Mit der Steuereinheit 10 bildet die Motoreinheit ein Steuerungssystems.
Verschiedene Sensoren und Eingabeeinrichtungen sammeln Eingangsinformationen über die Betriebszustände des Motors. Die Steuereinheit 10 empfängt die Eingangsinformation durch den Empfang von Signalen dieser Vorrichtungen. Beim Beispiel der 1 gibt es einen Luftströmungsmesser oder -sensor 11 zum Messen einer Ansaugluftmenge, einen Kurbelwinkelsensor 12 zum Erfassen eines Drehwinkels des Motors und einer Motordrehgeschwindigkeit, einen Sauerstoffsensor 15 zum Erfassen eines Luft-Treibstoff-Verhältnisses in Abhängigkeit einer Sauerstoffkonzentration im Abgasgemisch, einen Drosselsensor 16 zum Erfassen eines Öffnungsrades des Drosselventils 3 und einen Temperatursensor 17 zum Erfassen der Kühlwassertemperatur des Motors 1.
Während des Betriebs in einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis dient der Katalysator 8 dazu, HC und CO zu oxydieren und NOx zu reduzieren. Während des Betriebes bei mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis scheidet der Katalysator 8 NOx ab und speichert es. Das gespeicherte NOx wird in der reduzierenden Atmosphäre von stöchiometrischen oder fetteren Luft-Treibstoff-Verhältnissen, die HC und CO enthalten, ausreichend reduziert.
Die Steuereinheit 10 unterscheidet zwischen einem Betriebsbereich des Motors mit magerem Luft-Treibstoff-Gemisch, wie beispielsweise einem Teillastbereich, zum Betrieb bei einem extrem mageren Luft-Treibstoffverhältnis (beispielsweise L/T = 40) und einem Betriebsbereich des Motors mit einem stöchiometrischen Luft-Treibstoffverhältnis, wie beispielsweise im Hochlastbereich, zum Betrieb in einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis (L/T = 14,5). Im Betriebsbereich des mageren Luft-Treibstoff-Verhältnisses verlegt die Steuereinheit 10 den Treibstoffeinspritzzeitpunkt in das fortgeschrittene Stadium des Verdichtungshubes, um eine geschichtete Ladungsverbrennung zu erreichen. Im Betriebsbereich mit stöchiometrischem Luft-Treibstoff-Verhältnis setzt die Steuereinheit 10 den Zeitpunkt der Treibstoffeinspritzung in den Ansaughub, um eine homogene Ladungsverbrennung zu erreichen.
Bei jedem Umschalten vom Betriebsbereich mit mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis zum Betriebsbereich mit stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis erzeugt die Steuereinheit 10 dieses Ausführungsbeispiels eine reduzierende Abgasatmosphäre, mit viel HC und CO, über einen bestimmten Zeitraum, um den Katalysator 8 zu regenerieren, d.h. das gespeicherte NOx zu reduzieren, bevor die Menge an abgeschiedenem NOx während des mageren Betriebs eine Sättigungsgrenze erreicht.
Um eine Verschlechterung des Treibstoffverbrauchs während dieser Steuerung der Regenerierung des Katalysators zu vermeiden, ist das Steuerungssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, dass es Treibstoff in die letzte Hälfte des Verdichtungshubes zu einem bestimmten Zeitpunkt und in einer bestimmten Menge einspritzt, dass das durchschnittliche Luft-Treibstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer gleich oder magerer als das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis wird, und dass unmittelbar um die Zündkerze 6 ein Bereich von fettem Luft-Treibstoffgemisch gebildet wird, das fetter als das stöchiometrische Verhältnis ist. Dadurch erhöht das Steuerungssystem unverbrannte Bestandteile, um den HC- und CO-Gehalt im Abgasgemisch zu erhöhen. Das Steuerungsprogramm der 2 wird in gleichmäßigen Zeitintervallen von vorbestimmter Zeitdauer (oder Zykluszeit) t (beispielsweise 10 ms) ausgeführt. Bei diesem Steuerungsprogramm berechnet die Steuereinheit 10 eine Treibstoffeinspritzmenge TiH und einen Treibstofteinspritzzeitpunkt ITH für eine Treibstoffeinspritzung in einen Ansaughub, und eine Treibstoffeinspritzmenge TiS und einen Treibstoffeinspritzzeitpunkt ITS für eine Treibstoffeinspritzung in einen Verdichtungshub. Die berechneten TiH, TiS, ITH und ITS werden in einem Speicher abgespeichert. Bei einem Ausführungsprogramm (nicht gezeigt) der Treibstoffeinspritzung, das synchron zur Motordrehung ausgeführt wird, liest die Steuereinheit 10 diese Treibstoffeinspritzmengen und -zeitpunkte vorn Speicher ein und verwendet sie zum Ausführen der Treibstoffeinspritzung.
In einem Schritt S1 bestimmt die Steuereinheit 10 die Ansaugluftmenge Qa durch A/D-Wandlung des Ausgangs des Luftströmungsmessers 11 und bestimmt des weiteren die Motordrehzahl Ne (Upm) in Übereinstimmung mit der Pulsweite eines vom Kurbelwinkelsensor 12 erzeugten Impulssignals.
In einem Schritt S2 berechnet die Steuereinheit 10 eine Basis-Treibstoffeinspritzmenge Tp anhand der Luftansaugmenge Qa, der Motordrehzahl Ne und einem Koeffizienten K (Tp = K × Qa/Ne). Die Basis-Treibstoffeinspritzmenge Tp ist eine Treibstoffeinspritzmenge, die benötigt wird, um das mittlere Luft-Treibstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer gleich dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis zu setzen. Bei diesem Beispiel wird die Treibstoff-Einspritzmenge in Abhängigkeit von einer Öffnungszeit der Treibstoffeinspritzeinrichtung 5 berechnet. Wenn die Steuereinheit 10 ein Einspritzsteuerungssignal an die Einspritzeinrichtung 5 ausgibt, das der Basis-Treibstoffeinspritzmenge Tp [ms] entspricht, dann spritzt die Einspritzeinrichtung 5 den Treibstoff in der Treibstoffmenge in den Zylinder ein, die dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis entspricht. Die Basis-Treibstoffeinspritzmenge Tp wird außerdem als ein Parameter verwendet, der eine Motorlast repräsentiert.
In einem Schritt S3 schlägt die Steuereinheit 10 einen Tabellenwert TFBYAmap, der der Motorlast Tp entspricht, und die Motordrehzahl Ne in einer Tabelle zum Festsetzen des Soll-Äquivalenzverhältnisses, wie sie in der 3 gezeigt ist, nach und spei chert den Tabellenwert TFBYAmap als Soll-Äquivalenzverhältnis TFBYA. Das Soll-Äquivalenzverhältnis TFBYA ist ein Verhältnis, das mittels eines Werts von 14,5, der dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis entspricht, und mittels eines Sollwerts A/F0 des mittleren Luft-Treibstoff-Gemisches in der Verbrennungskammer, durch die folgende Gleichung bestimmt wird.
TFBYA = 14,5/(A/F0)
Bei diesem Beispiel wird das mittlere Luft-Treibstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer auf den Wert eines mageren Luft-Treibstoff-Verhältnisses geregelt, wenn sich der Betriebspunkt des Motors innerhalb eines Teillast-Betriebsbereiches des Motors befindet (in 3 durch eine durchgezogene Linie begrenzt; auch als der Betriebsbereich des mageren Luft-Treibstoff-Verhältnisses bezeichnet). Daher werden Werte, die kleiner als 1 sind, im Teillastbereich der Tabelle zum Setzen des Äquivalenzverhältnisses gespeichert. Beispielsweise wird ein Tabellenwert von ungefähr 0,36 in einem Unterbereich gespeichert, um das magere Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis gleich 40 zu setzen. Ein Luft-Treibstoff-Gemisch mit einem Luft-Treibstoff-Verhältnis von 40 ist zu mager, um zu zünden und zu brennen. Diese Motoreinheit erreicht eine zufriedenstellende Verbrennung eines derart mageren Gemisches mit einem Luft-Treibstoff-Verhältnis von 40 im Mittel über die Verdichtungskammer durch die geschichtete Ladungsverbrennung, bei der ein Luft-Treibstoff-Gemisch von in etwa dem stöchiometrischen Verhältnis unmittelbar um die Zündkerze mit einer umgebenden Luftschicht mit wenig Treibstoff erzeugt wird.
Die Tabelle zum Setzen des Soll-Äquivalenzverhältnisses speichert einen Wert von 1 in einem Bereich außerhalb des Teillastbereiches. Außerhalb des Teillastbereiches wird daher das mittlere Luft-Treibstoff-Verhältnis auf das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis geregelt. Der Bereich außerhalb des Teillastbereiches wird als Betriebsbereich mit stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Gemisches bezeichnet.
In einem Schritt S4 bestimmt die Steuereinheit 10, ob ein Zustand zur Regenerierung des Katalysators 8 erfüllt ist oder nicht. In diesem Beispiel stellt die Steuereinheit 10 fest, dass der Zustand der Katalysatorregenerierung erfüllt ist, wenn sich der Betriebs punkt des Motors vom Betriebsbereich mit magerem Luft-Treibstoff-Verhältnis zum Betriebsbereich mit stöchiometrischem Luft-Treibstoff-Verhältnis verschiebt. Bei diesem Beispiel wird die Antwort im Schritt S4 JA, wenn der vorherige, aus der Tabelle gewählte, im Schritt S3 des vorherigen Durchlaufs dieses Steuerungsprogramms erhaltene Wert TFBYAmap kleiner als 1 ist, und der derzeitige, aus der Tabelle ausgewählte, im Schritt S3 des derzeitigen Durchlaufs erhaltene Wert TFBYAmap eins ist.
Wenn die Antwort des Schrittes S4 bejahend ist, dann geht die Steuereinheit 10 zu einem Schritt S5. Im Schritt S5 setzt die Steuereinheit 10 einen Zeitnehmer zum Messen einer verstrichenen Zeit von der Erfüllung des Zustands der Katalysatorregenerierung an auf 0.
In einem auf den Schritt S5 folgenden Schritt S6 bestimmt die Steuereinheit 10, ob eine Motorlast Tp beim Übergang vom Bereich des mageren Betriebs des Motors zum Bereich des stöchiometrischen Betriebs des Motors größer als ein vorbestimmter Lastwert Tp0 des Motors ist.
Wenn der Motorbetriebspunkt durch die Motorlast Tp bestimmt wird und die Motordrehzahl Ne sich von einem im Betriebsbereich des mageren Luft-Treibstoff-Verhältnisses angeordneten Punkt A zu einem Punkt B verschiebt, der oberhalb des Wertes von Tp0 im Bereich des Betriebs mit stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis angeordnet ist, wie in der 3 gezeigt ist, dann sind zwei unterschiedliche übergangsweise Verbrennungsarten zur Regenerierung des Katalysators 8 zwischen der normalen Verbrennungsart mit magerem Luft-Treibstoff-Verhältnis und der normalen Verbrennungsart mit stöchiometrischem Verhältnis angeordnet, um das Ausgangsmoment in Form von drei Stufen zu ändern.
Wenn die Motorlast Tp zum Zeitpunkt des Übergangs vom Betriebsbereich des mageren Verhältnisses zum Betriebsbereich des stöchiometrischen Verhältnisses niedriger oder gleich dem vorbestimmten Wert Tp0 ist (von einem in der 3 gezeigten Punkt C zu einem Punkt D), dann ist eine übergangsweise Verbrennungsbetriebsart zur Regenerierung des Katalysators 8 zwischen der normalen Verbrennungsart mit magerem Luft-Treibstoff-Verhältnis und der normalen Verbrennungsart mit stöchiometri schem Verhältnis angeordnet, um das Ausgangsmoment in der Form von zwei Schritten zu ändern.
Wenn Tp > Tp0 gilt, dann geht die Steuereinheit 10 vom Schritt S6 zu einem Schritt S7 und setzt eine erste Zeitdauer (oder -spanne) T0 einer ersten übergangsweisen Verbrennungsbetriebsart zur Erzeugung von CO nur durch Treibstoffeinspritzung in einen Verdichtungshub und eine zweite Zeitdauer (oder -spanne) T1 einer zweiten übergangsweisen Verbrennungsbetriebsart zur Erzeugung von CO durch Zweifacheinspritzung mittels Einspritzung in einen Ansaughub und Einspritzung in einen Verdichtungshub. Unter der Annahme, dass die Konzentration des reduzierenden Mittels CO im Abgasgemisch konstant ist, steigt die Menge des an den Katalysator 8 pro Zeiteinheit geführten CO mit der Strömungsgeschwindigkeit des Abgasgemisches. Daher sinken TO und T1, wenn die Motorlast Tp und die Motordrehzahl Ne steigen. In diesem Fall bestimmt die Steuereinheit 10 einen Tabellenwert T01 map, der Werten einer Motorlast Tp und einer Motordrehzahl Ne entspricht, durch Nachschlagen in einer Tabelle von gespeicherten Werten der Zeitdauer TO für die Betriebsart der Einspritzung während des Verdichtungshubes in Abhängigkeit von Tp und Ne, und einen Tabellenwert T1 map, der Werten der Motorlast Tp und der Motordrehzahl Ne entspricht, durch Nachschlagen in einer Tabelle von gespeicherten Werten der Zeitdauer T1 für die Betriebsart der zweifachen Einspritzung in Abhängigkeit von Tp und Ne. Auf diese Weise wird TO gleich T01 map gesetzt und T1 wird gleich T1 map im Schritt S7 gesetzt.
Wenn Tp ≤ Tp0 gilt, dann geht die Steuereinheit 10 vom Schritt S6 weiter zu einem Schritt S8. Im Schritt S8 setzt die Steuereinheit 10 die Zeitdauer T0 für die Verbrennungsbetriebsart zur Erzeugung von CO nur durch Einspritzung während des Verdichtungshubes. Die Zeitdauer T1 für die Verbrennungsbetriebsart mit zweifacher Einspritzung wird gleich Null gesetzt, da die Verbrennungsbetriebsart mit zweifacher Einspritzung nicht durchgeführt wird. Bei diesem Beispiel wird T0 in Übereinstimmung mit der Motorlast Tp und der Motordrehzahl durch Nachschlagen in einer Tabelle, wie im Schritt S7 bestimmt. Die Tabelle zur Bestimmung von T0 im Schritt S8 unterscheidet sich von der Tabelle, die zur Bestimmung von T0 im Schritt S7 verwendet wird.
In einem Schritt S9, der nach dem Schritt S7 oder S8 oder im Falle einer negativen Antwort im Schritt S4 nach dem Schritt S4 erreicht wird, bestimmt die Steuereinheit 10, ob die verstrichene Zeit T seit der Erfüllung des der Katalysatorregenerierungszustandes gleich oder kleiner als die Zeitdauer T0 ist.
Wenn T ≤ T0 gilt, dann führt die Steuereinheit 10 den Steuerungsfluss der Schritte S11 bis S13 aus, um die Treibstoffeinspritzmenge und den Treibstofteinspritzzeitpunkt zur Einspritzung während des Verdichtungshubes festzulegen und NOx freizusetzen.
Zunächst erhöht die Steuereinheit 10 in einem Schritt S10 die Zeit T des Zeitnehmers um die Zykluszeit t dieses Programms. Dies bedeutet, dass T = Tz + t gilt, wobei Tz der Wert des Zeitnehmers unmittelbar vor Ausführung dieses Schrittes ist.
Dann setzt sie in einem Schritt S11, der dem Schritt S10 folgt, eine Einspritzmenge TiH für den Ansaughub gleich 0.
Im Schritt S12 berechnet die Steuereinheit 10 eine Treibstoffeinspritzmenge TiS für den Verdichtungshub (eine erste Treibstoffeinspritzmenge) durch Verwendung eines Soll-Äquivalenzverhältnisses TFBYAO während der Steuerung der Katalysatorregenerierung. Das heißt, TiS = Tp x TFBYAO. Dieses Soll-Äquivalenzverhältnis TFBYAO ist gleich oder kleiner als 1. In diesem Beispiel ist TFBYAO kleiner als 1. Wenn beispielsweise die Freigabe von NOx bei einem durchschnittlichen Luft-Treibstoff-Verhältnis von 18 durchgeführt wird, dann wird TFBYAO ungefähr gleich 0,8 gesetzt.
Im Schritt S13 bestimmt die Steuereinheit 10 einen Treibstoffeinspritzzeitpunkt ITS für den Verdichtungshub in Übereinstimmung mit der Treibstoffeinspritzmenge TiS für den Verdichtungshub und der Motordrehzahl Ne. In diesem Beispiel bestimmt die Steuereinheit 10 einen Tabellenwert IT1 durch Nachschlagen in einer Tabelle der Zeitpunkte der Treibstoffeinspritzung in Übereinstimmung mit T1 S und Ne, wie in der 4 dargestellt ist, und setzt den Treibstoffeinspritzzeitpunkt ITS für den Verdichtungshub (einen ersten Treibstoffeinspritzzeitpunkt) auf IT1 (ITS = IT1).
Der beim Verdichtungshub eingespritzte Treibstoff diffundiert im Laufe der Zeit. Da sich der diffundierte Bereich mit der Zeit ausdehnt, wird das Luft-Treibstoff-Verhältnis im diffundierten Bereich größer. Dadurch dass die Treibstoffeinspritzmenge konstant ist, wird das Luft-Treibstoff-Verhälntis des Luft-Treibstoff-Gemisches in der näheren Umgebung der Zündkerze zum Zeitpunkt der Zündung gesenkt, da sich der Treibstoffeinspritzzeitpunkt in Richtung des oberen Totpunktes des Verdichtungshubes verschiebt (oder verzögert). Wenn der Treibstoffeinspritzzeitpunkt konstant gehalten wird, dann wird das Luft-Treibstoff-Verhältnis des Luft-Treibstoff-Gemisches in der Umgebung der Zündkerze zum Zeitpunkt der Zündung gesenkt, da sich die Treibstoffeinspritzmenge verringert. Des weiteren wird der Treibstoffeinspritzzeitpunkt in Abhängigkeit von der Winkellage der Kurbelwelle bestimmt. Selbst wenn daher der Treibstoffeinspritzzeitpunkt unverändert bleibt, wird die Zeit von der Einspritzung zur Zündung kürzer, da die Motordrehzahl steigt, und das Luft-Treibstoff-Verhältnis des Luft-Treibstoff-Gemisches in der Umgebung der Zündkerze zum Zeitpunkt der Zündung verringert sich. Die Tabelle der Zeitpunkte für die Treibstoffeinspritzung, wie sie in der 4 gezeigt ist, speichert Werte des Treibstoff-Einspritzzeitpunktes beim Verdichtungshub, um das Luft-Treibstoff-Verhältnis des Luft-Treibstoff-Gemisches in der Umgebung der Zündkerze zum Zeitpunkt der Zündung fetter als das stöchiometrische Verhältnis (beispielsweise bei einem fetteren Verhältnis von ungefähr 12) als Funktion der Treibstoffeinspritzmenge TiS und der Motordrehzahl Ne zu machen.
Der Treibstoffeinspritzzeitpunkt ITS kann als ein Kurbelwinkel bestimmt werden, bei dem die Treibstoffeinspritzung beginnt, oder einen Kurbelwinkel, bei dem die Treibstoffeinspritzung beendet wird. Um den Zeitpunkt vom Ende der Treibstoffeinspritzung bis zur Zündung genau zu steuern, ist es bevorzugt, als Treibstoffeinspritzzeitgeber den Kurbelwinkel zu verwenden, bei dem die Treibstoffeinspritzung enden sollte.
Wenn die Antwort im Schritt S9 negativ ist, geht die Steuereinheit 10 vom Schritt S9 zu einem Schritt S14. Im Schritt S14 bestimmt die Steuereinheit 10, ob die verstrichene Zeit T von der Erfüllung des Zustandes der Katalysatorreinigung gleich oder kleiner als T0 + T1 ist.
Wenn T > T0 und T ≤ T0 + T1 gilt, dann nimmt die Steuereinheit 10 den Steuerungsfluss der Schritte S16 bis S18, um die Treibstoffeinspritzmengen und die Treibstoffeinspritzzeitpunkte für die zweifache Treibstoffeinspritzung zur Freisetzung von NOx zu setzen.
Wenn im Fall, dass Tp kleiner oder gleich Tp0 ist, im Schritt S8 T1 = 0 gesetzt wird, dann ist die Antwort im Schritt S14 immer negativ, solange die Antwort des Schrittes S9 negativ ist (T > T0). Dadurch wird die Steuerungsbetriebsart zur normalen Steuerung umgeschaltet, ohne dass die Steuerung zur Regenerierung des Katalysators durch die zweifache Einspritzung durchgeführt wird.
Im Falle des Steuerungsflusses der Schritte S16 bis S18 erhöht in einem Schritt S15 die Steuereinheit 10 zunächst die verstrichene Zeit T um die Zykluszeit t (auf dieselbe Weise wie im Schritt S10).
Dann bestimmt in einem Schritt S16, der auf den Schritt S15 folgt, die Steuereinheit 10 eine Treibstoffeinspritzmenge TiH für den Ansaughub (eine vierte Treibstoffeinspritzmenge) durch Verwendung eines Äquivalenzverhältnisses TFBYA1. Bei diesem Beispiel gilt TiH = Tp × TFBYA1. Das Äquivalenzverhältnis TFBYA1 wird gleich einem Wert gesetzt, der fetter als ein Wert eines Äquivalenzverhältnisses, welches eine Fortpflanzung der Flamme ermöglicht, und magerer als das Soll-Äquivalenzverhältnis TFBYA0 für die Steuerung der Katalysatorregenerierung ist. Bei diesem Beispiel liegt TFBYA1 in einem Bereich von 0,65 bis 0,75 (entsprechend einem Bereich des Luft-Treibstoff-Verhältnisses von 22 bis 19).
Im Schritt S17 berechnet die Steuereinheit 10 eine Treibstoffeinspritzmenge TiS für den Verdichtungshub (eine fünfte Treibstoffeinspritzmenge) anhand des Soll-Äquivalenzverhältnisses TFBYA0 zur Steuerung der Katalysatonegenerierung und der im Schritt S16 berechneten Treibstoffeinspritzmenge TiH für den Ansaughub. Bei diesem Beispiel wird die Treibstoffeinspritzmenge TiS für den Verdichtungshub durch Subtraktion von TiH von Tp × TFBYA0 bestimmt. Das heißt, TiS = Tp × TFBYA0 – TiH.
Bei diesem Beispiel ist das Soll-Äquivalenzverhältnis TFBYA0 für die Steuerung der Katalysatorregenerierung auf einen vorbestimmten einzigen konstanten Wert festgelegt. TFBYA0 kann jedoch im Falle einer einzelnen Einspritzung in den Verdichtungshub gleich einem ersten Wert (im Schritt S12) und gleich einem zweiten Wert, der im Falle einer zweifachen Einspritzung unterschiedlich vom ersten Wert ist (im Schritt S17), gesetzt werden.
Im Schritt S18 setzt die Steuereinheit 10 einen Treibstoffeinspritzzeitpunkt ITH für den Ansaughub (einen vierten Treibstoffeinspritzzeitpunkt) und einen Treibstoffeinspritzzeitpunkt ITS für den Verdichtungshub (einen fünften Zeitpunkt der Treibstoffeinspritzung).
Bei diesem Beispiel wird der Treibstoffeinspritzzeitpunkt ITH für den Ansaughub auf einen Tabellenwert IT4 gesetzt, der durch Nachschlagen in einer Tabelle der Zeitpunkte der Treibstoffeinspritzung (nicht gezeigt) in Übereinstimmung mit der Treibstoffeinspritzmenge für den Ansaughub TiH und der Motordrehzahl Ne bestimmt wird. Das heißt, ITH = IT4. Diese Tabelle der Treibstoffeinspritzzeitpunkte speichert eine Ansammlung von derartigen gewünschten Werten des Treibstoffeinspritzzeitpunktes ITH für den Ansaughub, um die Mischung zwischen der Ansaugluft und der eingespritzten Luft ausreichend zu fördern. Der Treibstoffeinspritzzeitpunkt ITH kann ein Zeitpunkt eines Endes der Treibstoffeinspritzung oder ein Zeitpunkt eines Beginns einer Treibstoffeinspritzung, als Kurbelwinkel ausgedrückt, sein.
Der Treibstoffeinspritzung ITS für den Verdichtungshub wird auf einen Tabellenwert IT5 gesetzt, der in Übereinstimmung mit der Treibstoffeinspritzmenge TiS für den Verdichtungshub und der Motordrehzahl Ne durch Nachschlagen in einer Tabelle der Treibstoffeinspritzzeitpunkte (wie in 5 gezeigt ist) bestimmt wird.
Bei der zweifachen Treibstoffeinspritzung wird ein Bereich des fetten Luft-Treibstoff-Gemisches, das fetter als das stöchiometrische Verhältnis ist, unmittelbar um die Zündkerze herum nicht allein durch die Treibstoffeinspritzung während des Verdichtungshubes, sondern durch die Kombination der Einspritzung beim Ansaughub und der Einspritzung beim Verdichtungshub erzeugt. Bei der Einspritzung in den Verdich tungshub wird der Treibstoff in einen Hintergrund gespritzt, der bereits in der Verbrennungskammer durch die Treibstoffeinspritzung bei dem Ansaughub erzeugt wurde.
Beispielsweise wird die Treibstoffeinspritzung während des Ansaughubes so ausgeführt, dass ein Hintergrundbereich mit einem Luft-Treibstoff-Verhältnis von 22 in der Verbrennungskammer erzeugt wird und dann die Treibstoffeinspritzung in den Verdichtungshub durchgeführt wird, um einen Bereich eines Luft-Treibstoff-Gemisches mit einem Luft-Treibstoff-Verhältnis von 26 um die Zündkerze zu erzeugen. In diesem Fall beträgt das Luft-Treibstoff-Verhältnis im fetten Bereich, der durch das während des Ansaughubes eingespritzten Treibstoffes gebildet wurde, und den bei der Einspritzung in den Verdichtungshub eingespritzten Treibstoffes ungefähr 12.
Der Schritt S19 wird erreicht, wenn T > T0 + T1 gilt und daher die Antwort des Schrittes S14 negativ ist. Im Schritt S19 untersucht die Steuereinheit 10, ob das Soll-Äquivalenzverhältnis TFBYA, das im Schritt S3 bestimmt wurde, kleiner als 1 ist. Dann führt die Steuereinheit 10 das Steuerungsverfahren der Schritte S20 bis S22 aus, um die Treibstoffeinspritzmenge und den Zeitpunkt auf die Werte des normalen Magerbetriebs zu setzen, wenn TFBYA < 1 gilt, und führt das Steuerungsverfahren der Schritte S23 bis S25 aus, um die Treibstoffeinspritzmenge und den Zeitpunkt für den normalen stöchiometrischen Betrieb zu setzen, wenn TFBYA > 1 gilt.
Im Schritt S20 wird die Treibstoffeinspritzmenge TiH während des Ansaughubes gleich Null gesetzt (TiH = 0).
Im Schritt S21 berechnet die Steuereinheit 10 die Treibstoffeinspritzmenge TiS in den Verdichtungshub (eine zweite Treibstofteinspritzmenge) unter Verwendung des Soll-Äquivalenzverhältnisses TFBYA, das im Schritt S3 bestimmt wurde. Bei diesem Beispiel gilt TiS = Tp × TFBYA.
Im Schritt S22 setzt die Steuereinheit 10 den Treibstoffeinspritzzeitpunkt ITS in den Verdichtungshub (einen zweiten Treibstoffeinspritzzeitpunkt) auf einen Tabellenwert IT2, der in Übereinstimmung mit der Treibstoffeinspritzmenge TiS in den Verdich tungshub und der Motordrehzahl Ne durch Nachschlagen in einer Tabelle der Zeitpunkte der Treibstoffeinspritzung bestimmt wird (wie in der 6 gezeigt ist).
In der Tabelle der Zeitpunkte der Treibstoffeinspritzung, die in der 6 gezeigt ist, ist eine Ansammlung von gewünschten Werten des Treibstofteinspritzzeitpunktes für den Verdichtungshub als eine Funktion der Treibstoffeinspritzmenge TiS und der Motordrehzahl Ne gespeichert, um auf diese Weise ein ungefähr stöchiometrisches Luft-Treibstoft-Gemisch in einem Bereich unmittelbar um die Zündkerze zum Zeitpunkt der Zündung zu erzeugen.
Die Tabellen der Zeitpunkte der Treibstoffeinspritzung in den Verdichtungshub, die in den 4, 5 und 6 gezeigt sind, unterscheiden sich voneinander. Von den Tabellenwerten der 4, 5 und 6 für dieselbe Treibstoffeinspritzmenge und dieselbe Motordrehzahl stellt der Tabellenwert der 4 (im Schritt S13 verwendet) einen am stärksten verzögerten Wert am nächsten zum oberen Totpunkt des Verdichtungshubes dar, der Tabellenwert der 5 (im Schritt S18 verwendet) stellt einen am stärksten voreilenden Wert am weitesten vom oberen Totpunkt des Verdichtungshubes entfernt dar, und der Tabellenwert der 6 (im Schritt S22 verwendet) ist ein zwischen dem am stärksten verzögerten und dem am stärksten voreilenden Wert liegender Wert.
Im Schritt S23 berechnet die Steuereinrichtung 10 die Treibstoffeinspritzmenge TiH beim Ansaughub (eine dritte Treibstoffeinspritzmenge) unter Verwendung des Soll-Äquivalenzverhältnisses TFBYA, das im Schritt S3 bestimmt wurde. In diesem Beispiel gilt TiH = Tp × TFBYA.
Im Schritt S24 setzt die Steuereinheit 10 die Treibstoffeinspritzmenge TiS beim Verdichtungshub gleich 0.
Im Schritt S25 setzt die Steuereinheit 10 den Treibstoffeinspritzzeitpunkt für den Ansaughub ITH (einen dritten Treibstofteinspritzeitpunkt) auf einen Tabellenwert IT3 (ITH = IT3), der in Übereinstimmung mit der Treibstoffeinspritzmenge TiH beim Ansaughub und der Motordrehzahl Ne durch Nachschlagen in einer Tabelle der Treibstoffein spritzzeitpunkte beim Ansaughub (nicht gezeigt) bestimmt wurde. Diese Tabelle kann dieselbe Tabelle sein, wie sie im Schritt S18 zur Bestimmung von IT4 benutzt wurde.
Die 7 bis 10 erläutern die Steuerung zur Regenerierung des Katalysators bei diesem Ausführungsbeispiel.
Wie in der 7 gezeigt, ändern sich die Abgasmengen an HC und CO im Fall einer geschichteten Ladungsverbrennung durch die Treibstoffeinspritzung in den Verdichtungshub in Abhängigkeit vom Treibstoffeinspritzzeitpunkt. Selbst wenn das durchschnittliche Luft-Treibstoff-Verhältnis stöchiometrisch ist, wird das Luft-Treibstoff-Verhältnis in der Umgebung der Zündkerze 6 fetter, da der Zeitpunkt der Treibstoffeinspritzung verzögert ist, und daher steigen die Mengen an HC und CO im Abgas.
Die 8 zeigt den Treibstoffverbrauch und die Abgaseigenschaften, die sich in Abhängigkeit vom Luft-Treibstoff-Gemisch im Betrieb mit der Treibstoffeinspritzung in den Verdichtungshub und im Betrieb mit der Treibstoffeinspritzung in den Ansaughub ändern. Ein Vergleich bei einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis zeigt, dass die Treibstoffeinspritzung in den Verdichtungshub im Vergleich zur Treibstoffeinspritzung in den Ansaughub weniger Treibstoff verbrennt, aber die Mengen an HC und CO im Abgas bei der Treibstoffeinspritzung in den Verdichtungshub relativ groß sind. Dieselbe Tendenz herrscht bei einem Luft-Treibstoff-Verhältnis L/T von ungefähr 18, was etwas magerer als das stöchiometrische Verhältnis ist. Im Bereich, in dem das Luft-Treibstoff-Verhältnis größer als 20 ist, sind die Eigenschaften des Treibstoffverbrauchs, des HC und des CO umgekehrt.
Um daher dieselben Mengen von HC und CO im Abgas durch eine Einspritzung in den Ansaughub anstelle einer Einspritzung in den Verdichtungshub zu erreichen, ist es notwendig, das Luft-Treibstoff-Verhältnis fetter zu machen. Für die gleichen Mengen an HC und CO ist der Treibstoffverbrauch im Falle der Treibstoffeinspritzung in den Ansaughub schlechter.
Das Steuersystem gemäß dem Ausführungsbeispiel nutzt ein derartiges Phänomen aus und stellt die benötigten Mengen an HC und CO durch die Einspritzung in den Verdichtungshub sicher, ohne das Luft-Treibstoff-Verhältnis zur angereicherten Seite hin zu verschieben.
Auf diese Weise kann das Steuersystem durch Setzen des Luft-Treibstoff-Verhältnisses während der Steuerung der Katalysator-Regenerierung auf ein Verhältnis gleich oder etwas kleiner einem stöchiometrischen Verhältnis eine NOx-Desorption und einen reduzierenden Betrieb ohne Verschlechterung der Treibstoffausbeute erreichen. Bei diesem Beispiel ist das Luft-Treibstoff-Verhältnis für die Katalysatorregenerierungssteuerung auf einen Bereich von ungefähr dem stöchiometrischen Verhältnis bis zu ungefähr L/T = 18 festgelegt, in dem die Menge an CO im Abgas im wesentlichen gleich der Menge ist, die durch eine Treibstoffeinspritzung in den Ansaughub in einem stöchiometrischen Verhältnis erreicht wird. Der Betrieb in einem magereren Betriebszustand als dem stöchiometrischen begrenzt einen unerwünschten Drehmomentanstieg und verhindert, dass eine Verzögerungssteuerung des Zündzeitpunktes benötigt wird, um eine Änderung des Drehmoments zu verhindern.
Das gewünschte Luft-Treibstoff-Verhältnis für die Steuerung der NOx-Desorption ändert sich in Abhängigkeit der Ausbildung des Kolbenbodens oder der Eigenschaften der Treibstoffeinspritzeinrichtung.
9 zeigt ein Umschalten der Verbrennung, wenn die Motorlast nicht allzu groß ist. Wenn ein Umschalten vom Betrieb mit einem mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis zu einem Betrieb mit einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis in Abhängigkeit mit dem Betriebszustand des Motors verlangt wird (wie beispielsweise der Motorlast und der Motordrehzahl), dann ändert sich das durchschnittliche Luft-Treibstoff-Verhältnis (oder das Gesamt-Soll- Luft-Treibstoff-Verhältnis) von einem Extremwert der normalen Betriebsart der geschichteten Ladeverbrennung zu einem nicht fetten Wert des Luft-Treibstoff-Verhältnisses, der etwas magerer oder gleich dem stöchiometrischen Verhältnis ist, und die Treibstoffeinspritzung in den Verdichtungshub wird bei diesem Luft-Treibstoff-Verhältnis durchgeführt, um ausreichende Mengen an HC und CO sicherzustellen und das im Katalysator 8 absorbierte NOx freizugeben.
Die 10 zeigt ein Umschalten der Verbrennung, wenn die Motorlast relativ hoch ist. Als Antwort auf einen Umschaltbefehl von einem mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis auf ein stöchiometrisches Luft-Treibstoff-Verhältnis, der in Übereinstimmung mit einer Änderung des Betriebszustands des Motors erzeugt wird, betreibt das Steuerungssystem den Motor zunächst in der vorübergehenden Betriebsart der Treibstoffeinspritzung in den Verdichtungshub bei einem Luft-Treibstoff-Verhältniswert, der fetter als der Wert bei der normalen Betriebsart der geschichteten Ladeverbrennung ist und der gleich oder etwas magerer einem stöchiometrischen Verhältnis ist. Danach betreibt das Steuerungssystem den Motor in der vorübergehenden Betriebsart der zweifachen Einspritzung mit einer Treibstoffeinspritzung in den Ansaughub und einer Treibstoffeinspritzung in den Verdichtungshub bei jedem Zyklus. Bei der vorübergehenden Betriebsart der Einspritzung in den Verdichtungshub (während der Zeitspanne T0) und der vorübergehenden Betriebsart der zweifachen Einspritzung (während der Zeitspanne T1) fördert das Steuerungssystem die Desorption und Reduktion von NOx.
Wenn die Betriebsart der zweifachen Einspritzung auf die übergangsweise Betriebsart der Einspritzung in den Verdichtungshub folgt, kann das Steuerungssystem das durch den Motor erzeugte Drehmoment schrittweise während des Umschaltprozesses der Verbrennung zur normalen Betriebsart der Einspritzung in den Ansaughub steuern und dadurch einen Drehmomentstoß beim Übergang zum Betrieb im stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis verhindern. Nach Vollendung der NOx-Desorption des Katalysators 8 und der Reduktion von NOx wird der Motor in der Betriebsart der Verbrennung mit stöchiometrischem Verhältnis und der Treibstoffeinspritzung in den Ansaughub betrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Steuerung der NOx-Desorption und -Reduzierung bei jedem Umschalten vom Betrieb mit einem mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis zu einem Betrieb mit einem stöchiometrischen Verhältnis durchgeführt. Es ist optional, die Menge der NOx-Absorption von der Betriebszeit des Betriebs im mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis und der Motorlast sowie der Motordrehzahl während des Betriebs mit einem mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis zu schätzen und die Steuerung der NOx-Desorption zu beginnen, wenn die Menge der NOx-Absorption im Katalysator 8 gleich oder größer einem vorbestimmten Wert nahe einem Sättigungswert aufgrund der weiter andauernden Magerbetriebsart wird.
Wenn sich in diesem Fall der Betriebspunkt des Motors bei der Vollendung der Steuerung der Katalysatorregenerierung im Betriebsbereich des mageren Luft-Treibstoff-Verhältnisses befindet, wird die normale geschichtete Ladungsverbrennung bei beispielsweise L/T = 40 wieder aufgenommen.
Optional kann weiter die Steuerung der Katalysatorregenerierung bei jedem Übergang vom mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis zum stöchiometrischen Verhältnis durchgeführt werden und des weiteren die Steuerung der Katalysatorregenerierung unmittelbar durchgeführt werden, wenn die Menge der NOx-Absorption gleich oder größer einer vorbestimmten Menge wird.

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung für einen Motor (1) mit: einem Katalysator (8), der in einer Abgasleitung des Motors (1) angeordnet ist; wobei der Katalysator (8) zum Abscheiden und Speichern von NOx vorgesehen ist, wenn eine in den Katalysator (8) strömende Abgasmischung einen geringen Gehalt an Reduktionsmittel (CO, HC) aufweist, und zum Reduzieren von gespeichertem NOx vorgesehen ist, wenn die Abgasmischung einen hohen Gehalt an Reduktionsmittel (CO, HC) enthält, um den Katalysator (8) zu regenerieren; einer Einspritzeinrichtung (5), die Treibstoff direkt in eine Verbrennungskammer des Motors (1) einspritzt; eine Zündkerze (6), die den Treibstoff in der Verbrennungskammer zündet; einer Steuereinrichtung (10), die vorgesehen ist zum Erfassen eines Katalysatorregenerierungzustandes zur Regenerierung des Katalysators (8) durch eine Reduzierung des im Katalysator (8) gespeicherten NOx; zum Berechnen einer ersten Treibstoffeinspritzmenge (TiS), die erste Treibstoffeinspritzmenge ist gleich oder kleiner einer stöchiometrischen Treibstoffmenge, die benötigt wird ein mittleres Luft-Treibstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer gleich einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis zu setzen; zum Berechnen eines ersten Treibstoffeinspritzzeitpunktes (IT1) basierend auf der ersten Treibstoffeinspritzmenge (TiS), der erste Treibstoffeinspritzzeitpunkt (IT1) ist ein Treibstoffeinspritzzeitpunkt während eines Verdichtungshubes derart, dass ein Luft-Treibstoff-Gemisch erzeugt wird, das ein fettes Luft-Treibstoff-Verhältnis nur in einem begrenzten Bereich um die Zündkerze (6) erzeugt; und zum Steuern der Einspritzeinrichtung (5) entsprechend der ersten Treibstoffeinspritzmenge (TiS) und dem ersten Treibstoffeinspritzzeitpunkt (IT1) derart, dass die Einspritzung des Treibstoffes nur während des Verdichtungshubes erfolgt vom Beginn der Katalysatorregenerierung bis zum Ablauf einer ersten Zeitspanne (T0).
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (10) weiterhin vorgesehen ist zum Überwachen eines Betriebszustandes des Motors (1), um einen Übergang des Betriebszustandes des Motors (1) von einem Betriebsbereich mit magerem Luft-Treibstoff-Gemisch zu einem Betriebsbereich mit einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Gemisch zu erfassen, wobei der Katalysatorregenerierungszustand erfasst wird, wenn der Übergang vom Betriebsbereich mit einem mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis zum Betriebsbereich mit einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis erfasst wird.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Steuereinrichtung (10) weiterhin vorgesehen ist zum Berechnen einer zweiten Treibstoffeinspritzmenge, wenn der Betriebsbereich des Motors (1) der Betriebsbereich mit einem mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis ist, wobei die zweite Treibstoff-Einspritzmenge eine Treibstoffeinspritzmenge zum Setzen des mittleren Luft-Treibstoff-Verhältnisses in der Verbrennungskammer gleich einem mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis ist, zum Berechen einer dritten Treibstoffeinspritzmenge, wenn der Betriebszustand des Motors (1) sich im Betriebsbereich des stöchiometrischen Verhältnisses befindet und die erste Zeitspanne (T0) nicht abgelaufen ist, wobei die dritte Treibstoffeinspritzmenge eine Treibstoffeinspritzmenge zum Setzen des mittleren Luft-Treibstoff-Verhältnisses in der Verbrennungskammer ungefähr gleich dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis ist, zum Berechnen eines zweiten Treibstoffeinspritzzeitpunkts (IT2) basierend auf der zweiten Treibstoffeinspritzmenge, wobei der zweite Treibstoffeinspritzzeitpunkt (IT2) in dem Verdichtungshub ist, bei dem eine Luft-Treibstoff-Mischung erzeugt wird, die in einem begrenzten Bereich um die Zündkerze ein ungefähr stöchiometrisches Luft-Treibstoff-Verhältnis aufweist, zum Berechnen eines dritten Treibstoffeinspritzzeitpunkts (IT3) basierend auf der dritten Treibstoffeinspritzmenge, wobei der dritte Treibstoffeinspritzzeitpunkt in dem Ansaughub ist, zum Steuern der Einspritzeinrichtung (5) in Abhängigkeit der zweiten Treibstoffeinspritzmenge und des zweiten Treibstoffeinspritzzeitpunktes (IT2), wenn der Betriebszustand des Motors (1) sich im Betriebsbereich des mageren Luft-Treibstoff-Verhältnisses befindet, und zum Steuern der Einspritzeinrichtung (5) in Abhängigkeit der dritten Treibstoffeinspritzmenge und des dritten Treibstoffeinspritzzeitpunktes (IT3), wenn sich der Betriebszustand des Motors (1) im Betriebsbereich des stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnisses befindet und die erste Zeitspanne (T0) nicht abgelaufen ist.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Steuereinrichtung (10) weiterhin vorgesehen ist zum Berechnen einer vierten und einer fünften Treibstoffeinspritzmenge vom Ablauf der ersten Zeitspanne (T0) bis zum Ablauf einer zweiten Zeitspanne, wobei eine Summe der vierten und der fünften Treibstoffeinspritzmenge gleich oder kleiner einer stöchiometrischen Treibstoffmenge ist, die zum Setzen des mittleren Luft-Treibstoff-Verhältnisses in der Verbrennungskammer gleich dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis benötigt wird; zum Berechnen eines vierten Treibstoffeinspritzzeitpunkts (IT4) basierend auf der vierten Treibstoffeinspritzmenge, wobei der vierte Treibstoffeinspritzzeitpunkt (IT4) in dem Ansaughub ist, zum Berechnen eines fünften Treibstoffeinspritzzeitpunkt (IT5), basierend auf der fünften Treibstoffeinspritzmenge, wobei der fünfte Treibstoffeinspritzzeitpunkt in dem Verdichtungshub ist, und zum Steuern der Einspritzeinrichtung (5) in Abhängigkeit der vierten Treibstoffeinspritzmenge und des vierten Treibstoffeinspritzzeitpunkts (IT4) und der fünften Treibstoffeinspritzmenge und des fünften Treibstoffeinspritzzeitpunkts (IT5) vom Ablauf der ersten Zeitspanne nach Erfüllung des Freigabezustands zum Ende der zweiten Zeitspanne.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei ein Kurbelwinkelsensor (12) zur Erfassung der Drehzahl des Motors (1) und ein Motorlastsensor (11, 16) zur Erfassung einer Motorlast vorgesehen sind, wobei die Steuereinrichtung (10) zur Erfassung des Betriebszustands des Motors (1) in Abhängigkeit der Motordrehzahl und der Motorlast vorgesehen ist.
Abgasreinigungsverfahren zum Regenerieren eines Katalysators (8), der in einer Abgasleitung eines Motors (1) angeordnet ist, wobei das Abgasreinigungsverfahren aufweist: Erfassen (S4) eines Katalysatorregenerierungzustandes zum Starten einer Katalysatorregenerierungssteuerung zur Regenerierung des Katalysators (8) durch eine Reduzierung von im Katalysator (8) gespeicherten NOx; Berechnen (S12) einer ersten Treibstoffeinspritzmenge (TiS) für die Katalysatorregenerierungssteuerung, die erste Treibstoffeinspritzmenge (TiS) ist gleich oder kleiner einer stöchiometrischen Treibstoffmenge, die benötigt wird ein mittleres Luft-Treibstoff-Verhältnis in einer Verbrennungskammer gleich einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis zu setzen; Berechnen (S13) eines ersten Treibstoffeinspritzzeitpunktes (IT1) basierend auf der ersten Treibstoffeinspritzmenge (TiS), der erste Treibstoffeinspritzzeitpunkt (IT1) ist ein Treibstoffeinspritzzeitpunkt während eines Verdichtungshubes derart, dass ein Luft-Treibstoff-Gemisch erzeugt wird, das ein fettes Luft-Treibstoff-Verhältnis nur in einem begrenzten Bereich um eine Zündkerze (6) erzeugt und Steuern der Einspritzeinrichtung (5) entsprechend der ersten Treibstoffeinspritzmenge und dem ersten Treibstoffeinspritzzeitpunkt (IT1) derart, dass die Einspritzung des Treibstoffes nur während des Verdichtungshubes erfolgt vom Beginn der Katalysatorregenerierung bis zum Ablauf einer ersten Zeitspanne (T0).
Abgasreinigungsverfahren gemäß Anspruch 6, mit den weiteren Schritten: Überwachen eines Betriebszustandes des Motors (1), um einen Übergang des Betriebszustandes des Motors (1) von einem Betriebsbereich mit magerem Luft-Treibstoff-Gemisch zu einem Betriebsbereich mit einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Gemisch zu erfassen, wobei der Katalysatorregenerierungszustand erfasst wird, wenn der Übergang vom Betriebsbereich mit einem mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis zum Betriebsbereich mit einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis erfasst wird.
Abgasreinigungsverfahren gemäß Anspruch 7, mit den weiteren Schritten: Berechnen einer zweiten Treibstoffeinspritzmenge, wenn der Betriebsbereich des Motors (1) der Betriebsbereich mit einem mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis ist, wobei die zweite Treibstoff-Einspritzmenge eine Treibstoffeinspritzmenge zum Setzen des mittleren Luft-Treibstoff-Verhältnisses in der Verbrennungskammer gleich einem mageren Luft-Treibstoff Verhältnis ist, zum Berechnen einer dritten Treibstoffeinspritzmenge, wenn der Betriebszustand des Motors (1) sich im Betriebsbereich des stöchiometrischen Verhältnisses befindet und die erste Zeitspanne (T0) nicht abgelaufen ist, wobei die dritte Treibstoffeinspritzmenge eine Treibstoffeinspritzmenge zum Setzen des mittleren Luft-Treibstoff-Verhältnisses in der Verbrennungskammer ungefähr gleich dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis ist, Berechnen eines zweiten Treibstoffeinspritzzeitpunkts (IT2) basierend auf der zweiten Treibstoffeinspritzmenge, wobei der zweite Treibstoffeinspritzzeitpunkt (IT2) in dem Verdichtungshub ist, bei dem eine Luft-Treibstoff-Mischung erzeugt wird, die in einem begrenzten Bereich um die Zündkerze ein ungefähr stöchiometrisches Luft-Treibstoff-Verhältnis aufweist, Berechnen eines dritten Treibstoffeinspritzzeitpunkts (IT3) basierend auf der dritten Treibstoffeinspritzmenge, wobei der dritte Treibstoffeinspritzzeitpunkt in dem Ansaughub ist,; Steuern der Einspritzeinrichtung (5) in Abhängigkeit der zweiten Treibstoffeinspritzmenge und des zweiten Treibstoffeinspritzzeitpunktes (IT2), wenn der Betriebszustand des Motors (1) sich im Betriebsbereich des mageren Luft-Treibstoff-Verhältnisses befindet, und Steuern der Einspritzeinrichtung (5) in Abhängigkeit der dritten Treibstoffeinspritzmenge und des dritten Treibstoffeinspritzzeitpunktes (IT3), wenn sich der Betriebszustand des Motors (1) im Betriebsbereich des stöchiometri schen Luft-Treibstoff-Verhältnisses befindet und die erste Zeitspanne (T0) nicht abgelaufen ist.
Abgasreinigunsverfahren gemäß Anspruch 8; mit den weiteren Schritten: Berechnen einer vierten und fünften Treibstoffeinspritzmenge vom Ablauf der ersten Zeitspanne (T0) bis zum Ablauf einer zweiten Zeitspanne, wobei eine Summe der vierten und fünften Treibstoffeinspritzmenge gleich oder kleiner einer stöchiometrischen Treibstoffmenge ist, die zum Setzen des mittleren Luft-Treibstoff-Verhältnisses in der Verbrennungskammer gleich dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis benötigt wird; Berecnhnen eines vierten Treibstoffeinspritzzeitpunkts (IT4) basierend auf der vierten Treibstoffeinspritzmenge, wobei der vierte Treibstoffeinspritzzeitpunkt (IT4) in dem Ansaughub ist, Berechnen eines fünften Treibstoffeinspritzzeitpunkts (IT5), basierend auf der fünften Treibstoffeinspritzmenge, wobei der fünfte Treibstoffeinspritzzeitpunkt in dem Verdichtungshub ist, und Steuern der Einspritzeinrichtung (5) in Abhängigkeit der vierten Treibstoffeinspritzmenge und des vierten Treibstoffeinspritzzeitpunkts (IT4) und der fünften Treibstoffeinspritzmenge und des fünften Treibstoffeinspritzzeitpunkts (IT5) vom Ablauf der ersten Zeitspanne nach Erfüllung des Freigabezustands bis zum Ende der zweiten Zeitspanne.
Abgasreinigungsverfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9, mit den weiteren Schritten: Erfassung der Drehzahl des Motors (1) und Erfassung einer Motorlast, wobei der Betriebszustand des Motors (1) in Abhängigkeit der Motordrehzahl und der Motorlast erfasst wird.