DE60018863T2

DE60018863T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen von Kraftfahrzeugmotoren

Info

Publication number: DE60018863T2
Application number: DE60018863T
Authority: DE
Inventors: Zenichiro Toyota-shi Mashiki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2020-09-01
Also published as: DE60018487T2; JP3584798B2; EP1380731A2; EP1081360A3; DE60018863D1; EP1380731B1; EP1081360A2; JP2001073749A; EP1081360B1; DE60018487D1; EP1380731A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät und ein Verfahren zum Reinigen von Abgasen in Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren und noch genauer auf ein Gerät und ein Verfahren zum Reinigen von Abgasen von Verbrennungsmotoren, die eine magere Verbrennung ausführen, mit katalytischen Wandlern, die sich in Abgaskanälen befinden.
Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren, die eine magere Verbrennung ausführen, bei der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einen Wert eingestellt ist, der größer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, verbessern die Kraftstoffeffizienz. Es gibt verschiedene Modi bei magerer Verbrennung, wie beispielsweise eine Schichtladeverbrennung, bei der eine Schicht eines fetten Luft/Kraftstoff-Gemischs in der Umgebung einer Zündkerze gebildet wird, und eine magere homogene Ladeverbrennung, bei der eine Schicht eines homogenen Luft/Kraftstoff-Gemischs in einem Zylinder gebildet wird.
Wenn eine magere Verbrennung ausgeführt wird, neigt die Temperatur des Abgases dazu, zu sinken im Vergleich zu dem Fall, bei dem eine stöchiometrische Verbrennung ausgeführt wird, bei der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch ist, da die erzeugte Verbrennungswärme gering ist. Diese Tendenz wird hauptsächlich dann stärker, wenn eine Schichtladeverbrennung ausgeführt wird, bei der die erzeugte Verbrennungswärme geringer als die bei der mageren homogenen Ladeverbrennung ist. Wenn folglich beispielsweise der Verbrennungsmotor fortdauernd bei einem niedrigen Lastzustand läuft, während eine Schichtladeverbrennung ausgeführt wird, sinkt die Temperatur der katalytischen Wandler, die in einem Abgaskanal zum Reinigen von Abgasen angeordnet sind, wie beispielsweise ein katalytischer Wandler der NOx-Speicher-Reduktions-Art oder ein katalytischer Wandler der Dreiwege-Art. Dies verringert die Reinigungsfähigkeit der katalytischen Wandler.
Folglich beschreibt beispielsweise die japanische unveröffentlichte Patentschrift Nr. 10-47040 ein Gerät, das die Temperaturabnahme des Katalysators durch Umstellen des Verbrennungsmodus von einer Schichtladeverbrennung zu einer mageren homogenen Ladeverbrennung verhindert, wenn eine Abnahme der Temperatur des Katalysators während einer Schichtladeverbrennung erfasst wird.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat Experimente durchgeführt und bestätigt, dass sich die Katalysatortemperatur wie nachfolgend beschrieben ändert, wenn das Fahrzeug, während eine Schichtladeverbrennung ausgeführt wird, von einem Zustand, bei dem es nicht angetrieben wird, zu einem Zustand, bei dem es angetrieben wird, wechselt.
Wenn das Fahrzeug anfängt, sich in Bewegung zu setzen, während eine Schichtladeverbrennung ausgeführt wird, steigt die erzeugte Verbrennungswärme, weil die Verbrennungsmotorlast (eingespritzte Kraftstoffmenge) steigt. Jedoch ist die Temperatur der Wände der Verbrennungskammern und des Abgassystems noch niedrig, wenn der Fahrer anfängt, das Fahrzeug in Bewegung zu setzen. Somit erhöht die Zunahme der Verbrennungswärme nicht sofort die Abgastemperatur. Wenn des weiteren das Fahrzeug anfängt, sich in Bewegung zu setzen, erhöht die Zunahme der Verbrennungsmotorlast die Einlassluftmenge, was wiederum die Abgasmenge erhöht. Demzufolge strömt sofort, nachdem das Fahrzeug angefangen hat, sich in Bewegung zu setzen, eine große Menge an Abgas, dessen Temperatur immer noch niedrig ist, in den katalytischen Wandler und kühlt schnell den Katalysator. Anschließend steigt die Temperatur der Verbrennungskammern und des Abgassystems. Weil die Temperatur des Abgases steigt und die Temperatur des Katalysators übersteigt, hört die Katalysatortemperatur auf zu sinken und beginnt zu steigen.
Auf diese Weise wird die Katalysatortemperatur sofort, nachdem das Fahrzeug angefangen hat, sich in Bewegung zu setzen, schnell verringert. Wenn deshalb der Verbrennungsmodus umgestellt wird, während eine Abnahme der Katalysatortemperatur erfasst wird, ist eine lange Zeitspanne erforderlich, damit die Katalysatortemperatur die Temperatur erreicht, bei der die vorbestimmte Reinigungsfähigkeit erhalten werden kann. Das Abgasreinigungsgerät gemäß dem Stand der Technik reinigt das Abgas nicht sofort, nachdem das Fahrzeug angefangen hat, sich in Bewegung zu setzen, da eine große Abgasmenge in den Katalysator strömt, wenn die Reinigungsfähigkeit des Katalysators verringert ist.
Wenn des weiteren bei dem Gerät gemäß dem Stand der Technik beispielsweise die Grenztemperatur zum Bestimmen der Temperaturabnahme des Katalysators auf einen ausreichend hohen Wert eingestellt ist, kann das Problem der Katalysatortemperaturabnahme, wenn das Fahrzeug anfängt, sich in Bewegung zu setzen, gelöst werden.
Jedoch führt dies zu einem häufigen Umstellen des Verbrennungsmodus mit dem Ziel, die Katalysatortemperatur zu erhöhen, selbst wenn dies nicht erforderlich ist. Ein nicht erforderliches Umstellen des Verbrennungsmodus führt zu einer Verringerung der Kraftstoffeffizienz.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät und ein Verfahren zum Reinigen von Abgasen in Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren zu schaffen, die eine wünschenswerte Abgasemission selbst dann erzeugen, wenn die Temperatur des Katalysators abnimmt, während das Fahrzeug anfängt, sich in Bewegung zu setzen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Abgasreinigungsgerät, das im Anspruch 1 definiert ist, und ein Verfahren zum Reinigen von Abgas, das im Anspruch 6 definiert ist, bereitgestellt. Folglich liefert die vorliegende Erfindung ein Abgasreinigungsgerät, das auf einen Kraftfahrzeugverbrennungsmotor, der eine magere Verbrennung ausführt, angewandt wird. Das Gerät ist in ein Fahrzeug eingebaut, um Abgas mit einem katalytischen Wandler, der sich in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors befindet, zu reinigen. Das Gerät hat eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen, ob das Fahrzeug angefangen hat, sich in Bewegung zu setzen oder nicht, und eine Temperaturerhöhungsseinrichtung zum Erhöhen der Temperatur des katalytischen Wandlers, wenn die Bestimmungseinrichtung bestimmt, dass das Fahrzeug angefangen hat, sich in Bewegung zu setzen.
Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Figuren ersichtlich, wobei die Prinzipien der Erfindung beispielhaft dargelegt sind.
Die Erfindung und ihre bevorzugten Aufgaben und Vorteile sind am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der bestimmten veranschaulichenden Ausführungsbeispiele zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen verständlich, in welchen:
1 eine schematische Darstellung ist, die einen Verbrennungsmotor und ein Abgasreinigungsgerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Flussdiagramm ist, das den Ablauf zum Setzen einer stöchiometrischen Marke bei dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
3 ein weiteres Flussdiagramm des Ablaufs zum Setzen einer stöchiometrischen Marke ist;
4 eine graphische Darstellung ist, die den Zusammenhang zwischen der von dem Fahrzeug zurückgelegten Gesamtstrecke bezüglich einem unteren Grenzwert T1 und einem oberen Grenzwert T2 zeigt;
5 ein Flussdiagramm ist, das den Ablauf zum Umstellen des Verbrennungsmodus bei dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
6 ein Zeitdiagramm ist, das ein Beispiel zeigt, wie der Verbrennungsmodus in Übereinstimmung mit einer Temperaturerhöhungssteigerungsroutine des ersten Ausführungsbeispiels umgestellt wird;
7 eine graphische Darstellung ist, die den Zusammenhang zwischen der Katalysatortemperatur und der oberen Speichermenge des NOx-Katalysators zeigt;
8 ein Flussdiagramm ist, das den Ablauf zum Setzen einer fetten Verbrennungsmarke bei einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ein weiteres Flussdiagramm ist, das den Ablauf zum Setzen der fetten Verbrennungsmarke zeigt;
10 ein Flussdiagramm ist, das den Ablauf zum Umstellen des Verbrennungsmodus bei dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt; und
11 ein Zeitdiagramm ist, das ein Beispiel zeigt, wie der Verbrennungsmodus in Übereinstimmung mit einer NOx-Reduktionsroutine des zweiten Ausführungsbeispiels umgestellt wird.
Erstes Ausführungsbeispiel
Die 1 ist eine schematische Darstellung, die ein Abgasreinigungsgerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und einen Verbrennungsmotor 10 zeigt, der mit dem Gerät verbunden ist.
Der Verbrennungsmotor 10, der in einem Fahrzeug 50 eingebaut ist, hat eine Einspritzeinrichtung 14, die Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer 12 spritzt, und eine Zündkerze 16 zum Zünden des eingespritzten Kraftstoffs. Beim Verbrennungsmotor 10 des ersten Ausführungsbeispiels wird der Kraftstoffeinspritzmodus der Einspritzeinrichtung 14 so gewechselt, dass der Verbrennungsmodus zwischen einer Schichtladeverbrennung (magere Verbrennung), einer stöchiometrischen Verbrennung und einer fetten Verbrennung umgestellt wird.
Wenn zum Beispiel eine Schichtladeverbrennung ausgeführt wird, wird Kraftstoff während der letzten Hälfte des Verdichtungstakts eingespritzt. Wenn die Zündung stattfindet, ist das Luft/Kraftstoff-Gemisch in der Umgebung der Zündkerze 16 fett, so dass es lokal entzündet werden kann. Das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F) des Luft/Kraftstoff-Gemischs wird so eingestellt, dass es höher (z.B. A/F = 25 bis 50) und somit magerer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F = 14,5) ist. Wenn eine stöchiometrische Verbrennung ausgeführt wird, wird Kraftstoff während des Ansaugtakts eingespritzt. Somit ist das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 12 homogen, wenn die Zündung stattfindet. Des weiteren wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis so eingestellt, dass es ungefähr dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht.
Der Verbrennungsmodus wird zwischen einer Schichtladeverbrennung und einer stöchiometrischen Verbrennung gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 10, wie beispielsweise die Verbrennungsmotorlast und die Verbrennungsmotordrehzahl, umgestellt. Der Verbrennungsmodus wird so eingestellt, dass eine Schichtladeverbrennung ausgeführt wird, wenn sich der Verbrennungsmotor 10 bei niedriger Last d.h. in einem niedrigen Verbrennungsmotordrehzahlbereich befindet, und eine stöchiometrische Verbrennung wird ausgeführt, wenn sich der Verbrennungsmotor 10 bei einer hohen Last d.h. in einem hohen Verbrennungsmotordrehzahlbereich befindet.
Wenn eine fette Verbrennung ausgeführt wird, wird Kraftstoff während des Ansaugtakts eingespritzt, ähnlich, wie wenn eine stöchiometrische Verbrennung ausgeführt wird. Jedoch ist die Menge des eingespritzten Kraftstoffs größer. Bei diesem Modus wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis so eingestellt, dass es niedriger (A/F = 11 bis 13) und somit fetter als bei der stöchiometrischen Verbrennung ist.
Eine fette Verbrennung wird ausgeführt, wenn die NOx-Speichermenge in einem katalytischen Wandler 22 der NOx-Speicher-Reduktions-Art (der später beschrieben wird) einen vorbestimmten Wert übersteigt (Fettspitzenbehandlung), und wenn das NOx reduziert wird (was später beschrieben wird).
Ein Abgaskanal 18 ist mit der Verbrennungskammer 12 verbunden. Ein katalytischer Wandler 20 der Dreiwege-Art und der katalytische Wandler 22 der NOx-Speicher-Reduktions-Art (nachfolgend bezeichnet als NOx-Katalysator), der sich stromabwärts des katalytischen Wandlers 20 der Dreiwege-Art befindet, sind im Abgaskanal 18 angeordnet. Der katalytische Wandler 20 der Dreiwege-Art und der NOx-Katalysator 22 reinigen Abgase, indem Kohlenwasserstoff (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxid (NOx) aus den Abgasen reduziert oder beseitigt werden.
In dem katalytischen Wandler 20 der Dreiwege-Art läuft die Oxidations-Reduktionsreaktion ab und reinigt das Abgas, indem HC, CO und NOx aus dem Abgas reduziert oder beseitigt werden. Der NOx-Katalysator 22 speichert vorübergehend das NOx, das im Abgas enthalten ist, wenn eine Schichtladeverbrennung ausgeführt wird. Das gespeicherte NOx wird unter Verwendung von HC und CO als Reduktionsmittel, die im Abgas enthalten sind, wenn eine fette Verbrennung (oder eine stöchiometrische Verbrennung) ausgeführt wird, reduziert.
Ein Verbrennungsmotordrehzahlsensor 31, der die Verbrennungsmotordrehzahl erfasst, ein Beschleunigungssensor 32, der den Niederdrückbetrag des Gaspedals (nicht gezeigt) erfasst, und ein Geschwindigkeitssensor 33, der die Fahrgeschwindigkeit (Fahrzeuggeschwindigkeit SPD) des Fahrzeugs 50 erfasst, sind in dem Fahrzeug 50 eingebaut. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 40, die den Verbrennungsmotor 10 steuert, erhält Erfassungssignale von den Sensoren 31–33. Zusätzlich zu einem Signal, das dem Niederdrückwert des Gaspedals entspricht, liefert der Beschleunigungssensor 32 der ECU 40 ein Signal (Signal LL eines gänzlich entlasteten Gaspedals „full closure signal LL"), das auf EIN gesetzt wird, wenn das Gaspedal nicht niedergedrückt wird, und auf AUS gesetzt wird, wenn das Gaspedal niedergedrückt wird.
Auf der Grundlage des Betriebszustands des Verbrennungsmotors 10 und des Fahrzustands des Fahrzeugs, die durch die Sensoren 31–33 erfasst werden, führt die ECU 40 verschiedene Steuerungen aus, wie beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzsteuerung und eine Steuerung zum Verhindern einer Abnahme der Katalysatorreinigungsfähigkeit.
Die ECU 40 ist mit einem Speicher 41 versehen, der Programme, Berechnungstabellen, die zum Ausführen jeder Steuerungsart verwendet werden, und verschiedenen Daten, die berechnet werden, wenn die Programme ausgeführt werden, speichert. Zum Beispiel speichert der Speicher 41 die von dem Fahrzeug 50 zurückgelegte Gesamtstrecke auf der Grundlage des Erfassungssignals des Geschwindigkeitssensors 33. Die Gesamtfahrstrecke des Fahrzeugs 50 spiegelt die Verschlechterung der katalytischen Wandler 20, 22 wider und wird durch die ECU 40 genutzt.
Wenn bestimmt wird, dass die Temperatur des katalytischen Wandlers 20 der Dreiwege-Art und des NOx-Katalysators 22 sich so verringert haben, dass eine Verringerung der Reinigungsfähigkeit nicht ignoriert werden kann, stellt das Abgasreinigungsgerät dieses Ausführungsbeispiels zwangsweise den Verbrennungsmodus zu einer stöchiometrischen Verbrennung um, was die Temperatur des Abgases erhöht. Die erhöhte Abgastemperatur erhöht die Temperatur der katalytischen Wandler 20, 22. Auf diese Weise wird ein Verfahren zum Verhindern einer Temperaturabnahme der katalytischen Wandler 20, 22 (Temperaturerhöhungssteigerungsroutine) ausgeführt.
Die Temperaturerhöhungssteigerungsroutine wird nun unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 ausführlich beschrieben.
Wenn sich bei der Temperaturerhöhungssteigerungsroutine das Fahrzeug nicht fortbewegt, wird eine Marke (stöchiometrische Verbrennungsmarke XACSJ) zum Bestimmen, ob der Verbrennungsmodus umzustellen ist oder nicht, auf der Grundlage der Temperatur der katalytischen Wandler 20, 22 gesetzt. Während das Fahrzeug anfängt, sich in Bewegung zu setzen, wird der Verbrennungsmodus zwangsweise zu einer stöchiometrischen Verbrennung umgestellt, wenn die stöchiometrische Verbrennungsmarke XACSJ auf EIN gesetzt ist.
Die 2 und 3 sind Flussdiagramme, die Abläufe zum Setzen der stöchiometrischen Verbrennungsmarke XACSJ zeigen. Die ECU 40 führt die Routine, die in den Flussdiagrammen gezeigt ist, unter Anwendung von Unterbrechungen und in vorbestimmten Zyklen auf der Grundlage des Kurbelwinkels aus.
Wenn bei dem Schritt 100 (2) in die Routine eingestiegen wird, schätzt die ECU 40 zuerst die Temperatur des katalytischen Wandlers 20 der Dreiwege-Art und des NOx-Katalysators 22 (Katalysatortemperatur Tc) auf der Grundlage des Verbrennungsmotorbetriebszustands, wie beispielsweise die Verbrennungsmotorlast und die Verbrennungsmotordrehzahl, und der Betriebsgeschichte des Verbrennungsmotors 10 (z.B., wenn die Fettspitzenbehandlung ausgeführt wird, die vergangene Zeitspanne ab dem Zeitpunkt, bei dem die Behandlung eingeleitet worden ist). Der katalytische Wandler 20 der Dreiwege-Art ist stromaufwärts des NOx-Katalysators 22 im Abgaskanal 18 angeordnet. Somit kann angenommen werden, dass die Temperatur des katalytischen Wandlers 20 der Dreiwege-Art geringfügig höher als die des NOx-Katalysators 22 ist. Jedoch werden bei dieser Routine die Temperaturen der katalytischen Wandler 20, 22 als annähernd gleich betrachtet, und werden somit durch die Katalysatortemperatur Tc dargestellt.
Dann geht die ECU 40 zu dem Schritt 110 weiter und bestimmt, ob die stöchiometrische Marke XACSJ auf AUS ist. Wenn die stöchiometrische Marke XACSJ auf AUS ist, geht die ECU 40 zu dem Schritt 150 weiter, wie dies in der 3 dargestellt ist.
Wenn die stöchiometrische Marke XACSJ bei dem Schritt 110 auf AUS ist, geht die ECU 40 zu dem Schritt 120 weiter und bestimmt, ob das Signal LL eines gänzlich entlasteten Gaspedals auf EIN ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit SPD niedriger als eine vorbestimmte Geschwindigkeit α ist (z.B. 10 km/h). Das heißt die ECU 40 bestimmt, ob sich das Fahrzeug 50 nicht fortbewegt. Ein Zustand, bei dem sich das Fahrzeug nicht fortbewegt, beinhaltet einen Zustand, bei dem die Verbrennungsmotordrehzahl äußerst niedrig ist und das Gaspedal nicht niedergedrückt ist. Bei solch einem Zustand wird angenommen, dass das Fahrzeug bald anhalten wird.
Wenn bei dem Schritt 120 bestimmt wird, dass sich das Fahrzeug 50 fortbewegt, geht die ECU 40 zu dem Schritt 150 aus 3 weiter. Wenn bei dem Schritt 120 bestimmt wird, dass sich das Fahrzeug 50 nicht fortbewegt, geht die ECU 40 zu dem Schritt 130 weiter und vergleicht die Katalysatortemperatur Tc mit einem unteren Grenzwert T1.
Der untere Grenzwert T1, der mit der Temperatur der Wandler 20, 22 verglichen wird, wenn sich das Fahrzeug 50 nicht fortbewegt, wird verwendet, um zu bestimmen, ob die Temperatur der katalytischen Wandler 20, 22 (Katalysatortemperatur Tc) auf einen Wert abnehmen wird, bei dem die Verringerung der Reinigungsfähigkeit nicht ignoriert werden kann, wenn das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen.
Der untere Grenzwert T1 wird in Übereinstimmung mit der insgesamt gefahrenen Strecke des Fahrzeugs 50 eingestellt. Die 4 stellt den Zusammenhang zwischen dem unteren Grenzwert T1 und der insgesamt gefahrenen Strecke des Fahrzeugs 50 dar. Wie aus der 4 ersichtlich wird, ist der untere Grenzwert T1 proportional zu der insgesamt gefahrenen Strecke des Fahrzeugs 50. Dies ist so, da die Temperatur, bei der die katalytischen Wandler 20, 22 aktiviert werden, steigt, weil sich die insgesamt gefahrene Strecke des Fahrzeugs 50 erhöht, das heißt, weil die gesamte Gebrauchszeit der katalytischen Wandler 20, 22 und somit die Verschlechterung der katalytischen Wandler 20, 22 zunimmt. Somit müssen die katalytischen Wandler 20, 22 auf eine höhere Temperatur erwärmt werden, um die erwünschte Reinigungsfähigkeit zu erhalten. Der Zusammenhang zwischen dem unteren Grenzwert T1 und der insgesamt gefahrenen Strecke wird experimentell erhalten und im Speicher 41 der ECU 40 als Wert zum Berechnen des unteren Grenzwerts T1 gespeichert.
Wenn bei dem Schritt 130 die Katalysatortemperatur Tc niedriger als der untere Grenzwert T1 ist, bestimmt die ECU 40, dass sich die Temperatur der katalytischen Wandler 20, 22 verringern wird, wenn das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen, und somit eine deutliche Verringerung der Reinigungsfähigkeit der katalytischen Wandler 20, 22 verursachen wird. In diesem Fall geht die ECU 40 zu dem Schritt 140 weiter und setzt die stöchiometrische Marke XACSJ auf EIN.
Wenn bei dem Schritt 130 die Katalysatortemperatur Tc gleich wie oder höher als T1 ist, bestimmt die ECU 40, dass sich die Temperatur der katalytischen Wandler 20, 22 nicht auf einen Wert, der nicht ignoriert werden kann, wenn das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen, verringern wird, und geht dann zu dem Schritt 150 aus 3 weiter. In diesem Fall wird die stöchiometrische Marke XACSJ nicht auf EIN gesetzt und der Verbrennungsmodus wird nicht zwangsweise umgestellt.
Nachdem die Schritte 100 bis 140 ausgeführt wurden, bestimmt die ECU 40 bei dem Schritt 150, ob die stöchiometrische Marke XACSJ auf EIN ist. Wenn bei dem Schritt 150 die Marke XACSJ auf EIN ist, geht die ECU 40 zu dem Schritt 160 weiter und vergleicht die Katalysatortemperatur Tc mit einem oberen Grenzwert T2.
Der obere Grenzwert T2 wird verwendet, um anhand der Temperatur der katalytischen Wandler 20, 22 (Katalysatortemperatur Tc) zu bestimmen, ob die katalytischen Wandler 20, 22 die erwünschte Reinigungsfähigkeit aufweisen, und ist auf eine Temperatur eingestellt, die höher als der untere Grenzwert ist (T2 > T1).
Auf die gleiche Weise wie der untere Grenzwert T1 wird der obere Grenzwert T2 in Übereinstimmung mit der insgesamt gefahrenen Strecke des Fahrzeugs 50 eingestellt. Das heißt der obere Grenzwert T2 steigt, wie dies in 4 gezeigt ist, weil die insgesamt gefahrene Strecke des Fahrzeugs 50 zunimmt. Die ist so, weil, ähnlich wie bei dem Zusammenhang zwischen dem unteren Grenzwert T1 und der insgesamt gefahrenen Strecke des Fahrzeugs 50, die erwünschte Reinigungsfähigkeit der katalytischen Wandler 20, 22 nicht erhalten werden kann, weil die insgesamt gefahrene Strecke und somit die Verschlechterung der katalytischen Wandler 20, 22 zunimmt, es sei denn, die katalytischen Wandler 20, 22 werden auf eine höhere Temperatur erwärmt. Der Zusammenhang zwischen dem oberen Grenzwert T2 und der insgesamt gefahrenen Strecke wird experimentell erhalten und im Speicher 41 der ECU 40 als Wert zum Berechnen des oberen Grenzwerts T2 gespeichert.
Wenn die Katalysatortemperatur Tc den oberen Grenzwert T2 bei dem Schritt 160 übersteigt, bestimmt die ECU 40, dass die erwünschte Reinigungsfähigkeit durch die katalytischen Wandler 20, 22 erhalten wird, und eine Temperaturerhöhung nicht durch Umstellen des Verbrennungsmodus gesteigert werden muss. Somit geht die ECU 40 zu dem Schritt 170 weiter und setzt die stöchiometrische Marke XACSJ auf AUS. Die Routine wird vorübergehend beendet, wenn die Marke XACSJ bei dem Schritt 170 auf AUS gesetzt wird, wenn die Marke XACSJ bei dem Schritt 150 nicht auf EIN gesetzt ist, oder wenn bei dem Schritt 160 die Katalysatortemperatur Tc niedriger als oder gleich wie der obere Grenzwert T2 ist.
Die Abläufe zum Umstellen des Verbrennungsmodus in Übereinstimmung mit der stöchiometrischen Marke XACSJ werden nun unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm aus 5 erörtert. Die ECU 40 führt die Routine, die in dem Flussdiagramm gezeigt ist, unter Anwendung von Unterbrechungen und in vorbestimmten Zyklen auf der Grundlage des Kurbelwinkels aus.
Wenn bei dem Schritt 210 in die Routine eingestiegen wird, bestimmt die ECU 40 zuerst, ob das Signal LL eines gänzlich entlasteten Gaspedals auf AUS ist oder nicht, das heißt, ob das Gaspedal niedergedrückt worden ist, um das Fahrzeug 50 in Bewegung zu setzen. Wenn bei dem Schritt 210 bestimmt wird, dass das Signal LL eines gänzlich entlasteten Gaspedals auf AUS ist, geht die ECU 40 zu dem Schritt 220 weiter und bestimmt, ob die stöchiometrische Marke XACSJ auf EIN ist oder nicht.
Wenn die ECU 40 bestimmt, dass die stöchiometrische Marke XACSJ bei dem Schritt 220 auf EIN ist, wird die Temperatur der katalytischen Wandler 20, 22 auf einen Wert abnehmen, bei dem die erwünschte Reinigungsfähigkeit nicht erhalten werden kann, wenn das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen. Die ECU 40 geht somit zu dem Schritt 230 weiter und stellt zwangsweise den Verbrennungsmodus zu einer stöchiometrischen Verbrennung um.
Wenn das Signal LL eines gänzlich entlasteten Gaspedals bei dem Schritt 210 auf EIN ist, oder wenn die stöchiometrische Marke XACSJ bei dem Schritt 220 auf AUS ist, geht die ECU 40 zu dem Schritt 240 weiter und setzt den Verbrennungsmodus in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 10.
Nachdem der Verbrennungsmodus bei dem Schritt 230 oder 240 gesetzt worden ist, wird die Routine vorübergehend beendet.
6 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel zeigt, wie der Verbrennungsmodus in Übereinstimmung mit der Temperaturerhöhungssteigerungsroutine des ersten Ausführungsbeispiels umgestellt wird.
Wenn, wie dies in 6 gezeigt ist, während eine Schichtladeverbrennung ausgeführt wird, das Gaspedal entlastet wird und somit nicht niedergedrückt wird (das Signal LL eines gänzlich entlasteten Gaspedals wird auf EIN gesetzt) (Zeitpunkt t1), wird die Fahrzeuggeschwindigkeit SPD niedriger als die vorbestimmte Geschwindigkeit α (Zeitpunkt t2) und die Katalysatortemperatur Tc wird niedriger als der untere Grenzwert T1 (Zeitpunkt t3), wobei die stöchiometrische Marke XACSJ auf EIN gesetzt wird. Jedoch wird der Verbrennungsmodus, selbst wenn die Marke XACSJ auf EIN gesetzt wird, in dem Modus gehalten, der dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 10 (Schichtladeverbrennung) entspricht, bis das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen (Zeitspanne t3 bis t4).
Wenn anschließend das Gaspedal niedergedrückt wird (das Signal LL eines gänzlich entlasteten Gaspedals wird auf AUS gesetzt) und das Fahrzeug anfängt, sich in Bewegung zu setzen, wird der Verbrennungsmodus von einer Schichtladeverbrennung zu einer stöchiometrischen Verbrennung (Zeitpunkt t4) umgestellt.
Die Temperatur des Abgases steigt, wenn der Verbrennungsmodus von einer Schichtladeverbrennung zu einer stöchiometrischen Verbrennung umgestellt wird. Die Temperaturerhöhung der katalytischen Wandler 20, 22 (Katalysatortemperatur Tc) wird beschleunigt (Zeitpunkt t4 bis t5) und bei einer höheren Temperatur gehalten im Vergleich zu dem Fall, bei dem eine Schichtladeverbrennung fortgesetzt worden wäre (wie dies durch die gestrichelte Strichpunktlinie, die die Katalysatortemperatur Tc darstellt, gezeigt ist). Folglich bleibt die Reinigungsfähigkeit der katalytischen Wandler 20, 22 zufriedenstellend, sogar unmittelbar nachdem das Fahrzeug 50 angefangen hat, sich in Bewegung zu setzen. Der katalytische Wandler 20 der Dreiwege-Art verhindert vor allem Emissionen von unverbrannten Bestandteilen (HC und CO), die aus der Temperaturabnahme resultieren, wenn das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen.
Eine kontinuierliche stöchiometrische Verbrennung erhöht die Katalysatortemperatur Tc. Wenn die Katalysatortemperatur Tc den oberen Grenzwert T2 erreicht, wird die Marke XACSJ auf AUS gesetzt. Dadurch wird der Verbrennungsmodus von einer stöchiometrischen Verbrennung zu dem Modus zurückgestellt (Zeitpunkt t5), der dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 10 (Schichtladeverbrennung) entspricht.
Die Vorteile des Abgasreinigungsgeräts des ersten Ausführungsbeispiels werden nun erörtert.
(1) Das Abgasreinigungsgerät bestimmt, ob das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen, und steigert die Katalysatortemperaturerhöhung durch Umstellen des Verbrennungsmodus zu einer stöchiometrischen Verbrennung, wenn das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen. Dies verhindert eine Temperaturabnahme der katalytischen Wandler 20, 22 unmittelbar nachdem das Fahrzeug 50 angefangen hat, sich in Bewegung zu setzen, und beschleunigt die Temperaturerhöhung der katalytischen Wandler 20, 22. Folglich wird die Reinigungsfähigkeit der katalytischen Wandler 20, 22 auf einem zufriedenstellenden Niveau gehalten und unerwünschte Abgasemissionen werden nicht abgegeben, wenn das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen.
(2) Das Abgasreinigungsgerät stellt die Verbrennungsmodi unter der Bedingung um, dass die Katalysatortemperatur Tc, wenn sich das Fahrzeug 50 nicht fortbewegt, niedriger als der untere Grenzwert T1 ist. Wenn somit keine Möglichkeit besteht, dass sich die Katalysatorreinigungsfähigkeit verringert, wird der Verbrennungsmodus nicht umgestellt und die Temperatur der katalytischen Wandler 20, 22 wird nicht zwangsweise erhöht, selbst wenn die Temperatur der katalytischen Wandler 20, 22 unmittelbar nachdem das Fahrzeug 50 angefangen hat, sich in Bewegung zu setzen, abnimmt. Dies verhindert unnötige Temperaturerhöhungen der katalytischen Wandler 20, 22 und vermeidet, dass die Kraftstoffeffizienz durch Ausführen einer nicht erforderlichen stöchiometrischen Verbrennung verringert wird.
(3) Das Abgasreinigungsgerät setzt die Zeitspanne (Temperaturerhöhungszeitspanne) fest, während der der Verbrennungsmodus zu einer stöchiometrischen Verbrennung umgestellt wird, um die Temperaturerhöhung der katalytischen Wandler 20, 22 in Übereinstimmung mit der Verschlechterung der katalytischen Wandler 20, 22 zu steigern. Selbst wenn sich somit die Temperatur, bei der die erwünschte Reinigungsfähigkeit erhalten wird, infolge einer Verschlechterung ändert, wird die Katalysatortemperaturerhöhung in Übereinstimmung mit solch einer Änderung gesteigert. Dies verhindert des weiteren die Abgabe von unerwünschten Abgasemissionen, wenn das Fahrzeug anfängt, sich in Bewegung zu setzen.
(4) Die Verschlechterung der katalytischen Wandler 20, 22 wird auf der Grundlage der vom Fahrzeug 50 insgesamt gefahrenen Strecke bestimmt. Somit wird die Verschlechterung mit Leichtigkeit bestimmt. Dies bewirkt, dass die Abgabe von unerwünschten Abgasemission weiter verhindert wird, wenn das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen.
(5) Das Abgasreinigungsgerät erhöht die Abgastemperatur durch zwangsweises Umstellen des Verbrennungsmodus von einer Schichtladeverbrennung (magere Verbrennung) zu einer stöchiometrischen Verbrennung. Folglich muss beispielsweise kein separater Temperaturerhöhungsmechanismus für das Abgasreinigungsgerät bereitgestellt werden, um die Temperatur der katalytischen Wandler 20, 22 zu erhöhen. Somit ist der Aufbau des Geräts unkompliziert.
Zweites Ausführungsbeispiel
Ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Die Beschreibung konzentriert sich auf die Teile, die sich von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheiden.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann die erwünschte Reinigungsfähigkeit des katalytischen Wandlers 20 der Dreiwege-Art und des NOx-Katalysators 22 nicht erhalten werden, wenn die Temperatur der katalytischen Wandler 20, 22 niedriger als die Katalysatoraktivierungstemperatur ist. Jedoch verringert sich die erwünschte Reinigungsfähigkeit vor allem des NOx-Katalysators 22, wenn die Temperatur infolge der nachstehend beschriebenen Gründe abnimmt.
Der NOx-Katalysator 22 speichert vorübergehend das NOx, das im Abgas enthalten ist, wenn eine Schichtladeverbrennung ausgeführt wird. Jedoch ist der Maximalwert der Speichermenge (nachstehend als Maximalspeichermenge bezeichnet) nicht konstant und ändert sich in Übereinstimmung mit der Temperatur des Katalysators 22 (Katalysatortemperatur Tc), wie dies in der 7 gezeigt ist. Wenn in der graphischen Darstellung aus 7 zum Beispiel die Katalysatortemperatur Tc der TC2 entspricht, ist QMAX2 die NOx-Maximalspeichermenge. Wenn die Katalysatortemperatur Tc auf Tc1 abnimmt, verringert sich die maximale NOx-Speichermenge Q2 auf QMAX1. Wenn die erforderliche Speichermenge der Q2 entspricht, ist sie kleiner als die Maximalspeichermenge QMAX2, wenn die Katalysatortemperatur der Tc2 entspricht, aber höher als die Maximalspeichermenge QMAX1, wenn die Katalysatortemperatur der Tc1 entspricht. Somit wird die überschüssige Menge bei der Temperatur Tc1 (Q2-QMAX1) nicht durch den NOx-Katalysator 22 gespeichert und wird von dem NOx-Katalysator, ohne reduziert zu werden, emittiert. Bei solch einem Zustand ist die Reinigungsfähigkeit des Katalysators 22 verringert.
Um solche NOx-Emissionen zu vermeiden, die durch eine Temperaturabnahme verursacht werden, stellt das Abgasreinigungsgerät des zweiten Ausführungsbeispiels zwangsweise den Verbrennungsmodus zu einer fetten Verbrennung um, wenn das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen, wobei die Katalysatortemperatur Tc rasch abnimmt. Dies reduziert das NOx, das durch den NOx-Katalysator 22 gespeichert wird, vor einer Emission.
Eine NOx-Reduktionsroutine wird nun unter Bezugnahme auf die 8 bis 11 beschrieben.
Wenn sich bei der NOx-Reduktionsroutine das Fahrzeug 50 nicht fortbewegt, wird eine Marke (Marke für die fette Verbrennung XRICHS) zum Bestimmen, ob der Verbrennungsmodus umzustellen ist oder nicht, auf der Grundlage der Temperatur des NOx-Katalysators 22 gesetzt. Wenn die Marke für die fette Verbrennung XRICHS auf EIN ist, während das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen, wird der Verbrennungsmodus zwangsweise zu einer fetten Verbrennung umgestellt.
Die 8 und 9 sind Flussdiagramme, die die Abläufe zum Setzen der fetten Verbrennungsmarke XRICHS zeigen. Die ECU 40 führt die Routine, die in den Flussdiagrammen gezeigt ist, unter Anwendung von Unterbrechungen und in vorbestimmten Zyklen auf der Grundlage des Kurbelwinkels aus.
Wenn bei dem Schritt 300 in die Routine eingestiegen wird, schätzt die ECU 40 zuerst die Katalysatortemperatur Tc auf die gleiche Weise wie bei dem Schritt 100 aus der 2.
Dann geht die ECU 40 zu dem Schritt 310 weiter und bestimmt, ob die Marke für die fette Verbrennung XRICHS auf AUS ist oder nicht. Wenn die Marke XRICHS auf EIN ist, geht die ECU 40 zu dem Schritt 350 weiter, der in der 9 gezeigt ist.
Wenn die Marke XRICHS bei dem Schritt 310 auf AUS ist, geht die ECU 40 zu dem Schritt 320 weiter und bestimmt, ob das Signal LL eines gänzlich entlasteten Gaspedals auf EIN ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit SPD niedriger als eine vorbestimmte Geschwindigkeit α ist oder nicht. Mit anderen Worten bestimmt die ECU 40 auf die gleiche Weise wie bei dem Schritt 120 aus der 2, ob sich das Fahrzeug 50 nicht fortbewegt.
Wenn sich das Fahrzeug 50 bei dem Schritt 320 fortbewegt, geht die ECU 40 zu dem Schritt 350 aus der 9 weiter. Wenn sich das Fahrzeug bei dem Schritt 320 nicht fortbewegt, geht die ECU 40 zu dem Schritt 330 weiter und vergleicht die Katalysatortemperatur Tc mit einem vorbestimmten Grenzwert T0.
Der Grenzwert T0, der mit der Temperatur des NOx-Katalysators 22 verglichen wird, wenn sich das Fahrzeug 50 nicht fortbewegt, wird verwendet, um zu bestimmen, ob die Temperatur des NOx-Katalysators 22 (Katalysatortemperatur Tc) auf einen Wert abnehmen wird, bei dem die Verringerung der Maximalspeichermenge nicht ignoriert werden kann, wenn das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen.
Wenn die ECU 40 bestimmt, dass die Katalysatortemperatur Tc bei dem Schritt 330 niedriger als der Grenzwert T0 ist, wird sich der NOx-Katalysator 22 verringern, wenn das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen. Dies verringert bedeutsam die Maximalspeichermenge auf ein Niveau, das nicht ignoriert werden kann. Folglich geht die ECU 40 in diesem Fall zu dem Schritt 340 weiter und setzt die Marke für die fette Verbrennung XRICHS auf EIN.
Wenn die Katalysatortemperatur Tc bei dem Schritt 330 größer als oder gleich wie der Grenzwert T0 ist, bestimmt die ECU 40, dass sich die Maximalspeichermenge des NOx nicht bedeutsam verringern wird, selbst wenn die Temperatur des NOx-Katalysators 22 abnimmt, während das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen, und geht zu dem Schritt 350 aus 9 weiter. In diesem Fall wird die Marke für die fette Verbrennung XRICHS nicht auf EIN gesetzt und der Verbrennungsmodus wird somit nicht zwangsweise umgestellt.
Bei dem Schritt 350 bestimmt die ECU 40, ob die Marke für die fette Verbrennung XRICHS während den Schritten 300 bis 340 auf EIN gesetzt worden ist. Wenn die Marke für die fette Verbrennung XRICHS auf EIN ist, geht die ECU 40 zu dem Schritt 360 weiter und bestimmt, ob ein NOx-Zählerwert CNOX auf Null gesetzt ist oder nicht.
Der NOx-Zählerwert CNOX zeigt die tatsächliche Speichermenge in dem NOx-Katalysator 22 an. Des weiteren wird der Zählerwert CNOX getrennt von dieser Routine in Übereinstimmung mit dem Verbrennungsmotorbetriebszustand, wie beispielsweise die Verbrennungsmotorlast und die Verbrennungsmotordrehzahl, erhöht und verringert.
Zum Beispiel wird, da die Menge an NOx im Abgas zunimmt, wenn eine Schichtladeverbrennung ausgeführt wird, der NOx-Zählerwert CNOX um einen vorbestimmten Wert auf eine inkrementelle Weise erhöht. Der vorbestimmte Wert wird in Übereinstimmung mit dem Verbrennungsmotorbetriebszustand festgesetzt. Da die Menge an HC und CO im Abgas zunimmt, wenn eine fette Verbrennung ausgeführt wird, und die Menge an NOx im NOx-Katalysator 22 unter Verwendung des HC und CO als Reduktionsmittel reduziert wird, wird der NOx-Zählerwert CNOX um einen vorbestimmten Wert, der in Übereinstimmung mit dem Verbrennungsmotorbetriebszustand festgesetzt wird, auf eine dekrementelle Weise verringert.
Folglich verringert sich die tatsächliche Menge an NOx im NOx-Katalysator 22, weil sich der NOx-Zählerwert CNOX verringert. Wenn zum Beispiel der NOx-Zählerwert CNOX auf Null gesetzt wird, wird das gesamte NOx im NOx-Katalysator 22 reduziert.
Wenn der NOx-Zählerwert CNOX bei dem Schritt 360 Null ist, ist kein NOx in dem NOx-Katalysator 22 vorhanden, und der Verbrennungsmodus muss nicht umgestellt werden, um das NOx zu reduzieren. Somit geht die ECU 40 zu dem Schritt 370 weiter und setzt die Marke für die fette Verbrennung XRICHS auf AUS. Die Routine wird vorübergehend beendet, wenn die Marke für die fette Verbrennung XRICHS bei dem Schritt 370 auf AUS gesetzt wird, wenn die Marke für die fette Verbrennung XRICHS bei dem Schritt 350 nicht auf EIN gesetzt wird, oder wenn der NOx-Zählerwert CNOX bei dem Schritt 360 nicht Null ist.
Die Abläufe zum Umstellen des Verbrennungsmodus in Übereinstimmung mit der fetten Verbrennungsmarke XRICHS werden nun unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm aus 10 erörtert. Die ECU 40 führt die Routine, die in dem Flussdiagramm gezeigt ist, unter Anwendung von Unterbrechungen und in vorbestimmten Zyklen auf der Grundlage des Kurbelwinkels aus.
Wenn in die Routine bei dem Schritt 410 eingestiegen wird, bestimmt die ECU 40 zuerst, ob das Signal LL eines gänzlich entlasteten Gaspedals auf AUS ist oder nicht, das heißt, ob das Gaspedal niedergedrückt worden ist, um das Fahrzeug 50 in Bewegung zu setzen. Wenn bei dem Schritt 410 bestimmt wird, dass das Signal LL eines gänzlich entlasteten Gaspedals auf AUS ist, geht die ECU 40 zu dem Schritt 420 weiter und bestimmt, ob die Marke für die fette Verbrennung XRICHS auf EIN ist oder nicht.
Wenn die ECU 40 bei dem Schritt 420 bestimmt, dass die Marke für die fette Verbrennung XRICHS auf AUS ist, wird die Temperatur des NOx-Katalysators 22 auf einen Wert abnehmen, bei dem sich die Maximalspeichermenge bedeutsam verringert, wenn das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen. Somit geht die ECU 40 zu dem Schritt 430 weiter und setzt zwangsweise den Verbrennungsmodus zu einer fetten Verbrennung.
Wenn das Signal LL eines gänzlich entlasteten Gaspedals bei dem Schritt 410 auf EIN ist, oder wenn die Marke für die fette Verbrennung XRICHS bei dem Schritt 420 auf AUS ist, wird ein zwangsweises Umstellen des Verbrennungsmodus nicht ausgeführt. Somit geht die ECU 40 zu dem Schritt 440 weiter und setzt den Verbrennungsmodus in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 10, wie beispielsweise die Verbrennungsmotorlast und die Verbrennungsmotordrehzahl. Nachdem der Verbrennungsmodus bei dem Schritt 430 oder 440 gesetzt worden ist, wird die Routine vorübergehend beendet.
11 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel zeigt, wie der Verbrennungsmodus in Übereinstimmung mit der NOx-Reduktionsroutine umgestellt wird.
Wenn, wie dies in der 11 gezeigt ist, während eine Schichtladeverbrennung (magere Verbrennung) ausgeführt wird, das Gaspedal entlastet wird und somit nicht niedergedrückt wird (das Signal LL eines gänzlich entlasteten Gaspedals wird auf EIN gesetzt) (Zeitpunkt t1), wird die Fahrzeuggeschwindigkeit SPD niedriger als die vorbestimmte Geschwindigkeit α (Zeitpunkt t2) und die Katalysatortemperatur Tc wird niedriger als der Grenzwert T0 (Zeitpunkt t3), wobei die Marke für die fette Verbrennung XRICHS auf EIN gesetzt wird. Selbst wenn jedoch die Marke für die fette Verbrennung XRICHS auf EIN gesetzt wird, wird der Verbrennungsmodus in dem Modus gehalten, der dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 10 entspricht (Schichtladeverbrennung), bis das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen (Zeitraum t3 bis t4).
Wenn anschließend das Gaspedal niedergedrückt wird (das Signal LL eines gänzlich entlasteten Gaspedals wird auf AUS gesetzt) und das Fahrzeug anfängt, sich in Bewegung zu setzen, wird der Verbrennungsmodus von einer Schichtladeverbrennung zu einer fetten Verbrennung umgestellt (Zeitpunkt t4).
Die Menge an HC und CO, die im Abgas enthalten ist, erhöht sich, wenn der Verbrennungsmodus von einer Schichtladeverbrennung zu einer fetten Verbrennung umgestellt wird. Diese unverbrannten Bestandteile werden zu dem NOx-Katalysator 22 als Reduktionsmittel geführt. Somit erhöht sich die Menge an NOx, die von dem Katalysator 22 abgegeben wird. Demzufolge verringert sich die tatsächliche NOx-Menge (NOx-Zählerwert CNOX) in dem Katalysator 22 bedeutsam im Vergleich zu dem Fall, bei dem eine Schichtladeverbrennung fortgesetzt worden wäre (wie dies durch die gestrichelten Strichpunktlinien, die die Katalysatortemperatur Tc, die Maximalspeichermenge des NOx-Katalysators 22 und den NOx-Zählerwert CNOX darstellen, gezeigt ist). Demzufolge wird kein nicht reduziertes NOx von dem Katalysator 22 emittiert, selbst wenn die Katalysatortemperatur Tc unmittelbar nachdem das Fahrzeug 50 angefangen hat, sich in Bewegung zu setzen, sinkt.
Das Umstellen des Verbrennungsmodus verringert die Menge an NOx im NOx-Katalysator 22. Wenn sich der NOx-Zählerwert CNOX auf Null verringert, wird die Marke für die fette Verbrennung XRICHS auf AUS gesetzt. Dadurch wird der Verbrennungsmodus von einer fetten Verbrennung zu dem Modus zurückgestellt, der dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 10 (Schichtladeverbrennung) entspricht (Zeitpunkt t5).
Der Verbrennungsmodus wird während der Zeitspanne ab dem Zeitpunkt, bei dem das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen, wobei anschließend die Katalysatortemperatur Tc unter den unteren Grenzwert T1 sinkt, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem die Katalysatortemperatur Tc den oberen Grenzwert T2 erreicht, umgestellt. Folglich wird die Zeitspanne, während der eine stöchiometrische Verbrennung ausgeführt wird, das heißt die Zeitspanne, während der die Verbrennungsmodusumstellung die Temperaturerhöhung der katalytischen Wandler 20, 22 steigert (Zeitspanne t4 bis t5), durch die Grenzwerte T1, T2 bestimmt. Die Grenzwerte T1, T2 werden in Übereinstimmung mit der Verschlechterung der katalytischen Wandler 20, 22 festgesetzt. Somit wird die Verschlechterung der katalytischen Wandler 20, 22 in Betracht gezogen, wenn die Temperaturerhöhungszeitspanne festgelegt wird.
Das Abgasreinigungsgerät des zweiten Ausführungsbeispiels weist die nachstehend beschriebenen Vorteile auf.
(6) Das Abgasreinigungsgerät des zweiten Ausführungsbeispiels bestimmt, ob das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen, stellt den Verbrennungsmodus zu einer fetten Verbrennung um, wenn das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen, und beliefert den NOx-Katalysator 22 mit dem HC und CO, die im Abgas enthalten sind, um das NOx, das im NOx-Katalysator 22 enthalten ist, zu reduzieren und abzugeben. Somit wird die Emission von nicht reduziertem NOx aus dem NOx-Katalysator 22 verhindert, selbst wenn sich die Temperatur des NOx-Katalysators 22 unmittelbar nachdem das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen, verringert. Somit wird die Emission von unerwünschten Abgasen infolge solch einer Temperaturverringerung verhindert.
(7) Das Abgasreinigungsgerät des zweiten Ausführungsbeispiels stellt den Verbrennungsmodus unter der Bedingung um, dass die Katalysatortemperatur Tc niedriger als der Grenzwert TO ist, wenn sich das Fahrzeug 50 nicht fortbewegt. Wenn somit keine Möglichkeit besteht, dass sich die Maximalspeichermenge bedeutsam verringert, wird der Verbrennungsmodus, selbst wenn die Temperatur des NOx-Katalysators 22 unmittelbar nachdem das Fahrzeug 50 angefangen hat, sich in Bewegung zu setzen, sinkt, nicht umgestellt und das Reduktionsmittel nicht geliefert. Dies unterbindet die Lieferung von nicht erforderlichem Reduktionsmittel zu dem NOx-Katalysator 22 und verhindert, dass sich die Kraftstoffeffizienz infolge einer nicht erforderlichen fetten Verbrennung verringert.
(8) Das Abgasreinigungsgerät des zweiten Ausführungsbeispiels stellt den Verbrennungsmodus von einer Schichtladeverbrennung (magere Verbrennung) zu einer fetten Verbrennung um. Dadurch wird der NOx-Katalysator 22 mit den vermehrten unverbrannten Bestandteilen (HC und CO), die im Abgas als Reduktionsmittel enthalten sind, beliefert. Somit muss kein separater Reduktionsmittelliefermechanismus für das Abgasreinigungsgerät bereitgestellt werden. Dies verhindert, dass der Aufbau des Abgasreinigungsgeräts kompliziert wird.
Es sollte Fachleuten ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung in vielen anderen bestimmten Formen ausgeführt werden kann. Vor allem sollte es klar sein, dass die vorliegende Erfindung in den folgenden Formen ausgeführt werden kann.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel kann anstatt des Umstellens des Verbrennungsmodus von einer Schichtladeverbrennung zu einer stöchiometrischen Verbrennung, der Verbrennungsmodus zu anderen Modi umgestellt werden, wie beispielsweise einer mageren homogenen Ladeverbrennung oder einer fetten Verbrennung, einem Verbrennungsmodus, bei dem die Schichtungsstärke schwächer als die der Schichtladeverbrennung (Halb-Schichtladeverbrennung) ist oder einem Verbrennungsmodus, bei dem die Abgastemperatur höher als die der Schichtladeverbrennung ist. Des weiteren kann in Übereinstimmung mit der Katalysatortemperatur Tc, wenn sich das Fahrzeug 50 nicht fortbewegt, der Verbrennungsmodus zu einer mageren homogenen Ladeverbrennung, einer fetten Verbrennung oder einer Halb-Schichtladeverbrennung umgestellt werden. Ersatzweise kann anstatt des Umstellens des Verbrennungsmodus die Temperaturerhöhung der katalytischen Wandler 20, 22 beispielsweise durch Verzögern des Zündzeitpunkts der Zündkerze 16 gesteigert werden. Um die Schichtungsstärke zu schwächen, kann zum Beispiel die Kraftstoffeinspritzzeit von der letzten Hälfte des Verdichtungstakts vorauseilend sein oder ein Teil des Kraftstoffs kann während des Ansaugtakts zusätzlich zu dem des Verdichtungstakts eingespritzt werden.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel kann anstatt des Festlegens einer Bedingung für die Katalysatortemperatur Tc, wenn sich das Fahrzeug 50 nicht fortbewegt, der Verbrennungsmodus immer von einer Schichtladeverbrennung zu einer stöchiometrischen Verbrennung für eine vorbestimmte Zeitspanne umgestellt werden, wenn das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel können die Grenzwerte T1, T2 auf unterschiedliche Weise in Übereinstimmung mit einem anderen Parameter als die insgesamt von dem Fahrzeug 50 gefahrene Strecke festgelegt werden (z.B. die gesamte Betriebszeit des Verbrennungsmotors 10). Ersatzweise können die Grenzwerte T1, T2 festgesetzte Werte sein.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel kann zum Beispiel der Verbrennungsmodus unter der Bedingung umgestellt werden, dass die NOx-Speichermenge gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Menge ist (der NOx-Zählerwert CNOX ist gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert), wenn sich das Fahrzeug 50 nicht fortbewegt. Ersatzweise kann der Verbrennungsmodus unter der Bedingung umgestellt werden, dass der Unterschied zwischen der Maximalspeichermenge des NOx-Katalysators 22, die bei der Katalysatortemperatur Tc erhalten werden kann, und der tatsächlichen Speichermenge gleich wie oder kleiner als eine vorbestimmte Menge ist, wenn sich das Fahrzeug 50 nicht fortbewegt. Als andere Wahlmöglichkeit kann der Verbrennungsmodus immer zu einer fetten Verbrennung für eine vorbestimmte Zeitspanne umgestellt werden, ohne dass solche Bedingungen festgelegt werden, wenn das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Zeitspanne, während der der Verbrennungsmodus zu einer fetten Verbrennung umgestellt wird, zum Beispiel in Übereinstimmung mit der Katalysatortemperatur Tc festgelegt werden.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel kann zum Beispiel der HC, der erzeugt wird, wenn der Kraftstoff im Kraftstofftank erwärmt wird, dem Abschnitt des Abgaskanals 18 stromaufwärts des NOx-Katalysators 22 zugeführt werden.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Temperaturerhöhung von beiden katalytischen Wandlern 20, 22 durch Ausführen einer stöchiometrischen Verbrennung für eine vorbestimmte Zeitspanne nach einer fetten Verbrennung gesteigert werden, wenn die Verringerung der Katalysatortemperatur Tc groß ist, während sich das Fahrzeug 50 nicht fortbewegt. Dadurch wird die Fähigkeit, dass HC aus dem Abgas mit dem katalytischen Wandler 20 der Dreiwege-Art beseitigt werden kann, und die Fähigkeit, dass das NOx mit dem NOx-Katalysator 22 auf einem zufriedenstellenden Niveau gespeichert werden kann, erhalten.
Bei jedem der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele kann ein Abgastemperatursensor im Abgaskanal 18 so angeordnet sein, dass er die Temperatur des Abgases im Abgaskanal 18 erfasst und die Katalysatortemperatur Tc schätzt.
Das Abgasreinigungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf einen Verbrennungsmotor angewandt werden, der eine magere homogene Ladeverbrennung oder eine Halb-Schichtladeverbrennung ausführt.
Das Abgasreinigungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf einen Verbrennungsmotor angewandt werden, bei dem Kraftstoff in eine Einlassöffnung gespritzt wird.
Die vorliegenden Beispiele und Ausführungsbeispiele sind als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten.
Ein Abgasreinigungsgerät für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, die eine magere Verbrennung ausführen und Abgas mit einem katalytischen Wandler (20) reinigen, der sich in einem Abgaskanal befindet, weist eine Bestimmungseinrichtung (40) zum Bestimmen, ob sich das Fahrzeug fortbewegt, und eine Temperaturerhöhungseinrichtung (40) auf, die eine Temperatur des katalytischen Wandlers erhöht, wenn das Fahrzeug 50 anfängt, sich in Bewegung zu setzen. Die Temperaturerhöhungseinrichtung erhöht die Temperatur des katalytischen Wandlers durch Umstellen des Verbrennungsmodus des Verbrennungsmotors von einer mageren Verbrennung zu einer stöchiometrischen Verbrennung.

Claims

Abgasreinigungsgerät, das auf einen Verbrennungsmotor (10), der eine magere Verbrennung ausführt, angewandt wird, wobei dieses in ein Fahrzeug (50) eingebaut ist, um Abgas mit einem katalytischen Wandler (20, 22) zu reinigen, der sich in einem Auslasskanal (18) des Verbrennungsmotors (10) befindet, wobei das Gerät gekennzeichnet ist durch eine Bestimmungseinrichtung (40) zum Bestimmen, ob das Fahrzeug (50) angefangen hat, sich in Bewegung zu setzen oder nicht; und eine Temperaturerhöhungseinrichtung (40) zum Erhöhen der Temperatur des katalytischen Wandlers (20, 22), wenn die Bestimmungseinrichtung (40) bestimmt, dass das Fahrzeug (50) angefangen hat, sich in Bewegung zu setzen.
Abgasreinigungsgerät gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerhöhungseinrichtung (40) die Temperatur des katalytischen Wandlers (20, 22) erhöht, wenn das Fahrzeug (50) anfängt, sich in Bewegung zu setzen, vorausgesetzt, dass die Temperatur des katalytischen Wandlers (20, 22) niedriger als eine vorbestimmte Temperatur (S130, S330) ist.
Abgasreinigungsgerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerhöhungsreinrichtung (40) eine Verschlechterung des katalytischen Wandlers (20, 22) bestimmt, und eine Temperaturerhöhungszeitspanne festsetzt, während der die Temperatur des katalytischen Wandlers (20, 22) in Übereinstimmung mit der Verschlechterung erhöht wird.
Abgasreinigungsgerät gemäß Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerhöhungseinrichtung (40) die Verschlechterung des katalytischen Wandlers (20, 22) auf der Grundlage der vom Fahrzeug (50) insgesamt gefahrenen Strecke bestimmt.
Abgasreinigungsgerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerhöhungseinrichtung (40) die Temperatur des katalytischen Wandlers (20, 22) durch Umstellen eines Verbrennungsmodus des Verbrennungsmotors (10) von einer mageren Verbrennung zu einer stöchiometrischen Verbrennung (S230) erhöht.
Verfahren zum Reinigen von Abgas, das von einem Verbrennungsmotor (10) erzeugt wird, der eine magere Verbrennung ausführt, mit einem katalytischen Wandler (20, 22), der sich in einem Auslasskanal (18) des Verbrennungsmotors (10) befindet, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Bestimmen, ob das Fahrzeug (50) angefangen hat, sich in Bewegung zu setzen oder nicht; und Erhöhen der Temperatur des katalytischen Wandlers (20, 22), wenn bei dem Bestimmungsschritt bestimmt wird, dass das Fahrzeug (50) angefangen hat, sich in Bewegung zu setzen.