DE602004011589T2

DE602004011589T2 - Abgassteuerungsvorrichtung und -methode für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE602004011589T2
Application number: DE602004011589T
Authority: DE
Inventors: Tetsuji Toyota-shi Aichi-ken Tomita; Tatsumasa Toyota-shi Aichi-ken Sugiyama; Jun Toyota-shi Aichi-ken Tahara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2024-11-27
Also published as: EP1536120A3; EP1536120A2; DE602004011589D1; EP1536120B1; ES2297326T3; JP2005155500A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Abgassteuerungsvorrichtung, die Abgas, das aus einem Verbrennungsmotor ausgetragen wird, unter Verwendung eines Abgassteuerungskatalysators reinigt, sowie ein Steuerverfahren dafür.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Eine Abgassteuerungsvorrichtung für einen Dieselmotor, in der teilchenförmiges Material (PM), das im Abgas enthalten ist, unter Verwendung eines Abgassteuerungskatalysators, der in einer Abgasleitung vorgesehen ist, abgefangen wird, und eine Katalysatorregenerierungssteuerung zur Regenerierung des Abgassteuerungskatalysators durch Entfernen des angesammelten teilchenförmigen Materials durchgeführt wird, ist bekannt. Wenn die Katalysatorregenerierungssteuerung durchgeführt wird, wird die Menge an teilchenförmigem Material, das sich im Abgassteuerungskatalysator angesammelt hat, auf der Basis eines Betriebszustands eines Verbrennungsmotors geschätzt. Wenn eine vorgegebene Bedingung für die Regenerierung einschließlich einer Bedingung, dass die geschätzte Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials bei oder über einem vorgegebenen Wert liegt, erfüllt ist, wird von einem Abgaszufuhrventil, das getrennt von einem Kraftstoffeinspritzventil zum Antreiben des Motors vorgesehen ist, Kraftstoff zu einem Abschnitt stromaufwärts vom Abgassteuerungskatalysator in der Abgasleitung geliefert. Der zugeführte Kraftstoff wird im Abgassteuerungskatalysator verbrannt und Wärme wird erzeugt. Die Wärme erhöht die Temperatur des Abgassteuerungskatalysators (im Folgenden als „Katalysatortemperatur" bezeichnet) auf eine Temperatur, bei der das teilchenförmige Material verbrannt werden kann, um es zu beseitigen, und somit wird der Abgassteuerungskatalysator regeneriert.
In der Abgassteuerungsvorrichtung führt der Abgassteuerungskatalysator keine Abgassteuerungsfunktion aus, wenn die Katalysatortemperatur einen bestimmten Wert (d. h. eine Temperaturobergrenze) übersteigt. Daher ist es nötig, zu verhindern, dass die Katalysatortemperatur die Temperaturobergrenze übersteigt. Somit wird beispielsweise, wenn der Motor während der Katalysatorregenerierungssteuerung verlangsamt wird, ein Ansaugdrosselventil in einem Einlasskanal ganz oder im Wesentlichen ganz geöffnet. Bei dieser Technik wird die Menge an Luft, die im Abgas enthalten ist, erhöht, um die Wärmemenge, die durch die Luft im Abgas entfernt wird, während die Luft im Abgas durch den Abgassteuerungskatalysator strömt, zu erhöhen, wodurch eine Zunahme der Katalysatortemperatur verhindert wird.
Als Stand der Technik offenbart beispielsweise die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2002-371889 ( JP-A-2002-371889 ) eine Technik, bei der ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis von Abgas für einen vorgegebenen Zeitraum angefettet wird, wenn ein Motor verlangsamt wird, und ein NOx-Katalysator aktiv ist, um den NOx-Katalysator zu regenerieren, und dann eine Kraftstoffunterbrechung durchgeführt wird.
Falls jedoch der Motor während der Katalysatorregenerierungssteuerung verlangsamt wird, während die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material groß ist, kann, wenn das Ansaugdrosselventil ganz oder im Wesentlichen ganz geöffnet ist, wie oben beschrieben, die Katalysatortemperatur scharf ansteigen und die Temperaturobergrenze übersteigen.
Dieses Phänomen wird nachstehend beschrieben. In der genannten Situation ist die Abgasmenge aufgrund der Verlangsamung verringert, und die Wärmemenge, die durch die Luft im Abgas entfernt wird, ist verringert. Da jedoch die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials groß ist, steigt die Wärmemenge, die aufgrund der Oxidation des teilchenförmigen Materials erzeugt wird. Ferner steigt die Menge an zugeführtem Sauerstoff aufgrund der Öffnung des Ansaugdrosselventils, und somit wird die Wärmeerzeugung gefördert. Infolgedessen wird die Wärmemenge, die aufgrund einer Oxidation des teilchenförmigen Materials erzeugt wird, größer als die Wärme menge, die durch die Luft im Abgas entfernt wird. Somit kann die Katalysatortemperatur so stark steigen, dass sie die obere Temperaturgrenze übersteigt.
In der in der oben genannten japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2002-371889 genannten Technik kann durch eine Kraftstoffunterbrechung verhindert werden, dass die Menge an teilchenförmigem Material, das sich im Abgassteuerungskatalysator angesammelt hat, zunimmt. Jedoch kann in dem Fall, dass die Kraftstoffeinspritzung nach einer Kraftstoffunterbrechung wieder begonnen wird, beispielsweise wenn das Fahrzeug nach einer Verlangsamung beginnt, mit konstanter Geschwindigkeit zu fahren, das teilchenförmige Material sich erneut zu sammeln beginnen, und somit kann die Menge an teilchenförmigem Material zunehmen. Somit kann auch in der in der genannten japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2002-371889 offenbarten Technik das genannte Problem auftreten, wenn der Motor während der Katalysatorregenerierungssteuerung verlangsamt wird, während die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials groß ist.
Das Dokument WO 2004/0767837 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung der Regenerierung eines Abgasteilchen-Reinigungsfilters und ein Programm zur Steuerung der Regenerierung. Hierbei öffnet eine ECU ein AGR-Steuerventil, so dass eine AGR-Menge erhöht wird, oder die ECU vermindert die Luftmenge, die durch ein Ansaugdrosselventil angesaugt wird, und erhöht die eingespritzte Kraftstoffmenge, so dass die Zunahme der Sauerstoffkonzentration verhindert wird, oder die ECU erhöht die Luftmenge, die von einem Turbolader angesaugt wird, so dass eine Abgasströmungsrate zu einem DPF erhöht wird. Durch eines der obigen Mittel oder eine Kombination davon wird ein schneller Anstieg der Sauerstoffkonzentration im DPF, der durch eine schnelle Verzögerung bewirkt wird, verhindert. Ferner kann der Temperaturanstieg im DPF durch Erhöhen einer Abgasströmungsrate durch den DPF auf ein niedriges Niveau beschränkt werden.
Ferner offenbart das Dokument US 2003/0106309 A1 eine Abgasemissions-Steuerungsvorrichtung, wobei eine Steuereinheit ein Regenerierungsunterstützungs mittel aktiviert, wenn ein spezifischer Betriebszustand, der eine unvollständige Verbrennung von Teilchen durch NO₂ als erste Bestimmungsbedingung beinhaltet, über mindestens einen vorgegebenen Zeitraum anhält, und eine Abgastemperatur oder eine Temperatur eines Katalysators steuert, um die Umwandlungsleistung des Katalysators in NO₂ zu verbessern, wodurch die Teilchen kontinuierlich regeneriert werden. Die Steuereinheit aktiviert Zwangsregenerierungsmittel, wenn eine Teilchenabscheidungsmenge, die von einem Abscheidungsmengen-Erfassungsmittel erfasst wird, als zweite Bestimmungsbedingung einen vorgegebenen Wert übersteigt, und steuert die Abgastemperatur oder eine Temperatur eines Filters so, dass diese höher ist als wenn das Regenerierungsunterstützungsmittel aktiviert wird, um den Filter zwangsweise zu regenerieren. Die Steuereinheit aktiviert entweder das Zwangsregenerierungsmittel oder das Regenerierungsunterstützungsmittel gemäß der vom Temperaturerfassungsmittel erfassten Temperatur, wenn die erste und die zweite Bestimmungsbedingung gleichzeitig erfüllt sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Abgassteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor und ein Steuerverfahren dafür, welche während einer Katalysatorregenerierungssteuerung eine Beschädigung einer Abgassteuerungsfunktion eines Abgassteuerungskatalysators aufgrund einer übermäßigen Zunahme einer Katalysatortemperatur verhindern können, auch wenn der Verbrennungsmotor verlangsamt wird, während eine Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material groß ist.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Abgassteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1.
Das teilchenförmige Material im Abgas, das aus dem Verbrennungsmotor ausgetragen wird, wird vom Abgassteuerungskatalysator festgehalten. Das teilchenförmige Material, das auf solche Weise im Abgassteuerungskatalysator festgehalten und akkumuliert wird, wird verbrannt und beseitigt, wodurch der Abgassteuerungskatalysator regeneriert wird. Luft im Abgas entfernt Wärme aus dem Abgassteuerungskatalysator, während sie durch den Abgassteuerungskatalysator strömt, und verhindert somit einen Anstieg der Katalysatortemperatur. Da die Abgasmenge jedoch gesenkt wird und somit die Luftmenge im Abgas gesenkt wird, während der Verbrennungsmotor verlangsamt wird, nimmt die Wärmemenge, die von der Luft entfernt wird, im Vergleich zu einer nicht durchgeführten Motorverlangsamung ab.
Während der Abgassteuerungskatalysator gerade regeneriert wird, reagiert jedoch das angesammelte teilchenförmige Material mit Sauerstoff in der Luft (d. h. das angesammelte teilchenförmige Material wird oxidiert) und Wärme wird erzeugt. Die erzeugte Wärmemenge steigt, wenn die Menge an teilchenförmigem Material zunimmt und wenn die Luftmenge (Sauerstoffmenge) zunimmt.
Der Grad einer Änderung (Zunahme) der Temperatur des Abgassteuerungskatalysators wird auf der Basis einer Differenz zwischen der Wärmemenge, die durch die Luft im Abgas entfernt wird, und der Wärmemenge, die aufgrund von Oxidation des teilchenförmigen Materials erzeugt wird, bestimmt. Was dies betrifft, so wird während einer Regenerierung des Abgaskatalysators in der Abgassteuerungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung eine Zunahme der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, wenn der Verbrennungsmotor verlangsamt wird, während die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material groß ist, im Vergleich zu einer Verlangsamung des Motors während die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material klein ist, in großem Umfang gesenkt. Daher wird die Sauerstoffmenge, die an der Oxidationsreaktion beteiligt ist, gesenkt, und somit wird die Wärmemenge, die aufgrund der Oxidation erzeugt wird, gesenkt. Infolgedessen ist es möglich, eine Beschädigung der Abgassteuerungsfunktion des Abgassteuerungskatalysators wegen einer übermäßigen Zunahme der Katalysatortemperatur zu verhindern.
Das Steuermittel kann die Zunahme der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, umso mehr unterdrücken, je größer die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials wird.
Mit der genannten Konfiguration unterdrückt das Steuermittel eine Zunahme der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, in geringem Umfang, wenn die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials gering ist, und die Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, ist groß. Daher ist die Mange des teilchenförmigen Materials, das an der Oxidationsreaktion beteiligt ist, klein, aber die Sauerstoffmenge, die an der Oxidationsreaktion beteiligt ist, ist groß. Wenn jedoch die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials groß ist, unterdrückt das Steuermittel die Zunahme der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, in großem Umfang, und die Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, ist klein. Daher ist die Menge des teilchenförmigen Materials, das an der Oxidationsreaktion beteiligt ist, groß, aber die Menge an Sauerstoff, der an der Oxidationsreaktion beteiligt ist, ist klein. Somit kann die Wärmemenge, die aufgrund einer Verbrennung des teilchenförmigen Materials erzeugt wird, unabhängig von der Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials konstant gehalten werden und somit kann die Katalysatortemperatur im Wesentlichen konstant gehalten werden.
Der Verbrennungsmotor kann ein Ansaugdrosselventil aufweisen, das eine Luftmenge, die durch eine Ansaugleitung in eine Brennkammer geholt wird, anpasst; und das Steuermittel kann die Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, durch Betätigung des Ansaugdrosselventils steuern.
Mit der genannten Konfiguration wird während einer Regenerierung des Abgassteuerungskatalysators die Öffnungsbetätigung des Ansaugdrosselventils unterdrückt, wenn der Verbrennungsmotor verlangsamt wird, während die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials groß ist, im Gegensatz zu dem Fall, dass der Verbrennungsmotor verlangsamt wird, während die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials klein ist. Da die Öffnungsbetätigung des Ansaugdrosselventils unterdrückt wird, wird die Zunahme der Luftmenge, die durch die Ansaugleitung in die Brennkammer geholt wird, unterdrückt, wodurch die Sauerstoffmenge, die an der Oxidationsreaktion des teilchenförmigen Materials, das sich im Abgassteuerungskatalysator angesammelt hat, beteiligt ist, gesenkt wird.
Der Verbrennungsmotor kann eine Abgasrückführeinrichtung aufweisen, die einen Teil des Abgases durch eine Ansaugleitung in eine Brennkammer zurückführt, und das Steuermittel kann die Zunahme der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, durch Erhöhen der Abgasmenge, die von der Abgasrückführeinrichtung zurückgeführt wird, unterdrücken.
Mit der genannten Konfiguration wird, wenn der Verbrennungsmotor verlangsamt wird, während die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials groß ist, die Abgasmenge, die von der Abgasrückführeinrichtung durch die Ansaugleitung zur Brennkammer zurückgeführt wird, erhöht, im Gegensatz zu dem Fall, dass der Motor verlangsamt wird, während die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials klein ist. Somit wird die Luftmenge, die in die Brennkammer geholt wird, gesenkt, wodurch die Sauerstoffmenge, die an der Oxidationsreaktion, die Sauerstoffmenge, die an der Oxidationsreaktion des teilchenförmigen Materials, das sich im Abgassteuerungskatalysator angesammelt hat, beteiligt ist, gesenkt wird.
Das Steuermittel kann eine Bestimmung der Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials auf der Basis eines Gradienten eines Temperaturanstiegs des Abgassteuerungskatalysators durchführen und kann die Zunahme der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, unter Verwendung eines Bestimmungsergebnisses unterdrücken.
Im Allgemeinen wird während einer Regenerierung des Abgassteuerungskatalysators die Wärmemenge, die aufgrund der Oxidationsreaktion erzeugt wird, eher groß sein, und der Gradient (Grad) der Zunahme der Katalysatortemperatur wird eher zunehmen, je größer die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials wird.
Durch Vordefinieren der Beziehung zwischen dem Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur und der Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials kann somit die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials auf der Basis des Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur bestimmt werden. Die Zunahme der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, wird auf der Basis des Bestimmungsergebnisses unterdrückt. Somit ist es möglich, eine Beschädigung der Abgasreinigungsfunktion des Abgassteuerungskatalysators aufgrund einer übermäßigen Zunahme der Katalysatortemperatur zu unterdrücken. Anhand des Unterschieds zwischen der Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials, die aufgrund des Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur ermittelt wird, und der Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials, die auf der Basis des Motorbetriebszustands bei Ermittlung des Gradienten ermittelt wird, kann die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials, die aufgrund des Motorbetriebszustands ermittelt wird, danach korrigiert werden.
Das Steuermittel kann bestimmen, dass die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials groß ist und kann die Erhöhung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, unterdrücken, wenn der Gradient der Zunahme der Katalysatortemperatur des Abgassteuerungskatalysators bei oder über einem Bezugswert liegt.
Wenn der Gradient der Zunahme der Katalysatortemperatur relativ klein ist, besteht möglicherweise keine Gefahr, dass die Katalysatortemperatur eine Temperaturobergrenze, bei der der Abgassteuerungskatalysator seine Abgasreinigungsfunktion nicht erfüllt, überschreitet. In diesem Fall ist es bevorzugt, die Verbrennung des teilchenförmigen Materials zu fördern, um den Abgassteuerungskatalysator zu regenerieren.
Daher kann die Erhöhung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, unterdrückt werden, wenn der Gradient der Zunahme der Katalysatortemperatur des Abgassteuerungskatalysators als Ergebnis eines Vergleichs bei oder über dem Bezugswert liegt, und die Erhöhung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, braucht nicht unterdrückt werden, wenn der Gradient der Zunahme der Katalysatortemperatur des Abgassteuerungskatalysators kleiner ist als der Bezugswert. Beispielsweise kann der Bezugswert auf den größten Wert in einer Region, in der die Katalysatortemperatur die Temperaturobergrenze auch dann nicht überschreitet, wenn die Erhöhung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, nicht unterdrückt wird, in einem gesamten Bereich der Gradientenwerte gesetzt werden. Da auf diese Weise bestimmt wird, ob es notwendig ist, die Erhöhung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, zu unterdrücken, und die Erhöhung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, nur dann unterdrückt wird, wenn dies nötig ist, ist es möglich, eine Beschädigung der Abgasreinigungsfunktion zu vermeiden und der Regenerierung des Katalysators Priorität einzuräumen, wenn dies unnötig ist.
Das Steuermittel kann die Erhöhung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, umso mehr unterdrücken, je größer ein Unterschied zwischen dem Gradienten der Zunahme der Temperatur des Abgassteuerungskatalysators und einem vorgegebenen Bezugswert wird.
Je höher der Gradient der Zunahme der Katalysatortemperatur wird, d. h. je größer der Unterschied zwischen dem Gradienten und einem bestimmten Wert (dem Bezugswert) wird, desto größer wird die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials. Beispielsweise kann der Bezugswert auf den größten Wert in einer Region, in der die Katalysatortemperatur die Temperaturobergrenze auch dann nicht überschreitet, wenn die Erhöhung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, nicht unterdrückt wird, in einem gesamten Bereich von Gradientenwerten gesetzt werden.
Somit kann dadurch, dass die Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, umso stärker gedrückt wird, je größer der Unterschied zwischen dem Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur und dem Bezugswert wird, das teilchenförmige Material unter Verwendung von Sauerstoff in einer Menge, die der Menge des ange sammelten teilchenförmigen Materials entspricht, oxidiert (verbrannt) werden, und ein übermäßiger Anstieg der Katalysatortemperatur kann wirksam unterdrückt werden, indem die Wärmemenge im Wesentlichen konstant gehalten wird, unabhängig von der Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials.
Wenn der Bezugswert wie oben beschrieben gesetzt wird und der Unterschied zwischen dem Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur und dem Bezugswert bei oder unter 0 liegt, das heißt, wenn der Gradient klein ist, wird die Erhöhung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, nicht unterdrückt, wodurch der Abgassteuerungskatalysator regeneriert werden kann, während ein übermäßiger Anstieg der Katalysatortemperatur verhindert werden kann.
Das Steuermittel kann die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials auf der Basis eines Gradienten der Zunahme der Temperatur des Abgassteuerungskatalysators schätzen und kann die Erhöhung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, unterdrücken, wenn die geschätzte Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials bei oder über einer vorgegebenen Menge liegt.
Durch Vordefinieren der Beziehung zwischen dem Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur und der Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials kann die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials auf der Basis des Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur geschätzt werden.
Wenn die geschätzte Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials bei oder über einem bestimmten Wert (dem vorgegebenen Wert) liegt, kann als Ergebnis eines Vergleichs dieser beiden bestimmt werden, dass die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials groß ist. Der vorgegebene Wert kann auf einen Wert, der dem größten Wert in einer Region entspricht, in der die Katalysatortemperatur die Temperaturobergrenze nicht überschreitet, auch wenn die Zunahme der Luftmenge im Verbrennungsmotor nicht unterdrückt wird, in einem gesamten Bereich von Gradientenwerten gesetzt werden.
Somit kann durch Unterdrücken der Erhöhung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, wenn die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials bei oder über dem vorgegebenen Wert liegt, und bestimmt wird, dass die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials groß ist, die Sauerstoffmenge, die an der Oxidationsreaktion des teilchenförmigen Materials beteiligt ist. gesenkt werden, und die Zunahme der Wärmemenge, die aufgrund der Oxidationsreaktion erzeugt wird, kann trotz der großen Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials unterdrückt werden. Infolgedessen ist es möglich, eine Beschädigung der Abgasreinigungsfunktion des Abgassteuerungskatalysators wegen einer übermäßigen Zunahme der Katalysatortemperatur zuverlässig zu unterdrücken.
Da der vorgegebene Wert wie oben beschrieben gesetzt wird und die Erhöhung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, nicht unterdrückt wird, wenn die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials kleiner ist als der vorgegebene Wert, kann der Abgassteuerungskatalysator regeneriert werden, während ein übermäßiger Anstieg der Katalysatortemperatur unterdrückt wird.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 10, in dem ein Abgassteuerungskatalysator, der in einer Abgasleitung für einen Verbrennungsmotor vorgesehen ist, durch Verbrennen und Beseitigen von teilchenförmigem Material, das sich im Abgassteuerungskatalysator angesammelt hat, regeneriert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung deutlich, in der gleiche Bezugszahlen verwendet werden, um gleiche Elemente zu bezeichnen, und worin:
1 eine Skizze ist, die die Konfiguration einer Abgassteuerungsvorrichtung für einen Motor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ein Ablaufschema ist, das ein Verfahren zur Steuerung einer Ansaugluftmenge während einer Katalysatorregenerierungssteuerung, wenn der Motor verlangsamt wird, während die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials groß ist, zeigt;
3 eine Skizze ist, die den Aufbau eines Kennfelds zeigt, das zur Berechnung eines angestrebten Drosselventil-Öffnungsgrads auf der Basis der Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials verwendet wird;
4A eine Skizze ist, die den Aufbau eines Kennfelds zeigt, das zur Schätzung der Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials auf der Basis eines Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur verwendet wird;
4B eine Skizze ist, die den Aufbau eines Kennfelds zeigt, das zur Schätzung eines Korrekturbetrags für die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials, die auf der Basis des Motorbetriebszustands ermittelt wird, verwendet wird; und
5 ein Zeitschema ist, das den Betrieb der Abgassteuerungsvorrichtung erläutert.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben. 1 zeigt einen Dieselmotor 10 (im Folgenden einfach als „Motor" 10 bezeichnet), der in einem Fahrzeug eingebaut ist, und eine Abgassteuerungseinrichtung 11 für den Motor 10. Der Motor 10 weist hauptsächlich eine Ansaugleitung 12, eine Brennkammer 13 und eine Abgasleitung 14 auf. Ein Luftreiniger 15 zur Reinigung von Luft, die in den die Ansaugleitung 12 geholt wird, ist auf der am weitesten stromaufwärts gelegenen Seite der Ansaugleitung 12 vorgesehen. Im Motor 10 sind ein Kompressor 16A eines Turboladers 16, ein Zwischenkühler 17 und ein Ansaugdrosselventil 18 in dieser Reihenfolge in Richtung vom Luftreiniger 15 zur stromabwärtigen Seite der Ansaugleitung 12 vorgesehen. Ein Ansaugverteiler 19 ist stromabwärts von einem Ansaugdrosselventil 18 in der Ansaugleitung 12 vorgesehen, als Verzweigungsabschnitt der Ansaugleitung 12. Die Ansaugleitung 12 ist über diesen Verzweigungsabschnitt mit der Brennkammer 13 jedes Zylinders des Motors 10 verbunden.
Im Motor 10 ist für jede Brennkammer 13 ein Kraftstoffeinspritzventil 21 zum Einspritzen von Kraftstoff, der zur Verbrennung in der Brennkammer 13 verwendet wird, vorgesehen. Kraftstoff wird jedem Kraftstoffeinspritzventil 21 von einem Kraftstofftank 23 über eine Kraftstoffversorgungsleitung 22 zugeführt. In der Kraftstoffversorgungsleitung 22 sind eine Kraftstoffpumpe 24 und eine Common Rail 25 vorgesehen. Die Kraftstoffpumpe 24 saugt den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 23 und verdichtet den Kraftstoff und trägt ihn aus. Die Common Rail 25 ist ein Hochdruck-Kraftstoffrohr zum Aufbewahren des ausgetragenen hoch verdichteten Kraftstoffs. Das Kraftstoffeinspritzventil 21 jedes Zylinders ist mit der Common Rail 25 verbunden.
Weiter sind in der Abgasleitung 14 ein Abgassammelrohr 26 zum Sammeln von Abgas, das aus der Brennkammer 13 jedes Zylinders ausgetragen wird, und eine Turbine 16B eines Turboladers 16 vorgesehen. Ferner wird im Motor 10 eine Abgasrückführungsvorrichtung 27 (im Folgenden als „AGR"-Vorrichtung 27 bezeichnet) verwendet, die einen Teil des Abgases zur Ansaugluft zurückführt. Die AGR-Vorrichtung 27 weist eine AGR-Leitung 28 auf, die die Ansaugleitung 12 mit der Auslassleitung 14 verbindet. Eine stromaufwärtige Seite der AGR-Leitung 28 ist mit einem Abschnitt zwischen dem Abgassammler 26 und der Turbine 16B in der Auslassleitung 14 verbunden. In der AGR-Leitung 28 sind ein AGR-Kühlerkatalysator 29 zum Reinigen des zurückgeführten Abgases, ein AGR-Kühler 31 zum Kühlen des zurückgeführten Abgases und ein AGR-Ventil 32 zum Einstellen der Strömungsmenge des zurückgeführten Abgases in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite aus vorgesehen. Eine stromabwärtige Seite der AGR-Leitung 28 ist mit einem Abschnitt zwischen dem Ansaugdrosselventil 18 und dem Ansaugverteiler 19 in der Ansaugleitung 12 verbunden.
In dem solchermaßen aufgebauten Motor 10 wird die Luft, die in die Ansaugleitung 12 geholt wird, vom Luftreiniger 15 gereinigt und wird dann in den Kompressor 16A des Turboladers 16 eingeführt. Der Kompressor 16A verdichtet die eingeführte Luft und trägt die verdichtete Luft zum Zwischenkühler 17 aus. Die Luft, deren Temperatur aufgrund der Verdichtung gestiegen ist, wird vom Zwischenkühler 17 gekühlt und dann über das Ansaugdrosselventil 18 und den Einlassverteiler 19 auf die Brennkammern 13 jedes Zylinders verteilt. Somit wird die Strömungsmenge der Luft in der Ansaugleitung 12 durch Steuern des Öffnungsgrads des Ansaugdrosselventils 18 gesteuert.
Das Kraftstoffeinspritzventil 21 spritzt Kraftstoff in die Brennkammer 13, in die während des Kompressionshubs Luft eingeführt wurde, in jedem Zylinder. Die Mischung aus der durch die Ansaugleitung 12 eingeführten Luft und dem Kraftstoff, der vom Kraftstoffeinspritzventil 21 eingeführt wird, wird in der Brennkammer 13 verbrannt. Der Kolben 20 wird vom unter hohem Druck stehenden heißen Gas, das während dieser Zeit erzeugt wird, auf und ab bewegt, und somit wird die Kurbelwelle (nicht dargestellt), die eine Abtriebswelle des Motors 10 ist, gedreht, wodurch die Antriebsleistung des Motors 10 erhalten wird. Die Drehzahl der Kurbelwelle wird durch ein Getriebe (nicht dargestellt) geändert, und die geänderte Drehzahl wird auf Antriebsräder übertragen.
Das Abgas, das durch Verbrennung in der Brennkammer 13 jedes Zylinders erzeugt wird, wird durch den Abgassammler 26 in die Turbine 16B des Turboladers 16 eingeführt. Wenn die Turbine 16B durch die Kraft des eingeführten Abgases ange trieben wird, wird der Kompressor 16A, der in der Ansaugleitung 12 vorgesehen ist, zusammen mit der Turbine 16B angetrieben, wodurch die Luft verdichtet wird.
Dabei wird ein Teil des aufgrund der Verbrennung erzeugten Abgases in die AGR-Leitung 28 eingeführt. Das in die AGR-Leitung 28 eingeführte Abgas wird vom AGR-Kühlerkatalysator 29 gereinigt, wird vom AGR-Kühler 31 gekühlt und wird dann zur stromabwärtigen Seite des Ansaugdrosselventils 18 in der Ansaugleitung 12 zurückgeführt. Die so zurückgeführte Abgasmenge wird durch Steuern des Öffnungsgrads des AGR-Ventils 32 eingestellt.
Der Motor 10 ist aufgebaut wie oben beschrieben. Nun wird die Abgassteuerungsvorrichtung 11 zum Reinigen des Abgases, das vom Motor 10 ausgetragen wird, beschrieben. Die Abgassteuerungsvorrichtung 11 weist ein Abgas-Kraftstoffzufuhrventil 33 und drei katalytische Wandler auf, bei denen es sich um Abgassteuerungskatalysatoren handelt (einen ersten katalytischen Wandler 34, einen zweiten katalytischen Wandler 35 und einen dritten katalytischen Wandler 36).
Der erste katalytische Wandler 34 ist stromabwärts von der Turbine 16B vorgesehen. Der erste katalytische Wandler 34 trägt einen NOx-Speicherungs-/Reduktions-Katalysator. Der erste katalytische Wandler 34 speichert Stickoxide NOx im Abgas. Außerdem reduziert und entfernt der erste katalytische Wandler die gespeicherten Stickoxide NOx unter Verwendung von unverbrannten Kraftstoffbestandteilen, die als Reduzierungsmittel dienen. Der zweite katalytische Wandler 35 ist unter Verwendung von porösem Material gebildet, das die Gasbestandteile im Abgas durchlässt und das teilchenförmige Material im Abgas nicht durchlässt. Der zweite katalytische Wandler 35 trägt den NOx-Speicherungs-/Reduktions-Katalysator. Der dritte katalytische Wandler 36 ist stromabwärts vom zweiten katalytischen Wandler 35 vorgesehen. Der dritte katalytische Wandler 36 trägt einen Oxidationskatalysator zum Reinigen des Abgases durch Oxidieren des Kohlenwasserstoffs HC und des Kohlenmonoxids CO im Abgas.
Das Abgas-Kraftstoffzufuhrventil 33 ist in einem Abgassammelabschnitt des Abgassammlers 26 vorgesehen. Ebenso ist das Abgas-Kraftstoffzufuhrventil 33 über eine Kraftstoffleitung 37 mit der Kraftstoffpumpe verbunden. Das Abgas-Kraftstoffzufuhrventil 33 spritzt und liefert den Kraftstoff, der von der Kraftstoffpumpe geliefert wird, als Reduzierungsmittel in das Abgas. Das Abgas wird vorübergehend durch den zugeführten Kraftstoff in die Reduktionsatmosphäre gebracht, wodurch die Stickoxide NOx, die im ersten katalytischen Wandler 34 und im zweiten katalytischen Wandler 35 gespeichert sind, reduziert und beseitigt werden. Ferner wird das teilchenförmige Material gleichzeitig im zweiten katalytischen Wandler gefangen.
Eine elektronische Steuereinheit 41 steuert den Motor 10 und die Abgassteuerungsvorrichtung 11, die beschrieben wurden. Die elektronische Steuereinheit 41 weist eine CPU auf zum Ausführen verschiedener Prozesse in Bezug auf die Steuerung des Motors 10, einen ROM zum Speichern von Programmen und Daten, die für die Steuerung nötig sind, einen RAM zum Speichern der Ergebnisse der Prozesse, die von der CPU ausgeführt werden, usw., einen Sicherungs-RAM zum Speichern und Halten von verschiedenen Daten, auch wenn die Stromversorgung unterbrochen wird, Eingabe/Ausgabe-Ports zum Empfangen und Ausgeben von Informationen nach draußen und von draußen usw.
Der Eingabeport der elektronischen Steuereinheit 41 ist mit einem Luftströmungsmesser 42 zum Erfassen der Strömungsmenge von Luft in der Ansaugleitung 12 (Ansaugluftmenge), einen NE-Sensor 43 zum Erfassen einer Motordrehzahl (NE), einen Drosselsensor 44 zum Erfassen des Öffnungsgrads des Ansaugdrosselventils 18 (des Drosselventil-Öffnungsgrads) und einen Kühlmitteltemperatursensor 45 zum Erfassen der Temperatur des Kühlmittels des Motors 10. Ferner ist der Eingabeport mit einem Beschleunigungselementsensor 46 zum Erfassen des Umfangs, in dem ein Gaspedal niedergetreten wird (eines Beschleunigungselement-Verstellwegs), einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 47 zum Erfassen der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (Fahrzeuggeschwindigkeit) usw. verbunden. Ebenso ist ein Ausgabeport der elektronischen Steuereinheit 41 mit dem Ansaugdrosselventil 18, dem Kraftstoffeinspritzventil 21, der Kraftstoffpumpe 24, dem Abgas-Kraftstoffzufuhrventil 33, dem AGR-Ventil 32 usw. verbunden. Die elektronische Steuereinheit 41 führt verschiedene Betriebssteuerungen für den Motor 10 durch Steuern der Einrichtungen, die mit dem Ausgabeport verbunden sind, auf der Basis der Ergebnisse der Erfassungen, die von den Sensoren 42 bis 47 durchgeführt werden, aus.
Die verschiedenen Betriebssteuerungen schließen eine Kraftstoffeinspritzungssteuerung, eine Drosselventilsteuerung, eine AGR-Steuerung, eine Steuerung für die Abgasreinigung usw. ein. Beispielsweise werden bei der Kraftstoffeinspritzungssteuerung die Kraftstoffmenge, die vom Kraftstoffeinspritzventil 21 eingespritzt wird, und der Einspritzzeitpunkt bestimmt. Wenn die Kraftstoffeinspritzmenge bestimmt wird, wird eine Grund-Kraftstoffeinspritzmenge (ein Grund-Einspritzzeitraum) gemäß dem Motorbetriebszustand, wie der Motordrehzahl und dem Beschleunigungselement-Verstellweg, unter Bezugnahme auf ein Kennfeld oder dergleichen berechnet. Dann wird der Grund-Einspritzzeitraum auf der Basis der Kühlmitteltemperatur, der angesaugten Luftmenge usw. korrigiert, wodurch ein endgültiger Einspritzzeitraum bestimmt wird. Wenn der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt bestimmt wird, wird der Grund-Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt gemäß dem Motorbetriebszustand, wie der Motordrehzahl und dem Beschleunigungselement-Verstellweg, unter Bezugnahme auf ein vorgegebenes Kennfeld oder dergleichen berechnet. Der Grund-Einspritzzeitpunkt wird auf der Basis der Kühlmitteltemperatur, der angesaugten Luftmenge usw. korrigiert, wodurch der endgültige Einspritzzeitpunkt bestimmt wird. Nachdem der Einspritzzeitraum und der Einspritzzeitpunkt entschieden wurden, wird daher, wenn das Ausgangssignal vom NE-Sensor 43 mit einer Einspritzungsstartzeit übereinstimmt, mit der Zufuhr von elektrischem Strom zum Kraftstoffeinspritzventil 21 begonnen. Wenn der Einspritzungszeitraum seit der Einspritzungsstartzeit vergangen ist, wird die Zufuhr von elektrischem Strom unterbrochen.
Bei der Drosselventilsteuerung wird beispielsweise ein Drosselventilöffnungsgrad gemäß der Motordrehzahl und dem Beschleunigungselement-Öffnungsbetrag berechnet. Das Ansaugdrosselventil 18 wird so gesteuert, dass der aktuelle Drosselventilöffnungs grad, der vom Drosselsensor 44 erfasst wird, sich dem Soll-Drosselventil-Öffnungsgrad annähert.
Bei der AGR-Steuerung wird beispielsweise auf der Basis der Motordrehzahl, der Kühlmitteltemperatur, des Beschleunigungselement-Verstellwegs usw. bestimmt, ob eine Bedingung für die Durchführung der AGR-Steuerung erfüllt ist. Die Bedingung für die Durchführung der AGR-Steuerung schließt eine Bedingung ein, dass die Kühlmitteltemperatur bei oder über einem vorgegebenen Wert liegt, eine Bedingung, dass der Motor 10 über eine vorgegebene Zeit oder darüber hinaus fortlaufend in Betrieb war, seit der Motor 10 gestartet wurde, eine Bedingung, dass der Änderungsumfang des Beschleunigungselement-Verstellwegs ein positiver Wert ist, usw. Wenn die Bedingung für die Durchführung der AGR-Steuerung nicht erfüllt ist, wird das AGR-Ventil 32 im völlig geschlossenen Zustand gehalten. Wenn die Bedingung für die Durchführung der AGR-Steuerung erfüllt ist, wird ein Soll-Ventilöffnungsgrad des AGR-Ventils 32 gemäß der Motordrehzahl, dem Beschleunigungselement-Verstellweg usw. unter Bezugnahme auf ein vorgegebenes Kennfeld oder dergleichen berechnet.
Ferner wird bei der AGR-Steuerung eine Rückmeldesteuerung für den AGR-Ventilöffnungsgrad unter Verwendung des Ansaugluftmengenparameters durchgeführt. Bei der Rückmeldesteuerung wird beispielsweise eine Soll-Ansaugluftmenge des Motors 10 anhand des Beschleunigungselement-Verstellwegs, der Motordrehzahl und ähnlichen Parameter bestimmt. Die aktuelle Ansaugluftmenge, die vom Luftströmungsmesser 42 erfasst wird, wird mit der Soll-Ansaugluftmenge verglichen. Wenn die aktuelle Ansaugluftmenge kleiner ist als die Soll-Ansaugluftmenge, wird das AGR-Ventil 32 in einem vorgegebenen Grad geschlossen. In diesem Fall sinkt die Menge an AGR-Gas, das aus der AGR-Leitung in die Ansaugleitung 12 strömt, und somit sinkt die Menge an AGR-Gas, die in die Brennkammer 13 geholt wird. Infolgedessen wird die Menge an frischer Luft, die in die Brennkammer 13 geholt wird, um einen Betrag erhöht, der dem Betrag entspricht, um den das AGR-Gas verringert wird.
Wenn nun die aktuelle Ansaugluftmenge größer ist als die Soll-Ansaugluftmenge, wird das AGR-Ventil 32 um einen vorgegebenen Betrag geöffnet. In diesem Fall wird die Menge an AGR-Gas, die von der AGR-Leitung 28 in die Ansaugleitung 12 strömt, erhöht, und somit nimmt die Menge an AGR-Gas, die in die Brennkammer 13 geholt wird, zu. Infolgedessen sinkt die Menge an Frischluft, die in die Brennkammer 13 geholt wird, um einen Betrag, der dem Betrag entspricht, um den das AGR-Gas vermehrt wird.
In dem Fall, dass die Menge an AGR-Gas erhöht werden muss, wird, wenn das AGR-Ventil 32 im vollständig geöffneten Zustand ist, das Ansaugdrosselventil 18 in einem vorgegebenen Umfang geschlossen. In diesem Fall wird der Grad des negativen Ansaugdrucks (der Unterschied zwischen dem atmosphärischen Druck und dem Ansaugdruck) auf der stromabwärtigen Seite des Ansaugdrosselventils 18 in der Ansaugleitung 12 groß. Daher steigt die Menge an AGR-Gas, das von der AGR-Leitung 28 in die Ansaugleitung 12 geholt wird.
Die Steuerung in Bezug auf die Reinigung des Abgases schließt eine Steuerung des Abgassteuerungskatalysators ein. Bei der Steuerung des Abgassteuerungskatalysators werden vier Katalysatorsteuermoden, nämlich ein Katalysatorregenerierungs-Steuermodus, ein Schwefelvergiftungsregenerierungs-Steuermodus, ein NOx-Reduktions-Steuermodus und ein normaler Steuermodus, gesetzt. Die elektronische Steuereinheit 41 wählt und führt den Katalysatorsteuermodus gemäß den Zuständen der katalytischen Wandler 34 bis 36 aus.
Im Katalysatorregenerierungs-Steuermodus reagiert das teilchenförmige Material, das sich insbesondere im zweiten katalytischen Wandler 35 angesammelt hat, mit Sauerstoff in der Luft (d. h. das teilchenförmige Material wird verbrannt), das teilchenförmige Material wird in Kohlendioxid CO₂ und Wasser H₂O umgewandelt, und H₂O wird ausgetragen, wodurch der zweite katalytische Wandler 35 regeneriert wird. Wärme wird während der Oxidierungsreaktion erzeugt. Je größer die Menge an teilchenförmigem Material wird und je größer die Menge an Luft (Sauerstoff) wird, desto größer wird die erzeugte Wärmemenge.
Wenn die Katalysatorregenerierungssteuerung durchgeführt wird, wird die Menge an teilchenförmigem Material, das sich im zweiten katalytischen Wandler 35 angesammelt hat, auf der Basis des Betriebszustands des Motors 10 geschätzt. Beispielsweise wird die Menge an erzeugtem teilchenförmigem Material jedes Mal ermittelt, wenn die Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird, und zwar anhand einer Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge und der Motordrehzahl, und die Menge an erzeugtem teilchenförmigem Material wird vordefiniert. Die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material wird durch Addieren der Menge an erzeugtem teilchenförmigem Material, die jedes Mal ermittelt wird, wenn die Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird, ermittelt.
Wenn eine vorgegebene Bedingung für die Regenerierung erfüllt ist, liefert das Abgas-Kraftstoffzufuhrventil 33, das getrennt vom Kraftstoffeinspritzventil 21 zum Antreiben des Motors vorgesehen ist, den Kraftstoff zu einem Abschnitt stromaufwärts vom zweiten katalytischen Wandler 35 in der Abgasleitung 14. Die Bedingung für die Regenerierung schließt eine Bedingung ein, dass die geschätzte Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials bei oder über einem vorgegebenen Wert α liegt. Der zugeführte Kraftstoff wird im zweiten katalytischen Wandler 35 verbrannt, und Wärme wird erzeugt. Durch wiederholte Zufuhr von Kraftstoff wird die Temperatur des zweiten katalytischen Wandlers 35 (die Katalysatortemperatur und die Katalysatorbetttemperatur) auf eine Temperatur erhöht, bei der das teilchenförmige Material aufgrund der erzeugten Wärme (etwa 600°C) beseitigt wird. Infolgedessen wird das teilchenförmige Material verbrannt und beseitigt, und der zweite katalytische Wandler 35 wird regeneriert.
Der zweite katalytische Wandler 35 kann die Abgassteuerungsfunktion in einem bestimmten Temperaturbereich ausführen und kann das Abgas nicht bei Atmosphärentemperatur durchführen, die über dem oberen Grenzwert des Temperaturbereichs hegt (im Folgenden als „Temperaturobergrenze" bezeichnet, etwa 800°C). Daher muss die Katalysatorregenerierungssteuerung so durchgeführt werden, dass die Katalysatortemperatur des zweiten katalytischen Wandlers 35 die Temperaturobergrenze nicht überschreitet.
Nun entfernt im Motor 10 die Luft, die im Abgas enthalten ist, die Wärme des zweiten katalytischen Wandlers 35, während sie durch den zweiten katalytischen Wandler 35 strömt, wodurch eine Zunahme der Katalysatortemperatur unterdrückt wird. Somit können durch geeignete Nutzung der Luft, welche die Wärme entfernt, die Wärmemenge, die im zweiten katalytischen Wandler 35 erzeugt wird, und die Wärmemenge, die vom zweiten katalytischen Wandler entfernt wird, ausgeglichen werden. Infolgedessen kann die oben genannte Bedingung erfüllt werden, d. h. es kann verhindert werden, dass die Katalysatortemperatur die Temperaturobergrenze übersteigt. Wenn das Fahrzeug aufgrund einer Verlangsamung des Motors 10 verlangsamt wird, nimmt die Abgasmenge ab, und demgemäß nimmt die Luftmenge im Abgas ab. Daher ist die Wärmemenge, die durch Luft entfernt wird, im Vergleich zu dem Fall, dass das Fahrzeug nicht verlangsamt ist, klein.
Im Schwefelvergiftungsregenerierungsmodus werden Schwefelkomponenten ausgetragen, so dass die NOx-Speicherungs-/Reduzierungs-Katalysatoren im ersten katalytischen Wandler 34 und im zweiten katalytischen Wandler 35 sich von der Schwefelvergiftung erholen, wenn die NOx-Speicherungs-/Reduzierungs-Katalysatoren im ersten katalytischen Wandler 34 und im zweiten katalytischen Wandler 35 mit Schwefel vergiftet sind und die NOx-Speicherleistung herabgesetzt ist. In diesem Modus steigt die Katalysatortemperatur durch wiederholtes Zuführen des Kraftstoffs vom Abgas-Kraftstoffzufuhrventil 33 auf eine hohe Temperatur (beispielsweise 600 bis 700°C). Im NOx-Reduktionssteuermodus werden die Stickoxide NOx, die im ersten katalytischen Wandler 34 und im zweiten katalytischen Wandler 35 gespeichert sind, zu Stickstoff N₂, Kohlendioxid CO₂ und Wasser H₂O reduziert, und dann werden der Stickstoff N₂, das Kohlendioxid CO₂ und das Wasser H₂O ausgetragen. In diesem Modus wird die Katalysatortemperatur relativ niedrig gemacht (beispielsweise 250 bis 500°C), weil der Kraftstoff vom Abgaszufuhrventil 33 intermittierend in relativ großen Intervallen zugeführt wird. Der Katalysatorsteuermodus, bei dem es sich nicht um den Katalysatorregenerierungsmodus, den Schwefelvergiftungsregenerierungsmodus oder den NOx-Reduktionsmodus handelt, ist der normale Modus. Im normalen Modus wird kein Reduzierungsmittel vom Abgas-Kraftstoffzufuhrventil 33 zugeführt.
Wenn der Motor 10 und das Fahrzeug während der Katalysatorregenerierungssteuerung verlangsamt werden, kann das Ansaugdrosselventil 18 ganz geöffnet oder im Wesentlichen ganz geöffnet sein, als Maßnahme zur Verhinderung, dass die Katalysatortemperatur des zweiten katalytischen Wandlers 35 die Temperaturobergrenze überschreitet. In diesem Fall nimmt die Luftmenge, die im Abgas enthalten ist, zu, und die Wärmemenge, die von der Luft im Abgas entfernt wird, während die Luft im Abgas durch den zweiten katalytischen Wandler 35 strömt, steigt, wodurch die Zunahme der Katalysatortemperatur unterdrückt wird.
Diese Maßnahme kann jedoch unwirksam sein, wenn die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material groß ist. Das heißt, wenn die aktuelle Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials während der Katalysatorregenerierungssteuerung größer ist als der Schätzwert, ist eine Katalysatorregenerierungsdauer bei der Katalysatorregenerierungssteuerung kürzer als die Zeitdauer, die nötig ist, damit sich der zweite katalytische Wandler 35 erholt. Somit wird das teilchenförmige Material nicht verbrannt und vollständig entfernt, und ein Teil des teilchenförmigen Materials bleibt angesammelt. Wenn der Motor 10 verlangsamt wird und das Ansaugdrosselventil 18 ganz oder im Wesentlichen ganz geöffnet wird, während die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material groß ist, sinkt die Abgasmenge aufgrund der Verlangsamung, und die Wärmemenge, die von der Luft im Abgas entfernt wird, nimmt ab. Da nun die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material groß ist und die Sauerstoffmenge, die aufgrund der Öffnung der Drosselklappe 18 zugeführt wird, groß ist, wird die Wärmemenge, die augrund der Oxidation des teilchenförmigen Materials erzeugt wird, groß. Infolgedessen wird die Wärmemenge, die aufgrund der Oxidation des teilchenförmigen Materials erzeugt wird, größer als die Wärmemenge, die durch die Luft im Abgas entfernt wird. Daher kann die Katalysatortemperatur die Temperaturobergrenze überschreiten.
Somit wird in der Ausführungsform der Erfindung, wenn der Motor 10 verlangsamt wird, während die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material während der Katalysatorregenerierungssteuerung groß ist, die Zunahme der Luftmenge, die in die Brennkammer 13 geholt wird, im Vergleich zu dem Fall dass der Motor 10 verlangsamt wird, während die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material klein ist, in großem Umfang unterdrückt. Nun wird diese Steuerung (im Folgenden als „Luftmengensteuerroutine" bezeichnet) ausführlich mit Bezug auf ein Ablaufschema in 2 beschrieben.
Zuerst bestimmt in Schritt 100 die elektronische Steuereinheit 41, ob gerade die Katalysatorregenerierungssteuerung durchgeführt wird. Beispielsweise wird bestimmt, ob der Katalysatorregenerierungssteuermodus ausgewählt ist und gerade ausgeführt wird. Wenn in Schritt 100 eine negative Bestimmung getroffen wird (d. h. wenn bestimmt wird, dass gerade keine Katalysatorregenerierungssteuerung durchgeführt wird), wird die Luftmengensteuerroutine beendet. Wenn in Schritt 100 eine positive Bestimmung getroffen wird (d. h. wenn bestimmt wird, dass gerade eine Katalysatorregenerierungssteuerung durchgeführt wird), wird in Schritt 110 bestimmt, ob die Verlangsamung des Motors 10 und des Fahrzeugs begonnen hat. Beispielsweise wird bestimmt, dass die vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 47 erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger ist als in einem vorhergehenden Steuerzyklus. Wenn in Schritt S110 eine negative Bestimmung getroffen wird, wird die Luftzufuhrsteuerroutine beendet. Wenn in Schritt 110 eine positive Bestimmung getroffen wird, wird in Schritt 120 bestimmt, ob die Verlangsamung, die gerade durchgeführt wird, die erste Verlangsamung seit Änderung des Katalysatorsteuermodus in den Katalysatorregenerierungssteuermodus aus dem anderen Modus ist.
Wenn eine positive Bestimmung getroffen wird (d. h. wenn bestimmt wird, dass gerade die erste Verlangsamung durchgeführt wird), wird in Schritt 130 die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material für die Katalysatorregenerierungssteuerung gelesen. Die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material wurde für die Katalysatorsteuerung durch eine separate Routine auf der Basis des Motorbetriebszustands (beispielsweise der Kraftstoffeinspritzmenge und der Motordrehzahl) berechnet, wie oben beschrieben.
Anschließend wird in Schritt 140 der Soll-Drosselöffnungsgrad des Ansaugdrosselventils 18 gemäß der Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials berechnet. Wenn der Soll-Drosselventilöffnungsgrad des Ansaugdrosselventils 18 berechnet wird, wird beispielsweise auf 3 Bezug genommen, in der die Beziehung zwischen der Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material und dem Soll-Drosselventilöffnungsgrad vordefiniert ist. In diesem Kennfeld ist die Tendenz zwischen einer Region, wo die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material bei oder über einem Wert D1 liegt, und einer Region, wo die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material bei oder unter dem Wert D1 liegt, unterschiedlich. In der Region, wo die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material bei oder unter dem Wert D1 liegt, ist der Drosselventilöffnungsgrad der maximale oder der im Wesentlichen maximale Wert, wenn die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material klein ist, und nimmt umso mehr ab, je größer die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material wird.
Die Beziehung zwischen der Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material und dem Soll-Drosselventilöffnungsgrad wird somit vordefiniert, so dass die Wärmemenge, die aufgrund der Oxidationsreaktion des teilchenförmigen Materials erzeugt wird, im Wesentlichen konstant gehalten werden kann, und demgemäß kann die Katalysatortemperatur unabhängig von der Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material im Wesentlichen konstant gehalten werden, weil die Luftmenge gemäß der Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material geändert wird, da die erzeugte Wärmemenge von der Menge an teilchenförmigem Material (der Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials) und der Menge an Luft (Sauerstoff), die an der Oxidation beteiligt ist, abhängt. Das heißt, wenn die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material groß ist, sinkt die Luftmenge, so dass eine Wärmeentstehung unterdrückt wird. Wenn dagegen die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material klein ist, steigt die Luftmenge, so dass die Wärmeerzeugung gefördert wird.
In dem Kennfeld wird in der Region, wo die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material größer ist als der Wert D1, der Soll-Drosselventilöffnungsgrad auf einen Wert eingestellt, der einer vollständigen Schließung entspricht, unabhängig von der Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material. Somit wird gemäß dem Kennfeld, wenn die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material größer ist als der Wert D1, das Ansaugdrosselventil 18 immer vollständig geschlossen.
Wenn die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material, die auf der Basis des Motorbetriebszustands ermittelt wurde, zur Zeit der ersten Verlangsamung relativ klein ist, wird der Soll-Drosselventilöffnungsgrad auf einen großen Wert eingestellt, wie von einem Punkt X in 3 dargestellt. Dann, nachdem das Verfahren in Schritt 140 durchgeführt wurde, wird die Luftmengensteuerroutine beendet.
Wenn dagegen in Schritt 120 eine negative Bestimmung getroffen wird, das heißt, wenn bestimmt wird, dass die Verlangsamung, die gerade durchgeführt wird, die zweite oder eine folgende Verlangsamung seit dem Wechsel des Katalysatorsteuermodus in den Katalysatorregenerierungssteuermodus aus dem anderen Modus ist, geht die Routine zu Schritt 150 weiter. In Schritt 150 wird die geschätzte Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials auf der Basis des Gradienten des Anstiegs der Katalysatortemperatur während der ersten Verlangsamung anhand eines Kennfelds in 4A ermittelt. Ebenso wird ein Korrekturbetrag des angesammelten teilchenförmigen Materials (der Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials, die auf der Basis des Motorbetriebszustands während der zweiten Verlangsamung und der folgenden Verlangsamung ermittelt wurde) anhand eines Kennfelds in 4B ermittelt. Der Korrekturbetrag wird auf der Basis des Unterschieds zwischen der Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material, die auf der Basis des Gradientenanstiegs der Katalysatortemperatur ermittelt wurde, und der Menge des angesammelten teilchen förmigen Materials, die auf der Basis des Motorbetriebszustands während der ersten Verlangsamung ermittelt wurde, ermittelt. Der Gradient der Zunahme der Katalysatortemperatur ist der Zunahmeumfang der Katalysatortemperatur pro Zeiteinheit (siehe 5). Beispielsweise kann die Zunahme der Katalysatortemperatur, die in einer separaten Routine berechnet wird, verwendet werden.
Beispielsweise kann die Katalysatortemperatur auf der Basis des Motorbetriebszustands berechnet werden. Da die Katalysatortemperatur umso höher wird, je höher die Motordrehzahl wird und je höher die Motorlast wird, kann der Schätzwert der Katalysatortemperatur (die geschätzte Katalysatortemperatur) auf der Basis der Motordrehzahl, der Motorlast usw. berechnet werden. Beispielsweise wird die geschätzte Katalysatortemperatur auf der Basis der derzeitigen Motordrehzahl und der derzeitigen Motorlast gemäß einem Kennfeld, in dem die Beziehung zwischen der Motordrehzahl und der Motorlast und die geschätzte Katalysatortemperatur definiert sind, berechnet, und die geschätzte Katalysatortemperatur wird als die Katalysatortemperatur verwendet.
Im Allgemeinen besteht die Tendenz, dass die Wärmemenge, die aufgrund der Oxidationsreaktion erzeugt wird, umso größer wird, je größer die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material wird, und der Gradient (Grad) der Zunahme der Katalysatortemperatur wird eher höher, unabhängig vom Grad der Verlangsamung, während der Abgassteuerungskatalysator regeneriert wird. Daher kann durch Vordefinieren der Beziehung zwischen dem Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur und der Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials auf der Basis des Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur geschätzt werden.
Demgemäß wird die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials gemäß dem Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur anhand des Kennfelds in 4A geschätzt, in dem die Beziehung zwischen dem Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur und der Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material definiert ist (siehe einen Punkt X in 4A). In diesem Kennfeld ist die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material klein, wenn der Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur klein ist. Ebenso wird die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material umso größer, je größer der Anstieg der Katalysatortemperatur ist.
In Schritt S160 wird der Korrekturbetrag, der in Schritt 150 ermittelt wurde, in der Katalysatorregenerierungssteuerung widergespiegelt. Das heißt, die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material, die für die Katalysatorregenerierungssteuerung auf der Basis des Motorbetriebszustands in einer separaten Routine berechnet wird, wird anhand des in Schritt 150 ermittelten Korrekturbetrags korrigiert. Diese Korrektur macht es möglich, die Katalysatorregenerierungssteuerung auf der Basis der exakteren Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material während eines Katalysatorregenerierungszeitraums, der zum Verbrennen und Beseitigen des teilchenförmigen Materials nötig ist, durchzuführen.
Dann wird in Schritt 170 der Soll-Drosselventilöffnungsgrad des Ansaugdrosselventils 18 auf der Basis der solchermaßen korrigierten Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material unter Bezugnahme auf das Kennfeld in 3, das im oben genannten Schritt S140 verwendet wurde, berechnet (siehe einen Punkt Y in 3). Wie oben beschrieben, wird der Soll-Drosselventilöffnungsgrad auf einen umso kleineren Wert im Kennfeld von 3 gesetzt, je größer die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material wird. Daher wird der Soll-Drosselventilöffnungsgrad auf einen umso kleineren Wert gesetzt, je größer der Gradient der Zunahme der Katalysatortemperatur wird.
Dann, nachdem der Prozess in Schritt 170 ausgeführt wurde, wird die Luftmengensteuerroutine beendet. Der in den Schritten 140, 170 berechnete Soll-Drosselventilöffnungsgrad wird als Soll-Drosselventilöffnungsgrad in der oben genannten Drosselventilsteuerung verwendet. Das Ansaugdrosselventil 18 wird so gesteuert, dass der aktuelle Drosselventilöffnungsgrad, der vom Drosselsensor 44 erfasst wird, sich dem Soll-Drosselventilöffnungsgrad annähert.
Die Prozesse in den Schritten 130 bis 170 der oben genannten Luftmengensteuerroutine, die von der elektronischen Steuereinheit 41 ausgeführt wird, können als das Steuermittel angesehen werden. Gemäß der Luftmengensteuerroutine variieren beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Soll-Drosselventilöffnungsgrad und die Katalysatortemperatur, wie in 5 dargestellt. Wenn die erste Verlangsamung zum Zeitpunkt t1 gestartet wird, nachdem der Katalysatorsteuermodus aus dem anderen Modus in den Katalysatorregenerierungssteuermodus geändert wurde, werden die Prozesse in Schritt 100 bis Schritt 140 in dieser Reihenfolge durchgeführt. Da der Gradient der Zunahme der Katalysatortemperatur zu diesem Zeitpunkt noch nicht ermittelt wurde, wird der Soll-Drosselventilöffnungsgrad gemäß der Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material, die auf der Basis des Motorbetriebszustands anhand des Kennfelds in 3 ermittelt wird, berechnet. Beispielsweise wird der Soll-Drosselventilöffnungsgrad, der größer ist als der Drosselventilöffnungsgrad vor dem Zeitpunkt t1, ermittelt. Dann wird das Ansaugdrosselventil 18 so gesteuert, dass der aktuelle Drosselventilöffnungsgrad sich dem Soll-Drosselventilöffnungsgrad annähert. Da das Ansaugdrosselventil 18 geöffnet ist, ändert sich (steigt) die angesaugte Luftmenge. Somit wird die Wärmemenge, die aufgrund der Oxidationsreaktion des teilchenförmigen Materials erzeugt wird, geändert, und die Katalysatortemperatur wird geändert. Da der Gradient der Zunahme der Katalysatortemperatur bei der ersten Verlangsamung bei der zweiten Verlangsamung und der folgenden Verlangsamung ermittelt wurde (zum Zeitpunkt t11), wird die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material, die aufgrund des Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur korrigiert wird, anhand der Kennfelder in 4A und 4B ermittelt (Schritt 160), und der Soll-Drosselöffnungsgrad wird auf der Basis der korrigierten Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material unter Verwendung des Kennfelds in 3 ermittelt (Schritt 170). Somit wird der Soll-Drosselventilöffnungsgrad unter Verwendung der Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material, die genauer ist als diejenige, die auf der Basis des Motorbetriebszustands (der Kraftstoffeinspritzmenge und der Motordrehzahl) ohne Berücksichtigung des Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur berechnet wird, berechnet. Da das Ansaugdrosselventil 18 so gesteuert wird, dass der Drosselventilöffnungsgrad sich dem Soll-Drosselventilöffnungsgrad annähert, kann eine übermäßige Zunahme der Katalysatortemperatur unterdrückt werden.
Gemäß der ausführlich beschriebenen Ausführungsform können die folgenden Wirkungen erhalten werden.

(1) Wenn der Motor 10 (das Fahrzeug) verlangsamt wird, ist die Wärmemenge, die von der Luft im Abgas entfernt wird, kleiner als wenn der Motor 10 (das Fahrzeug) nicht verlangsamt wird. Ebenso reagiert während der Katalysatorregenerierungssteuerung das teilchenförmige Material, das sich im zweiten katalytischen Wandler 35 angesammelt hat, mit Luft (Sauerstoff) (d. h. es findet eine Oxidationsreaktion statt), und es wird Wärme erzeugt. Die erzeugte Wärmemenge wird umso größer, je größer die Menge des teilchenförmigen Materials wird und je größer die Menge an Luft (Sauerstoff) wird. Der Grad der Änderung (Zunahme) der Katalysatortemperatur hängt von der Differenz zwischen der Wärmemenge, die durch die Luft im Abgas entfernt wird, und der Wärmemenge, die aufgrund der Oxidation des teilchenförmigen Materials erzeugt wird, ab. In der Ausführungsform wird während der Katalysatorsteuerung, wenn der Motor (das Fahrzeug) verlangsamt wird, während die Menge des teilchenförmigen Materials groß ist, die Zunahme der Luftmenge, die in den Motor 10 geholt wird, im Vergleich zu dem Fall, dass der Motor 10 (das Fahrzeug verlangsamt wird, während die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material klein ist, in großem Umfang unterdrückt, wodurch die Sauerstoffmenge, die an der Oxidationsreaktion beteiligt ist, abnimmt, und demgemäß die Wärmemenge, die aufgrund der Oxidationsreaktion erzeugt wird, abnimmt. Anders als bei der in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2002-371889 offenbarten Technik ist es daher möglich, die Situation zu verhindern, dass die Katalysatortemperatur übermäßig steigt, so dass sie die Temperaturobergrenze überschreitet und die Abgassteuerungsfunktion des zweiten katalytischen Wandlers beeinträchtigt wird.
(2) Je größer die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material wird, in desto größerem Umfang wird die Zunahme der Ansaugluftmenge unterdrückt, d. h. umso kleiner wird die angesaugte Luftmenge (siehe 3). Wenn die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material klein ist, wird daher die Zunahme der angesaugten Luftmenge in geringem Umfang unterdrückt. Obwohl die Menge an teilchenförmigem Material, das an der Oxidationsreaktion beteiligt ist, klein ist, ist die Sauerstoffmenge groß. Wenn dagegen die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material groß ist, wird die Menge an angesaugter Luft in großem Umfang unterdrückt. Obwohl die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material, das an der Oxidationsreaktion beteiligt ist, groß ist, ist die Sauerstoffmenge klein. Somit kann die Wärmemenge, die aufgrund der Verbrennung des teilchenförmigen Materials erzeugt wird, unabhängig von der Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material im Wesentlichen konstant gehalten werden, und die Katalysatortemperatur kann im Wesentlichen konstant gehalten werden.
(3) Wenn während der Katalysatorregenerierungssteuerung der Motor 10 (das Fahrzeug) verlangsamt wird, während die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material groß ist, wird der Soll-Drosselventilöffnungsgrad auf einen kleinen Wert eingestellt, so dass die Öffnungsbetätigung des Ansaugdrosselventils 18 unterdrückt wird, im Gegensatz zu dem Fall, dass der Motor 10 (das Fahrzeug) verlangsamt wird, während die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material klein ist. Aufgrund dieser Unterdrückung ist es möglich, die Zunahme der Luftmenge, die durch die Ansaugleitung 12 in die Brennkammer 13 geholt wird, zu unterdrücken und die Sauerstoffmenge, die an der Oxidationsreaktion des teilchenförmigen Materials, das sich im zweiten katalytischen Wandler 35 angesammelt hat, zu senken.
(4) Im Allgemeinen besteht eine bestimmte Beziehung zwischen der Ansammlung des teilchenförmigen Materials und dem Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur während der Katalysatorregenerierungssteuerung. Daher kann durch Vordefinieren der Beziehung zwischen der Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material und dem Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur (siehe Kennfeld in 4A) die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material auf der Basis des Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur geschätzt werden.
(5) In der oben (4) beschriebenen bestimmten Beziehung wird die aufgrund der Oxidationsreaktion erzeugte Wärmemenge umso größer und wird der Gradient der Zunahme der Katalysatortemperatur umso größer, je größer die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material wird. Somit ist in der Ausführungsform der Erfindung das Kennfeld von 4A so konfiguriert, dass der Gradient der Zunahme der Katalysatortemperatur umso größer wird, je größer die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material wird. Daher kann unter Verwendung dieses Kennfelds die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material mit großer Genauigkeit auf der Basis des Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur geschätzt werden.
(6) Die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material, die auf der Basis des Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur geschätzt wird, wird in der Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material für die Katalysatorregenerierungssteuerung reflektiert (Schritt 160). Der Katalysatorregenerierungszeitraum wird auf der Basis der solchermaßen ermittelten Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material geändert. Somit kann die Situation verhindert werden, dass der zweite katalytische Wandler 35 nicht vollständig regeneriert werden kann, d. h. die Situation, dass das teilchenförmige Material nicht vollständig ver brannt und entfernt wird und ein Teil des teilchenförmigen Materials angesammelt bleibt.
(7) Der Soll-Drosselöffnungsgrad während der ersten Verlangsamung und die Soll-Ventilöffnungsgrade während der zweiten Verlangsamung und der folgenden Verlangsamung im gleichen Katalysatorregenerierungssteuermodus werden anhand des gemeinsamen Kennfelds ermittelt (Schritt 140, Schritt 170). Daher kann die Zahl der Kennfelder im Vergleich zu dem Fall, dass separate Kennfelder während der ersten Verlangsamung und der zweiten Verlangsamung und der folgenden Verlangsamung verwendet werden, verringert werden.

Die Erfindung kann in den folgenden Ausführungsformen verwirklicht werden.
Wenn während der Katalysatorregenerierungssteuerung der Motor 10 und das Fahrzeug verlangsamt werden, während die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material groß ist, kann die Zunahme der angesaugten Luftmenge durch Öffnen des AGR-Ventils 32 unterdrückt werden, um die Menge an zurückgeführtem Abgas (die AGR-Menge) zu erhöhen, statt den Öffnungsbetrieb des Einlasssteuerventils 18 zu unterdrücken.
Wenn somit die AGR-Menge erhöht wird, wird die Luftmenge, die in die Brennkammer 13 gesaugt wird, um den Betrag erhöht, der dem Betrag entspricht, in dem die AGR-Menge erhöht wird. Somit wird die Sauerstoffmenge, die an der Oxidationsreaktion des teilchenförmigen Materials beteiligt ist, das sich im zweiten katalytischen Wandler 35 angesammelt hat, gesenkt. Somit ist es auch in diesem Fall möglich, die Situation zu verhindern, dass die Katalysatortemperatur übermäßig steigt und die Temperaturobergrenze überschreitet und die Abgassteuerungsfunktion des Abgassteuerungskatalysators beeinträchtigt wird, wie in der oben genannten Ausführungsform.
Der Aufbau des Kennfelds in 4A kann auf angemessene Weise verändert werden, solange die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material im Vergleich zu dem Fall, dass der Gradient der Zunahme der Katalysatortemperatur klein ist, groß ist, wenn der Gradient der Zunahme der Katalysatortemperatur groß ist,. Beispielsweise kann ein Bereich der Gradientenwerte in zwei oder mehr Regionen aufgeteilt werden, und die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material kann für jede Region eingestellt werden (in diesem Fall ist die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material in einer Region gleich).
Der Aufbau des Kennfelds in 3 kann auf geeignete Weise verändert werden, solange der Soll-Drosselventilöffnungsgrad auf einen im Vergleich zu dem Fall, dass die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material klein ist, kleinen Wert eingestellt wird, wenn die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material groß ist,. Beispielsweise kann der Bereich der Werte der Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material in zwei oder mehr Regionen aufgeteilt werden, und der Soll-Drosselventilöffnungsgrad kann für jede Region eingestellt werden (in diesem Fall ist der Soll-Drosselventilöffnungsgrad in einer Region gleich).
In der oben genannten Ausführungsform kann der Soll-Drosselventilöffnungsgrad auf der Basis des Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur direkt berechnet werden, ohne die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material zu ermitteln. In der oben genannten Ausführungsform kann, wenn die Verlangsamung über einen relativ langen Zeitraum anhält, der Gradient der Zunahme der Katalysatortemperatur zweimal oder öfter während der Verlangsamung berechnet werden, und die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material und der Soll-Drosselventilöffnungsgrad können auf der Basis der berechneten Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur berechnet werden.
Die angesaugte Luftmenge kann auf einem Wert vor der Verlangsamung gehalten werden, statt den Umfang, in dem die angesaugte Luftmenge erhöht wird, zu senken. Ebenso kann die angesaugte Luftmenge gesenkt werden, anstatt die Zunahme der angesaugten Luftmenge zu unterdrücken. In der Luftmengensteuerroutine von 2 kann bestimmt werden, welche von der Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material, die auf der Basis des Motorbetriebszustands ermittelt wird, und der Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material, die auf der Basis des Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur ermittelt wird, größer ist. In diesem Fall wird nur, wenn die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material, die auf der Basis des Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur ermittelt wird, größer ist als die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material, die auf der Basis des Motorbetriebszustands ermittelt wird, der Soll-Drosselventilöffnungsgrad gemäß der Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material, die auf der Basis des Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur ermittelt wird, geschätzt.
Wenn die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material klein ist und der Gradient der Zunahme der Katalysatortemperatur klein ist, besteht keine Gefahr, dass die Katalysatortemperatur die Temperaturobergrenze überschreitet. In diesem Fall wird vorzugsweise die Verbrennung des teilchenförmigen Materials gefördert, um den Abgassteuerungskatalysator zu regenerieren.
Somit ist es möglich, die Zunahme der Ansaugluftmenge nur dann zu unterdrücken, wenn der Gradient der Zunahme der Katalysatortemperatur als Ergebnis eines Vergleichs bei oder über einem vorgegebenen Bezugswert liegt, und wenn der Gradient der Zunahme der Katalysatortemperatur kleiner ist als der Bezugswert, braucht die Zunahme der angesaugten Luftmenge nicht unterdrückt werden. Ebenso ist es möglich, die Zunahme der angesaugten Luftmenge nur dann zu unterdrücken, wenn die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material, die auf der Basis des Gradienten der Zunahme der Katalysatortemperatur geschätzt wird, als Ergebnis eines Vergleichs bei oder über einem bestimmten Wert (einem vorgegebenen Wert) liegt, und wenn die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material kleiner ist als der vorgegebene Wert, braucht die Zunahme der angesaugten Luftmenge nicht unterdrückt werden.
Der Bezugswert (oder der vorgegebene Wert) kann auf den größten Wert in einer Region gesetzt werden, in der die Katalysatortemperatur die Temperaturobergrenze nicht überschreitet, auch wenn die Zunahme der angesaugten Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geholt wird, nicht unterdrückt wird, in einem Gesamtbereich der Gradientenwerte (oder der geschätzte Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material).
Es kann bestimmt werden, ob es notwendig ist, die Zunahme der angesaugten Luftmenge zu unterdrücken. In diesem Fall wird nur falls nötig die Zunahme der angesaugten Luftmenge unterdrückt, um eine Beschädigung der Abgassteuerungsfunktion zu unterdrücken, und falls unnötig, wird der Regenerierung des Abgassteuerungskatalysators Priorität eingeräumt.
Ebenso wird die Zunahme der Ansaugluftmenge umso mehr unterdrückt, je größer der Unterschied zwischen der Zunahme der Katalysatortemperatur und dem Bezugswert (oder dem vorgegebenen Wert) wird, so dass die angesaugte Luftmenge kleiner wird. In diesem Fall kann das teilchenförmige Material vom Sauerstoff in der Menge, die der Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material entspricht, oxidiert (verbrannt) werden, und die Menge an erzeugter Wärme kann unabhängig von der Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material im Wesentlichen konstant gehalten werden. Somit kann eine übermäßige Zunahme der Katalysatortemperatur wirksam unterdrückt werden.

Claims

Abgassteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die einen Abgassteuerungskatalysator (35), der in einer Abgasleitung (14) des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, aufweist, wobei der Abgassteuerungskatalysator (35) durch Verbrennen und Beseitigen von teilchenförmigem Material, das sich im Abgassteuerungskatalysator (35) angesammelt hat, regeneriert wird, wobei der Verbrennungsmotor ferner ein Ansaugdrosselventil (18) aufweist, das eine Luftmenge, die durch eine Ansaugleitung in eine Brennkammer gesaugt wird, anpasst, wobei die Abgassteuerungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Folgendes aufweist: ein Steuerungsmittel (41) zum Steuern einer Steigerung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor gesaugt wird, durch Steuern einer Öffnungsoperation des Ansaugdrosselventils (18) während einer Katalysatorregenerierungssteuerung, wobei, wenn die Drehzahl des Motors während der Katalysatorregenerierungssteuerung gesenkt wird, das Steuerungsmittel das Drosselventil (18) öffnet, um zu verhindern, dass der Katalysator (35) über eine Temperaturobergrenze hinaus erwärmt wird, wobei, wenn eine Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material zu groß ist, das Ansaugdrosselventil (18) so gesteuert wird, dass es weniger weit geöffnet wird als wenn die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material gering ist.
Abgassteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuerungsmittel (41) die Steigerung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor gesaugt wird, umso mehr beschränkt, je größer die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material wird.
Abgassteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuerungsmittel (41) das Ansaugdrosselventil (18) öffnet, wenn die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material kleiner ist als ein vorgegebener Wert (D1), während die Dreh zahl des Verbrennungsmotors gesenkt wird, und wobei die Steuerung des Ansaugdrosselventils (18), wenn die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material größer ist als der vorgegebene Wert (D1), sich von der des Ansaugdrosselventils (18), wenn die Menge an angesammeltem teilchenförmigem Material bei oder unter dem vorgegebenen Wert (D1) liegt, unterscheidet.
Abgassteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Verbrennungsmotor eine Abgasrückführungseinrichtung (27) aufweist, die einen Teil des Abgases durch einen Ansaugkanal in eine Brennkammer zurückführt; und das Steuerungsmittel (41) die Steigerung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor gesaugt wird, durch Erhöhen einer Abgasmenge, die durch die Abgasrückführungseinrichtung (27) zurückgeführt wird, begrenzt.
Abgassteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Steuerungsmittel (41) die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials auf der Basis eines Gradienten des Temperaturanstiegs des Abgassteuerungskatalysators (35) bestimmt und die Steigerung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor gesaugt wird, anhand des Ergebnisses dieser Bestimmung begrenzt.
Abgassteuerungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Steuerungsmittel (41) bestimmt, dass die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials groß ist und die Steigerung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor gesaugt wird, begrenzt, wenn der Gradient des Temperaturanstiegs des Abgassteuerungskatalysators (35) bei oder über einem Bezugswert liegt.
Abgassteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Steuerungsmittel (41) die Steigerung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor gesaugt wird, umso mehr begrenzt, je größer ein Unterschied zwischen dem Gradienten des Temperaturanstiegs des Abgassteuerungskatalysators (35) und einem vorgegebenen Bezugswert wird.
Abgassteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Steuerungsmittel (41) die Menge des angesammelten teilchenförmige Materials auf der Basis eines Gradienten des Temperaturanstiegs des Abgassteuerungskatalysators (35) bestimmt und die Steigerung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor gesaugt wird, begrenzt, wenn die geschätzte Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials bei oder über einer vorgegebenen Menge liegt.
Abgassteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Ansaugdrosselventil (18) vollständig oder im Wesentlichen vollständig geöffnet wird, wenn die Menge an teilchenförmigem Material bei oder unter dem vorgegebenen Wert (D1) liegt.
Verfahren, bei dem ein Abgassteuerungskatalysator (35), der in einer Abgasleitung (14) eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, durch Verbrennen und Beseitigen von teilchenförmigem Material, das sich im Abgassteuerungskatalysator (35) angesammelt hat, regeneriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen, ob eine Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials groß ist; und Steuern einer Zunahme der Luftmenge, die während der Katalysatorregenerierungssteuerung in den Verbrennungsmotor gesaugt wird, durch Steuern einer Öffnungsoperation des Ansaugdrosselventils (18), wobei das Ansaugdrosselventil (18) geöffnet wird, wenn die Drehzahl des Motors während einer Katalysatorregenerierungssteuerung gesenkt wird, um zu verhindern, dass der Katalysator (35) eine Temperaturobergrenze übersteigt, und wobei, wenn bestimmt wird, dass die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials groß ist, die Einlassdrosselklappe (18) so gesteuert wird, dass sie weniger weit offen ist als wenn bestimmt wird, dass die Menge des angesammelten teilchenförmigen Materials klein ist.