DE10001837A1 - Auspuffgasreinigungseinrichtung für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Auspuffgasreinigungseinrichtung für BrennkraftmaschinenInfo
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Abstract
Um die Menge an Stickoxid zu unterdrücken, die an die Atmosphäre freigegeben wird, wenn der Betriebszustand vom Brennkraftmaschinenbetrieb mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet wird, ist die Auspuffgasreinigungseinrichtung so ausgebildet, daß mit Hilfe der Vorrichtung für den zwangsweisen fetten Betrieb dann, wenn der Betriebszustand von jenem mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet wird, der Betriebszustand auf den Brennkraftmaschinenbetrieb mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet wird, nachdem der Betrieb mit fettem Luft-Kraftstoffverhältnis durchgeführt wurde.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Auspuffgasreinigungseinrichtung für Brennkraftmaschinen unter
Einsatz eines Katalysators.
Bei einer Magerverbrennungsmaschine zur Reinigung von
Auspuffgasen wird eine NOx-Katalyse verwendet, die als NOx-
Okklusion oder selektive Reduktion bezeichnet wird. Ein NOx-
Okklusionkatalysator speichert NOx, das in dem Auspuffgas
enthalten ist, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis mager ist,
und gibt das gespeicherte Stickoxid NOx ab, wenn das Luft-
Kraftstoffverhältnis fett ist, und auf diese Weise werden
Kohlenwasserstoffe HC und Kohlenmonoxid CO, die in dem
Auspuffgas enthalten sind, durch das Reduziermittel
gereinigt. Bei einer Brennkraftmaschine mit magerer
Verbrennung kann daher das NOx dadurch gereinigt werden, daß
der NOx-Katalysator an einem Ort im mittleren Bereich des
Auspuffrohrs angeordnet wird, und wiederholte
Brennkraftmaschinenoperationen mit einem mageren
Luft-Kraftstoffverhältnis und einem fetten
Luft-Kraftstoffverhältnis durchgeführt werden. Beispielsweise
wird bei der Auspuffgasreinigungseinrichtung für
Brennkraftmaschinen, die in der japanischen offengelegten
Patentanmeldung Nr. 2600492 beschrieben ist, damit Stickoxid
NOx von dem NOx-Katalysator während des Betriebs der
Brennkraftmaschine mit einem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis
freigegeben wird, unter voller Belastung, während der
Brennkraftmaschinenoperation mit einem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis bei der Beschleunigung, oder wenn
die Okklusionkapazität des NOx-Katalysators gesättigt ist,
die Brennkraftmaschine in periodischen
Brennkraftmaschinenoperationen betrieben, mit einem fetten
Luft-Kraftstoffverhältnis und mit einem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis.
Weiterhin ist bekannt, daß bei einer Magerverbrennungs-
Brennkraftmaschine eine Luft-Kraftstoffverhältnisregelung auf
ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoffverhältnis durchgeführt
wird, abhängig vom Betriebszustand, beispielsweise einer
Operation unter Teillast, um den Kraftstoffverbrauch zu
verringern, und die Auspuffgasreinigung zu verbessern, wobei
der Brennkraftmaschinenbetrieb mit einem mageren
Luft-Kraftstoffverhältnis bzw. mit einem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis durchgeführt wird, und während des
Vollastbetriebes, um eine ausreichende Ausgangsleistung der
Brennkraftmaschine sicherzustellen, ein Betrieb mit einem
fetten Luft-Kraftstoffverhältnis durchgeführt wird.
Bei der Luft-Kraftstoffverhältnisregelung einer herkömmlichen
Magerverbrennungs-Brennkraftmaschine ist es infolge einer
direkten Verschiebung auf den Brennkraftmaschinenbetrieb mit
einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis von dem
Betrieb mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis aus möglich,
daß unvollständig gereinigtes NOx momentan an die Atmosphäre
abgegeben wird, wie in Figur D gezeigt, wenn der
Brennkraftmaschinenbetrieb von dem Betrieb mit einem mageren
Luft-Kraftstoffverhältnis auf den Betrieb mit
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis verschoben wird;
man nimmt an, daß dies an den folgenden Faktoren 1 bis 3
liegt: 1. Der NOx-Katalysator gibt das eingeschlossene Gas in
Form von Ba (NO3)2 → BaO + 2NO + 3O2/2 ab. 2. Bei dem
Brennkraftmaschinenbetrieb mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis besteht ein Mangel an
Reduziermittel, beispielsweise Kohlenwasserstoff HC und
Kohlenmonoxid CO. 3. Wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis nahe
an dem Brennkraftmaschinenbetrieb mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis bleibt, steigt die Erzeugung von
NOx stärker an als bei einem Brennkraftmaschinenbetrieb mit
magerem Luft-Kraftstoffverhältnis.
Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der voranstehend
geschilderten Schwierigkeiten entwickelt, und stellt eine
Auspuffgasreinigungseinrichtung für einen Brennkraftmaschine
zur Verfügung, welche die Fähigkeit hat, die Abgabe von
Stickoxid an die Atmosphäre zu unterdrücken, wenn der
Brennkraftmaschinenbetriebszustand von einem Betriebszustand
mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf den Betriebszustand
mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis verschoben
wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 1 angegeben,
weist eine Auspuffgasreinigungseinrichtung für eine
Brennkraftmaschine einen NOx-Katalysator auf, der in einem
Auspuffgaskanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist, und
eine Luft-Kraftstoffverhältnisregelvorrichtung, mit welcher
in Abhängigkeit vom Betriebszustand eine der folgenden
Operationen ausgewählt wird, nämlich die
Brennkraftmaschinenoperation mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis, die Operation mit
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis, oder jene mit
fettem Luft-Kraftstoffverhältnis, und weist die
Luft-Kraftstoffverhältnisregelvorrichtung eine Vorrichtung
für eine erzwungene Brennkraftmaschinenoperation auf, mit
einem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis, um den
Brennkraftmaschinenbetrieb auf jenen mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis zu verschieben, nachdem die
Brennkraftmaschinenoperation mit fettem
Luft-Kraftstoffverhältnis durchgeführt wurde, wenn der
Betriebszustand von dem Brennkraftmaschinenbetrieb mit
magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis verschoben wurde.
Gemäß der Erfindung nach Anspruch 2 wird in einer
Auspuffgasreinigungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine
ein Zeitraum, in welchem der erzwungene
Brennkraftmaschinenbetrieb mit fettem
Luft-Kraftstoffverhältnis gemäß Anspruch 1 durchgeführt wird,
abhängig davon gewählt, wie fett das Gemisch ist.
Gemäß der Erfindung nach Anspruch 3 wird bei einer
Auspuffgasreinigungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine
das Luft-Kraftstoffverhältnis bei dem erzwungenen
Brennkraftmaschinenbetrieb mit fettem
Luft-Kraftstoffverhältnis gemäß Anspruch 1 so festgelegt, daß
es im Bereich von 13,2 bis 14,2 liegt.
Gemäß der Erfindung nach Anspruch 4 weist bei einer
Auspuffgasreinigungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine,
die einen NOx-Katalysator aufweist, der in einem
Auspuffgaskanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist, sowie
einer Luft-Kraftstoffverhältnisregelvorrichtung, bei welcher
in Abhängigkeit vom Brennkraftmaschinenbetriebszustand eine
der folgenden Betriebsarten ausgewählt wird, entweder die
Betriebsart mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis, oder die
Betriebsart mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis,
oder die Betriebsart mit fettem Luft-Kraftstoffverhältnis,
die Luft-Kraftstoffverhältnisregelvorrichtung eine
zusätzliche Kraftstoffeinspritzvorrichtung auf, um eine
zusätzliche Kraftstoffeinspritzung während eines
Expansionshubes oder eines Auslaßhubes durchzuführen, wenn
der Betriebszustand vom Brennkraftmaschinen-Betriebszustand
mit dem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis zu jenem mit
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis verschoben wird.
Gemäß der Erfindung nach Patentanspruch 5 wird bei einer
Auspuffgasreinigungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine
die Kraftstoffmenge, die gemäß Anspruch 4 zusätzlich
eingespritzt werden soll, so eingestellt, daß sie niedriger
ist als die Menge eines Reduziermittels entsprechend der
Menge an NOx, das von dem NOx-Okklusionskatalysator
eingeschlossen wird.
Gemäß der Erfindung nach Patentanspruch 6 ist bei einer
Auspuffgasreinigungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine,
die einen NOx-Katalysator aufweist, der in einem
Auspuffgaskanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist, sowie
eine Luft-Kraftstoffverhältnisregelvorrichtung, bei welcher
in Abhängigkeit von dem Brennkraftmaschinen-Betriebszustand
entweder der Brennkraftmaschinen-Betriebszustand mit einem
mageren Luft-Kraftstoffverhältnis, oder mit einem
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis, oder mit einem
fetten Luft-Kraftstoffverhältnis ausgewählt wird, bei der
Luft-Kraftstoffverhältnisregelvorrichtung eine Vorrichtung
für einen erzwungenen Brennkraftmaschinenbetrieb mit fettem
Luft-Kraftstoffverhältnis vorgesehen, um dann, wenn der
Brennkraftmaschinen-Betriebszustand von dem
Brennkraftmaschinen-Betriebszustand mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis verschoben wird, zuerst eine
Verschiebung des Brennkraftmaschinen-Betriebszustands auf den
Brennkraftmaschinen-Betriebszustand mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis durchzuführen, nachdem der
Betriebszustand mit fettem Luft-Kraftstoffverhältnis
durchgeführt wurde, und ist eine Vorrichtung vorgesehen, um
daraufhin eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung während
eines Expansionshubes oder eines Auslaßhubes durchzuführen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus
welchen sich weitere Vorteile und Merkmale ergeben. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2(A), 2(B), 2(C), 2(D), 2(E) und 2(F) die Funktion der
Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ein Kennfeld für die Ausführungsform 1 der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ein Flußdiagramm der Ausführungsform 1 der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 5(A), 5(B), 5(C) und 5(D) Zeitablaufdiagramme der
Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6(A), 6(B) und 6(C) die Funktion der Ausführungsform 1
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ein Kennfeld für die Ausführungsform 2 der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ein Kennfeld für die Ausführungsform 2 der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 Eigenschaften der Ausführungsform 3 der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 eine schematische Darstellung der Ausführungsform
4 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 ein Flußdiagramm der Ausführungsform 4 der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 12(A), 12(B) und 12(C) Zeitablaufdiagramme der
Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 die Menge an Kraftstoff, die zusätzlich
eingespritzt werden soll, gemäß der
Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 14 ein Flußdiagramm der Ausführungsform 6 der
vorliegenden Erfindung.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 die
Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch eine
Auspuffgasreinigungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine.
In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine
Brennkraftmaschine bezeichnet, 2 bezeichnet einen Zylinder
der Brennkraftmaschine 1, 3 einen in dem Zylinder 2
angeordneten Kolben, 4 ein Einlaßventil der
Brennkraftmaschine 1, 5 ein Auslaßventil der
Brennkraftmaschine 1, 6 eine Brennkammer, die von dem
Zylinder 2 umschlossen wird, dem Kolben 3, dem Einlaßventil 4
und dem Auslaßventil 5, 7 einen Injektor zum Einspritzen von
Kraftstoff in die Brennkammer 6, 8 eine Zündkerze zum Zünden
der Gasmischung innerhalb der Brennkammer 6, 9 ein
Einlaßrohr, das an ein Einlaßteil angeschlossen ist, das
durch das Einlaßventil 4 der Brennkraftmaschine 1 geöffnet
und geschlossen wird, 10 einen Luftmengensensor, der
innerhalb des Einlaßrohrs 9 und an dessen stromaufwärtiger
Seite angeordnet ist, 11 eine Drosselklappe, die in dem
Einlaßrohr 9 und an dessen stromabwärtiger Seite angeordnet
ist, zum Steuern der Luftmenge, die der Brennkraftmaschine 1
zugeführt werden soll, 12 ist ein Auslaßrohr, das an einen
Auslaßanschluß angeschlossen ist, der durch das Auslaßventil
der Brennkraftmaschine 1 geöffnet und geschlossen wird, 13
ist ein ternäres Mittel, das in dem Auslaßrohr 12 und an
dessen stromaufwärtiger Seite angeordnet ist, 14 ist ein
NOx-Katalysator, der innerhalb des Auslaßrohrs 12 und an
dessen stromabwärtiger Seite angeordnet ist, 15 ist ein
Luft-Kraftstoffverhältnissensor, der zwischen dem
Auslaßventil 5 und dem ternären Reduziermittel 13 innerhalb
des Auslaßrohrs 12 angeordnet ist, 16 ist ein
Luft-Kraftstoffverhältnissensor, der zwischen dem ternären
Reduziermittel 13 und dem NOx-Katalysator 14 innerhalb des
Auslaßrohrs 12 vorgesehen ist, 17 ist ein
Luft-Kraftstoffverhältnissensor, der auf der weiter
stromabwärts gelegenen Seite des NOx-Katalysators innerhalb
des Auslaßrohrs 12 vorgesehen ist, 18 ist eine Kurbelwelle
der Brennkraftmaschine 1, 19 ist eine Verbindungsstange, die
zwischen dem Kolben 3 und der Kurbelwelle 18 vorgesehen ist
und diese verbindet, 20 ist ein Drehsensor zum Detektieren
der Umdrehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle als
Brennkraftmaschinendrehzahl, 21 ist eine
Brennkraftmaschinensteuereinheit, die als ECU bezeichnet
wird, in der ein Digitalcomputer vorgesehen ist, und diese
Brennkraftmaschinensteuereinheit 21 betreibt den Injektor 7
und die Zündkerze 8 auf der Grundlage von Signalen, die von
verschiedenen Sensoren geliefert werden, entsprechend den
Verarbeitungen, die durch ein Programm festgelegt werden. Die
Brennkraftmaschinensteuereinheit 21 gemäß Ausführungsform 1
weist eine Betriebszustandsbeurteilungsvorrichtung 210 auf,
eine Luft-Kraftstoffverhältnisregelbeurteilungsvorrichtung
211, und eine Betriebsvorrichtung 212 für einen erzwungen
fetten Betrieb. Die Brennkraftmaschinen-
Betriebszustandsbeurteilungsvorrichtung 210, die
Luft-Kraftstoffverhältnissteuervorrichtung 211 und die
Vorrichtung für den erzwungenen Brennkraftmaschinenbetrieb
mit fettem Luft-Kraftstoffverhältnis führen die
Luft-Kraftstoffverhältnisregelung wie in Fig. 4 gezeigt
durch, durch Betrieb einer CPU auf der Grundlage eines
Programms, das in einem ROM gespeichert ist, unter Einsatz
eines RAM als Speichervorrichtung.
Fig. 3 zeigt ein Kennfeld, das für die
Luft-Kraftstoffverhältnisregelung der
Brennkraftmaschinensteuereinheit 21 verwendet wird. Das
Luft-Kraftstoffverhältnis ändert sich in Abhängigkeit von dem
Brennkraftmaschinen-Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1,
und daher ist in Fig. 3 die Brennkraftmaschinendrehzahl Ne
entlang der Abszisse aufgetragen, und die Last P, die einen
Parameter darstellt, der eine Brennkraftmaschinenbelastung
repräsentiert, beispielsweise den Füllungswirkungsgrad, auf
der Ordinatenachse. Bei der Luft-Kraftstoffverhältnisregelung
wird der Betriebszustand dadurch bestimmt, daß die Last P,
die auf der Grundlage von Eingangssignalen von dem
Luftmengensensor 10 und den Luft-Kraftstoffverhältnissensoren
15 bis 17 berechnet wird, und die Brennkraftmaschinendrehzahl
Ne auf der Grundlage des Eingangssignals von dem Drehsensor
20 mit dem Kennfeld gemäß Fig. 3 zusammengestellt werden. In
Fig. 3 wird der Betriebsbereich mit niedriger Belastung, der
sich auf der Seite der niedrigen Belastung gegenüber der
realen Linie befindet, als der Brennkraftmaschinenbetrieb mit
magerem Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt, der
Betriebsbereich mit hoher Belastung zwischen den realen
Linien L1 und L2 als der Brennkraftmaschinenbetrieb mit
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt, und
der Betrieb mit voller Belastung mit einer Belastung, die
höher ist als jene, welche durch die reale Linie L2
repräsentiert wird, wird als der Brennkraftmaschinenbetrieb
mit fettem Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt. Auf der
Grundlage des Kennfeldes von Fig. 3 wird dann, wenn die
Brennkraftmaschinendrehzahl Ne niedrig ist, und auch die
Belastung P gering ist, der Magerbetrieb ausgewählt, und wird
das Luft-Kraftstoffverhältnis der Gasmischung, welche der
Brennkammer 6 zugeführt werden soll, auf mager eingestellt;
wenn die Last größer ist als die voranstehend geschilderte
Last P, wird der Brennkraftmaschinenbetrieb mit
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis ausgewählt, und
wird das Luft-Kraftstoffverhältnis der Gasmischung, die der
Brennkammer zugeführt werden soll, auf ein theoretisches
Luft-Kraftstoffverhältnis (stöchiometrisch) eingestellt; und
in einem Zustand, in welchem eine hohe Ausgangsleistung
gefordert wird, also wenn die Brennkraftmaschinendrehzahl Ne
hoch ist, und auch die Last P groß ist, wird der
Brennkraftmaschinenbetrieb mit fettem
Luft-Kraftstoffverhältnis ausgewählt, und wird das
Luft-Kraftstoffverhältnis der Gasmischung, die der
Brennkammer zugeführt werden soll, so gewählt, daß sich eine
fette Luft-Kraftstoffmischung (fett) ergibt. Wenn
beispielsweise das Gaspedal während des
Brennkraftmaschinenbetriebs mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis bei Leerlaufdrehzahl der
Brennkraftmaschine 1 betätigt wird, nimmt die
Brennkraftmaschinendrehzahl Ne und die Last P zu, und daher
verschiebt sich der Brennkraftmaschinen-Betriebszustand auf
jenen mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis. Wenn
durch weitere Betätigung des Gaspedals eine hohe
Ausgangsleistung angefordert wird, wird der
Brennkraftmaschinen-Betriebszustand jener mit dem fetten
Luft-Kraftstoffverhältnis. Der Übergang zwischen den
Brennkraftmaschinen-Betriebszuständen mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis, jenem mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis und jenem mit fettem
Luft-Kraftstoffverhältnis ist durch die gestrichelte Linie L3
in Fig. 3 angedeutet.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 erfolgt nachstehend eine
Beschreibung des Betriebsablaufs bei der Ausführungsform 1.
Fig. 1 ist ein Flußdiagramm, welches die Steuerung oder
Regelung zeigt, die zu jenem Zeitpunkt durchgeführt wird,
wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis für den
Brennkraftmaschinen-Betriebszustand von dem mageren
Luft-Kraftstoffverhältnis auf das stöchiometrische
Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet wird. Aus diesem
Flußdiagramm geht hervor, daß dann, wenn der
Brennkraftmaschinen-Betriebszustand von dem mageren
Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenes mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet wird, der
Brennkraftmaschinen-Betriebszustand momentan zwangsweise aif
jenen mit fettem Luft-Kraftstoffverhältnis (nachstehend als
zwangsweise fetter Betrieb bezeichnet) umgeschaltet wird, und
danach der Betriebszustand jener mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis ist. Als nächstes erfolgt eine
Beschreibung dieses zwangsweise fetten Betriebszustandes. Der
wie in Fig. 4 dargestellte Betriebszustand der
Brennkraftmaschine wird entsprechend einer vorbestimmten
Bedingung durchgeführt, beispielsweise entsprechend der
Leistung in Abständen von jeweils 25 Sekunden. Beim Schritt 1
in Fig. 4 werden, um den Betriebszustand der
Brennkraftmaschine zu beurteilen, die
Brennkraftmaschinendrehzahl Ne und die Last P ausgelesen.
Dann wird im Schritt 2 die Luft-Kraftstoffverhältnisregelung
beurteilt, auf der Grundlage der Brennkraftmaschinendrehzahl
Ne und der Last P unter Verwendung des Kennfeldes 3, das in
Fig. 3 gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der
Brennkraftmaschinen-Betriebszustand, der zum momentanen
Zeitpunkt des Verarbeitungszyklus vorhanden ist, als der
derzeitige Betriebszustand gespeichert, und wird der
Brennkraftmaschinen-Betriebszustand, der während des
vorherigen Verarbeitungszyklus vorhanden war, als der
bisherige Betriebszustand gespeichert. Danach wird im Schritt
3 beurteilt, ob der Brennkraftmaschinenbetrieb zu diesem
Zeitpunkt mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis
durchgeführt wird, und zuletzt mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis durchgeführt wurde, oder nicht, aus
dem Speicherwert für den vorherigen Zeitpunkt und den
momentanen Zeitpunkt, die im Schritt 2 erhalten wurden. Wenn
das Ergebnis der Beurteilung im Schritt 3 so ist, daß der
Betrieb zum gegenwärtigen Zeitpunkt mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis erfolgt, und vorher mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis erfolgte, so ist eine Verschiebung
des Verbrennungszustands aufgetreten, und daher ist das
Ergebnis der Beurteilung "Ja".
Im Schritt 4 wird eine Marke gesetzt, um den zwangsweise
fetten Betrieb durchzuführen, im Schritt 5 wird der Zeitgeber
A gesetzt, im Schritt 6 wird der zwangsweise fette Betrieb
vorgegeben, und danach wird die Verarbeitung für den
momentanen Zeitpunkt beendet. Beim nächsten
Verarbeitungszeitpunkt werden die Verarbeitungen der Schritte
1 bis 3 durchgeführt. In diesem Moment wurde bereits
beurteilt, daß zum momentanen Zeitpunkt der
Brennkraftmaschinenbetrieb mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis vorliegt, und daß zuletzt der
Betrieb mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis
erfolgte, entsprechend der Beurteilung des
Brennkraftmaschinenbetriebs, so daß sich im Schritt 3 die
Beurteilung "Nein" ergibt. Daher wird im Schritt 3 beurteilt,
ob die Marke gesetzt ist oder nicht. Zu diesem Zeitpunkt ist
die Marke bereits gesetzt, und daher wird im Schritt 8
beurteilt, ob der Zeitgeber A, der in vorbestimmten
Zeitintervallen durch einen nicht weiter erläuterten anderen
Vorgang heruntergezählt wird, gleich Null ist oder nicht. Zu
diesem Zeitpunkt wird, wenn der Zeitgeber A nicht gleich Null
ist, mit der Verarbeitung auf den Schritt 6 übergegangen, und
wird der zwangsweise fette Betrieb fortgesetzt. Ist im
Gegensatz hierzu der Wert des Zeitgebers A gleich Null, so
wird die Marke im Schritt 9 gelöscht. Wenn die Verarbeitungen
der Schritte 1 bis 3 und der Schritte 7 bis 9 das nächste Mal
durchgeführt werden, wird die Marke gelöscht, und daher ist
die Verarbeitung beendet, und erfolgt eine Rückkehr.
Fig. 5 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den
Brennkraftmaschinenbetrieb zeigt, der zu jenem Zeitpunkt
durchgeführt wird, wenn der Brennkraftmaschinen-
Betriebszustand von jenem mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet wird. In Fig. 5(A)
wird, wenn beurteilt wird, daß die
Luft-Kraftstoffverhältnisregelung auf der Grundlage des
Betriebszustands von dem Betriebszustand mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet wurde, auf der
Grundlage der Brennkraftmaschinendrehzahl Ne und der Last P,
die Marke von gelöscht auf gesetzt geändert, und gleichzeitig
wird der Zeitgeber A von Null aus auf einen vorbestimmten
Wert A gesetzt, und daraufhin wird der Wert A
heruntergezählt. Gleichzeitig mit dem Setzen der Marke wie
voranstehend geschildert, und mit der Einstellung des Wertes
des Zeitgebers A auf den Wert A wird der
Brennkraftmaschinenbetrieb von dem Betrieb mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit zwangsweise fettem
Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet. Daraufhin wird die
Marke von eingestellt auf gelöscht geändert, und wenn sich
der Wert des Zeitgebers A von A auf Null ändert, gleichzeitig
mit der angegebenen Änderung der Marke, wird der
Brennkraftmaschinenbetrieb von stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis auf den Betrieb mit zwangsweise
fettem Luft-Kraftstoffverhältnis geändert.
Zusammengefaßt wird bei der Ausführungsform 1 dann, wenn der
Brennkraftmaschinenbetrieb von stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis auf mageres
Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet wird, eine
Verschiebung von dem zwangsweise fetten Betrieb auf jenen mit
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis durchgeführt,
nachdem die Verschiebung von magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis auf zwangsweise fetten Betrieb
durchgeführt würde, und daher wird das Reduzierungsmittel von
Kohlenwasserstoff HC und Kohlenmonoxid CO dem NOx-Katalysator
14 während des voranstehend geschilderten, zwangsweise fetten
Betriebs zugeführt. Daher wird eine temporäre Freigabe von
NOx von dem NOx-Katalysator 14 unterdrückt, durch Zufuhr des
Reduzierungsmittels infolge des zwangsweise fetten Betriebs,
und daher wird die temporäre Freigabe von NOx unterdrückt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird der voranstehend
geschilderte Vorgang im Vergleich zum herkömmlichen Betrieb
erläutert. Wenn wie in Fig. 2(A) gezeigt sich der Zustand
der Brennkraftmaschine 1 vom Zustand des Leerlaufbetriebs
durch Betätigung des Gaspedals auf den Fahrbetrieb ändert,
steigt die Brennkraftmaschinendrehzahl Ne an, wie in Fig.
2(B) dargestellt ist, und wird der Brennkraftmaschinen-
Betriebszustand jener mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis, nachdem die
Luft-Kraftstoffverhältnisregelung von jener mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis auf den zwangsweise fetten Betrieb
umgeschaltet wurde, für ein vorbestimmtes Zeitintervall A,
das durch die Zeit A eingestellt wird, wie dies in Fig. 2(B)
gezeigt ist. Daher kann wie in Fig. 2(F) gezeigt eine
momentanen Freigabe von NOx bei dem NOx-Katalysator 14 (siehe
Fig. 1) unterdrückt werden, infolge der Lieferung des
reduzierenden Mittels durch den zwangsweise fetten Betrieb.
Im Gegensatz hierzu wird bei dem herkömmlichen Betrieb, wie
dies in Fig. 2(C) gezeigt ist, die
Luft-Kraftstoffverhältnisregelung direkt von jener mit
magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf jene mit
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet, und
daher wird eine große Menge an NOx momentan von dem
NOx-Katalysator 14 freigegeben, wie dies in Fig. 2(E)
gezeigt ist.
Die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. H7-305644
beschreibt, daß das NOx, das von dem NOx-Katalysator
absorbiert wurde, dadurch verringert werden kann, daß auf den
Brennkraftmaschinenbetrieb mit fettem
Luft-Kraftstoffverhältnis über einen vorbestimmten Zeitraum
von jenem mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet
wird. Dieser herkömmliche Vorgang läßt sich so verstehen, daß
wie in Fig. 6(B) gezeigt dann, wenn die Umschaltung von dem
Brennkraftmaschinenbetrieb mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis auf den fetten Betrieb durchgeführt
wird, nach Durchführung des Betriebs mit fettem
Luft-Kraftstoffverhältnis für einen vorbestimmten Zeitraum
T1, der Brennkraftmaschinenbetrieb auf jenen mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis zurückkehrt, oder dann, wie in
Fig. 6(C) gezeigt ist, wenn der Betrieb von jenem mit
magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet
wird, nach Durchführung des Brennkraftmaschinenbetriebs mit
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis über einen
vorbestimmten Zeitraum T1, der Betrieb auf jenen mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis zurückkehrt. Ähnlich wie im
herkömmlichen Fall wird daher bei dem Betrieb, der in der
japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. H7-305667
beschrieben ist, momentan eine große Menge an NOx von dem
voranstehend geschilderten NOx-Katalysator 14 freigegeben,
wie dies in Fig. 2(E) gezeigt ist. Im Gegensatz hierzu wird
bei der Ausführungsform 1, wie dies in Fig. 6(A) gezeigt
ist, wenn der Brennkraftmaschinenzustand von jenem mit
magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet
wird, und zwar nachdem der Betrieb mit fettem
Luft-Kraftstoffverhältnis über den Zeitraum mit dem Wert A
durchgeführt wurde (wobei der Zeitraum entsprechend dem Wert
A < als der Zeitraum T1 ist), der durch den Zeitgeber A
eingestellt wird, der Brennkraftmaschinenbetrieb auf jenen
mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet
wird, und daraufhin der Betrieb auf den stöchiometrischen
Betrieb umgeschaltet wird, und danach der
Brennkraftmaschinenbetrieb auf den Betrieb mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis zurückkehrt. Im Vergleich zu dem
Betrieb, der in der japanischen offengelegten Patentanmeldung
Nr. H7-305644 beschrieben ist, kann daher beim Betrieb gemäß
der Ausführungsform 1 infolge der Zufuhr des
Reduzierungsmittels durch den Brennkraftmaschinenbetrieb mit
fettem Luft-Kraftstoffverhältnis die zeitweilige Freigabe von
NOx unterdrückt werden (vgl. Fig. 2(F)).
Bei der Ausführungsform 1 kann, obwohl der Zeitgeber A auf
einen konstanten Wert von A eingestellt wird, abhängig vom
Brennkraftmaschinen-Betriebszustand der Wert A, der ein
Zeitintervall ist, das von dem Zeitgeber A eingestellt wird,
zu lang werden, und daher kann die Betriebszeit mit dem
zwangsweise fetten Betrieb zu lang werden, was dazu führen
kann, daß zuviel Reduzierungsmittel wie Kohlenwasserstoff HC
und Kohlenmonoxid CO zur Verfügung gestellt wird. Um mit
dieser Situation fertig zu werden, wird bei der
Ausführungsform 2 der Betriebszustand mit zwangsweise fettem
Betrieb so ausgebildet, daß die
Brennkraftmaschinenbetriebszeit in Abhängigkeit von dem
Brennkraftmaschinen-Betriebszustand gesteuert oder geregelt
wird. Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 erfolgt
nachstehend eine Beschreibung der Ausführungsform 2. Fig. 7
ist ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen dem fetten
Luft-Kraftstoffverhältnis und dem Zeitgeber A in dem
zwangsweise fetten Betrieb zeigt, und Fig. 8 ist ein
Kennfeld, das die Beziehungen zwischen der
Brennkraftmaschinendrehzahl Ne, der Last P und dem
Luft-Kraftstoffverhältnis bei dem zwangsweise fetten Betrieb
zeigt. Wie aus Fig. 8 hervorgeht wird das
Luft-Kraftstoffverhältnis im zwangsweise fetten Betrieb bei
niedrigen Drehzahlen Ne der Brennkraftmaschine, infolge einer
geringen Menge an Luft bei der Gasmischung, die der
Brennkraftmaschine zugeführt wird, das Verhältnis auf einen
niedrigen Wert eingestellt, beispielsweise 14,0, und wird im
Bereich hoher Drehzahlen Ne der Brennkraftmaschine, da eine
große Luftmenge der Gasmischung der Brennkraftmaschine
zugeführt wird, das Verhältnis auf einen großen Wert
eingestellt, beispielsweise 13,5. Auf diese Weise wird, wenn
das Luft-Kraftstoffverhältnis in Abhängigkeit von der
Brennkraftmaschinendrehzahl Ne bestimmt wird, das so
ausgewählte Verhältnis als das fette
Luft-Kraftstoffverhältnis von Fig. 7 entsprechend der realen
Linie L in Fig. 7 ausgewählt, und wird die Zeit des
Zeitgebers A aus dem Kennfeld von Fig. 7 ausgewählt; wenn
beispielsweise das Ausmaß der Anreicherung, das aus Fig. 8
ausgewählt wird, 14,0 beträgt, wird aus dem Kennfeld von
Fig. 7 die Zeit des Zeitgebers A als t1 ausgewählt, und wenn
das Ausmaß der Anreicherung, das aus Fig. 8 ausgewählt wird,
13,5 beträgt, wird aus dem Kennfeld von Fig. 7 die Zeit des
Zeitgebers A als t2 ausgewählt (t1 < t2). Durch diese Auswahl
wird die Zeit für den zwangsweise fetten Betrieb optimiert,
abhängig vom Betriebszustand, und daher kann eine optimale
Regelung zur Unterdrückung von NOx durchgeführt werden.
Obwohl bei der Ausführungsform 2 die Zeit für den zwangsweise
fetten Betrieb in Abhängigkeit von dem Betriebszustand
gesteuert oder geregelt wird, sollte die Erzeugung von
Kohlenwasserstoff HC und Kohlenmonoxid CO so vorgenommen
werden, daß sie nicht zu hoch wird, was dadurch hervorgerufen
wird, daß das Luft-Kraftstoffverhältnis A/F während des
zwangsweise fetten Betriebs fett wird; um diese Bedingung zu
erfüllen wird bei der Ausführungsform 3 eine übermäßige
Ausbildung von Kohlenwasserstoff HC und von Kohlenmonoxid CO
dadurch verhindert, daß das Luft-Kraftstoffverhältnis A/F
während des zwangsweise fetten Betriebs auf den Bereich von
13,2 bis 14,2 eingestellt wird. Fig. 9 zeigt die bereits
bekannten Eigenschaften in Bezug auf die Erzeugung von
Kohlenwasserstoffen HC, Kohlenmonoxid CO und Stickoxid NOx.
Wie aus Fig. 9 hervorgeht nimmt, wenn ein mageres
Luft-Kraftstoffverhältnis auf der mageren Seite von 14,2
vorhanden ist, das Stickoxid NOx zu, da nicht genügend
Kohlenwasserstoff HC und Kohlenmonoxid CO vorhanden ist; wenn
das Luft-Kraftstoffverhältnis fetter ist, und auf der fetten
Seite von 13,2 bleibt, nimmt die Menge an Kohlenwasserstoffen
HC und Kohlenmonoxid CO stärker zu als dies erforderlich ist,
um das Stickoxid NOx zu unterdrücken. Durch Einstellung des
Luft-Kraftstoffverhältnisses A/F beim zwangsweise fetten
Betrieb auf den Bereich von 13,2 bis 14,2 ist es daher
möglich, während des zwangsweise fetten Betriebs zu
verhindern, daß zu viel Kohlenwasserstoff HC und
Kohlenmonoxid CO erzeugt wird.
Obwohl bei der Ausführungsform 1 der zwangsweise fette
Betrieb eingesetzt wird, wenn der Brennkraftmaschinen-
Betriebszustand von jenem mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet wird, weist bei der
Ausführungsform 4, die in Fig. 10 gezeigt ist, die
Brennkraftmaschinensteuereinheit 21 eine zusätzliche
Kraftstoffeinspritzvorrichtung 213 auf, statt der
voranstehend geschilderten Einheit 212 für den zwangsweise
fetten Betrieb. Diese Zusatzkraftstoffeinspritzvorrichtung
ist zu dem Zweck vorgesehen, damit unverbrannte
Kohlenwasserstoffe HC und Kohlenmonoxid CO als Reduziermittel
dem Stickoxid-Katalysator 14 (vgl. Fig. 1) zugeführt werden,
mittels Durchführung einer zusätzlichen
Kraftstoffeinspritzung im Expansions- oder Auslaßhub für
einen vorbestimmten Zeitraum A des Zeitgebers A während der
Verschiebung des Brennkraftmaschinenbetriebs von jenem mit
magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis. Bei der
Ausführungsform 4 wird statt des voranstehend geschilderten
Schrittes 4 von Fig. 4 der Schritt 16 in Fig. 11
eingesetzt; bei diesem Schritt S16 wird, wenn der
Brennkraftmaschinen-Betriebszustand von jenem mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet wird, zwangsweise eine
Kraftstoffeinspritzung im Expansionshub bzw. Auslaßhub
durchgeführt. Durch diese Operation wird statt des
zwangsweise fetten Betriebs zwangsweise eine zusätzliche
Kraftstoffeinspritzung im Expansionshub oder Auslaßhub
durchgeführt.
Fig. 12 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches die zusätzliche
Kraftstoffeinspritzung im Expansionshub oder Auslaßhub zeigt.
In Fig. 12 besteht das Ausgangssignal des Drehsensors 20
(siehe Fig. 1) aus zwei Signalen, nämlich einem
Kurbelwinkelsignal, das sich auf hoch/niedrig jeweils bei
einem Kurbelwinkel von 1° ändert, wie dies bei (A) in Fig.
12 gezeigt ist, und einem Standardwinkelsignal, welches bei
BTDC5° (BTDC: vorm oberen Totpunkt) im Ansaughub ansteigt,
wobei dies als Information in Bezug auf die Absolutposition
dient, die als Bezugsgröße für die Regelung dient, wie dies
durch (B) in Fig. 12 angedeutet ist. Die
Brennkraftmaschinensteuereinheit 21 (siehe Fig. 1) führt die
Luft-Kraftstoffverhältnisregelung entsprechend dem
Betriebszustand auf der Grundlage des Kennfeldes von Fig. 3
durch, legt die Kraftstoffmenge so fest, daß ein
vorbestimmtes Luft-Kraftstoffverhältnis bei der
Ansaugluftmenge erzielt wird, und wenn der
Brennkraftmaschinenbetrieb mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis durchgeführt wird, wird die
Kraftstoffeinspritzung im Expansionshub durchgeführt, wie
dies durch d1 in (C) von Fig. 12 angedeutet ist. Der
Einspritzzeitpunkt Tinj in diesem Fall wird dadurch
festgelegt, daß der Winkel von 1°CA gegenüber dem
Bezugspositionssignal gezählt wird, so daß Tinj gleich dem
Bezugspositionssignal plus einem Signalzählwert von 1°CA
ist. Beispielsweise wird die voranstehend erwähnte
Kraftstoffeinspritzung d1 beim Lufteinlaß von BTDC3°
durchgeführt, und wird die voranstehend erwähnte
Kraftstoffeinspritzung d1 beim Auslaßhub 80° beendet; und
darüber hinaus wird die Einspritzung von zusätzlichem
Kraftstoff im Expansions/Auslaßhub durchgeführt, wie dies
durch d2 bei (C) von Fig. 12 angedeutet ist. Diese
Einspritzung von zusätzlichem Kraftstoff kann dadurch erzielt
werden, daß das Signal von 1°CA mit der
Einspritzstartposition und der Einspritzendposition gezählt
wird, die vorher in Bezug auf das Signal von 1°CA in
Abhängigkeit von dem Betriebszustand festgelegt wurden.
In der Vergangenheit gab es den Fall, in welchem die
Auspuffgastemperatur anstieg, zum Zweck der Erhöhung der
Temperatur des Katalysators, und Kraftstoff zusätzlich
während des Expansionshubes eingespritzt wird, und die
Verbrennung, die während des Verdichtungshubes erfolgt, auch
während des Expansionshubes andauert. Im Vergleich zu diesem
Beispiel wird bei der Ausführungsform 4 die Einspritzung von
zusätzlichem Kraftstoff während des Expansions/Auslaßhubes zu
dem Zweck durchgeführt, unverbrannten Kraftstoff als
Reduziermittel für NOx dem NOx-Katalysator 1 (siehe Fig. 1)
zuzuführen, und dies führt dazu, daß der
Kraftstoffeinspritzzeitpunkt verzögert ist, verglichen mit
jenem Fall, in welchem die Einspritzung von zusätzlichem
Kraftstoff während des Expansionshubes bei der
aufrechterhaltenen Verbrennung durchgeführt wird, so daß der
Einspritzzeitpunkt für die Einspritzung des zusätzlichen
Kraftstoffes in der Nähe des Auslaßhubs erfolgt.
Obwohl bei der Ausführungsform 4 die zusätzliche
Kraftstoffeinspritzung während des Expansions/Auslaßhubs
durchgeführt wird, ist es ebenfalls möglich, die gesamte
Kraftstoffmenge Qfuel der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung
entsprechend der in Fig. 13 angegebenen Beziehung
einzuspritzen: Die gesamte Kraftstoffmenge Qfuel, die
eingespritzt werden soll, ergibt sich als Gesamtsumme des
durch den Zeitgeber A vorgegebenen Zeitintervalls (also
Anzahl an Einspritzungen) und der Kraftstoffmenge für jede
Einspritzung, die sich durch folgende Formel ergibt:
Gesamtmenge der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung = Qfuel
= Anzahl an Einspritzungen (N mal = Zeitintervall, gegeben
durch Zeitgeber A/Umdrehungszeitraum der Brennkraftmaschine)
× Kraftstoffeinspritzmenge [cc] für jede Einspritzung, und
dieser Wert von Qfuel wird so eingestellt, daß er eine
vorbestimmte Menge nicht überschreitet, wie dies durch die
reale Linie L5 in Fig. 13 angedeutet ist. Die Gesamtmenge
Qfuel für die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung kann
experimentell bestimmt werden, in Abhängigkeit vom
Katalysator und dem Auspuffsystem, damit das ternäre
Reduziermittel 13 und der NOx-Katalysator 14 nicht beschädigt
werden, die in Fig. 1 gezeigt sind, und daher werden das
durch den Zeitgeber A vorgegebene Zeitintervall und die
Kraftstoffeinspritzmenge für jede Einspritzung auf der
Grundlage der voranstehend erwähnten Größe festgelegt.
Weiterhin kann unter Berücksichtigung der Tatsache, daß sich
abhängig vom Brennkraftmaschinen-Betriebszustand die
Ansaugluftmenge ändern kann, und sich auch die erzeugte Menge
an NOx und die Menge an Kohlenwasserstoffen HC und an
Kohlenmonoxid CO als Reduziermittel ebenfalls ändern kann,
die Gesamtmenge Qfuel für die zusätzliche
Kraftstoffeinspritzung in Abhängigkeit vom
Brennkraftmaschinen-Betriebszustand geändert werden.
Zwar wird bei der Ausführungsform 1 die Erzeugung von NOx
durch die Vorrichtung für zwangsweise fetten Betrieb
unterdrückt, jedoch kann der Fall auftreten, daß eine
plötzliche Änderung der Leistungsabgabe auftritt, infolge
eines hohen Drehmoments, das durch die Verbrennung mit fettem
Luft-Kraftstoffverhältnis hervorgerufen wird, in Abhängigkeit
von der Einstellung des Zeitgebers A. Weiterhin ist es bei
der Ausführungsform 4 möglich, die Erzeugung von NOx
unabhängig vom Drehmoment während des Expansions/Auslaßhubes
zu unterdrücken, jedoch kann andererseits der Fall auftreten,
daß eine plötzliche Änderung der Leistungsabgabe auftritt,
hervorgerufen durch eine starke, stufenweise Änderung des
Drehmoments, infolge eines zu geringen Drehmoments zu dem
Zeitpunkt, an welchem auf das stöchiometrische
Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet wird. Daher wird unter
Verwendung von zwei Zeitgebern, wie dies in Fig. 14 gezeigt
ist, wenn die Zeit innerhalb der Zeit liegt, die von dem
Zeitgeber A hervorgerufen wird, der zwangsweise fette Betrieb
durchgeführt, und daraufhin innerhalb des durch den Zeitgeber
B vorgegebenen Zeitraums der Expansions/Auslaßhub
durchgeführt, wobei die von dem Zeitgeber A vorgegebene Zeit
kleiner ist als die von dem Zeitgeber B vorgegebene Zeit.
Wie voranstehend geschildert wird gemäß der Erfindung nach
Patentanspruch 1 bei der Luft-Kraftstoffverhältnisregelung
zur Durchführung einer Auswahl des Brennkraftmaschinen-
Betriebszustands unter magerem Luft-Kraftstoffverhältnis,
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis und fettem
Luft-Kraftstoffverhältnis in Abhängigkeit von dem
Brennkraftmaschinen-Betriebszustand der Brennkraftmaschinen-
Betriebszustand mit fettem Luft-Kraftstoffverhältnis
durchgeführt, wenn der Brennkraftmaschinen-Betriebszustand
von jenem mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet
wird, und daher wird eine große Menge an Reduziermittel
temporär dem NOx-Katalysator zugeführt, wodurch die Freigabe
von Stickoxid unterdrückt werden kann.
Gemäß der Erfindung nach Patentanspruch 2, wird dann, wenn
der zwangsweise fette Betrieb durchgeführt wird, das
Zeitintervall zur Durchführung des zwangsweisen fetten
Betriebs so gewählt, daß es vom Ausmaß der Anreicherung
abhängt, und daher kann die Zufuhr von Reduziermittel
optimiert werden, und so erreicht werden, daß die
Unterdrückung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid mit
der Freigabe von Stickoxid verträglich ist.
Gemäß der Erfindung nach Patentanspruch 3 wird im zwangsweise
fetten Betrieb das Luft-Kraftstoffverhältnis auf den Bereich
von 13,2 bis 14,2 eingestellt, und daher kann eine übermäßige
Erzeugung an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid verhindert
werden.
Gemäß der Erfindung nach Patentanspruch 4 wird bei der
Luft-Kraftstoffverhältnisregelung, bei welcher der
Brennkraftmaschinenbetrieb unter dem Betrieb mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis, jenem mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis und jenem mit fettem
Luft-Kraftstoffverhältnis ausgewählt wird, in Abhängigkeit
vom Brennkraftmaschinen-Betriebszustand, wenn der
Brennkraftmaschinen-Betriebszustand vom Magerbetrieb auf den
stöchiometrischen Betrieb umgeschaltet wird, eine zusätzliche
Kraftstoffeinspritzung während des Expansionshubs und des
Auslaßhubs durchgeführt, wenn der Brennkraftmaschinenbetrieb
von jenem mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet
wird, und auf diese Weise kann die Freigabe von NOx dadurch
unterdrückt werden, daß temporär das Reduziermittel zugeführt
wird, wenn der Brennkraftmaschinen-Betriebszustand von jenem
mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet
wird. Darüber hinaus wird die zusätzliche
Kraftstoffeinspritzung während des Expansionshubs und des
Auslaßhubs durchgeführt, so daß der unverbrannte Kraftstoff
als Reduziermittel direkt dem NOx-Katalysator zugeführt wird,
so daß der zusätzliche Kraftstoff nicht verbrannt wird. Daher
tritt kein zeitweiliger Anstieg des Drehmoments der
Brennkraftmaschine auf, der dazu führen könnte, daß das
Fahrverhalten des Fahrers beeinträchtigt wird.
Gemäß der Erfindung nach Patentanspruch 5 wird die Menge an
Kraftstoff, die zusätzlich während des Expansionshubs und des
Auslaßhubs eingespritzt werden soll, so eingestellt, daß sie
geringer ist als die Menge an Reduziermittel entsprechend der
Menge an NOx, die in dem Okklusionskatalysator eingeschlossen
wird, was dazu führt, daß der unverbrannte Kraftstoff in der
Hinsicht optimiert werden kann, daß unverbrannter Kraftstoff
nicht in dem NOx-Katalysator verbrannt wird, so daß dieser
nicht durch eine derartige Verbrennung beschädigt wird.
Da gemäß der Erfindung nach Patentanspruch 6 die
Kraftstoffeinspritzung während des Expansions/Auslaßhubes
durchgeführt wird, nachdem der zwangsweise fette Betrieb
durchgeführt wurde, wird die Drehmomentänderung am Anfang
durch den zwangsweise fetten Betrieb unterdrückt, und wird
danach eine Drehmomentänderung durch die
Kraftstoffeinspritzung während des Expansions/Auslaßhubes
unterdrückt, so daß die Verringerung von erzeugtem NOx mit
sicherem Fahrverhalten in Einklang gebracht werden kann.
Claims (6)
1. Auspuffgasreinigungseinrichtung für eine
Brennkraftmaschine (1), die einen NOx-Katalysator (14)
aufweist, der in einem Auspuffgaskanal (12) der
Brennkraftmaschine angeordnet ist, sowie eine
Luft-Kraftstoffverhältnisregelvorrichtung (21), in
welcher ein Betriebszustand der Brennkraftmaschine
ausgesucht wird, nämlich entweder mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis, mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis oder mit fettem
Luft-Kraftstoffverhältnis, in Abhängigkeit vom
Brennkraftmaschinen-Betriebszustand, wobei die
Luft-Kraftstoffverhältnisregelvorrichtung (21) eine
Vorrichtung für den zwangsweisen
Brennkraftmaschinenbetrieb mit fettem
Luft-Kraftstoffverhältnis (212) aufweist, um den
Brennkraftmaschinenbetrieb auf den Betrieb mit
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis
umzuschalten, nachdem der Brennkraftmaschinenbetrieb mit
fettem Luft-Kraftstoffverhältnis durchgeführt wurde,
wenn der Brennkraftmaschinen-Betriebszustand von jenem
mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet
wurde.
2. Auspuffgasreinigungseinrichtung für eine
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ein
Zeitraum, in welchem die Vorrichtung für zwangsweisen
Brennkraftmaschinenbetrieb mit fettem
Luft-Kraftstoffverhältnis in Betrieb gesetzt wird, vom
Ausmaß der Anreicherung abhängt.
3. Auspuffgasreinigungseinrichtung für eine
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Luft-Kraftstoffverhältnis bei dem erzwungenen Betrieb
mit fettem Luft-Kraftstoffverhältnis so festgelegt ist,
daß es innerhalb des Bereiches von 13,2 bis 14,2 liegt.
4. Auspuffgasreinigungseinrichtung für eine
Brennkraftmaschine (1), die einen NOx-Katalysator (14)
aufweist, der in einem Auspuffgaskanal (12) der
Brennkraftmaschine angeordnet ist, sowie eine
Luft-Kraftstoffverhältnisregelvorrichtung (21), in
welcher ein Betriebszustand unter den
Brennkraftmaschinen-Betriebszuständen mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis, mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis und mit fettem
Luft-Kraftstoffverhältnis ausgewählt wird, in
Abhängigkeit vom Brennkraftmaschinen-Betriebszustand,
wobei die Luft-Kraftstoffverhältnisregelvorrichtung (21)
eine Zusatzkraftstoffeinspritzvorrichtung (213)
aufweist, um eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung
während eines Expansionshubes oder eines Auslaßhubes
durchzuführen, wenn der Betriebszustand von dem
Betriebszustand mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis
auf den Brennkraftmaschinen-Betriebszustand mit
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet
wird.
5. Auspuffgasreinigungseinrichtung für eine
Brennkraftmaschine nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an
Kraftstoff, die zusätzlich eingespritzt wird, geringer
eingestellt ist als jene eines Reduziermittels
entsprechend der Menge an NOx, die von dem
NOx-Okklusionskatalysator (14) festgehalten wird.
6. Auspuffgasreinigungseinrichtung für eine
Brennkraftmaschine (1), die einen NOx-Katalysator (14)
aufweist, der in einem Auspuffgaskanal (12) der
Brennkraftmaschine angeordnet ist, und eine
Luft-Kraftstoffverhältnisregelvorrichtung (21), in
welcher ein Betriebszustand unter Betriebszuständen der
Brennkraftmaschine ausgewählt wird, nämlich mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis, mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis oder mit fettem
Luft-Kraftstoffverhältnis, in Abhängigkeit vom
Brennkraftmaschinen-Betriebszustand, wobei die
Luft-Kraftstoffverhältnisregelvorrichtung (21) eine
Vorrichtung zur Durchführung einer zusätzlichen
Kraftstoffeinspritzung (S6, S8, S16, S18) aufweist, wenn
der Brennkraftmaschinen-Betriebszustand von dem
Brennkraftmaschinen-Betriebszustand mit magerem
Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit
stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet
wird, wobei zuerst der Brennkraftmaschinen-
Betriebszustand auf jenen mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet wird, nachdem der
Brennkraftmaschinenbetrieb mit fettem
Luft-Kraftstoffverhältnis durchgeführt wurde, und
daraufhin eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung
während eines Expansionshubes oder eines Auslaßhubes
durchgeführt wird.
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