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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasemission-Steuervorrichtung
für einen
Verbrennungsmotor und insbesondere eine Technik zum Reduzieren der
Abgabe schädlicher
Substanzen aus einem Verbrennungsmotor mittels Verwendung eines Mittels
für die
Zufuhr vom Sekundärluft.
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Stand der
Technik
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Eine
Abgasemission-Steuertechnik ist bekannt, die eine Reaktion an einem
Katalysator verwendet, um schädliche
Substanzen (einschließlich Rauch,
NOx, usw. als auch unverbrannte Substanzen wie beispielsweise HC,
CO, H2, usw.) im Abgas zu reduzieren. Es
ist auch eine Sekundärluft-Technik bekannt,
in der ein Katalysator früh
aktiviert wird, indem Sekundärluft
an eine Auslaßöffnung geführt wird.
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In
einigen Fällen
steigt jedoch die Menge an schädlichen
Substanzen, die vor der Betätigung
des Katalysators abgelassen werden, in einem Kaltmodus auf 90% der
Gesamtabgabe, was ein kritisches Problem aufwirft.
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In
den japanischen Patentanmeldungen, KOKAI Veröffentlichungsnr. 3-117633 und
Nr. 4-183921, wird daher eine entwickelte Technik beschrieben, in
der der Auslaßdruck
im Kaltzustand erhöht
wird, um früh
den Katalysator zu aktivieren. Wie in der japanischen Patentanmeldung,
Veröffentlichungsnr.
8-158858, beschrieben,
wird z. B. eine Technik entwickelt, in der der Katalysator früh aktiviert
wird, indem der Auslaßdruck
und die zuführende Sekundärluft im
Kaltzustand erhöht
werden.
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Gemäß einem
von diesem Anmelder geführten
Experiment wurde bestätigt,
dass die Reaktion in einem Auslaßsystem beschleunigt werden
kann, um die Abgas-reinigende Fähigkeit
zu verbessern und um die Abgasemission-Steuerwirksamkeit zu verbessern,
indem die Sekundärluft-Technik
in Verbindung mit irgendeiner der oben beschriebenen Auslaßdruckerhöhungstechniken
verwendet wird.
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Jedoch
weist eine Untersuchung, die anschließend vom Anmelder gemacht wurde,
darauf hin, dass die Abgasemission-Steuerleistung sinkt, wenn die
Sekundärluft
zugeführt
und der Auslaßdruck
im Kaltzustand erhöht
wird, wobei das Verbrennungs-Luft/raftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors
für den
Fall, dass der Auslaßdruck
nicht erhöht wird,
bei einem normalen Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis gehalten
wird.
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Wenn
die Kraftstoffeinspritzung in einem Ansaughub durchgeführt wird,
so dass das Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Kaltzustand ein reiches
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
ist, wird außerdem das
Abgas, das eine Menge an Kohlenwasserstoff (HC) und unverbranntem
Kraftstoff enthält,
in die Auslaßdurchgänge abgegeben.
Da HC im allgemeinen weniger leicht in Reaktion tritt als Kohlenstoffmonoxid
(CO), wird die Abgasemission-Steuerleistung nicht
sehr verbessert, obwohl die Erhöhung
der Zufuhr von Sekundärluft
und des Auslaßdrucks
durchgeführt
weden.
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Um
die Reaktion mit der Sekundärluft
im Auslaßsystem
auf zufriedenstellende Weise zu beschleunigen, sollte andererseits
der Auslaßdruck
auf etwa 700 mmHg (933 hPa) erhöht
werden. Da der Abgabedruck einer Luftpumpe, die allgemein für die Zwecke
einer Zufuhr von Sekundärluft
verwendet wird, etwa 150 mmHg (200 hPa) ist, wird erwartet, dass
die Leistung der Luftpumpe bedeutend verbessert wird. Wenn die Luftpumpe
groß ist,
gibt es das Problem des Kostenanstiegs sowie des Fahrenergieverbrauchs.
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In
diesem Fall kann ein Versuch gemacht werden, den internen EGR zu
erhöhen,
indem der Auslaßdruck
erhöht
und die Überlappungsöffnung eines
Auslaßventils
geändert
werden, ohne irgendeine Sekundärluft
zu verwenden, wie z. B. in den japanischer Patentanmeldung, KOKAI
Veröffentlichungsnrn.
5-231195 und 8-158897, beschrieben. Jedoch können die Auslaßdruckerhöhungstechnik
und das Erhöhen
des internen EGR alleine die Reaktion im Auslaßsystem nicht zufriedenstellend
beschleunigen. Solchermaßen
ist es schwer, die Abgasemission-Steuerwirksamkeit zu verbessern
und den Katalysator früh
vollständig
zu aktivieren.
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Die
im US-Patent Nr. 5.293.741 offenbarte Technik erhöht die Temperatur
des Abgases, wenn es aus der Brennkammer abgelassen wird, was ein Unterschied
zu der beanspruchten Erfindung des Anmelders ist, die die Temperatur
des Abgases erhöht, indem
unverbrannter Kraftstoff und Luft im Auslaßdurchgang zur Raketion gebracht
werden.
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Die
japanische Patentanmeldung 8-158858 offenbart eine Technik, in der
die Temperatur des Abgases erhöht
wird, indem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines an die Brennkammer
geführten
Luft/Kraftstoffgemischs Zitter-gesteuert wird (das gesamte Luft/Kraftstoff-Verhältnis steuernd,
damit es zwischen einem reichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis und
einem mageren Luft/raftstoff-Verhältnis schwankt).
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasemission-Steuervorrichtung
für einen Verbrennungsmotor
zur Verfügung
zu stellen, in der Sekundärluft – ungeachtet
einer Erhöhung
im Auslaßdruck – mittels
der Verwendung eines kostensparenden Aufbaus auf sichere Weise in
ein Auslaßsystem
gespeist werden kann und die Reaktion im Auslaßsystem zu Beginn des Betriebs
des Verbrennungsmotors auf zufriedenstellende Weise beschleunigt
werden kann, so dass die Abgasemission-Steuerwirksamkeit verbessert
werden kann.
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Um
die obige Aufgabe zu erfüllen,
wird eine Abgasemission-Steuervorrichtung
für einen
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 vorgeschlagen.
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Im
Falle, wo die Sekundärluft
zu Beginn des Betriebs des Verbrennungsmotors zugeführt wird und
der Auslaßstrom
eingeschränkt
wird (um den Auslaßdruck
zu erhöhen),
kann daher die Reaktion im Auslaßsystem (einschließlich Brennkammer,
Auslaßöffnung,
Auspuffkrümmer,
Auspuffrohre, usw.) beschleunigt werden, um die Abgasemission-Steuerwirksamkeit
durch das Einstellen des Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
(Luft/Kraftstoff-Verhältnis vor
der Zufuhr von Sekundärluft)
innerhalb des Bereichs der reichen Luft/Kraftstoff-Verhältnisse
zu verbessern.
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In
der Abgasemission-Steuervorrichtung des Verbrennungsmotors der vorliegenden
Erfindung steuert das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuermittel
das Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors,
so dass das Verbrennungs-Luft/ Kraftstoff-Verhältnis nicht kleiner als ein
Verbrennungs-Grenzwert-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und nicht höher als
13 ist.
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Im
Falle, wo die Sekundärluft
zu Beginn des Betriebs des Verbrennungsmotors zugeführt und
der Auslaßstrom
begrenzt wird (um den Auslaßdruck
zu erhöhen),
kann daher die Abgasemission-Steuerleistung
optimiert werden, indem das Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Luft/Kraftstoff-Verhältnis vor
der Zufuhr von Sekundärluft)
im Bereich der relativ hohen reichen Luft/Kraftstoff-Verhältnisse nicht
kleiner als das Verbrennungs-Grenzwert-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und
nicht höher
als 13 ist.
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Nimmt
man auf 5 Bezug, werden die Verhältnisse
zwischen dem Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Verbrennungs-L/K) vor der Zufuhr von
Sekundärluft
und der HC-Abgabe für
jeden Auslaßdruck
als Ergebnisse der 10-sekündigen
Messung nach dem Beginn des Verbrennungsmotorbetriebs gezeigt. In
dieser Zeichnung stellen eine Doppel-Strichpunk-Linie, eine gestrichelte
Linie, eine unterbrochene Linie und eine durchgezogene Linie Fälle eines
Auslaßdrucks
von jeweils 0 mmHg (0 hPa), 300 mmHg (400 hPa), 500 mmHg (667 hPa)
und 700 mmHg (933 hPa) dar. Wenn der Auslaßdruck auf diese Weise steigt,
wird die HC-Abgabe allgemein innerhalb des Bereichs des reichen
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
reduziert, der insbesondere nicht höher als 13 ist.
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Es
wird angenommen, dass dieses Phänomen
aus folgendem Grund erfolgt. Der Anstieg des Auslaßdrucks
erhöht
die Auslaßdichte.
Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
angereichert wird, erhöht sich
entsprechend die Menge der aus der Brennkammer abgegebenen unverbrannten
Substanzen, die Reaktionswahrscheinlichkeit im Auslaßsystem
(einschließlich
Brennkammer, Auslaßöffnung,
Auspuffkrümmer
und Auspuffrohre) steigt und das Abgas strömt aus der Auslaßöffnung zurück in die
Brennkammer. Wenn das Gas in der Brennkammer umgerührt wird,
werden die Oxidation des unverbrannten HC usw. beschleunigt.
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In
der Abgasemission-Steuervorrichtung des Verbrennungsmotors der vorliegenden
Erfindung führt
das Mittel für
die Zufuhr von Sekundärluft
die Sekundärluft
zu, so dass das Auslaß-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das
nach der Zufuhr von Sekundärluft erhalten
wird, ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist. Solchermaßen kann
die Reaktion im Auslaßsystem
weiter beschleunigt werden, um die Abgasemission-Steuerwirksamkeit
zusätzlich
zu verbessern, indem die Sekundärluft
zugeführt
wird, so dass das Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein
reiches Luft/Kraftstoff-Verhältnis
ist und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
nach der Zufuhr von Sekundärluft
ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis
ist.
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In
der Abgasemission-Steuervorrichtung des Verbrennungsmotors der vorliegenden
Erfindung führt
darüber
hinaus das Mittel für
die Zufuhr von Sekundärluft
die Sekundärluft
zu, so dass das Auslaß-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das
nach der Zufuhr von Sekundärluft
erhalten wird, im Bereich von 18 bis 22 liegt.
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Solchermaßen kann
die Abgasemission-Steuerleistung weiterhin optimiert werden, indem die
Sekundärluft
zugeführt
wird, so dass das Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein
reiches Luft/Kraftstoff-Verhältnis
ist und das Auslaß-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach
der Zufuhr von Sekundärluft
im Bereich von 18 bis 22 liegt.
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Nimmt
man auf 6 Bezug, wird das Verhältnis zwischen
dem Auslaß-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Auslaß-L/K) nach
der Zufuhr von Sekundärluft
an das Auslaßsystem
und der HC-Abgabe unter dem Auslaßdruck von 700 mmHg (933 hPa)
als Ergebnis eines 50-sekündigen
Experiments nach dem Beginn des Betriebs des Verbrennungsmotors
gezeigt. Wenn der Auslaßdruck
auf diese Weise erhöht
wird, ist die HC-Abgabe am geringsten, wenn das Auslaß-Luft/Kraftstoff-Verhältnis 20
oder in etwa 20 ist, und kann besonders gesenkt werden, wenn das
Auslaß-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im
Bereich von 18 bis 22 liegt.
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In
der Abgasemission-Steuervorrichtung des Verbrennungsmotors der vorliegenden
Erfindung ist darüber
hinaus der Verbrennungsmotor ein Mehr-Zylinder-Verbrennungsmotor
und das Mittel für
die Zufuhr von Sekundärluft
führt die
Sekundärluft
zu, indem die Kraftstoffzufuhr an einige der Zylinder gestoppt oder
der magere L/K-Betrieb durchgeführt wird.
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Wenn
die Sekundärluft
zugeführt
wird, indem die Kraftstoffzufuhr an einige Zylinder gestoppt wird bzw.
der magere L/K-Betrieb durchgeführt
wird, wird daher reichlich Sauerstoff aus einigen Zylindern abgelassen,
während
große
Mengen an unverbrannten Substanzen mit einem reichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis aus
den anderen Zylindern ablassen werden. Wenn solchermaßen der
Auslaßdruck
erhöht
wird, reagieren die unverbrannten Substanzen und der Sauerstoff
auf zufriedenstellende Weise im Auslaßsystem, so dass die Abgasemission-Steuerwirksamkeit
mit Leichtigkeit verbessert werden kann.
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In
der Abgasemission-Steuervorrichtung des Verbrennungsmotors der vorliegenden
Erfindung ist der Verbrennungsmotor ein Mehr-Zylinder-Verbrennungsmotor
und umfasst zwei Auslaßdurchgänge, die
unabhängig
für jeweils
eine von zwei Zylindergruppen bereitgestellt werden, in denen Zylinder
des Mehr-Zylinder-Verbrennungsmotors aufgeteilt sind, sowie verbindende
Kanäle,
die die beiden Auslaßdurchgänge verbinden,
und das Mittel für
die Zufuhr von Sekundärluft
schießt
ein Mittel für
die Erhöhung der
Menge an Sauerstoff ein, um die Menge an Sauerstoff im von einer
der beiden Zylindergruppen abgegebenen Abgas zu erhöhen, und
führt die
Sekundärluft
zu, wenn das Abgassteuermittel den Auslaßstrom begrenzt, so dass der
Grad der Begrenzung des von der einen Zylindergruppe abgegebenen
Auslaßstroms
höher ist
als der Grad der Begrenzung des von der anderen Zylindergruppe abgegebenen
Auslaßstroms,
wenn die Menge an Sauerstoff im von der einen Zylindergruppe abgegebenen
Abgases mithilfe des Mittels für
die Erhöhung
der Menge an Sauerstoff erhöht
wird.
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Solchermaßen wird
das Mittel für
die Erhöhung
der Menge an Sauerstoff verwendet, um den Sauerstoff im von der
einen Zylindergruppe abgegebenen Abgas zu erhöhen (um z. B. den mageren L/K-Betrieb
durchzuführen),
und der Auslaßstrom wird
begrenzt, so dass der Grad der Begrenzung des von der einen Zylindergruppe
abgegebenen Auslaßstroms
(Grad der Erhöhung
des Auslaßdrucks)
höher ist
als der Grad der Begrenzung des von der anderen Zylindergruppe abgegebenen
Auslaßstroms.
Auf der Grundlage des entstandenen Druckunterschieds wird das Sauerstoff-reiche
Abgas als Sekundärluft aus
den Auslaßdurchgängen der
einen Zylindergruppe durch die verbindenden Kanäle an die Auslaßdurchgänge der
anderen Zylindergruppe geführt.
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Im
Falle, wo der Auslaßstrom
begrenzt wird, um den Auslaßdruck
zu erhöhen,
kann solchermaßen
die Sekundärluft
auf sichere Weise zugeführt werden,
um die Reaktion im Auslaßsystem
zu beschleunigen, ohne irgendeine Sekundärluft-Pumpe großer Kapazität verwenden
zu müssen,
so dass die Abgasemission-Steuerwirksamkeit
mittels Verwendung eines einfachen Aufbaus ohne irgendeinen Kostenanstieg
verbessert werden kann.
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In
der Abgasemission-Steuervorrichtung des Verbrennungsmotors der vorliegenden
Erfindung ist der Verbrennungsmotor ein Mehr-Zylinder-Verbrennungsmotor
und umfasst zwei Auslaßdurchgänge, die
unabhängig
für je
eine von zwei Zylindergruppen bereitgestellt werden, in denen Zylinder
des Mehr-Zylinder-Verbrennungsmotors
aufgeteilt sind, sowie verbindende Kanäle, die die beiden Auslaßdurchgänge verbinden,
und das Mittel für
die Zufuhr von Sekundärluft
schließt
ein Mittel für
die Erhöhung der
Menge an Sauerstoff ein, um die Menge an Sauerstoff im von einer
der beiden Zylindergruppen abgegebenen Abgas zu erhöhen, und
eine Luftpumpe, die an den verbindenden Kanälen angebracht ist und in der
Lage ist, das Abgas aus den Auslaßdurchgängen der einen Zylindergruppe
an die Auslaßdurchgänge der
anderen Zylindergruppe druckbeaufschlagt zuzuführen.
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Solchermaßen wird
der Auslaßstrom
mithilfe des Auslaßstrom-Steuermittels begrenzt
(um den Auslaßdruck
zu erhöhen),
die Menge an Sauerstoff im von der Zylindergruppe abgegebenen Abgas
mithilfe des Mittels für
die Erhöhung
der Menge an Sauerstoff erhöht
und die Luftpumpe betätigt.
Wenn dies getan ist, wird das Sauerstoff-reiche Abgas trotz der Erhöhung im
Auslaßdruck,
die der Begrenzung des Auslaßstroms
zuzuschreiben ist, als Sekundärluft durch
die Kommunikationskanäle
aus den Auslaßdurchgängen der
einen Zylindergruppe an die Auslaßdurchgänge der anderen Zylindergruppe
geführt.
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Im
Falle, wo der Auslaßstrom
begrenzt wird, um den Auslaßdruck
zu erhöhen,
kann solchermaßen
die Sekundärluft
sicher mithilfe einer Luftpumpe kleiner Kapazität (nicht eine Sekundärluft-Pumpe großer Kapazität) zugeführt werden,
um die Reaktion im Auslaßsystem
zu beschleunigen, so dass die Abgasemission-Steuerwirksamkeit mittels
Verwendung eines einfachen Aufbaus ohne irgendeinen Kostenanstieg
verbessert werden kann.
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In
der Abgasemission-Steuervorrichtung des Verbrennungsmotors der vorliegenden
Erfindung stoppt das Mittel für
die Erhöhung
der Menge an Sauerstoff die Kraftstoffzufuhr an eine der beiden
Zylindergruppen oder sie führt
einen mageren L/K-Betrieb durch.
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Solchermaßen kann
die von der einen Zylindergruppe abgegebene Menge an Sauerstoff
einfach erhöht
werden, um die Sekundärluft
sicher an das Auslaßsystem
zu speisen, indem die Kraftstoffzufuhr an die eine Zylindergruppe
gestoppt oder der magere L/K-Betrieb durchgeführt wird.
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Weiterhin
ist die Abgasemission-Steuervorrichtung des Verbrennungsmotors der
vorliegenden Erfindung eine Abgasemission-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor,
der ein Einspritzventil zum direkten Einspritzen eines Kraftstoffs
in eine Brennkammer, ein Kraftstoffeinspritz-Steuermittel zum Steuern
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses,
das das Auslaßstrom-Steuermittel
zum Begrenzen eines Auslaßstrom
umfasst, um die Wirkung der Senkung der Abgabe schädlicher
Substanzen zu Beginn des Betriebs des Verbrennungsmotors zu verbessern, und
ein Mittel für
die Zufuhr von Sekundärluft
hat, um zu Beginn des Verbrennungsmotorbetriebs Sekundärluft an
das Auslaßsystem
des Verbrennungsmotors zu führen,
wobei das Kraftstoffeinspritz-Steuermittel
und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuermittel ausgebildet
sind, um den Kraftstoff in einem Kompressionshub des Verbrennungsmotors
einzuspritzen und um das Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis jeweils
auf das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder ein reiches Luft/Kraftstoff-Verhältnis einzustellen,
wenn die Sekundärluft
mithilfe des Mittels für
die Zufuhr vom Sekundärluft
dem Auslaßsystem
zugeführt
wird.
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Es
wird angenommen, dass in einem herkömmlicher Verbrennungsmotor
mit Zylindereinspritzung, in dem ein Kraftstoff direkt in eine Brennkammer
eingespritzt wird, die Zündkerze
zum Glimmen neigt, da der Kraftstoff in der Kompressionshubeinspritzung
in einen Bereich nahe an der Zündkerze eingespritzt
wird. Der Anmelder hiervon führte
ein Experiment durch und fand heraus, dass die Kompressionshubeinspritzung
vor allem mit dem Verbrennungsmotor in einem Kaltzustand in der
Lage war, eine zufriedenstellende Sprühbedingung zu gewährleisten,
das Glimmen der Zündkerze
zu vermindern und reichlic CO zu erzeugen. Beim Zuspeisen der Sekundärluft in
die Auslaßdurchgänge wird
der Kraftstoff auf der Grundlage dieser Tatsache im Kompressionshub
des Verbrennungsmotors eingespritzt, um CO zu erzeugen, so dass
das Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder
ein reiches Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist.
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Im
Falle, wo zu Beginn des Betriebs des Verbrennungsmotors Sekundärluft zugeführt und
der Auslaßstrom
begrenzt wird (um den Auslaßdruck
zu erhöhen),
kann das Abgas dazu gebracht werden, reichlich CO zu enthalten.
Da CO leichter in Reaktion tritt als HC, kann die Reaktion im Auslaßsystem
auf zufriedenstellende weise beschleunigt werden, um die Abgasemission-Steuerwirksamkeit
zu verbessern.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Ansicht einer Abgasemission-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach
der ersten und fünften
Ausführungsform;
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2 ist
ein Diagramm, das ein Drosselventil zur Verwendung als Auslaßstrom-Steuervorrichtung
verwendet;
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3 ist
ein Flußdiagramm,
das eine Steuerroutine der Startsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform
zeigt;
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4 ist
ein Diagramm, das die Zeit-basierenden Änderungen der Abgabe (z. B.
an einem Katalysatorauslaß)
von HC für
Fälle zeigt,
in denen der Auslaßdruck
auf einen gegebenen Druck (z. B. 700 mmHg = 933 hPa) eingestellt
wird und das Verbrennungs-L/K auf 10 (durchgezogene Linie) und 12
(unterbrochene Linie) eingestellt wird, und zwar verglichen mit
dem Fall, in dem das Verbrennungs-L/K auf 14 eingestellt wird (gestrichelte
Linie);
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5 ist
ein Diagramm, das die Verhältnisse zwischen
dem Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis vor der Zufuhr von Sekundärluft und
der HC-Abgabe für
jeden Auslaßdruck
als Ergebnisse der 10-sekündigen
Messung nach dem Beginn des Ver brennungsmotorbetriebs zeigt;
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6 ist
ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen
dem Auslaß-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach der
Zufuhr von Sekundärluft
an ein Auslaßsystem und
der HC-Abgabe unter dem Auslaßdruck
von 700 mmHg (933 hPa) als Ergebnis eines 50-sekündigen Experiments nach dem
Start des Verbrennungsmotorbetriebs zeigt;
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7 ist
eine schematische Ansicht einer Abgasemission-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer
zweiten Ausführungsform;
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8 ist
eine Ansicht, die einen Auspuffkrümmer zeigt;
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9 ist
ein Flußdiagramm,
das eine Steuerroutine der Startsteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform
zeigt;
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10 ist
eine schematische Ansicht einer Abgasemission-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der dritten
und vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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11 ist
eine detaillierte Ansicht, die den Aufbau eines Auslaßsystems
des Motors gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
12 ist
ein Diagramm, das ein tandemartiges Drosselventil zur Verwendung
als Auslaßstrom-Steuervorrichtung
zeigt;
-
13 ist
ein Flußdiagramm,
das eine Steuerroutine der Startsteuerung gemäß der dritten Ausführungsform
zeigt;
-
14 ist
eine detaillierte Ansicht, die den Aufbau eines Auslaßsystems
eines Motors gemäß einer
Modifikation 1 der dritten Ausführungsform zeigt;
-
15 ist
eine detaillierte Ansicht, die den Aufbau eines Auslaßsystems
eines Motors gemäß einer
Modifikation 2 der dritten Ausführungsform zeigt;
-
16 ist
eine detaillierte Ansicht, die den Aufbau eines Auslaßsystems
des Motors gemäß der vierten
Ausführungsform
zeigt;
-
17 ist
ein Flußdiagramm,
das eine Steuerroutine der Startsteuerung gemäß der vierten Ausführungsform
zeigt;
-
18 ist
ein Flußdiagramm,
das eine Steuerroutine der Startsteuerung gemäß der fünften Ausführungsform zeigt; und
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19 ist
ein Diagramm, das Zeit-basierende Änderungen der HC-Konzentration
und der Auslaßtemperatur
auf der stromabwärts
gelegenen Seite eines Katalysators für einen Fall (durchgezogene
Linie) zeigt, in dem die Sekundärluft
und ein Kraftstoff jeweils in einem Kompressionshub zugeführt und eingespritzt
werden, und zwar verglichen mit einem Fall (unterbrochene Linie),
in dem der Kraftstoff in einem Ansaughub eingespritzt wird.
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BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER
ERFINDUNG
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Als
erstes wird eine erste Ausführungsform beschrieben.
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Nimmt
man nun auf 1 Bezug, wird ein Umriß einer
Abgasemission-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der ersten
Ausführungsform
gezeigt. Das folgende ist eine Beschreibung des Aufbaus dieser Abgasemission-Steuervorrichtung.
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Es
wird z. B. ein Benzinmotor mit Zylindereinspritzung und Fremdzündung als
Motorkörper (hiernach
wird darauf einfach als Motor Bezug genommen) 1 verwendet,
der als Verbrennungsmotor dient. In diesem Motor kann die Kraftstoffeinspritzung in
einem Kompressionshub (Kompressionshubeinspritzung) zusammen mit
der Kraftstoffeinspritzung in einem Ansaughub (Ansaughubeinspritzung)
durchgeführt
werden, indem der Kraftstoffeinspritzmodus geändert wird. Dieser Motor 1 mit
Zylindereinspritzung kann leicht den Betrieb mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis (magerer
L/K-Betrieb), außerdem
den Betrieb mit einem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (stöchiometrisch)
und den Betrieb mit einem reichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (reicher
L/K-Betrieb) verwirklichen.
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Wie
in derselben Zeichnung gezeigt, wird ein Zylinderkopf 2 des
Motors 1 mit einem elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventil 6 zusammen
mit einer Zündkerze 4 für jeden
Zylinder angebracht, wodurch ein Kraftstoff direkt in eine Brennkammer
eingespritzt werden kann.
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Die
Zündkerze 4 wird
mit einer Zündspule 8 verbunden,
die eine Hochspannung ausgibt. Weiterhin wird das Kraftstoffeinspritzventil 6 mithilfe
eines Kraftstoffrohrs 7 mit einem Kraftstoffversorger (nicht gezeigt)
verbunden, der einen Kraftstofftank hat. Genauer wird der Kraftstoffversorger
mit einer Tiefdruck-Kraftstoffpumpe und einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe bereitgestellt,
wodurch der Kraftstoff im Kraftstofftank bei einem tiefen Kraftstoffdruck
oder einem hohen Kraftstoffdruck an das Kraftstoffeinspritzventil 6 geführt werden
kann, so dass der Kraftstoff bei einem gewünschten Kraftstoffdruck vom
Kraftstoffeinspritzventil 6 in die Brennkammer eingespritzt werden
kann.
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Der
Zylinderkopf 2 wird mit Ansaugöffnungen für die im Wesentlichen in senkrechter
Richtung angeordneten einzelnen Zylinder angeordnet und mit einem
Ende des Ansaugkrümmers 10 verbunden, um
mit jeder Ansaugöffnung
in Verbindung zu stehen. Der Ansaugkrümmer 10 wird mit einem
elektromagnetischen Drosselventil 14 bereitgestellt, der
die Ansaugrate reguliert.
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Weiterhin
wird der Zylinderkopf 2 mit Auslaßöffnungen für die im Wesentlichen in horizontaler Richtung
angeordneten einzelnen Zylinder ausgebildet und wird mit einem Ende
eines Ansaugkrümmers 12 verbunden,
um mit jeder Auslaßöffnung zu
kommunizieren.
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Weiterhin
wird jede Auslaßöffnung mithilfe eines
Luftdurchgangs 17 mit einer Sekundärluft-Pumpe (Mittel für die Zufuhr
von Sekundärluft) 16 verbunden.
Sekundärluft
kann jeder Auslaßöffnung zugeführt werden,
wenn die Sekundärluft-Pumpe 16 betätigt wird.
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Da
der Motor 1 mit Zylindereinspritzung bekannter Art ist,
wird eine detaillierte Beschreibung seines Aufbaus weggelassen.
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Ein
Auspuffrohr (Auslaßdurchgang) 20 wird mit
dem anderen Ende des Auslaßkrümmers 12 verbunden.
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Das
Auspuffrohr 20 wird mit einem Dreiwegekatalysator 30 zur
Verwendung als Abgasemission-Steuervorrichtung ausgestattet. Der
Dreiwegekatalysator 30 hat als Träger ein aktives Edelmetall
wie beispielsweise Kupfer (Cu), Kobalt (Co), Silber (Ag), Platin
(Pt), Rhodium (Rh) oder Palladium (Pd).
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Wie
in derselben Zeichnung gezeigt, wird das Auspuffrohr 20 außerdem mit
einem Auslaßdrucksensor 22 zum
Erfassen des Auslaßdrucks
und einem O2-Sensor oder L/K-Sensor 24 bereitgestellt.
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Weiterhin
wird das Auspuffrohr 20 in jenem Teil, der sich auf der
stromabwärts
gelegenen Seite des Dreiwegekatalysators 30 befindet, mit
einer Auslaßstrom-Steuervorrichtung
(Auslaßstrom-Steuermittel) 40 ausgestattet.
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Die
Auslaßstrom-Steuervorrichtung 40 ist eine
Vorrichtung, die aufgebaut ist, um die Reduzierung schädlicher
Substanzen (einschließlich
NOx, Rauch, H2, usw. sowie unverbrannte Substanzen wie beispielsweise
HC, CO, usw.) im Abgas zu beschleunigen, und ist aufgebaut, den
Auslaßdruck,
die Abgasdichte und/oder die Auslaßstromrate (Faktor, der die
Wirkung der Erhöhung
der Reduzierung bewirkt) ändern
zu können.
Genauer setzt sich die Auslaßstrom-Steuervorrichtung 40 aus
einem geschlossenen Schaltventil 42 zusammen, das den Durchschnittsquerschnitt
des Auspuffrohrs 20 einstellen kann.
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Das
geschlossene Schaltventil 42 kann irgendeines von verschiedenen
Arten sein. In diesem Fall wird ein Drosselventil verwendet, das
den Durchschnittsquerschnitt des Auspuffrohrs 20 einstellen kann,
indem eine Ventilscheibe 44 um eine Welle 43 herum
gedreht wird, die in das Auspuffrohr 20 dringt, wie in 2 gezeigt,
die einen offenen Ventilzustand und einen geschlossenen Ventilzustand
darstellt. Das Drosselventil wird mit einem Stellglied 45 bereitgestellt,
und das Drosselventil wird geöffnet
oder geschlossen, wenn die Ventilscheibe 44 mithilfe des Stellglieds 45 um
die Welle herumgedreht wird.
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Eine
ECU 60 wird mit Speichern (ROM, RAM, permanter RAM, usw.),
einer Zentralverarbeitungseinheit (ZPU), Timerzählern, usw. bereitgestellt. Die
ECU 60 führt
die umfassende Steuerung der Abgasemission-Steuervorrichtung durch,
die den Motor 1 einschließt.
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Die
Eingabeseite der ECU 60 wird mit den zuvor genannten verschiedenen
Sensoren verbunden, die den Auslaßdrucksensor 22, den
O2-Sensor oder L/K-Sensor 24, usw.
einschließen,
und wird mit einer Erfassungsinformation von diesen Sensoren versorgt.
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Andererseits
wird die Abgabeseite der ECU 60 mit den zuvor genannten
Ausgabevorrichtungen verbunden, die das Kraftstoffeinspritzventil 6,
die Funkspule 8, die Drosselklappe 14, die Sekundärluft-Pumpe
(Mittel für
die Zufuhr von Sekundärluft) 16,
das Stellglied 45, usw. einschließen. Eine Einspritzmenge, Kraftstoffeinspritztaktung,
Zündtaktung, Auslaß-gesteuerte
Ver änderliche,
usw., die in Übereinstimmung
mit der Erfassungsinformation von den verschiedenen Sensoren berechnet
werden, werden einzeln an die verschiedenen Ausgabevorrichtungen abgegeben.
Daraufhin werden eine passende Kraftstoffmenge zu einem passenden
Zeitpunkt vom Kraftstoffeinspritzventil 6 eingespritzt,
die Funkenzündung
zu einem passenden Zeitpunkt mithilfe der Zündkerze 4 durchgeführt, die
Sekundärluft
zu einem passenden Zeitpunkt zugeführt und das Schaltventil 42 so
gesteuert, dass eine gewünschte
Auslaßstrom-gesteuerte
Veränderliche
(z. B. einen Ziel-Auslaßdruck)
erhalten wird.
-
Das
folgende ist eine Beschreibung des Betriebs der Abgasemission-Steuervorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform,
d. h. die Kaltstartsteuerung des Motors 1 gemäß der ersten
Ausführungsform.
-
Nimmt
man auf 3 Bezug, wird ein Flußdiagramm
für eine
Startsteuerroutine gemäß der ersten
Ausführungsform
gezeigt. Die Startsteuerung wird jetzt mit Bezug auf dieselbe Zeichnung
beschrieben.
-
Im
Schritt S10 wird bestimmt, ob sich der Motor 1 in seinem
Kaltzustand befindet oder nicht. In diesem Fall wird bestimmt, ob
die Kühlwassertemperatur
tiefer ist als eine gegebene Temperatur (z. B. 60°C). Wenn
die Entscheidung Nein lautet, kann schlußgefolgert werden, dass sich
der Motor in seinem Aufwärmzustand
befindet, woraufhin diese Routine beendet wird. Wenn die Entscheidung
Ja lautet, wird andererseits schlußgefolgert, dass sich der Motor 1 im
Kaltzustand befindet, woraufhin das Programm auf Schritt S12 vorrückt. Die
Entscheidung im Schritt S10 ist nicht auf die Entscheidung eingeschränkt, ob
die Kühlwassertemperatur
tiefer ist als die gegebene Temperatur oder nicht, und kann alternativ
beispielsweise eine Entscheidung darüber sein, ob die verstrichene
Zeit nach dem Start des Betriebs kürzer ist als eine gegebene
Zeit (z. B. 50 sek).
-
Im
Schritt S12 wird bestimmt, ob sich ein Auslaßsystem in seinem Kaltzustand
befindet oder nicht. Diese Entscheidung hängt davon ab, ob irgendeine
der folgenden Bedingungen erfüllt
ist oder nicht; z. B.:
verstrichene Zeit nach Start < gegebene Zeit (z.
B. 4 Sek);
eine oder mehrere Erfüllungen der (Motordrehzahl > gegebene Drehzahl
(z. B. 1.200 UpM));
Auslaßtemperatur < gegebene Temperatur
(z. B. 600°C);
Öltemperatur < gegebene Temperatur
(z. B. 35°C);
Kühlwassertemperatur < gegebene Temperatur
(z. B. 40°C).
-
Da
das Auslaßsystem
(Auslaßöffnung,
Auslaßkrümmer 12,
usw.) leicht in seinen Warmzustand gebracht werden kann, bevor der
Motor 1 in seinen Aufwärmzustand
gebracht wird, ist die Kaltzeitspanne des Auslaßsystems kürzer als die Kaltzeitspanne des
Motors 1. Solchermaßen
kann sich der Kaltzustand des hierin beschriebenen Auslaßsystems
vom Kaltzustand des Motors 1 unterscheiden. Daher sind die
Schwellwertentscheidungswerte für
die zuvor genannten Bedingungen tiefer als die Schwellwertentscheidungswerte
für den
Aufwärmzustand
des Motors 1.
-
Wenn
irgendeine der zuvor genannten Bedingungen erfüllt ist, so dass schlußgefolgert
wird, dass die Entscheidung im Schritt S12 Ja lautet, d. h. sich
das Auslaßsystem
im Kaltzustand befindet, rückt daraufhin
das Programm auf den Schritt S14 vor.
-
Im
Schritt S14 wird bestimmt, ob eine Motorstoppzeitspanne länger war
als eine gegebene Zeit (z. B. 15 Min) oder nicht. Genauer wird bestimmt,
ob eine Zeitspanne, die lang genug ist, um den Motor 1 kalt
werden zu lassen, seit dem Ausmachen des Motors 1 verstrichen
ist.
-
Die
gegebenen Werte können
wie die Schwellwertentscheidungswerte für die in den Schritten S12
und S14 verwendeten zuvor genannten Bedingungen feststehende Werte
sein. Alternativ können
sie jedoch Kennfeldwerte sein, die gemäß den Betriebsbedingungen (verstrichene
Zeit nach Start, Motordrehzahl, Motorstoppzeitspanne, volumetrische
Wirksamkeit, mittlerer induzierter Druck, Auslaßtemperatur, Öltemperatur,
Kühlwassertemperatur, Ansaugrate,
Auslaßmengenfließrate, Auslaßmassenfließrate oder
ein oder mehrere mit diesen Werten verknüpften Indizes) optimiert werden.
-
Ein
Phänomen
wird bestätigt,
dass diese Reaktion der schädlichen
Substanzen wie beispielsweise der unverbrannten Substanzen, NOx,
usw. nicht sehr stark beschleunigt werden kann und sich die Abgasemission-Steuerleistung
auf die zuvor genannte Weise verschlechtert, so dass sich die Abgabe
der schädlichen
Substanzen (hauptsächlich
HC) vorübergehend
sogar dann erhöht,
wenn die Auslaßstromsteuerung
in einer Zeitspanne, in der sich das Auslaßsystem im Kaltzustand befindet,
durchgeführt wird
(s. 4).
-
Es
wird angenommen, dass dieses Phänomen
aus folgendem Grund auftritt. Da die Auslaßsystemtemperatur nahe an der
Auslaßöffnung kurz
nach dem Betriebsstart des Verbrennungsmotors (kurz nach dem Anlassen)
für gewöhnlich tief
ist, wird das Abgas gekühlt,
um die Auslaßtemperatur
zu senken, so dass die Reaktion selbst dann nicht stark beschleunigt
werden kann, wenn der Auslaßdruck
erhöht
wird.
-
Wenn
die Entscheidungen in den Schritten S12 und S14 gemäß dieser
Abgasemission-Steuervorrichtung Ja lauten, wird daher das Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Verbrennungs-L/K) im
Schritt S16 angereichert, damit die Abgasemission-Steuerleistung
in der Zeitspanne, in der sich das Auslaßsystem kurz nach Beginn des
Motorbetriebs 1 im Kaltzustand befindet, herabgesetzt wird.
In diesem Fall wird das Verbrennungs-L/K in Bezug auf 5 z.
B. auf 10 (L/K = 10) minimiert. Jedoch ist es lediglich erforderlich,
dass das Verbrennungs-L/K ein reiches Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist,
und das Verbrennungs-L/K sollte vorzugsweise auf den Bereich von
einem Verbrennungs-Grenzwert-Luft/raftstoff-Verhältnis bis 13 eingeschränkt werden (Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuermittel).
In diesem Fall ist die Kraftstoffeinspritzung die Ansaughubeinspritzung.
-
Wenn
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
auf diese Art und Weise angereichert wird, steigt die Einspritzmenge,
so dass die Verbrennungswärmeabgabe
in die Brennkammer steigt, die Verbrennungstemperatur steigt und
die Menge an unverbrannten Substanzen steigt. Entsprechend wird
die Wahrscheinlichkeit der Reaktion unverbrannter Substanzen in
der Brennkammer und im Auslaßsystem
einschließlich der
Auslaßöffnung,
dem Auslaßkrümmers, usw.,
verbessert, so dass die Reaktion wie eine Kettenreaktion beschleunigt
wird. Solchermaßen
kann das Auslaßsystem
einschließlich
der Auslaßöffnung,
dem Auslaßkrümmer, usw.
im Kaltzustand in einer kurzen Zeit aufgewärmt werden, so dass verhindert
werden kann, dass die Auslaßtemperatur
kurz nach dem Start des Betriebs fällt.
-
Im
nächsten
Schritt bzw. im Schritt S18 wird die Begrenzung des Auslaßstroms
ausgeführt
(Auslaßstrom-Steuermittel).
Genauer wird das Schaltventil 42 geöffnet, um den Auslaßstrom zu
begrenzen, wodurch der Auslaßdruck
erhöht
wird. In diesem Fall wird das Stellglied 45 in Übereinstimmung
mit der Information aus dem Auslaßdrucksensor 22 betrieben, wodurch
der Auslaßdruck
auf einen gegebenen Druck (z. B. 700 mmHg = 933 hPa) erhöht und gehalten
wird.
-
Sogar
kurz nach dem Start des Motorbetriebs 1 kann daher verhindert
werden, dass die Auslaßtemperatur
fällt,
wenn die Abgasdichte hoch genug gehalten wird, um die Verweilzeit
bzw. Reaktionszeit des Sauerstoffs und der unverbrannten Substanzen
zu verlängern.
Solchermaßen
kann die Oxidation von HC, CO, usw. und die Reduzierung von NOx
im Auslaßsystem
zum Zeitpunkt kurz nach dem Betriebsstart günstig beschleunigt und die
Abgabe von HC, CO, NOx, usw. vor einem zeitweiligen Anstieg kurz
nach dem Betriebsstart auf zufriedenstellende Weise eingeschränkt werden.
-
Im
Schritt S20 wird die Sekundärluft
vor allem in Übereinstimmung
mit der Information vom O2-Sensor bzw. L/K-Sensor 24 (Mittel
für die
Zufuhr von Sekundärluft)
aus der Sekundärluft-Pumpe 16 zugeführt, so
dass das Auslaß-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Auslaß-L/K) ein
mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis
im Bereich von 18 bis 22 ist. In diesem Fall sollte das Auslaß-L/K, wie in 6 gezeigt,
auf 20 eingestellt werden.
-
Wenn
solchermaßen
die Zufuhr von Sekundärluft
durchgeführt
wird, so dass das Auslaß-L/K
im Bereich von 18 bis 22 liegt, ohne zu unterlassen, den Auslaßdruck hoch
genug zu halten, werden die Oxidation und die Reduzierung im Auslaßsystem
wie eine Kettenreaktion schnell beschleunigt, so dass schädliche Substanzen
wie beispielsweise HC, CO, NOx, usw. auf eine zufriedenstellende
Weise entfernt werden können.
-
Wenn
das Erfüllen
irgendeiner der zuvor genannten Bedingungen mißlingt, da beispielsweise die verstrichene
Zeit nach Beginn des Betriebs die gegebene Zeit (z. B. 4 Sek) übersteigt, so
dass schlußgefolgert
wird, dass die Entscheidung im Schritt S12 oder S14 Nein lautet,
dann rückt
das Programm anderenfalls auf Schritt S22 vor. Daraufhin wird das
Verbrennungs-L/K auf beispielsweise 12 (L/K = 12) (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuermittel)
eingestellt.
-
Wenn
solchermaßen
die Entscheidung im Schritt S12 oder S14 Nein lautet, kann schlußgefolgert
werden, dass die Brennkammer und das Auslaßsystem einschließlich Auslaßöffnung,
Auslaßkrümmer 12,
usw. bereits nicht mehr im Kaltzustand, sondern im Warmzustand sind.
In diesem Zustand muß daher
das Auslaßsystem
nicht mehr aufgewärmt werden,
und das Verbrennungs-L/K wird auf einen Wert eingestellt, der ein
bißchen
näher am
theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis liegt als das Verbrennungs-L/K
(L/K = 10) für
den Kaltzustand.
-
Fortfahrend,
benötigt
die Anreicherung die Erhöhung
in der Abgasfließrate,
um die Herabsetzung im Drehmoment auszugleichen. Durch das Vornehmen
der zuvor genannten Einstellung kann jedoch der Anstieg der Abgabe
schädlicher
Substanzen, die in der Erhöhung
der Abgasfließrate
beinhaltet sind, begrenzt werden, und es kann verhindert werden,
dass sich der Kraftstoffwirkungsgrad verschlechtert.
-
Auch
in diesem Fall wird das Verbrennungs-L/K beispielsweise auf 12 (L/K
= 12) eingestellt und ist ein reiches luft/Kraftstoff-Verhältnis, das vorzugsweise
im Bereich vom Verbrennungs-Grenzwert-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bis
13 liegt (Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuermittel).
-
Nachdem
Schritt S22 ausgeführt
ist, wird die Auslaßstromsteuerung
auf dieselbe Art und Weise wie zuvor genannt durchgeführt, und
die Sekundärluft
wird so zugeführt,
dass das Auslaß-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Auslaß-L/K) in
den Schritten S18 und S20 im Bereich von 18 bis 22 liegt.
-
Solchermaßen fährt die
Oxidation und die Reduzierung im Auslaßsystem fort, wie eine Kettenreaktion
schnell beschleunigt zu werden, und das zufriedenstellende Entfernen
schädlicher
Substanzen wie beispielsweise HC, CO, NOx, usw. wird fortgesetzt.
-
Solchermaßen kann
die Abgabe von HC, CO, NOx und anderen schädlichen Substanzen reduziert
werden, um die Abgasemission-Steuereffizienz
zu verbessern, indem der Auslaßstrom
begrenzt, das Verbrennungs-L/K auf ein reiches Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt
und die Sekundärluft
so zugeführt
werden, dass das Auslaß-L/K
zu Beginn des Motorbetriebs 1 ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist.
Die Abgasemission-Steuerleistung kann optimiert werden, indem das
Verbrennungs-L/K innerhalb des Bereichs vom Verbrennungs-Grenzwert-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von
13 eingestellt und die Sekundärluft
speziell so zugeführt
wird, dass das Auslaß-L/K
im Bereich von 18 bis 22 liegt. Da eine große Reaktionswärme erzeugt
wird, können überdies
die Auslaßtemperatur
hoch gehalten und der Dreiwegekatalysator 30 früh aktiviert
werden.
-
Nimmt
man auf 4 Bezug, werden Zeit-basierende Änderungen
der Abgabe (z. B. an einem Katalysatorauslaß) von HC für Fälle gezeigt, in denen Sekundärluft zugeführt, der
Auslaßdruck
auf einen gegebenen Druck (z. B. 700 mmHg = 933 hPa) eingestellt
und das Verbrennungs-L/K auf 10 (durchgezogene Linie) und 12 (unterbrochene
Linie) eingestellt wird, und zwar verglichen mit einem Fall, in
dem das Verbrennungs-L/K auf 14 (gestrichelte Linie) eingestellt
wird. Unmittelbar nach Beginn des Betriebs wird, wie aus dieser
Zeichnung ersichtlich, die HC-Abgabe beträchtlich reduziert, wenn das
Verbrennungs-L/K 10 ist, d. h. wenn das Verbrennungs-L/K dichter
am Verbrennungs-Grenzwert-Luft/Kraftstoff-Verhältnis liegt.
Danach ist die HC-Abgabe am geringsten, wenn das Verbrennungs-L/K
12 oder in etwa 12 ist. Zu Beginn des Motorbetriebs 1 kann
daher die Abgabe an schädlichen Substanzen
herabgesetzt werden, ohne dass es mißlingt, die Abgasemission-Steuerleistung
zu optimieren, indem das Verbrennungs-L/K auf ein reiches Luft/Kraftstoff-Verhältnis, insbesondere
auf einen Wert innerhalb des Bereichs vom Verbrennungs-Grenzwert-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bis
13 wie beispielsweise 10 oder 12, eingestellt wird. Indem die Sekundärluft so
zugeführt
wird, dass das Auslaß-L/K im
Bereich von 18 bis 22 liegt, kann die Abgabe an schädlichen
Substanzen weiterhin herabgesetzt werden, ohne dass es mißlingt,
die Abgasemission-Steuerleistung
zusätzlich
zu optimieren.
-
Gemäß dieser
Anordnung wird das Verbrennungs-L/K kurz nach Beginn des Motorbetriebs 1 auf 10
eingestellt und dann auf 12 geändert.
Jedoch wird das Verbrennungs-L/K nicht auf diese Zweistufenschaltung
begrenzt und kann abhängig
von der seit dem Start des Motorbetriebs 1 verstrichenen
Zeit innerhalb des Bereichs reicher Luft/Kraftstoff-Verhältnisse
in drei oder mehr Stufen geschaltet sein. Solchermaßen kann
die Abgasemission-Steuerleistung zusätzlich optimiert
werden. Vorzugsweise sollte der Wert des Verbrennungs-L/K in diesem
Fall mit der Zeit graduell erhöht
werden. Spezifischer sollte das Verbrennungs-L/K graduell von einem
reichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis
in einen nahe am theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis befindlichen
Wert geändert
werden. Wenn dies geschehen ist, kann das Verbrennungs-L/K kontinuierlich
geändert
werden.
-
Die
in dieser Beschreibung (einschließlich den Ansprüchen) beschriebenen
L/K-Werte sind Werte für
inländisches
Prämium-Benzin(theoretisches
Luft/Kraftstoff-Verhältnis:
14,41). Die einzelnen L/K-Werte implizieren die folgenden äquivalenten
Verhältnisse Φ:
L/K
= 10 → ϕ ≓ 1.441,
L/K
= 12 → ϕ ≓ 1.201,
L/K
= 13 → ϕ ≓ 1.108,
L/K
= 14 → ϕ ≓ 1.029,
L/K
= 20 → ϕ ≓ 0.721,
L/K
= 22 → ϕ ≓ 0.655.
-
Folgendes
ist eine Beschreibung einer zweiten Ausführungsform.
-
Die
zweite Ausführungsform
unterscheidet sich darin von der ersten Ausführungsform, dass keine Sekundärluft-Pumpe
verwendet wird und der Motor 1 ein Mehr-Zylindermotor ist.
Eine Beschreibung der Abschnitte, die mit der ersten Ausführungsform übereinstimmen,
wird hierin weggelassen, und nur andere Abschnitte werden unten
beschrieben werden.
-
Nimmt
man auf 7 Bezug, wird ein Umriß einer
Abgasemission-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der zweiten
Ausführungsform
gezeigt. In dieser zweiten Ausführungs form
wird als Motor 1 z. B. ein Fremdzündung-Vierzylinder-Benzinmotor mit Zylindereinspritzung
verwendet.
-
In
diesem Fall wird außerdem
als Auslaßkrümmer 12 ein
Auslaßkrümmersystem
des Dualtyps wie beispielsweise das in 8 gezeigte
verwendet. Alternativ kann der Auslaßkrümmer 12 ein Auslaßkrümmersystem
des Einzeltyps oder ein Auslaßkrümmersystem
des Greifertyps sein.
-
Folgendes
ist eine Beschreibung des Betriebs der Abgasemission-Steuervorrichtung
des Verbrennungsmotors gemäß der auf
diese Weise aufgebauten zweiten Ausführungsform, d. h. der Kaltstartsteuerung
des Motors 1 gemäß der zweiten
Ausführungsform.
-
Nimmt
man auf 9 Bezug, wird ein Flußdiagramm
für eine
Startsteuerroutine gemäß der zweiten
Ausführungsform
gezeigt. Die Startsteuerung wird jetzt mit Bezug auf dieselbe Zeichnung
beschrieben. Folgendes ist eine Beschreibung lediglich derjenigen
Abschnitte, die sich vom Flußdiagramm aus 3 unterscheiden.
-
Wenn
der Auslaßstrom
in den Schritten S10 bis S16 bzw. S22 gemäß dieser zweiten Ausführungsform
begrenzt wird, wird im Schritt S20' (Mittel für die Zufuhr von Sekundärluft) die
Kraftstoffversrogung an irgendeinen der Zylinder Nr. 1 bis Nr. 4
gestoppt (Kraftstoffstopp), und das Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die anderen
drei Zylinder wird auf dem zuvor genannten reichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis gehalten.
Da der Motor 1 ein Vierzylindermotor ist, wird die Kraftstoffzufuhr
für einen
Zylinder alle vier Zyklen unterbrochen. Zum Beispiel wird die Kraftstoffzufuhr
für den
Zylinder Nr. 1 unterbrochen, und der Kraftstoff wird durch das Kraftstoffeinspritzventil 6 in
die Zylinder Nr. 2 bis Nr. 4 eingespritzt, so dass ein reiches Luft/Kraftstoff-Verhältnis erhalten
wird. In diesem Fall ist die Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder
Nr. 2 bis Nr. 4 die Ansaughubeinspritzung.
-
Solchermaßen wird
in diesem Fall die Kraftstoffzufuhr so gesteuert, dass der Kraftstoff
in einem reichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis dem
nächsten
Zylinder zugeführt
wird, nachdem die Kraftstoffunterbrechung für einen Zylinder durchgeführt wird.
-
Obwohl
die Kraftstoffunterbrechung im oben beschriebenen Fall für nur einen
der Zylinder durchgeführt
wird, kann die Kraftstoffunterbrechung in Zusammenhang mit allen
zwei Zyklen für
jeweils zwei der Zylinder durchgeführt werden.
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Wenn
die Kraftstoffunterbrechung solchermaßen für irgendeinen der Zylinder
durchgeführt wird,
während
der Kraftstoff anderen Zylindern zugeführt wird, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein reiches
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
ist, wird nur Luft (Auslaßluft)
aus einigen Zylindern, die der Kraftstoffunterbrechung unterworfen
sind, in den Auslaßkrümmer 12 abgegeben,
während
große
Mengen an unverbrannten Substanzen (HC, CO, usw.), die einer unvollständigen Verbrennung
zuzuschreiben sind, aus anderen Zylindern, an die der Kraftstoff
im Überschuß zugeführt wird,
in den Auslaßkrümmer 12 abgegeben
werden, um das reiche Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erhalten.
-
Wenn
Sauerstoff und unverbrannte Substanzen an den Auslaßkrümmer 12 geführt werden,
wird die Oxidation, bei Vorliegen von genug Sauerstoff mit dem begrenzten
Auslaßstrom,
auf zufriedenstellende Weise im Auslaßsystem, das den Auslaßkrümmer 12 und
den Auspuffrohr 20 einschließt, beschleunigt.
-
Wie
im Fall der ersten Ausführungsform
kann solchermaßen
die Abgabe von HC, CO, NOx und anderen schädlichen Substanzen vermindert
werden, um die Abgasemission-Steuereffizienz zu verbessern. Da eine
reichlich Reaktionswärme
erzeugt wird, kann außerdem
die Auslaßtemperatur
hoch gehalten werden, und der Dreiwegekatalysator 30 kann
früh aktiviert
werden.
-
Obwohl
die Abgasluft im oben beschriebenen Fall mittels der Ausführung der
Kraftstoffunterbrechung zugeführt
wird, kann die Kraftstoffunterbrechung mit einem mageren L/K-Betrieb
ersetzt werden, so dass das Abgas, das viel überschüssigen Sauerstoff enthält, als
Auslaßluft
zugeführt
wird (Mittel zur Erhöhung
der Menge an Auslaßsauerstoff). Dieselbe
zuvor genannte Wirkung kann auch in diesem Fall erhalten werden.
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Folgendes
ist eine Beschreibung einer dritten Ausführung gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
Eine
Beschreibung jener Abschnitte der dritten Ausführungsform, die mit der ersten
Ausführungsform übereinstimmen,
wird ebenfalls weggelassen, und unten werden nur andere Abschnitte beschrieben.
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Nimmt
man auf 10 Bezug, wird ein Umriß einer
Abgasemission-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. In dieser zweiten Ausführungsform
wird, wie in der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform, als Motor 1 ebenfalls
z. B. ein Fremdzündung-Vierzylinder-Benzinmotor
mit Zylindereinspritzung verwendet.
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In
diesem Fall wird als Auslaßkrümmer 12 ein
Auslaßkrümmersystem
des Dualtyps verwendet.
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Nimmt
man auf 11 Bezug, wird eine detaillierte
Ansicht des Auslaßsystems
des Motors 1 gezeigt. Der Aufbau des Auslaßsystems
des Motors 1 gemäß der dritten
Ausführungsform
wird jetzt mit Bezug auf dieselbe Zeichnung beschrieben.
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Die
Verbrennung im Motor wird in der genannten Reihenfolge für die Nr.
1, Nr. 2, Nr. 3 und Nr. 4 durchgeführt. Um im Auslaßkrümmer 12,
der aus dem Auslaßkrümmersystem
des Dualtyps gebildet ist, eine Abgasinterferenz zu vermeiden, vereinigen sich
die jeweiligen Auslaßdurchgänge des
Zylinder Nr. 1 und Nr. 4 (eine Zylindergruppe), die nicht aneinanderhängen, um
einen Auslaßdurchgang
zu bilden, während
sich die jeweiligen Auslaßdurchgänge der
Zylinder Nr. 2 und Nr. 3 (andere Zylindergruppe) vereinigen, um
einen anderen Auslaßdurchgang
zu bilden. Solchermaßen
hat der Auslaßkrümmer 12, der
aus dem Auslaßkrümmersystem
des Dualtyps gebildet ist, an seinem Auslaß zwei Auslaßdurchgänge.
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Wie
in derselben Zeichnung gezeigt, wird das Auspuffrohr 20 mithilfe
einer Abschirmung oder dergleichen in ein Auspuffrohr 20a und
ein Auspuffrohr 20b aufgeteilt. Das Auspuffrohr 20a wird
mit den Auslaßdurchgängen von
den Zylindern Nr. 1 und Nr. 4 verbunden, während das Auspuffrohr 20b mit
den Auslaßdurchgängen von
den Zylindern Nr. 2 und Nr. 3 verbunden wird.
-
Das
Auspuffrohr 20 wird mit einer Auslaßstrom-Steuervorrichtung 140 ausgestattet,
die den Strom des Abgases im Auspuffrohr 20 steuert, das das
Auspuffrohr 20a und das Auspuffrohr 20b einschließt.
-
Die
Auslaßstrom-Steuervorrichtung 140 ist wie
die zuvor genannte Auslaßstrom-Steuervorrichtung 40 aufgebaut,
um die Begrenzung des Auslaßstroms,
d. h. die Erhöhung
des Auslaßdrucks,
die Erhöhung
der Abgasdichte und/oder die Herabsetzung der Abgasfließrate, durchführen zu
können.
Genauer setzt sich die Auslaßstrom-Steuervorrichtung 140 aus
einem geschlossenen Schaltventil (Auslaßstrom-Steuermittel) 142 zusammen,
das die jeweiligen Durchflußquerschnitte
des Auspuffrohrs 20a und des Auspuffrohrs 20b regulieren
kann.
-
Das
geschlossene Schaltventil 142 kann verschiedenartig sein.
In diesem Fall wird für
den Zweck ein tandemartiges Drosselventil wie beispielsweise das
schematisch in 12 gezeigte verwendet.
-
Dieses
tandemartige Drosselventil ist so aufgebaut, dass eine Ventilscheibe 144a,
die dem Auspuffrohr 20a entspricht, und eine Ventilscheibe 144b, die
dem Auspuffrohr 20b entspricht, unabhängig voneinander sind und beide
an einer Drehwelle 143 befestigt werden, um synchron mit
der Drehwelle 143 gedreht werden zu können. Solchermaßen hat
das geschlossene Schaltventil 142, wie das tandemartige Drosselventil,
die beiden Ventilscheiben 144a und 144b, die,
sich die eine Drehwelle 143 teilend, als ein Teil ausgebildet
sind.
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Ein
Stellglied 145 wird mit der Drehwelle 143 verbunden.
Das Drosselventil wird geöffnet
und geschlossen, wenn die Drehwelle 143 mithilfe des Stellglieds 145 gedreht
wird.
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Spezifischer
setzt sich die Drehwelle 143 aus einem mit der Ventilscheibe 144a ausgestatteten Wellenkörper 143a und
einem mit der Ventilscheibe 144b ausgestatteten Wellenkörper 143b zusammen. Die
Wellenkörper 143a und 143b werden
mithilfe einer Feder 143c in Reihe verbunden, so dass die
Ventilscheiben 144a und 144b um einen gegebenen
Winkel um die Drehwelle 143 herum verschoben werden. Solchermaßen ist
das Drosselventil so aufgebaut, dass, wenn die Drehwelle 143 in
die Ventilschließseite
gedreht wird, die Reduzierung des Durchflußquerschnitts des Auspuffrohrs 20a,
das mithilfe der Ventilscheibe 144a eingegrenzt wird, größer ist
als die Reduzierung des Durchflußquerschnitts des Auspuffrohrs 20b,
das mithilfe der Ventilscheibe 144b eingegrenzt wird, und
dass die beiden Ventilscheiben 144a und 144b vollständig gegen
die Federnkraft geöffnet werden,
wenn die Drehwelle 143 auf der Ventilöffnungsseite in ihre ganz offene
Stellung gedreht wird.
-
Das
Auspuffrohr 20 wird auf der stromabwärts gelegenen Steie des geschlossenen
Schaltventils 142 integriert, und der integrierte Abschnitt des
Auspuffrohrs 20 wird mit dem Dreiwegekatalysator 30 ausgestattet.
-
Die
jeweiligen Auslaßdurchgänge der
Zylinder Nr. 1 und Nr. 2 werden jeweils mithilfe von Kommunikationskanälen 18 und 19 kleinen
Durchmessers mit jeweiligen Auslaßdurchgängen der Zylinder Nr. 3 und
Nr. 4 verbunden. Die Kommunikationskanäle 18 und 19 können auf
eine Weise im Zylinderkopf 2 ausgebildet sein, dass die
jeweiligen Auslaßöffnungen
der Zylinder Nr. 1 und Nr. 4 jeweils mit jeweiligen Auslaßöffnungen
der Zylinder Nr. 2 und Nr. 3 in Verbindung stehen.
-
Folgendes
ist eine Beschreibung des Betriebs der Abgasemission-Steuervorrichtung
gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die auf diese Weise aufgebaut ist – d. h.
die Kaltstartsteuerung des Motors 1 gemäß der dritten Ausführungsform.
-
Nimmt
man auf 13 Bezug, wird ein Flußdiagramm
für eine
Startsteuerroutine gemäß der dritten
Ausführungsform
gezeigt. Die Startsteuerung wird jetzt mit Bezug auf dieselbe Zeichnung
beschrieben. Folgendes ist auch eine Beschreibung nur jener Abschnitte,
die sich vom Flußdiagramm
aus 3 unterscheiden.
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Nachdem
die Verfahren der Schritte S10 bis S16 bzw. S22 gemäß der dritten
Ausführungsform ausgeführt sind,
wird das Stellglied 45 der Auslaßstrom-Steuervorrichtung 140 betätigt, um
im Schritt S18 das geschlossene Schaltventil 142 zu schließen. Solchermaßen werden
beide Ventilscheiben 144a und 144b des tandemartigen
Drosselventils geschlossen, um die jeweiligen Durchflußquerschnitte der
beiden Auspuffrohre 20a und 20b zu reduzieren.
-
Im
Schritt S120 wird die Kraftstoffzufuhr an die Zylinder Nr. 1 und
Nr. 4 (eine Zylindergruppe) gestoppt, d. h. die Kraftstoffunterbrechung
(Mittel zur Erhöhung
der Menge an Auslaßsauerstoff)
wird ausgeführt,
um nur Luft (Auslaßluft)
in das Auspuffrohr 20 zu entladen. Andererseits wird in
den Zylindern Nr. 2 und Nr. 3 (andere Zylindergruppe) der reiche L/K-Betrieb
durchgeführt,
so dass die unverbrannten Substanzen in das Auspuffrohr 20b abgegeben
werden, wobei das Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis am
reichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis
gehalten wird. In diesem Fall ist die Kraftstoffeinspritzung in die
Zylinder Nr. 2 und Nr. 3 die Ansaughubeinspritzung.
-
Solchermaßen wird
der Auslaßstrom
in den Auspuffrohren 20a und 20b begrenzt. Da
das geschlossene Schaltventil 142 so aufgebaut ist, dass die
Reduzierung des Durchflußquerschnitts
des Auspuffrohrs 20a, das mithilfe der Ventilscheibe 144a eingeengt
wird, größer ist
als die Reduzierung des Durchflußquerschnitts des Auspuffrohrs 20b,
das mithilfe der Ventilscheibe 144b eingeengt wird, ist
jedoch, wie zuvor erwähnt,
der Grad der Begrenzung des Auslaßstroms im Auspuffrohr 20a höher als
der Grad der Begrenzung des Auslaßstroms im Auspuffrohr 20b,
so dass der Auslaßdruck
im Auspuffrohr 20a höher
als der Auslaßdruck
im Auspuffrohr 20b ist.
-
Auf
der Grundlage des entstehenden Druckunterschieds fließt die Auslaßluft im
Auslaßdurchgang
des Zylinders Nr. 1 durch den Venbindungskanal 18 in den
Auslaßdurchgang
des Zylinders Nr. 3, fließt
die Auslaßluft
im Auslaßdurchgang
des Zylinders Nr. 4 durch den Kommunikationskanal 19 in
den Auslaßdurchgang,
und wird die auf der Seite des Auspuffrohrs 20a von den
Zylindern Nr. 1 und Nr. 4 entladene Auslaßluft in die jeweiligen Auslaßdurchgänge der
Zylinder Nr. 2 und Nr. 3, d. h. in das Auspuffrohr 20b,
entladen.
-
Im
Falle der dritten Ausführungsform
kann solchermaßen
Luft leicht an die Auslaßdurchgänge der
Verbrennungs-Zylindergruppe (in diesem Fall die Zylinder Nr. 2 und
Nr. 3) abgegeben werden, indem die Kraftstoffunterbrechung für die Zylinder
Nr. 1 und Nr. 4 (eine Zylindergruppe) durchgeführt und der Auslaßdruck im
Auspuffrohr 20a erhöht
wird.
-
In
diesem Fall, in dem der Auslaßdruck
im Auspuffrohr 20b ebenfalls erhöht wird, um die Reaktion im
Auslaßsystem
zu beschleunigen, indem der Auslaßstrom begrenzt wird, kann
insbesondere die Sekundärluft
nicht auf eine zufriedenstellende Weise in das Abgas gemischt werden,
wenn der Entladedruck der Sekundärluft-Pumpe
kleiner ist als der Auslaßdruck.
Jedoch wird ein Druckunterschied erzeugt, der so ist, dass der Auslaßdruck in
den Auslaßdurchgängen von
den Zylindern Nr. 1 und Nr. 4 (eine Zylindergruppe), d. h. im Auspuffrohr 20a,
höher ist
als der Auslaßdruck
in den Auslaßdurchgängen aus
den Zylindern Nr. 2 und Nr. 3 (andere Zylinder), d. h. im Auspuffrohr 20b.
Wenn der Auslaßdruck
in den jeweiligen Auslaßdurchgängen der
Verbrennungs-Zylindergruppen
erhöht
wird, indem der Auslaßstrom
begrenzt wird, kann die Luft, ohne die Verwendung irgendeiner teuren
Sekundärluft-Pumpe
mit hoher Ausgabe, sicher an die Auslaßdurchgänge der Verbrennungs-Zylindergruppen
geführt
werden.
-
Wenn
Luft solchermaßen
an die Auslaßdurchgänge der
Verbrennungs-Zylindergruppen geführt
wird, aus denen unverbrannte Substanzen entladen werden, wird die
Oxidation im Auslaßsystem, das
den Auslaßkrümmer 12 und
das Auspuffrohr 20 einschließt, beim Vorliegen von genug
Sauerstoff mit dem begrenzten Auslaßstrom auf eine zufriedenstellende
Weise im Auslaßsystem
beschleunigt.
-
Wie
im Falle der ersten Ausführungsform kann
daher die Abgabe von Hc, CO, NOx und anderen schädlichen Substanzen gesenkt
werden, um die Abgasemission-Steuereffizienz zu verbessern. Da eine
große
Wärmereaktion
erzeugt wird, können überdies
die Auslaßtemperatur
hoch gehalten und der Dreiwegekatalysator 30 früher aktiviert
werden.
-
Nimmt
man auf die 14 und 15 Bezug,
werden Modifikationen der dritten Ausführungsform gezeigt. Folgendes
ist eine Beschreibung der Modifikationen 1 und 2 der
dritten Ausführungsform.
-
In
der Modifikationen 1 werden die jeweiligen Auslaßdurchgänge der
Zylinder Nr. 1 und Nr. 2, wie in 14 gezeigt,
jeweils mithilfe der Kommunikationskanäle 18 und 19 kleinen
Durchmessers mit den jeweiligen Auslaßdurchgängen der Zylinder Nr. 3 und Nr.
4 verbunden, und zwar wie im Falle der 11.
-
In
der Modifikation 1 wird außerdem ein geschlossenes Schaltventil
(Drosselklappenmittel) 142a',
das dem Auspuffrohr 20a entspricht, unabhängig auf
die stromaufwärts
befindliche Seite des Dreiwegekatalysators 30 gesetzt,
während
ein geschlossenes Schaltventil (Auslaßstrom-Steuermittel) 142b', das dem Auspuffrohr 20b entspricht,
unabhängig
in jenen Teil des Auspuffrohrs 20, (nicht vom Auspuffrohr 20b)
gesetzt wird, der sich auf der stromabwärts befindlichen Seite des
Dreiwegekatalysators 30 befindet. Solchermaßen bilden
in diesem Fall die geschlossenen Schaltventile 142a' und 142b' eine Auslaßstrom-Steuervorrichtung 140'. Die Drosselventile werden
z. B. auch für
die geschlossenen Schaltventile 142a' und 142b' verwendet.
-
In
der Modifikation 1 wird solchermaßen der Strom des Abgases aus
den Zylindern Nr. 2 und Nr. 3, der Verbrennungs-Zylindergruppe, innerhalb eines Bereichs,
der den Dreiwegekatalysator 30 einschließt, begrenzt.
-
Diese
geschlossenen Schaltventile 142a' und 142b' sind so aufgebaut, dass die Verkleinerung des
Durchflußquerschnitts
des Auspuffrohrs 20a, das mithilfe des geschlossenen Schaltventils 142a' eingeengt wird,
größer ist
als die Reduzierung des Durchflußquerschnitts von jenem Teil
des Auspuffrohrs 20, der sich auf der stromabwärts befindlichen Seite
des Dreiwegekatalysators 30 befindet und mithilfe des geschlossenen
Schaltventils 142b' eingeengt
wird.
-
Wenn
ebenfalls in der Modifikation 1 beide geschlossenen Schaltventile 142a' und 142b' geschlossen
sind, ist daher, wie im Falle der 11, der Grad
der Begrenzung des Auslaßstroms
im Auspuffrohr 20a höher
als der Grad der Begrenzung des Auslaßstroms im Auspuffrohr 20b.
Auf der Grundlage des entstandenen Druckunterschieds wird die aus den
Zylindern Nr. 1 und Nr. 4 (eine Zylindergruppe) entladene Auslaßluft sicher
den jeweiligen Auslaßdurchgängen der
Zylinder Nr. 2 und Nr. 3 (andere Zylindergruppe) zugeführt.
-
Wie
im oben beschriebenen Fall wird solchermaßen die Oxidation im Auslaßsystem
auf eine zufriedenstellende Weise beschleunigt, und die Abgabe von
HC, CO, NOx und anderen schädlichen Substanzen
kann reduziert werden, um die Abgasemission-Steuereffizienz zu verbessern. Da eine
große
Wärmereaktion
erzeugt wird, können
außerdem die
Auslaßtemperatur
hoch gehalten und der Dreiwegekatalysator 30 früher aktiviert
werden.
-
Im
Falle der 11 werden die Ventilscheiben 144a und 144b des
geschlossenen Schaltventils 142 mithilfe der Drehwelle 143 verbunden,
so dass die von der Auslaßerwärmung erwärmte Auslaßwärme im Auspuffrohr 20b mithilfe
der Auslaßluft
im Auspuffrohr 20a von der Ventilscheibe 144b an
die Ventilscheibe 144a übertragen
wird. Wenn die geschlossenen Schaltventile, wie in der Modifikation 1,
unabhängig
angeordnet werden, kann ein solcher Wärmeverlust verhindert werden,
so dass die Auslaßerwärmung auf
eine zufriedenstellende Weise im Auspuffrohr 20b durchgeführt und
der Dreiwegekatalysator 30 früher aktiviert werden können.
-
Wenn
sich das geschlossene Schaltventil 142b' auf der stromabwärts gelegenen
Seite des Dreiwegekatalysators 30 befindet, sinkt darüber hinaus
die Auslaßtemperatur,
die auf der stromaufwärts gelegenen
Seite des Dreiwegekatalysators 30 aufgrund der Auslaßerwärmung im
Auspuffrohr 20b sehr hoch war, auf der stromabwärts gelegenen
Seite des Dreiwegekatalysators 30, da die Abgaswärme für die Erwärmung des
Dreiwegekatalysators 30 verwendet wird. Entsprechend kann
verhindert werden, dass das geschlossene Schaltventil 142b' überhitzt
wird, so dass die Haltbarkeit des geschlossenen Schaltventils 142b' verbessert
werden kann.
-
In
der Modifikation 2 werden die jeweiligen Auslaßdurchgänge der
Zylinder Nr. 1 und Nr. 2 in der Modifikation 2 jeweils
mithilfe der Kommunikationskanäle 18 und 19,
wie auch im Fall der 11, mit den jeweiligen Auslaßdurchgängen der
Zylinder Nr. 3 und Nr. 4 verbunden.
-
In
der Modifikation 2 ist außerdem jener Teil des Auspuffrohrs 20,
der sich an der stromabwärts gelegenen
Seite des Dreiwegekatalysators 30 befindet, gebogen, und
erstreckt sich um einen festgelegten Bereich am Auspuffrohr 20a entlang.
Dieser festgelegte Bereich des Abschnitts wird mit einer Auslaßstrom-Steuervorrichtung 140'' ausgestattet, die die Abgasströme im Auspuffrohr 20a und
jenen Teil des Auspuffrohrs 20 steuert, der sich auf der
stromabwärts
gelegenen Seite des Dreiwegekatalysators 30 befindet.
-
In
diesem Fall wird, wie im Falle der 11, ein geschlossenes
Schaltventil (Auslaßstrom-Steuermittel) 142'', das aus einem tandemartigen Drosselventil
gebildet ist, als Auslaßstrom-Steuervorrichtung 140'' verwendet.
-
Wenn
das geschlossene Schaltventil 142'' geschlossen
wird, ist daher auch in der Modifikation 2 der Grad der
Begrenzung des Auslaßstroms
in das Auspuffrohr 20a höher als der Grad der Begrenzung des
Auslaßstroms
in das Auspuffrohr 20b. Auf der Grundlage des entstandenen
Druckunterschieds wird die von den Zylindern Nr. 1 und Nr. 4 (eine
Zylindergruppe) entladene Auslaßluft
sicher den jeweiligen Auslaßdurchgängen der
Zylinder Nr. 2 und Nr. 3, die Verbrennungs-Zylindergruppe (andere
Zylindergruppe), zugeführt.
-
Wie
im oben beschriebenen Fall wird solchermaßen die Oxidation auf eine
zufriedenstellende Weise im Auslaßsystem beschleunigt, und die
Abgabe von HC, CO, NOx und anderen schädlichen Substanzen kann reduziert
werden, um die Abgasemission-Steuereffizienz zu verbessern. Da eine
große Wärmereaktion
erzeugt wird, können
außerdem
die Auslaßtemperatur
hoch gehalten und der Dreiwegekatalysator 30 früher aktiviert
werden.
-
Wie
im Falle der Modifikation 1 wird darüber hinaus die von der Auslaßerwärmung erwärmte Abgaswärme im Auspuffrohr 20b an
das Auspuffrohr 20a übertragen
und nie gekühlt.
Solchermaßen
kann ein Wärmeverlust
verhindert werden, so dass die Auslaßerwärmung auf eine zufriedenstellende
Weise im Abgasrohr 20b durchgeführt und der Dreiwegekatalysator 30 früher aktiviert
werden können.
-
Wie
im Falle der Modifikation 1 wird außerdem die Auslaßtemperatur
auf der stromabwärts
gelegenen Seite des Dreiwegekatalysators 30 gesenkt, da
die Wärme
von der Auslaßerwärmung für das Erwärmen des
Dreiwegekatalysators 30 verwendet wird. Entsprechend kann
verhindert werden, dass das Schaltventil 142'' überhitzt,
so dass die Haltbarkeit des geschlossenen Schaltventils 142'' verbessert werden kann.
-
In
der Modifikation 2 ist das geschlossene Schaltventil 142'', verglichen mit der Modifikation 1, außerdem als
ein Teil ausgebildet, ohne geteilt zu sein, wobei die Kosten geschnitten
werden können, ohne
dass es mißlingt,
die vorteilhaften Aus wirkungen in Bezug auf die Auslaßerwärmung, Haltbarkeit, usw.
zu sichern.
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In
diesem Fall wird die Kraftstoffunterbrechung für die Zylinder Nr. 1 und Nr.
4 und der Verbrennungsbetrieb für
die Zylinder Nr. 2 und Nr. 3 durchgeführt. Im Gegensatz dazu kann
jedoch die Kraftstoffunterbrechung für die Zylinder Nr. 2 und Nr. 3
und der Verbrennungsbetrieb für
die Zylinder Nr. 1 und Nr. 4 durchgeführt werden. Wenn das Auspuffrohr
von der Zylindergruppe, die der Kraftstoffunterbrechung unterworfen
ist, und das Auspuffrohr von der Zylindergruppe, die den Verbrennungsbetrieb durchläuft, unabhängig voneinander
angeordnet werden, können
außerdem
nur einer der Zylinder oder jeweils drei davon der Kraftstoffunterbrechung
unterzogen werden. Weiterhin kann die Zahl der der Kraftstoffunterbrechung
zu unterziehenden Zylinder abhängig
von der benötigten
Ausgabe oder vom Oszillationsmodus des Motors 1 geändert werden.
Wenn die der Kraftstoffunterbrechung zu unterwerfenden Zylinder
und die dem Verbrennungsbetrieb zu unterwerfenden Zylinder in Zusammenhang
mit jeder gegebenen Zeitspanne abwechselnd geändert werden, können der
Zustand der Brennkammer eines jeden Zylinders, der Erwärmungszustand
des Dreiwegekatalysators, usw., konstant gehalten werden.
-
Obwohl
die Auslaßluft
im oben beschriebenen Fall mittels der Ausführung der Kraftstoffunterbrechung
zugeführt
wird, kann die Kraftstoffunterbrechung mit dem mageren L/K-Betrieb
ersetzt werden, so dass das Abgas, das reichlich überflüssigen Sauerstoff
enthält,
als Auslaßluft
der Brenngruppenseite zugeführt
wird (Mittel zur Erhöhung
der Menge an Auslaßsauerstoff).
Dieselbe Wirkung, wie zuvor genannt, kann in diesem Fall ebenfalls
erhalten werden.
-
Das
Vergrößern der
Durchflußquerschnittsverkleinerung
mithilfe der Ventilscheibe 144a oder des geschlossenen
Schaltventils 142a' im
Auspuffrohr 20a auf der Seite für die Erhöhung des Auslaßsauerstoffs
gegenüber
der Durchflußquerschnittsverkleinerung
mithilfe der anderen Ventilscheibe 144b oder des geschlossenen
Schaltventils 142b' bringt mit
sich das vollständige
Trennen des Auspuffrohrs 20a mittels der Ventilscheibe 144a oder
des geschlossenen Schaltventils 142a'. Solchermaßen kann die Sekundärluft sicher
zugeführt
werden, und es kann verhindert werden, dass der Dreiwegekatalysator 30 auf
der stromabwärts
gelegenen Seite mithilfe der tiefen Lufttemperatur abkühlt wird.
-
Folgendes
ist eine Beschreibung einer vierten Ausführungsform.
-
Eine
Beschreibung jener Abschnitte der vierten Ausführungsform, die mit der ersten
und dritten Ausführungsform übereinstimmen,
wird ebenfalls weggelassen, und unten werden nur andere Abschnitte
beschrieben.
-
10 ist
an die vierte Ausführungsform
angelegt, und, wie in den oben beschriebenen zweiten und dritten
Ausführungsformen,
wird als Motor 1 ein Fremdzündung-Vierzylinder-Benzinmotor mit Zylindereinspritzung
verwendet.
-
Nimmt
man auf 16 Bezug, wird eine detaillierte
Ansicht des Auslaßsystems
des Motors 1 gemäß der vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Aufbau des Auslaßsystems des
Motors 1 gemäß der vierten
Ausführungsform wird
jetzt mit Bezug auf dieselbe Zeichnung beschrieben.
-
In
der vierten Ausführungsform
werden die Kommunikationskanäle 18 und 19 mit
einer kleinen Luftpumpe 16' mit
einem Entladedruck von etwa 150 mmHg (200 hPa) eingerichtet und
bilden ein Auslaßluftsystem.
Spezifischer ist die Luftpumpe 16' aufgebaut und angeordnet, um das
Abgas aus dem Auslaßdurchgang
des Zylinders Nr. 1 an den Auslaßdurchgang des Zylinders Nr.
3 und aus dem Auslaßdurchgang
des Zylinders Nr. 4 an den Auslaßdurchgang des Zylinders Nr.
2 druckbeaufschlagt zuzuführen.
-
Das
geschlossene Schaltventil (Auslaßstrom-Steuermittel) 42 für die Verwendung
als Auslaßstrom-Steuervorrichtung 40 wird
auf die stromabwärts
gelegene Seite des Dreiwegekatalysators 30 gesetzt, wodurch
der Strom des Abgases im Auspuffrohr 20, das das Auspuffrohr 20a und
das Auspuffrohr 20b einschließt.
-
Folgendes
ist eine Beschreibung des Betriebs der Abgasemission-Steuervorrichtung
gemäß der auf
diese Weise aufgebauten vierten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, d. h. die Kaltstartsteuerung des Motors 1 gemäß der vierten
Ausführungsform.
-
Nimmt
man auf 17 Bezug, wird ein Flußdiagramm
für eine
Startsteuerroutine gemäß der vierten
Ausführungsform
gezeigt. Die Startsteuerung wird jetzt mit Bezug auf dieselbe Zeichnung
beschrieben. Folgendes ist ebenfalls eine Beschreibung nur jener
Abschnitte, die sich vom Flußdiagramm
der 3 unterscheiden.
-
Nachdem
die Verfahren der Schritte S10 bis S16 oder S22 gemäß dieser
vierten Ausführungsform
ausgeführt
sind, wird das geschlossene Schaltventil 42 der Auslaßstrom-Steuervorrichtung 40 im Schritt
S18 geschlossen, woraufhin der Auslaßstrom begrenzt wird.
-
Im
Schritt S120 werden die Zylinder Nr. 1 und Nr. 4 (erste Zylindergruppe)
der Kraftstoffunterbrechung unterworfen (Mittel zur Erhöhung der
Menge an Auslaßsauerstoff),
um nur Luft (Auslaßluft)
in das Auspuffrohr 20a zu entladen. Andererseits wird in den
Zylindern Nr. 2 und Nr. 3 (andere Zylindergruppe) ein reicher L/K-Betrieb
durchgeführt,
so dass die unverbrannten Substanzen in das Auspuffrohr 20b abgegeben
werden, wobei das Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im
reichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis
gehalten wird. In diesem Fall ist die Kraftstoffeinspritzung in
die Zylinder Nr. 2 und Nr. 3 eine Ansaughubeinspritzung.
-
Im
Schritt S122 wird die Luftpumpe 16' betätigt, um die von den Zylindern
Nr. 1 und Nr. 4 abgegebene Auslaßluft in das Abgas von den
Zylindern Nr. 2 und Nr. 3, der Verbrennungzylinder-Gruppe, zu mischen.
-
Im
Falle der vierten Ausführungsform
kann solchermaßen
die Auslaßluft
trotz der Abwesenheit des Druckunterschieds zwischen dem jeweiligen Auslaßdruck der
Auspuffrohre 20a und 20b, der in der dritten Ausführungsform
vorliegt, leicht an die Auslaßdurchgänge der
Verbrennungzylinder-Gruppe geführt
werden. Sogar für
den Fall, dass der Auslaßdruck
durch das Begrenzen des Auslaßstroms
steigt, kann daher die Auslaßluft
sicher an die Auslaßdurchgänge der
Verbrennungzylinder-Gruppe geführt
werden, indem der Luftdruck auf der Ansaugseite der Luftpumpe 16' und der Auslaßdruck auf
der Entladeseite, d. h. der Auslaßluftdruck im Auspuffrohr 20a und
der Auslaßdruck
im Auspuffrohr 20b, auf demselben Niveau gehalten wird.
In diesem Fall ist die Luftpumpe 16' klein, so dass sie ohne weiteres
erhältlich
ist, ohne hohe Kosten zu bedingen.
-
Wie
im Falle der dritten Ausführungsform kann
solchermaßen
die Abgabe von HC, CO, NOx und anderen schädlichen Substanzen reduziert
werden, um die Abgasemission-Steuereffizienz zu verbessern. Da eine
große
Wärmereaktion
erzeugt wird, können
außerdem
die Auslaßtemperatur
hoch gehalten und der Dreiwegekatalysator 30 früher aktiviert werden.
-
Die
Luftpumpe 16' kann
in den Kommunikationskanälen 18 und 19 der
dritten Ausführungsform bereitgestellt
werden.
-
Folgendes
ist eine Beschreibung einer fünften
Ausführungsform.
-
Eine
Beschreibung jener Abschnitte der fünften Ausführungsform, die mit der ersten
Ausführungsform übereinstimmen,
wird ebenfalls weggelassen, und nur andere Abschnitte werden unten
beschrieben.
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1 ist
an die fünfte
Ausführungsform
anlegbar, und wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform
wird als Motor 1 z. B. ein Fremdzündung-Benzinmotor mit Zylindereinspritzung
verwendet.
-
Folgendes
ist eine Beschreibung des Betriebs der Abgasemission-Steuervorrichtung
gemäß der auf
diese Weise aufgebauten fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, d. h. der Kaltstartsteuerung des Motors 1 gemäß der fünften Ausführungsform.
-
Nimmt
man auf 18 Bezug, wird ein Flußdiagramm
für eine
Startsteuerroutine gemäß der fünften Ausführungsform
gezeigt. Die Startsteuerung wird jetzt mit Bezug auf dieselbe Zeichnung
beschrieben. Folgendes ist ebenfalls eine Beschreibung nur jener
Abschnitte, die sich vom Flußdiagramm
aus 3 unterscheiden.
-
Nachdem
die Verfahren der Schritte S10 bis S14 gemäß dieser fünften Ausführungsform ausgeführt sind,
wird das Verbrennungs-L/K
im Schritt S16 auf beispielsweise 10 (L/K = 10) eingestellt, und
das Verbrennungs-L/K wird im Schritt S22 beispielsweise auf 12 (L/K
= 12) eingestellt. In diesem Zustand ist es jedoch nicht erforderlich,
dass das Verbrennungs-L/K ein reiches Luft/Kraftstoff-Verhältnis bzw.
theoretisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, und vorzugsweise sollte
das Verbrennungs-L/K auf den Bereich von einem Verbrennungs-Grenzwert-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bis
13 eingeschränkt
werden (Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuermittel).
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Im
Schritt S18 wird das Schaltventil 42 der Auslaßstrom-Steuervorrichtung 40 geschlossen,
woraufhin der Auslaßstrom
begrenzt wird.
-
Dann
wird im Schritt S19 der Kraftstoffeinspritzmodus auf einen Kompressionshub-Einspritzmodus
umgeschaltet, so dass der Kraftstoff im Kompressionshub eingespritzt
werden kann. In diesem Fall sollte die Kompressionshubeinspritzende-Taktung
auf BTDC 60° oder
in etwa BTDC 60° eingestellt werden.
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Im
Schritt S20 wird die Sekundärluft
von der Sekundärluft-Pumpe 16 zugeführt, so
dass das Auslaß-L/K
ein mageres Luft/raftstoff-Verhältnis
ist, das speziell im Bereich von 18 bis 22 liegt (Mittel für die Zufuhr
von Sekundärluft).
Vorzugsweise sollte das Auslaß-L/K
auf 20 eingestellt werden.
-
Solchermaßen wird
Luft in die Auslaßdurchgänge eingeführt, und
das Verbrennungs-L/K wird auf ein reiches Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder
theoretisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Unverbrannte
Substanzen existieren im Auslaßsystem
zusammen mit Sauerstoff in der Luft, und der Sauerstoff und die
unverbrannten Substanzen treten im Auslaßsystem in Reaktion. Wenn dies
geschehen ist, wird der Kraftstoff im Kompressionshub eingespritzt.
Daraufhin wird die Sprühbedingung
des Kraftstoffs, wie zuvor erwähnt,
günstig,
so dass die Zündkerze 4 vor allem
weniger schwelt, wenn sich der Motor 1 im Kaltzustand befindet.
Daher enthält
das Abgas viel CO. Da CO leichter reagiert als HC, wird die Reaktion
im Auslaßsystem
zufriedenstellend beschleunigt.
-
Nimmt
man auf 19 Bezug, wird ein Zeitdiagramm
gezeigt, das zeitzugrundeliegende Änderungen der HC-Konzentration
und der Auslaßtemperatur
auf der stromabwärs
gelegenen Seite des Katalysators für einen Fall (durchgezogene
Linie) darstellt, in dem die Sekundärluft und der Kraftstoff jeweils
im Kompressionshub zugeführt
und eingespritzt werden, und zwar verglichen mit einem Fall (unterbrochene
Linie), in dem der Kraftstoff im Ansaughub eingespritzt wird. Wenn
die Sekundärluft und
der Kraftstoff solchermaßen
jeweils im Kompressionshub zugeführt
und eingespritzt werden, kann die Abgabe von HC zufriedenstellend
reduziert werden, um die Auslaßtemperatur
sofort nach dem Start des Betriebs (wenn das Motorisieren auf Zünden umgestellt
wird) zu erhöhen.
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Solchermaßen kann
die Abgasemission-Steuereffizienz verbessert werden, und der Dreiwegekatalysator 30 kann
früher
aktiviert werden.
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Gemäß der fünften Ausführungsform
wird die Sekundärluft
mithilfe der Sekundärluft-Pumpe 16 zugeführt. Alternativ
kann jedoch die Auslaßluft
auf die in Verbindung mit der zweiten bis vierten Ausführungsform
beschriebene Weise zugeführt
werden.
-
Obwohl
die Ausführungsformen
hierin beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf
die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt.
-
Gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsformen
werden z. B. die Schaltventile 42, 142, 142' und 142'' jeweils als Auslaßstrom-Steuervorrichtungen 40, 140, 140' und 140'' verwendet. Wenn das Ansaug/Auslaßsystem
mit einem Turbolader bereitgestellt wird, kann anstelle des geschlossenen Schaltventils 42 ein
Ablaßschieber
des Turboladers oder dergleichen verwendet werden.
-
Weiterhin
kann Sekundärluft
zugeführt
werden, indem der Urladedruck des Turboladers verwendet wird.
-
Gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsformen
wird überdies
der Benzinmotor mit Zylindereinspritzung als Motor 1 verwendet.
Alternativ kann jedoch der Motor 1 ein Dieselmotor sein.
Für die erste
bis vierte Ausführungsform
kann er außerdem ein
Benzinmotor mit Einlasskanaleinspritzung sein.