DE4325202C2 - Vorrichtung zur Steuerung von Sekundärluft in einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur Steuerung von Sekundärluft in einer Brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung von Sekundärluft, die in einer Brennkraftmaschine einer einen Katalysator aufweisenden Einrichtung zur Abgasreinigung zugeführt wird, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der Druckschrift EP 0 412 521 A1 bekannt. Die dort offenbarte Vorrichtung steuert zur Abgasreinigung in einer Brennkraftmaschine die Menge der an die Abgasseite der Brennkraftmaschine zugeführten Sekundärluft in Abhängigkeit von dem durch eine Lambda-Sonde eines Katalysators erfaßten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, wobei die Menge der zugeführten Sekundärluft durch ein von der Steuervorrichtung gesteuertes Sekundärluftventil bestimmt wird, das im Strömungsweg zwischen einem vorangeschalteten Sekundärluftventil und einem zum Katalysator führenden Auspuffrohr der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
Gemäß der DE 36 34 472 A1 ist in einer Brennkraftmaschine eine Steuereinrichtung zur Steuerung von auf der Ansaugseite angeordneten Sekundärluftventilen vorgesehen, wobei die Steuerung in Abhängigkeit von Ausgangssignalen eines den Ansaugdruck erfassenden Sensors, eines Kurbelwinkelsensors, eines Kühlwassertemperatursensors, eines O2-Sensors und eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors gesteuert wird. Jedoch steuert die Steuereinrichtung 20 nicht die Menge der Brennkraftmaschine auf der Abgasseite zuzuführenden Sekundärluft und somit auch nicht eine Sekundärluftmenge zur Steuerung von Betriebsbedingungen eines Abgaskatalysators.
Bei der Steuervorrichtung nach der DE 40 41 628 A1 wird bei einer Brennkraftmaschine Sekundärluft sowohl einem Abgasrohr 3 und einem Katalysator als auch einem Brennstoff- Einspritzventil auf der Ansaugseite der Brennkraftmaschine zugeführt, wobei im Ansaugstutzen der Brennkraftmaschine ein Luftmassensensor vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal an eine Steuereinrichtung geliefert wird, ohne jedoch das Sekundärluftventil zur Lieferung von Sekundärluft an den Katalysator zu steuern. Vielmehr wird bei dieser Vorrichtung das Sekundärluftventil lediglich in zeitlich begrenzter Weise derart betätigt, daß es nach dem Starten der Brennkraftmaschine nach einer Zeitspanne von drei bis fünf Sekunden während der Warmlaufphase geöffnet (Betriebsstellung AUF) und danach in Abhängigkeit von Drehzahl, Last und Temperatur des Motors wieder geschlossen wird.
Die japanische Offenlegungsschrift Sho-63-18122 offenbart eine Sekundärluft-Steuervorrichtung, die im folgenden anhand von Fig. 13 und 14 der Zeichnungen näher beschrieben ist. Darin bezeichnet die Bezugszahl 9 einen Zylinder einer Brennkraftmaschine; 8 einen im Kühlwasserkanal des Zylinders 9 vorgesehenen Sensor zur Erfassung der Kühlwassertemperatur, 13 einen Ansaugstutzen zur Zufuhr von Luft zum Zylinder 9, 15 ein Drosselventil zur Einstellung der durch den Ansaugstutzen 13 strömenden Luftmenge, 16 einen Sensor zur Erfassung der Luftmenge, 18 ein Brennstoff-Einspritzventil, 12 ein Lufteinlaßventil, 10 ein Auslaßventil und 11 eine Zündkerze.
Die Bezugszahl 14 bezeichnet ein Auspuffrohr, 6 einen im Verlauf des Auspuffrohrs angeordneten Katalysator, 14 einen Sensor zur Erfassung der Temperatur des Katalysators 6, 5 ein Sekundärluft-Zufuhrrohr zur Zufuhr von Sekundärluft zum Auspuffrohr 14 auf der Eingangsseite des Katalysators 6, 7 ein Luftgebläse zum Zuführen gereinigter Luft zum Sekundärluft- Zufuhrrohr 5, 5 ein Ventil zum Steuern der Zufuhrmenge von Sekundärluft, 2 eine Magnetspule zum Steuern des Ventils 3, und 4 einen Ablaßkanal des Ventils 3.
Weiterhin bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine Steuereinheit zum Steuern des Drosselventils 15, des Brennstoffeinspritzventils 18, der Magnetspule 2 und ggf. weiterer Baugruppen, auf der Grundlage von Meßsignalen der jeweiligen Sensoren 8, 17 und 16, eines Startsignals für den Motor, der Drehzahl des Motors, etc.
Nachstehend wird anhand des Flußdiagramms von Fig. 14 der Betriebsablauf beschrieben.
Zuerst werden in einem Schritt ST141 die Betriebsbedingungen des Motors eingelesen. Die Information Über Betriebszustände umfaßt beispielsweise die Motordrehzahl (U/min), die Öffnung der Drosselklappe 15, und die Ansaugluftmenge Qa. Im Schritt ST142 wird auf der Grundlage dieser Information die Basis- Menge der Brennstoffeinspritzung Te2 entsprechend dem nachstehenden Ausdruck berechnet:
Te2 = k.Qa/(U/min) (k ist ein Koeffizient)
Daraufhin wird der Korrekturbetrag der Kühlwassertemperatur CT, der vorher in einem ROM gespeichert wurde, im Schritt ST143 eingestellt. Je niedriger die Kühlwassertemperatur (TEMP) ist, desto größer ist dieser Wert. Dies liegt daran, daß es erforderlich ist, bei niedrigen Temperaturen das Brennstoff/Luft-Gemisch anzureichern. Verschiedene Korrekturgrößen (Cz) werden im Schritt ST144 eingestellt. Dies liegt daran, daß es erforderlich ist, das Brennstoff/Luft- Gemisch in einem konstanten Betriebszustand anzureichern, beispielsweise bei niedriger Belastung, im Leerlauf oder dergleichen.
Zusätzlich erfolgt in diesem Schritt ST144 eine derartige Steuerung, daß die Brennstoffmenge (Kraftstoffmenge) nach dem Anlassen des Motors so korrigiert wird, daß sie entsprechend der Temperatur des Motorkühlwassers erhöht wird, wobei diese Korrektur im Sinne einer Erhöhung im Lauf der Betriebszeit verringert wird.
Im Schritt ST145 erfolgt eine Beurteilung, ob TEMP höher als eine vorbestimmte Temperatur (eine Konstante a) ist oder nicht. Falls ermittelt wird, daß TEMP niedriger als die Temperatur a ist, so erfolgt eine Beurteilung im Schritt ST146, ob dies unmittelbar nach dem Anlassen des Motors auftritt. Tritt dies unmittelbar nach dem Anlassen des Motors auf, so wird ein Sekundärluftzeitgeber T im Schritt ST147 auf einen Anfangswert (X) gesetzt. Wurde der Sekundärluftzeitgeber T einmal eingestellt, so deutet dies darauf hin, daß kein Zeitpunkt unmittelbar nach dem Anlassen vorliegt, so daß der Sekundärluftzeitgeber T stufenweise (Stufe y) im Schritt ST151 heruntergezählt wird. Je niedriger die Kühlwassertemperatur ist, desto kürzer ist der Wert für X, der in dem Sekundärluftzeitgeber T eingestellt wird.
Im Schritt ST148 erfolgt eine Beurteilung, ob der Sekundärluftzeitgeber abgelaufen ist oder nicht. Ist er nicht abgelaufen, so erfolgt eine Beurteilung, ob der Zustand zu einem Sekundärluft-Zufuhrbereich gehört oder nicht, und zwar im Schritt ST149 auf der Grundlage der Signale TVO des Drosselklappenventils 15 und U/min. Unabhängig vom Ergebnis der Beurteilung wird der Zeitgeber T im Schritt ST151 heruntergezählt, nachdem der Abnahmestufenwert y selbst im Schritt ST150 berechnet wurde. Dies erfolgt deswegen, weil bei der in Fig. 14 gezeigten Steuerung eine Überhitzung des Katalysators 6 grundsätzlich dadurch verhindert werden kann, daß die eingestellte Zeit X des Sekundärluftzeitgebers T entsprechend TEMP variabel gehalten wird, jedoch zum Zwecke einer exakteren Verhinderung einer Überhitzung in Bereichen einschließlich solchen, bei denen starke Auspuffgasemissionen auftreten, der voranstehend erwähnte Zeitpunkt für den Zeitablauf entsprechend der Menge des Auspuffgases in der Verringerungsroutine des Schrittes ST150 und den nachfolgenden Schritten variabel gehalten wird, um auf diese Weise eine exakte Steuerung bzw. Regelung zu erreichen.
Dies bedeutet, daß der Stufenabnahmewert y unter Berücksichtigung der Signale Qa und U/min im Schritt ST150 festgelegt wird. Zu diesem Zeitpunkt stellen b und c vorbestimmte Koeffizienten dar, die in dem ROM gespeichert sind. Ist Qa × U/min groß, so ist auch die Menge des Auspuffgases erhöht, so daß die Koeffizienten b und c vorher so eingestellt werden, daß der Zeitraum der Zuführung von Sekundärluft in einem derartigen Fall verringert wird (also der Stufenabnahmewert y erhöht wird). Der Wert des Zeitgebers T wird im Schritt ST151 subtrahiert, und es erfolgt eine Beurteilung, ob die Beurteilung im Schritt ST149 einen Sekundärluft-Zufuhrbereich im Schritt ST152 gezeigt hat oder nicht. Liegt ein Sekundärluftzufuhrbereich vor, so wird eine ACVS-Marke in einem RAM im Schritt ST153 eingeschaltet. Handelt es sich nicht um einen Sekundärluft-Zufuhrbereich, so wird die ACVS-Marke im Schritt ST154 ausgeschaltet.
Der Grund dafür, daß der Stufenabnahmewert y zu einem Wert gemacht wird, welcher der Menge der Ansaugluft Qa und der Motordrehzahl U/min entspricht, im Schritt ST150, unabhängig davon, ob es sich um einen Sekundärluft-Zufuhrbereich handelt oder nicht, liegt darin, daß vor dem Zeitablauf eine erhebliche Menge unverbrannten Gases vorhanden sein kann, selbst wenn es sich nicht um einen Sekundärluft-Zufuhrbereich handelt, und es erforderlich ist, zu verhindern, daß sich auf diese Weise die Temperatur der Abgasreinigungseinrichtung (des Katalysators) erhöht.
Daraufhin wird im Schritt ST155 die endgültige Brennstoffeinspritzmenge INJ auf der Grundlage folgender Beziehung berechnet:
INJ = TE2 × CT × C2
und im Schritt ST156 wird ein Treiber auf der Grundlage des voranstehenden Wertes INJ und der ACVS-Marke getrieben. Wird bei eingeschalteter ACVS-Marke im Schritt ST156 ein Steuerwert ausgegeben, so wird die Magnetspule 2 über den Treiber beschleunigt.
Die voranstehend erwähnten jeweiligen Schritte werden so lange wiederholt, bis der Zeitablauf des Zeitgebers T im Schritt ST148 festgestellt wird. Ist der Zeitgeber T einmal abgelaufen, so bleibt die Magnetspule 2 abgeschaltet, bis sich im Schritt ST145 ergibt, daß TEMP ≧ a ist.
Der Fall, in welchem der Schritt ST145 ermittelt wird, daß TEMP ≧ a ist, bedeutet einen Fall, in welchem der Motor bereits vor dem Anlassen aufgewärmt war, so daß der Zustand TEMP ≧ a vorliegt, bevor der Zeitgeber T nach dem Anlassen des Motors abgelaufen ist, und bedeutet ebenfalls einen Fall, in welchem sich der Motor in dem stationären Temperaturzustand in einem normalen Motorbetriebsbereich befindet. In einem solchen Fall läuft der Motor normal, so daß der Anteil unverbrannten Gases so gering ist, daß eine Erhitzung des Katalysators 6 keine ernsthaften Probleme mit sich bringt. Daher erfolgt hauptsächlich zum Zwecke der Reinigung der Auspuffgase eine Beurteilung, ob es sich um einen Sekundärluft-Zufuhrbereich handelt oder nicht, auf der Grundlage der Signale TVO und U/min, die im Schritt ST157 erhalten wurden, um hierdurch die Sekundärluft zu steuern, und die Marke wird im Schritt ST159 oder ST154 auf der Grundlage der Beurteilung (Schritt ST158) ein- bzw. ausgeschaltet.
Daraufhin wird auf der Grundlage des voranstehend erhaltenen Ergebnisses die Brennstoffeinspritzmenge INJ im Schritt ST155 berechnet, und dann im Schritt ST156 zusammen mit dem Magnetspulensteuerbetrag ACVS ausgegeben.
Da eine herkömmliche Sekundärluft-Steuervorrichtung den voranstehend beschriebenen Aufbau aufweist, wird daher, wenn die Auspuffgas-Reinigungseinrichtung mit dem Katalysator 6 vom Motor entfernt angeordnet ist, beispielsweise unter dem Boden oder dergleichen, um eine Erhitzung der Auspuffgasreinigungsanlage zu verhindern, die Erhöhung der Temperatur der Auspuffgas-Reinigungseinrichtung beträchtlich verzögert, so daß in der Hinsicht eine Schwierigkeit auftritt, daß es unmöglich ist, das Auspuffgas ausreichend zu reinigen. Da Luft von stromaufwärts des Katalysators in der Sekundbrluft-Steuervorrichtung zugeführt wird, wird darüber hinaus das Auspuffgas mit Oxiden angereichert, so daß in der Hinsicht ein Problem auftritt, daß es dabei unmöglich ist, Stickoxide (nachstehend als "NOX" bezeichnet) durch den Katalysator zu reduzieren.
Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Menge schädlicher Auspuffgasbestandteile (HC, CO, NOX) in dem Auspuffgas bei einer niedrigen Temperatur des Motors mindestens 10 mal so groß ist wie bei einer hohen Temperatur, ist es insbesondere wesentlich, die Auspuffgas-Reinigungseinrichtung in einen Zustand mit hoher Temperatur (etwa 400°C) in kurzer Zeit (in etwa 30 Sekunden) nach dem Anlassen des Motors zu versetzen, um hierdurch die Menge des ausgestoßenen NOX zu verringern durch Einleiten der Sekundärluft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sekundärluft- Steuervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, eine Abgasreinigung in erheblichem Maße bereits kurz nach dem Starten der Brennkraftmaschine zu bewirken.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand von Fig. 1 bis 12 der Zeichnungen näher beschrieben.
In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 Teile einer Brennkraftmaschine mit einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sekundärluft- Steuervorrichtung in schematischer Darstellung,
Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs der Steuervorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 ein weiteres Flußdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs der Steuervorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 4 eine grafische Darstellung der Beziehungen zwischen der Temperatur des Kühlwassers der Brennkraftmaschine sowie der Modulationsrate und Frequenz eines Steuersignals zur Steuerung der Sekundärluftmenge,
Fig. 5A bis 5D grafische Darstellungen zur Erläuterung des Betriebsablaufs bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1,
Fig. 6 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung,
Fig. 7 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Zunahme der Menge zufließender Luft (l/min) und der Zunahme von erzeugtem Abgas CO2,
Fig. 8 eine grafische Erläuterung der Beziehung zwischen dem Zeitraum des Zuflusses von Sekundärluft und der Menge erzeugten CO2;
Fig. 9 Teile einer Brennkraftmaschine mit einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sekundärluft- Steuervorrichtung in schematischer Darstellung,
Fig. 10 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs der Steuervorrichtung gemäß Fig. 9,
Fig. 11 ein weiteres Flußdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs der Steuervorrichtung gemäß Fig. 9,
Fig. 12 ein weiteres Flußdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs der Steuervorrichtung gemäß Fig. 9,
Fig. 13 Teile einer Brennkraftmaschine mit einer herkömmlichen Ausführungsform einer Sekundärluft- Steuervorrichtung in schematischer Darstellung und
Fig. 14 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs der Steuervorrichtung gemäß Fig. 12.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden im folgenden mehrere AusfÜhrungsformen der Erfindung aufeinanderfolgend beschrieben.
Ausführungsform 1
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 21 eine Brennkraftmaschine, im folgenden auch Motor genannt; 22 eine Luftreinigungseinrichtung zum Abfangen von Staub in der Atmosphäre; 23 einen Ansaugstutzen zur Zufuhr von Luft, die durch die Luftreinigungsvorrichtung 22 gereinigt wurde, zum Motor 21; 24 einen Luftflußsensor, der im Verlauf des Ansaugstutzens 23 vorgesehen ist, um die Menge der dem Motor 21 zugeführten Luft zu erfassen; 25 ein Drosselventil zur Einstellung der Luftmenge, die dem Motor 21 zugeführt wird; und 26 ein Auspuffrohr zum Ausstoßen von Abgasen mit Schadstoffen, die von dem Motor 21 abgegeben werden.
Die Bezugsziffer 27 bezeichnet ein Sekundärluft-Zufuhrrohr zum Abziehen eines Teils der Luft, die durch das Luftfilter 22 gereinigt wurde, als Sekundärluft, und 28 bezeichnet ein Luftgebläse zum Zuführen der Sekundärluft zum Auspuffrohr 26. Umgebungsluft kann auch direkt zugeführt werden, ohne durch die Luftreinigungsvorrichtung 22 zu gelangen. Die Bezugsziffer 29 bezeichnet ein Steuerventil zur Einstellung der zugeführten Menge an Sekundärluft, 30 bezeichnet ein Rückschlagventil, welches vorgesehen ist, um zu verhindern, daß in dem Auspuffrohr 26 strömendes Auspuffgas in das Sekundärluft- Zufuhrrohr 27 eintritt, und 31 bezeichnet eine Heizvorrichtung, die als Sekundärluft-Heizvorrichung arbeitet, um die dem Auspuffrohr 26 zuzuführende Sekundärluft zu erwärmen.
Die Bezugsziffer 32 bezeichnet eine Auspuffgas- Reinigungseinrichtung, die im Verlauf des Auspuffrohrs 26 vorgesehen ist und einen Katalysator verwendet. Die Auspuffgas-Reinigungseinrichtung 32 oxydiert schädliche Bestandteile des Auspuffgases durch chemische Reaktionen, während sie Sekundärluft empfängt, wodurch das Auspuffgas gereinigt wird. Die Bezugsziffer 33 bezeichnet einen O2- Sensor, der als Meßeinrichtung dient, welche die Konzentration an Sauerstoff feststellen kann, der in dem Auspuffgas des Motors 21 enthalten ist, und das Luft/Brennstoffverhältnis des Motors 21 erfassen kann, und ist beispielsweise als Zirkonoxid-O2-Sensor unter Verwendung eines Zirkonoxidelements aufgebaut, oder als ein Titanoxid-O2-Sensor, der ein Titanoxidelement verwendet.
Die Bezugsziffer 34 bezeichnet eine Einspritzeinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff von einer (nicht gezeigten) Brennstoffpumpe in ein Einlaßventil in dem Motor 21. Die Bezugsziffer 35 bezeichnet eine Steuerung, die als Betriebssteuereinrichtung arbeitet, welches die Menge der zuzuführenden Sekundärluft auf der Grundlage von Meßsignalen S1 und S2 des jeweiligen Sensors 24 bzw. 33 berechnet, sowie auf der Grundlage eines Motordrehzahlmeßsignals S3, eines Kühlwassertemperatur-Meßsignals S4 und dergleichen, und erzeugt ein Steuersignal S5 entsprechend dem Ergebnis der durchgeführten Berechnung, um so das Steuerventil 29 zu steuern. Zusätzlich beurteilt die Steuereinrichtung 35, ob es erforderlich ist, die Sekundärluft zu erwärmen, auf der Grundlage des Betriebszustands der Auspuffgas- Reinigungseinrichtung 32, der aus dem Betriebszustand des Motors 21 geschlossen wird, und gibt ein Steuersignal S6 zum Steuern des Ein/Ausschaltens der Heizvorrichtung 31 aus.
Weiterhin erhält die Steuereinrichtung 35 eine grundlegende Brennstoffeinspritz-Impulsbreite aus den voranstehend genannten Meßsignalen S1 und S3, führt eine Korrektur der Temperatur, wie beispielsweise der Wassertemperatur und dergleichen, durch, führt weiterhin eine Luft/Brennstoff- Verhältnis-Rückkopplungskorrektur auf der Grundlage der voranstehend erwähnten Meßsignale S1 und S2 durch, so daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis gleich einem Sollwert des Luft/Brennstoff-Verhältnisses ist, bestimmt die Einspritz- Impulsbreite und erzeugt ein Treibersignal S7 zum Treiben der Einspritzvorrichtung 34 zur Durchführung der Kraftstoffsteuerung.
Nachstehend wird der Betriebsablauf geschildert.
Der Betriebsablauf der Steuerung wird unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme in Fig. 2 und 3 beschrieben. Fig. 2 zeigt eine Hauptroutine der Bearbeitung zur Berechnung und Entscheidung der Zufuhrmenge der Sekundärluft, und Fig. 3 zeigt eine Unterbrechungs-(Interrupt)-Routine, die bei jedem vorbestimmten Zeitpunkt durchgeführt wird, und eine Routine zur Bearbeitung der Erwärmung und der Steuerung von Sekundärluft darstellt.
Zuerst wird unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm in Fig. 2 die Routine für die Bearbeitung zur der Berechnung und Festlegung der Zufuhrmenge der Sekundärluft beschrieben. Zwar wird im vorliegenden Fall beispielhaft der Fall eines Motors beschrieben, der eine Mehrfach-Einspritzvorrichtung aufweist und mit einem Saugluftmengenmeßsensor (Luftflußsensor 24) versehen ist. Jedoch kann selbstverständlich derselbe oder entsprechende Betriebsablauf im Falle eines Motors durchgeführt werden, bei welchem der Luftflußsensor 24 durch Sensor zur Erfassung des Drucks im Ansaugstutzen oder im Zylinder ersetzt ist.
Gemäß der Zeichnung wird ein Ansaugluftmengenmeßwert Qafs, der aus einem Meßsignal S1 des Luftflußsensors 24 vorher berechnet wird, im Schritt ST21 eingelesen und in einem RAM gespeichert. Im Schritt ST22 wird ein Meßsignal S4 eines (nicht gezeigten) Kühlwassertemperatursensors, der am Motorblock angebracht ist, ausgelesen und als ein Wert Tw in dem RAM gespeichert. Dann wird im Schritt ST23 ein Basiswert Q0 für die Sekundärluft- Zufuhrmenge in einer Tabelle in einem vorbestimmten zweidimensionalen Kennlinienfeld ermittelt, und zwar auf der Grundlage der voranstehend erwähnten Ansaugluftmenge Qafs und der Kühlwassertemperatur Tw, die in dem RAM gespeichert sind. Daraufhin wird im Schritt ST24 ein Verhältnis ΔQ2, durch welches ein Steuersignal S5 moduliert wird, auf der Grundlage eines der Sekundärluft-Zufuhrmengen- Basiswertes Q0 von 100% nach folgender Beziehung berechnet und gespeichert:
ΔQ2 = (aTw2+ bTw + c) × (Qafs)/(Qafso) (1)
Darin bedeuten a, b, und c vorbestimmte Konstanten und Qafso eine bekannte Ansaugluftmenge an einem zentralen Punkt des Betriebsbereichs des Motors.
Daraufhin wird im Schritt ST25 eine Basisfrequenz f der voranstehend erwähnten Modulation in einer Tabelle auf der Grundlage der Kühlwassertemperatur ermittelt. Die Modulationsrate ΔQ2 6 und die Frequenz f in bezug auf die Basis-Sekundärluftzufuhrmenge werden vorher experimentell bestimmt, beispielsweise in Bezug auf die Kühlwassertemperatur Tw, mit der in Fig. 4 gezeigten Beziehung. Beim Anstieg der Temperatur wird die Aktivität eines Katalysators erhöht, und Reinigungsreaktionen in dem Katalysator reagieren auf eine kleinere Modulationsbreite und eine höhere Modulationsfrequenz.
Auf der Grundlage der Ergebnisse der voranstehend erwähnten Schritte ST24 und ST25 wird die im Schritt ST23 erhaltene Basis-Sekundärluft-Zufuhrmenge Q0 entsprechend dem Betriebszustand nach der nachstehenden Beziehung korrigiert, so daß im Schritt ST26 folgende Sekundärluft-Zufuhrmenge Q2 erhalten und gespeichert wird:
Q2 = Q0 × {1 + ΔQ2 . sin 2πf(t-t0} (2)
wobei t0 den Anfangszeitpunkt repräsentiert, zu welchem die momentane Korrektursteuerung für die Sekundärluft begonnen wird.
Im Schritt ST27 wird die im Schritt ST26 erhaltene Sekundärluft-Zufuhrmenge Q2 in ein Steuersignal S5 für das Sekundärluft-Steuerventil 29 umgewandelt, und dieses Steuersignal S5 wird dem Steuerventil 29 zugeführt. Damit ist die Routine beendet.
Zwar beruht die Sekundärluftmodulation bei dieser Ausführungsform auf einer Sinusfunktion, jedoch kann selbstverständlich auch eine Rechteck- oder Dreieckwellenfunktion verwendet werden.
Wie voranstehend erläutert, ist es durch Modulieren des Steuersignals S5 möglich, eine Variation in Richtung auf hohe bzw. niedrige Werte in bezug auf die Sauerstoffdichte in einem Fall zu ermöglichen, in welchem die Reinigungsreaktionen von beispielsweise Kohlenmonoxid in einem ternären Katalysator beschleunigt werden, und daher ist es, verglichen mit dem Fall des Einfließens von Sauerstoff mit konstanter Dichte, möglich, die Absorptionsmenge des Katalysators wirksam zu erhöhen und die Reaktionsmenge zu vergrößern. Dies fährt zu einer wirksamen Nutzung eines harmonischen Absorptionseffekts von CO und CO2 auf der Oberfläche des Katalysators.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm in Fig. 3 der Betriebsablauf der Heizsteuerung für die Sekundärluft beschrieben, die dem Auspuffrohr 26 zugeführt wird.
Im Schritt ST31 wird die Kühlwassertemperatur (Meßsignal S4) ausgelesen und in dem RAM gespeichert. Da diese Kühlwassertemperatur dem Temperaturzustand des Katalysators entspricht, der durch Motorauspuffgas usw. erwärmt wird, wird im Schritt ST32 beurteilt, ob die Kühlwassertemperatur Tw größer oder gleich einem vorbestimmten Wert Tw0 ist oder nicht. Ist die Antwort hier Ja, so wird geschlossen, daß sich der Katalysator seinem aktiven Zustand nähert, und die Reaktionen in dem Katalysator nur dadurch beschleunigt werden können, daß Sekundärluft mit normaler Temperatur zugeführt wird, sowie Sauerstoff dem Katalysator zugeführt wird, so daß die Stromversorgung für die Heizvorrichtung 31 zur Erwärmung der Luft durch ein Steuersignal S6 im Schritt ST33 ausgeschaltet wird.
Ergibt sich allerdings im Schritt ST32 die Antwort Nein, so wird geschlossen, daß der Katalysator nicht aktiv ist, so daß im Schritt ST34 die Stromzufuhr zur Heizvorrichtung 31 eingeschaltet wird, und diese Unterbrechungsroutine beendet wird. Zwar erfolgt die Steuerung entsprechend der gemessenen Temperatur des Kühlwassertemperatursensors bei der voranstehenden Beschreibung, jedoch kann ein Katalysator- Temperatursensor in der Auspuffgas-Reinigungseinrichtung 32 vorgesehen sein, um eine Steuerung entsprechend der durch den Katalysator-Temperatursensor gemessenen Temperatur durchzuführen.
Der in Fig. 2 und 3 gezeigte, voranstehend erwähnte Sekundärluft-Steuervorgang wird vorher in einem ROM in der Steuereinrichtung 35 gespeichert, und die Zufuhrmenge der Sekundärluft, das Zufuhrmuster und die Heizvorrichtung 31 werden in einer vorbestimmten Beziehung entsprechend dem aktiven Zustand des Katalysators gesteuert, so daß es möglich ist, die Aktivität des Katalysators beim Vorliegen niedriger Temperaturen zu erhöhen. Auf diese Weise kann die Menge schädlicher Abgasbestandteile verringert werden, welche stromabwärts des Katalysators ausgestoßen werden.
Fig. 5 zeigt die Beziehungen zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit V, der Kühlwassertemperatur Tw, einem Sekundärluft-Steuersignal S5 und einem Steuersignal S6 zur Zuführung eines Stroms zur Heizvorrichtung, jeweils in Abhängigkeit von der verstrichenen Zeit. Das Warmlaufen des Motors wird beschleunigt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V erhöht wird, so daß die Kühlwassertemperatur ansteigt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Sekundärluft-Steuerventil 29 unter Berücksichtigung der Menge der Motoransaugluft und der Temperatur des Kühlwassers betrieben, und die Modulationsamplitude in bezug auf ein Sekundärluft- Steuersignal S5 wird entsprechend dem Temperaturanstieg des Kühlwassers gesteuert. Die Stromzufuhr zur Heizvorrichtung 31 wird eingeschaltet, wenn die voranstehend erwähnte Heizsteuerungsbearbeitungsroutine nach dem Anlassen des Motors 21 durchgeführt wird, und die Stromzufuhr zur Heizvorrichtung 31 wird abgeschaltet, wenn die Kühlwassertemperatur einen vorbestimmten Wert erreicht.
Ausführungsform 2
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Zwar wurde bei der voranstehenden Ausführungsform 1 der Fall beschrieben, in welchem nur ein Sauerstoffdichtesensor (O2- Sensor 33) auf der Eintrittsseite der Auspuffgas- Reinigungseinrichtung 32 vorgesehen ist. Jedoch sind bei der vorliegenden Ausführungsform 2 zwei O2-Sensoren 33 im Auspuffrohr 26 vorgesehen, und zwar auf der Eintrittsseite bzw. Austrittsseite der in Fig. 1 dargestellten Auspuffgas- Reinigungseinrichtung 32, während der übrige Aufbau im wesentlichen derselbe ist wie in Fig. 1.
Fig. 6 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs bei der Ausführungsform 2.
Da der Betrieb in Bezug auf die Zufuhr der Sekundärluft und die Art und Weise ihrer Modulation derselbe ist wie in Fig. 2, wird auf eine Wiederholung der entsprechenden Beschreibung hier verzichtet. Das grundlegende Konzept der vorliegenden Ausführungsform 2 besteht darin, daß die Variation des Ausgangssignalverhältnisses der O2-Sensoren 33, die vor und hinter der Auspuffgas-Reinigungseinrichtung 32 vorgesehen sind, entsprechend dem aktiven Zustand des Katalysators, zur Steuerung der Heizvorrichtung 31 und der Modulation der Sekundärluft entsprechend dem Ausgangssignalverhältnis verwendet wird.
Zuerst wird in einem Schritt ST61 das Ausgangssignal des O2- Sensors 33 an der Eintrittsseite der Auspuffgas- Reinigungseinrichtung 32 einer Analog/Digitalwandlung (A/D) unterzogen, ausgelesen und als Wert xf in dem RAM gespeichert. Auf entsprechende Weise wird im Schritt ST62 das Ausgangssignal des O2-Sensors 33 auf der Austrittsseite der Auspuffgas-Reinigungseinrichtung 32 ausgelesen und als Wert xr gespeichert. Im Schritt ST63 wird das Ausgangssignal- Verhältnis xr/xf der beiden O2-Sensoren als ein Wert SNj berechnet, gemittelt unter Verwendung eines eindimensionalen Filters, wie in der nachstehenden Beziehung angegeben:
SNj = (1 - k)SNj - 1 + k(xr/xf) (3)
wobei k eine Konstante ist, welche der Grenzfrequenz des Mittlungsfilters entspricht und im vorliegenden Fall k = 0,2 beträgt.
Diese Beziehung (3) kann dadurch erhalten werden, daß eine Transferfunktion der Zeitverzögerung erster Ordnung in eine Funktion für eine digitale Berechnung umgewandelt wird, die allgemein verwendet wird. Es kann beispielsweise angenommen werden, daß k = 0,5 ist, und der Ausdruck (3) einen Mittelwert ergibt, der sich aus vorherigen Daten und momentanen Daten ergibt, also einen laufenden Mittelwert darstellt. Daher stellt k eine Gewichtung für diese Daten dar. Je größer der Wert von k ist, desto größer ist die Gewichtung der momentanen Daten, und desto höher ist die Grenzfrequenz. Hingegen ist die Grenzfrequenz desto niedriger, je kleiner der Wert von k ist.
Als nächstes wird im Schritt ST64 ermittelt, ob der Mittelwert des Ausgangssignal-Verhältnisses SNj der O2- Sensoren 33, der im Schritt ST63 berechnet wurde, kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert SN ist oder nicht. Ist die Antwort Ja, so wird daraus geschlossen, daß der Katalysator in seinen aktiven Zustand gelangt, so daß die Sauerstoffdichte stromabwärts des Katalysators durch Reaktionen im Katalysator so gleichförmig ausgebildet wird, daß der Wert SNj klein ist, und daher wird die Heizvorrichtung 31 im Schritt ST65 ausgeschaltet. Ist hingegen die Antwort im Schritt ST64 Nein, so wird geschlossen, daß der Katalysator nicht aktiv ist, so daß im Schritt ST66 die Stromversorgung für die Heizvorrichtung 31 aufrechterhalten und diese Unterbrechungsroutine beendet wird.
Fig. 7 und 8 zeigen experimentelle Ergebnisse. Fig. 7 zeigt den Vergleich der Reinigungswirkungen in den Fällen der Änderung der Amplitude der Luftmenge. Die Abszisse zeigt die Amplitude der Menge, und die Ordinate zeigt die Erhöhungsrate der Erzeugung von CO2. Das Ausmaß katalytischer Reaktionen wird hierbei aus CO2 erhalten, welches durch die Reaktionen erzeugt wird, und die Menge der CO2-Erzeugung zu einem Zeitpunkt, an welchem überhaupt keine Sekundärluft zugeführt wird, wird als Bezugswert verwendet. Der Zeitdauer der Luftzufuhr beträgt 10 Sekunden, und die Temperatur des Auspuffgases liegt bei 60°C.
Fig. 8 zeigt die Menge der Erzeugung von CO2 bei Änderung der Amplitudenfrequenz. Dieses Diagramm verdeutlicht, daß es erforderlich ist, die Frequenz in Reaktion auf die Temperaturdifferenz des Auspuffgases zu ändern.
Ausführungsform 3
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform sind, wie in Fig. 9 gezeigt, ein erster Katalysator (Vorkatalysator) 32a, der als eine erste Auspuffgas-Reinigungseinrichtung dient, und ein zweiter Katalysator (Hauptkatalysator) 32b vorgesehen, der als zweite Auspuffgas-Reinigungseinrichtung arbeitet, wobei die beiden Katalysatoren innerhalb einer Auspuffgas- Reinigungseinrichtung 32 in Reihe und nahe beieinander angeordnet sind. Weiterhin ist an der stromabwärts einer Heizvorrichtung 31 ein Strömungsumschaltventil 36 vorgesehen. An den zweiten Katalysator 32b ist ein Rohr 37 zur Zufuhr von Sekundärluft zu diesem Katalysator angeschlossen.
Das Strömungsumschaltventil 36 fuhrt wird durch die Steuereinrichtung 35 in Abhängigkeit von einem Steuersignal S8 geschaltet, nämlich zur Zufuhr von Sekundärluft zu den stromaufwärtigen Seiten des ersten und zweiten Katalysators 32a bzw. 32b, oder zur Zufuhr von Sekundärluft nur zur stromaufwärtigen Seite des zweiten Katalysators 32b durch das Sekundärluft-Zufuhrrohr 37. Zusätzlich ist in einem Kühlwasserkanal des Motors 21 ein Kühlwassertemperatursensor 38 vorgesehen, der ein Meßsignals S9 entsprechend der Kühlwassertemperatur an die Steuereinrichtung 35 abgibt. Das Strömungsumschaltventil 36 und das Sekundärluft-Zufuhrrohr 37 bilden eine Sekundärluft-Schaltvorrichtung. Weiterhin wird durch den Kühlwassertemperatursensor 38 und eine Motordrehzahl-Meßeinrichtung, wie beispielsweise einen Kurbelwinkelsensor oder dergleichen, eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Betriebszuständen des Motors gebildet.
Nachstehend wird der Betriebsablauf erläutert.
Die Prozedur für arithmetische Operationen in der Steuereinrichtung 35 wird anhand der Flußdiagramme in den Fig. 10 und 11 beschrieben. Fig. 10 zeigt eine Hauptroutine zur Entscheidung über den Beginn der Zufuhr erwärmter Sekundärluft und Fig. 11 zeigt eine Unterbrechungsroutine, die zu vorbestimmten Zeitpunkten abläuft und eine Routine für die Bearbeitung der Zufuhr und der Steuerung erwärmter Sekundärluft in dem Fall darstellt, in welchem die Temperatur des Kühlwassers als Meßwert für die Motorbetriebszustände verwendet wird.
Zuerst wird unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm in Fig. 10 der Betriebsablauf der Routine zur Bearbeitung zur Entscheidung des Beginns der Zufuhr erwärmter Sekundärluft beschrieben. Der Fall der Verwendung der Motordrehzahl als Wert für den Motorbetriebszustand wird hier als Beispiel erläutert.
Im Schritt ST101 wird die Motordrehzahl N aus einem Ausgangssignal eines Kurbelwinkelsensors, der in Fig. 9 nicht dargestellt ist, gelesen und in einem RAM gespeichert. Im Schritt ST102 wird beurteilt, ob die voranstehend erwähnte Motordrehzahl N größer oder gleich einem vorbestimmten Wert Ns ist oder nicht. Als ein solcher vorbestimmter Wert Ns wird beispielsweise N = 500 U/min verwendet, woraus geschlossen werden kann, daß der Motor 21 den Anlaßvorgang beendet und sich ausreichend erwärmt hat. Ist die Antwort im Schritt ST102 Ja, so wird im Schritt ST103 die Stromzufuhr für die Heizvorrichtung 31 zur Lufterwärmung ausgeführt, um die Temperatur der Sekundärluft, welche dem Katalysator zugeführt werden soll, auf etwa 200°C anzuheben.
Daraufhin wird im Schritt ST104 ein Steuersignal S8 ausgegeben, um das Strömungsumschaltventil (FSV) 36 zu betätigen, so daß der Ausgang des Sekundärluft-Zufuhrkanals 37 an den Eingang in den ersten Katalysator (Vorkatalysator) 32a angeschlossen wird. Im Schritt ST105 wird ein Steuersignal S10 ausgegeben, um ein Luftgebläse 28 einzuschalten, so daß die im Schritt ST103 erwärmte Sekundärluft dem Eingang des ersten Katalysators 32a zugeführt wird. Im Schritt ST106 wird ein Steuersignal S5 ausgegeben, um ein Steuerventil 29 fÜr die Menge der zugeführten Sekundärluft auf der Grundlage einer vorbestimmten Modulationsfrequenz und -amplitude der Sekundärluft-Zufuhrmenge zu steuern. Durch Verwendung eines einschalttaktgesteuerten Magnetventils als Steuerventil 29 werden beispielsweise ein vollständiges Öffnen und ein vollständiges Schließen mit einer vorbestimmten Frequenz von f0 = 0,5 bis 5 Hz wiederholt, und Sekundärluft, die mit einem Rechteckwellensignal moduliert wird, wird in einem Mengenbereich zwischen 0 Liter/min und 100 bis 150 Liter/min zugeführt.
Wenn sich andererseits im Schritt ST102 ergibt, daß N < Ns ist, so daß die Antwort Nein ist, so wird die Stromzufuhr zur Heizvorrichtung 31 im Schritt ST107 abgebrochen, und ein Steuersignal S10 ausgegeben, um im Schritt ST108 das Luftgebläse 28 auszuschalten, wodurch die Bearbeitung gemäß dieser Routine beendet ist.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm in Fig. 11 der Betriebsablauf zum Erfassen des Betriebszustands des Motor (entsprechend der Kühlwassertemperatur bei dieser Ausführungsform) und zum Steuern des Sekundärluft- Zufuhrkanals 37, der Heizvorrichtung 31 und des Luftgebläses 28 auf der Grundlage des Meßwerts beschrieben.
Im Schritt ST201 wird das Ausgangssignal des Kühlwassertemperatursensors 38, der am Motorblock angebracht ist, um den Aufwärmzustand des Motors zu erfassen, gelesen und in dem RAM gespeichert. Im Schritt ST202 wird beurteilt, ob die Kühlwassertemperatur Tw größer oder gleich einem vorbestimmten Wert Tw0 ist oder nicht. Ist die Antwort ja, so wird daraus geschlossen, daß sich die Temperatur des Vorkatalysators 32a teilweise erhöht hat, und im Schritt ST203 wird das Strömungsumschaltventil (FSV) 36 umgeschaltet, so daß der Zustrom von Sekundärluft vom ersten Katalysator (Vorkatalysator) 32a auf den zweiten Katalysators (Hauptkatalysators) 32b umgeschaltet wird.
Bei dieser Ausführungsform, welche den ersten und zweiten Katalysator 32a und 32b aufweist, erfolgt der oben beschriebene Vorgang deswegen, weil durch diese Bearbeitung verhindert werden soll, daß in dem Vorkatalysator 32a nach dessen Aktivierung in einem Zustand mit Sauerstoffüberschuß NOX erzeugt wird, wobei zu berücksichtigen ist, daß der Vorkatalysator 32a früher aktiviert wird als der Hauptkatalysator 32b und infolge der Zuführung erwärmter Sekundärluft einen Temperaturanstieg erfährt. und früher aktiviert wird, Es wird also der Sekundärluft-Strömungskanal umgeschaltet, um Überschüssigen Sauerstoff nur dem Eingang des Hauptkatalysators 32b zuzuleiten, dessen Temperatur noch nicht angestiegen ist, und der noch nicht aktiv ist. Auf diese Weise wird die Abgasreinigung bezüglich NOX in dem Vorkatalysator 32a durchgeführt, während die Reinigung bezüglich HC und CO in dem Hauptkatalysator 32b beschleunigt wird.
Als nächstes wird im Schritt ST204 beurteilt, ob die Kühlwassertemperatur Tw größer oder gleich einem zweiten vorbestimmten Wert Tw1 ist oder nicht. Ist die Antwort Ja, so wird im Schritt ST205 geschlossen, daß die Erwärmung des Motors soweit fortgeschritten ist, daß die Temperatur des Auspuffgases und der Katalysatoren selbst ausreichend erhöht ist, so daß die weitere Erwärmung der Sekundärluft unnötig ist. Die Stromzufuhr für die Heizvorrichtung 31 wird deshalb abgeschaltet. Dann wird im Schritt ST206 die Treiberfrequenz des Steuersignals S5 zum Treiben des Steuerventils 29 mit der vorbestimmten Basisfrequenz f0, die im Schritt ST106 gemäß dem Flußdiagramm von Fig. 10 ausgeführt wird, auf der Grundlage des nachstehenden Beziehung korrigiert und das Steuersignal S5 mit der korrigierten Frequenz f ausgegeben:
f = f0 × (a × Tw + b) (4)
Die voranstehenden Werte a und b sind Konstanten, die vorher eingestellt werden, um die Treiberfrequenz zum Treiben des Steuerventils 29 von der Basis-Treiberfrequenz f0 auf eine höhere Frequenz von 10 bis 50 Hz zu korrigieren.
Dies führt dazu, daß die Variation der Luftflußmenge nicht der Treiberperiode des Ventils folgt, und eine Luftzuflußmenge, die bezüglich der Treiberfrequenz f konstant ist, den Katalysatoren zugeführt wird.
Ist andererseits im Schritt ST202 oder ST204 die Antwort Nein, so wird hieraus geschlossen, daß es nicht erforderlich ist, die Steuerung durch Erwärmen der Sekundärluft und durch Modulation zu ändern, so daß dann diese Unterbrechungsroutine beendet wird.
Als nächstes folgt der Schritt ST207. Um zu beurteilen, ob die Erwärmung des Motors beendet ist und die Temperatur des Hauptkatalysators 32b genügend angestiegen ist, so daß dieser aktiviert ist und die Zufuhr von Sekundärluft unnötig wird, wird in diesem Schritt beurteilt, ob die Kühlwassertemperatur Tw größer oder gleich einem vorbestimmten Wert Tw2 ist oder nicht. Ist die Antwort Ja, so wird im Schritt ST208 die Stromzufuhr zum Luftgebläse 28 ausgeschaltet, um so normalerweise das Steuerventil 29 zu schließen, und es werden die Steuersignale S5 und S10 ausgegeben. Ist andererseits die Antwort im Schritt ST207 Nein, so wird hieraus geschlossen, daß es erforderlich ist, weiterhin Sekundärluft zuzuführen, so daß diese Unterbrechungsroutine beendet wird, während das Luftgebläse eingeschaltet bleibt.
Bei den voranstehend erwähnten Beurteilungen in den Schritten ST202, ST204 und ST207 betragen die erste, zweite und dritte vorbestimmte Kühlwassertemperatur, die vorher experimentell festgelegt werden, beispielsweise Tw0 = 35°C, Tw1 = 50°C und Tw2 = 60°C im Falle eines Fahrzeugs, bei welchem ein 2-Liter- Reihen-4-Zylinder-Motor vorgesehen ist. Die experimentelle Ermittlung geeigneter Werte für die vorbestimmten Kühlwassertemperaturen Tw0, Tw1 und Tw2 erfolgte deshalb, weil die Beziehung zwischen der Temperatur des Kühlwassers und dem Temperaturanstieg eines Katalysators durch Kühlverluste und dergleichen sich ändert, abhängig von dem Betriebszustand des Fahrzeugs insgesamt.
Wie voranstehend erläutert, werden in Verfahren zur Bestimmung der Betriebszustände eines Motors die Drehzahl des Motors und die Temperatur des Kühlwassers gemessen, und Sekundärluft, die entsprechend dem jeweiligen Zustand des Temperaturanstiegs des Vorkatalysators (ersten Katalysators) 32a und des Hauptkatalysators (zweiten Katalysators) 32b erhitzt wird, wird dem Eingang des jeweiligen Katalysators auf der Grundlage von deren Meßwerten zugeführt, so daß der Temperaturanstieg des Vorkatalysators 32a durch Oxidationsreaktionen zu einem frühen Zeitpunkt nach dem Anlassen des Motors beschleunigt wird, und zusätzlich hierzu die in dem Vorkatalysator 32a erzeugte Reaktionswärme dem Hauptkatalysator 32b zugeführt wird, der nahe am Vorkatalysator angeordnet ist. Der Motor wird so erwärmt, daß das Auspuffgas des Motors in einen Zustand gelangt, der einem theoretischen Sollwert des Luft/Brennstoff-Verhältnisses entspricht, und Sekundärluft wird so gesteuert, daß sie dem Hauptkatalysator 32b zugeführt wird, der inaktiv ist und welchem Sauerstoff fehlt, um HC und CO zu reinigen, so daß verhindert werden kann, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis am Eingang des Vorkatalysators 32a so mager ist, daß NOX erzeugt wird, nämlich durch Zufuhr von Sekundärluft zum Vorkatalysator. Daher ist es möglich, die Menge von ausgestoßenen Abgasbestandteilen HC und CO in einem Umfang zu verringern, der nicht geringer ist als bei herkömmlichen Vorrichtungen, jedoch mit einer geringeren Menge an ausgestoßenem NOX als bei diesen herkömmlichen Vorrichtungen.
Ausführungsform 4
Obgleich bei der Ausführungsform 3 ein Kühlwassertemperatursensor als Meßeinrichtung zur Ermittlung des Motorbetriebszustandes verwendet wird, um die Umschaltung des FSV, das Ein/Ausschalten der Sekundärluft-Heizvorrichtung 31 und die Steuerung der Zufuhrmenge an Sekundärluft zu bewirken, kann in einer Ausführungsform 4 auch ein Auspuffgastemperatursensor stromabwärts des zweiten Katalysators 32b bei der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform vorgesehen sein, um diesen Auspuffgastemperatursensor als Meßeinrichtung für die Reinigung des Abgases mittels Katalysator zu verwenden.
In diesem Fall kann, wie im Flußdiagramm von Fig. 12 gezeigt ist, der Betriebsablauf in den Schritten ST302 bis ST303 sowie ST305 bis ST308 derselbe sein wie in den Schritten ST202 bis ST203 sowie ST205 bis ST208 in dem Flußdiagramm von Fig. 11, so daß nur eine Änderung in den Schritten ST301 und ST304 auftritt, in welchen beurteilt wird, ob die im Schritt ST301 gemessene und gespeicherte Auspuffgastemperatur Tex größer als eine vorbestimmte Katalysatorausgangs-Auspuffgastemperatur Tex0 ist oder nicht, und hierdurch die Stromzufuhr zur Heizvorrichtung 31 sowie die Zufuhr von Sekundärluft gesteuert werden.
Wie voranstehend erläutert, werden bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ein Steuerventil zum Steuern der Zufuhrmenge an Sekundärluft und der Amplitude und Frequenz eines Steuersignals zum Steuern des erwähnten Steuerventils auf der Grundlage der Menge der Ansaugluft eines Motors, der Temperatur des Kühlwassers oder dergleichen betrieben, so daß die Wirkung auftritt, daß der Temperaturanstieg beschleunigt wird, so daß eine Auspuffgas-Reinigungseinrichtung die Reinigung von Abgas in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Motors äußerst wirksam durchführen kann.
Bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ist eine Sekundärluft-Heizvorrichtung zur Erwärmung der Sekundärluft vorgesehen, die entsprechend der Temperatur des Kühlwassers des Motors oder der Temperatur der Auspuffgas- Reinigungseinrichtung gesteuert wird, so daß es möglich ist, den Reinigungsvorgang in der Auspuffgas-Reinigungsvorrichtung selbst bei einer niedrigen Temperatur zu beschleunigen.
Vorzugsweise sind Sauerstoffdichte-Meßvorrichtungen an der Eintritts- und Austrittsseite einer Auspuffgas- Reinigungseinrichtung vorgesehen und es wird die voranstehend erwähnte Sekundärluft-Heizvorrichtung auf der Grundlage des Verhältnisses von Ausgangssignalen der Meßeinrichtungen gesteuert, so daß es nicht nur möglich ist, den Reinigungsvorgang der Auspuffgase selbst bei niedrigen Temperaturen zu beschleunigen, sondern es auch möglich ist, die Sekundärluft-Heizeinrichtung so wirksam zu steuern, daß der Energieverbrauch auf ein Minimum beschränkt wird.
Vorzugsweise können zwei Auspuffgas-Reinigungsvorrichtungen vorgesehen sein, und die Zufuhr von Sekundärluft zu diesen Vorrichtungen wird entsprechend den Betriebszuständen des Motors gesteuert, so daß es möglich ist, die Menge ausgestoßener Abgasbestandteile HC und CO in einem Ausmaß zu verringern, welches nicht geringer als in herkömmlichen Vorrichtungen, wobei jedoch vorteilhafterweise eine geringere Menge an NOX ausgestoßen wird als bei derartigen herkömmlichen Vorrichtungen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Steuerung von Sekundärluft, die in einer Brennkraftmaschine einer einen Katalysator aufweisenden Einrichtung zur Abgasreinigung zugeführt wird, umfassend
  • a) ein Steuerventil (29) zur Steuerung der Menge der der Einrichtung zur Abgasreinigung zugeführten Sekundärluft und
  • b) eine Steuereinrichtung (35), die an wenigstens einen Sensor zur Erfassung eines Betriebszustandes der Brennkraftmaschine angeschlossen ist, zur Erzeugung eines Steuersignals, das an das Steuerventil (29) zur Steuerung der Menge der zugeführten Sekundärsluft in Abhängigkeit von dem vom wenigstens einen Sensor erfaßten Betriebszustand geliefert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) die Steuereinrichtung (35) zur Bestimmung der Amplitude und Frequenz des Steuersignals in Abhängigkeit von der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge und der Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal die Form einer Sinuswelle hat.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal die Form einer Dreieckwelle hat.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal die Form einer Recheckwelle hat.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des Steuersignals enstprechend den erfaßten Änderungen des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine moduliert wird.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal eine Frequenz in einem Bereich von 0,5 bis 5 Hz aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (f) des Steuersignals von einer Grundfrequenz (fo) aus in Abhängigkeit von einem Anstieg der Kühlwassertemeperatur der Brennkraftmaschine erhöht wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (f) des Steuersignals in Abhängigkeit von einem Anstieg der Kühlwassertemeperatur der Brennkraftmaschine auf einen Wert erhöht wird, bei welchem die Zufuhr von Sekundärluft zur Einrichtung zur Abgasreinigung konstant ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (f) des Steuersignals in Abhängigkeit von einem Anstieg der Kühlwassertemeperatur der Brennkraftmaschine auf einen Wert in einem Bereich von 10 bis 50 Hz erhöht wird.
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