DE60113225T2

DE60113225T2 - Apparat zur Abgasemissionssteuerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60113225T2
Application number: DE60113225T
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Toyota-shi Aichi-ken Irisawa; Hiroshi Toyota-shi Aichi-ken Tanaka; Junichi Toyota-shi Aichi-ken Kako
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-12-08
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2021-12-06
Also published as: DE60120796D1; DE60120796T2; EP1520971A1; EP1213460A2; US6698188B2; EP1213460B1; DE60117420D1; EP1520972B1; EP1213460A3; DE60113225D1; DE60117420T2; EP1520971B1; EP1520972A1; US20020069640A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Emissionssteuervorrichtung eines Verbrennungsmotors.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Bei einem bekannten Verbrennungsmotor ist ein NOx-Okklusionsbauteil (NOx-Ausschlussbauteil), das NOx okkludiert (ausschließt), wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines einströmenden Gases auf einer Kraftstoffmagerseite eines stöchiometrischen Kraftstoff/Luft-Verhältnisses ist, und das den okkludierten NOx löst und das NOx durch ein Reduktionsmittel reduziert, das im Abgas enthalten ist, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases von der Kraftstofffettseite des stöchiometrischen Kraftstoff/Luft-Verhältnisses wechselt, innerhalb eines Motorabgasdurchgangs angeordnet. Während eines Verbrennungsmodus unter einer Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoff-Verhältnisbedingung wird NOx im Abgas in dem NOx-Okklusionsbauteil okkludiert. Wenn das NOx von dem NOx-Okklusionsbauteil zu lösen ist, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zu der Fettseite geändert.
Um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, von der Kraftstofffettseite zu der Kraftstoffmagerseite zu ändern, wenn das Lösen des NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil bei einem Verbrennungsmotor abgeschlossen ist, wie oben beschrieben ist, wurde ein Verbrennungsmotor vorgeschlagen (Japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift mit der Nr. 2000-104533), bei welchem ein NOx-Sensor, der dazu imstande ist, die Konzentration von NOx im Abgas zu erfassen, in einem Motorabgasdurchgang stromabwärts des NOx-Okklusionsbauteils angeordnet, und bei welchem das Lösen des NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil als abgeschlossen betrachtet wird, wenn sich die NOx-Konzentration, die durch den NOx-Sensor erfasst wird, auf oder unter eine vorbestimmte Konzentration verringert, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, von der Fettseite zu der Magerseite geändert wird.
Jedoch wird das gelöste NOx durch das Reduktionsmittel reduziert, während das NOx von dem NOx-Okklusionsbauteil gelöst wird, wobei dieses deshalb nicht in der Form von NOx gelöst wird. Deshalb verbleibt die NOx-Konzentration, die durch den NOx-Sensor erfasst wird, im Wesentlichen bei Null während des Lösens von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil. Deshalb ist es trotz der Verwendung des NOx-Sensors nicht möglich zu bestimmen, ob das Lösen von NOx von dem NOx-Okklusionsbauteil abgeschlossen ist.
Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zu der Fettseite bei dem vorstehend erwähnten Verbrennungsmotor verlagert wird, ist das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das aus dem NOx-Okklusionsbauteil strömt, normalerweise ein leicht mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis während des NOx-Lösebetriebs des NOx-Okklusionsbauteils. Nachdem das Lösen des NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil abgeschlossen ist, verlagert sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das aus dem NOx-Okklusionsbauteil strömt, zu der Fettseite.
Um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zur Zeit des Abschließens des Lösens von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil bei einem Verbrennungsmotor zu ändern, wie oben beschrieben ist, wurde ein Verbrennungsmotor vorgeschlagen (siehe Japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift mit der Nr. 8-232646), bei welchem ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, der eine Ausgabe erzeugt, deren Niveau proportional zu dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ist, in einem Abgasdurchgang stromabwärts eines NOx-Okklusionsbauteils angeordnet ist, und bei welchem bestimmt wird, nachdem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, von der Magerseite zu der Fettseite zum Lösen des NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil geändert ist, dass das Lösen des NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil abgeschlossen ist, wenn die Änderungsrate des Ausgabeniveaus des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das aus dem NOx-Okklusionsbauteil strömt, sich von der Magerseite zur Fettseite ändert, eine vorbestimmte Änderungsrate überschreitet.
Das Ausgabeniveau des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors ändert sich im zuverlässigen Ansprechen auf das Abschließen des Lösens des NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil. Deshalb wird es durch Bestimmen, ob der NOx-Lösebetrieb basierend auf einer Änderung des Ausgabeniveaus des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, wie oben erwähnt ist, abgeschlossen ist, möglich, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, von der Fettseite zu der Magerseite bei einem zuverlässigen Ansprechen des Abschließens des NOx-Lösebetriebs zu ändern. Jedoch ändert sich das Ausgabeniveau des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors auf verschiedene Weisen zur Zeit des Abschließens des Lösens von NOx, abhängig von Leistungsvermögensänderungen unter den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren und NOx-Okklusionsbauteilen oder zeitabhängigen Änderungen davon. Deshalb bedeutet nicht notwendigerweise, dass die Änderungsrate des Ausgabeniveaus, die die vorbestimmte Änderungsrate überschreitet, das Abschließen des NOx-Lösebetriebs. Deshalb besteht ein Nachteil bei dem Stand der Technik. Das heißt, es ist schwierig, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von der Kraftstofffettseite zu der Kraftstoffmagerseite zur Zeit des Abschließens des Lösens von NOx zu ändern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Durch Experimente und Forschungen bei NOx-Okklusionsbauteilen, die durch die vorliegenden Erfinder und dergleichen ausgeführt wurden, wurde herausgefunden, dass wenn einem NOx-Okklusionsbauteil ein Betrag Reduktionsmittel zugeführt wird, der größer ist als der Betrag, der zum Reduzieren des Betrags des NOx nötig ist, das in dem NOx-Okklusionsbauteil okkludiert ist, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zu der Fettseite geändert wird, d.h. wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, fortlaufend auf der Fettseite selbst nach dem Abschließen des Lösens des NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil ist, ein Überschussbetrag von Reduktionsmittel, das nicht dazu verwendet wurde, NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil zu lösen und NOx zu reduzieren, aus dem NOx-Okklusionsbauteil in der Form von Ammoniak ausgelassen wird.
Deshalb wird der Überschussbetrag des Reduktionsmittels bestimmt, wenn der Betrag von Ammoniak, das von dem NOx-Okklusionsbauteil ausgelassen wird, bestimmt wird, wodurch es wiederum möglich ist, den Betrag des Reduktionsmittels zu bestimmen, das zum Reduzieren des Betrags des NOx, das in dem NOx-Okklusionsbauteil okkludiert ist, benötigt wird. Wenn der Betrag des Reduktionsmittels, das zum Reduzieren des NOx benötigt wird, das in dem NOx-Okklusionsbauteil okkludiert ist, bestimmt wird, ist es möglich, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zur Zeit des Abschließens des Lösens des NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil durch Festlegen eines Grads des Kraftstofffettgehalts und einer Dauer der fettseitigen Verlagerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zu ändern, um den benötigten Betrag des Reduktionsmittels zuzuführen. Darüber hinaus kann der Betrag des NOx, das durch das NOx-Okklusionsbauteil okkludierbar ist, bestimmt werden, wenn der Betrag des Reduktionsmittels, der zum Reduzieren des NOx benötigt wird, bestimmt wird, wodurch es wiederum möglich ist, den Grad der Verschlechterung des NOx-Okklusionsbauteils zu bestimmen.
Daher kann in Anbetracht dessen, dass ein Überschussbetrag des Reduktionsmittels bestimmt ist, der Zustand des NOx-Okklusionsbauteils erkannt werden, wobei das Lösen des NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil angemessen gesteuert werden kann.
Darüber hinaus ist es möglich zu bestimmen, ob das Lösen des NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil abgeschlossen ist, wenn das Auslassen des Ammoniaks aus dem NOx-Okklusionsbauteil überwacht wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zu der Fettseite verlagert wird, sodass NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil gelöst wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Emissionssteuervorrichtung eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, die dazu imstande ist, das Lösen des NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil angemessen zu steuern.
Ein erster Aspekt der Erfindung ist eine Emissionssteuervorrichtung eines Verbrennungsmotors, bei welchem ein NOx-Okklusionsbauteil, das ein NOx okkludiert, wenn ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines einströmenden Abgases auf einer Kraftstoffmagerseite ist, und das zulässt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases sich zu der Kraftstofffettseite ändert, dass das NOx, das okkludiert ist, durch ein Reduktionsmittel gelöst und reduziert wird, das in dem Abgas enthalten ist, in einem Abgasdurchgang des Verbrennungsmotors angeordnet ist, und bei welchem das NOx in dem Abgas in dem NOx-Okklusionsbauteil okkludiert wird, wenn eine Verbrennung unter einer Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoff-Verhältnisbedingung ausgeführt wird, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zu der Kraftstofffettseite geändert wird, wenn das NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil zu lösen ist. Bei diesem Aspekt wird ein Überschussbetrag eines Reduktionsmittels, das nicht dazu verwendet wird, das NOx zu lösen oder zu reduzieren, das in dem NOx-Okklusionsbauteil okkludiert ist, in der Form von Ammoniak aus dem NOx-Okklusionsbauteil ausgelassen, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zu der Kraftstofffettseite geändert ist. Darüber hinaus ist ein Sensor, der dazu imstande ist, eine Ammoniakkonzentration zu erfassen, in dem Abgasdurchgang stromabwärts des NOx-Okklusionsbauteils angeordnet. Ein repräsentativer Wert, der den Überschussbetrag des Reduktionsmittels angibt, wird aus einer Änderung der Ammoniakkonzentration bestimmt, die durch den Sensor erfasst wird.
Bei dem ersten Aspekt kann der repräsentative Wert ein integrierter Wert der Ammoniakkonzentration sein, die durch den Sensor erfasst wird.
Bei dem ersten Aspekt kann der repräsentative Wert ein Maximalwert der Ammoniakkonzentration sein, die durch den Sensor erfasst wird.
Bei dem ersten Aspekt ist es möglich, dass sowie der repräsentative Wert ansteigt, ein Gesamtbetrag des Reduktionsmittels, das dem NOx-Okklusionsbauteil zugeführt wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zu der Kraftstofffettseite geändert ist, reduziert werden kann.
Bei dem ersten Aspekt ist es möglich, dass sowie der repräsentative Wert ansteigt, eine Zeit, während welcher das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, an der Kraftstofffettseite gehalten wird, verringert werden kann.
Bei dem ersten Aspekt kann ein Referenzwert bezüglich des repräsentativen Werts voreingestellt werden. Wenn der repräsentative Wert größer als der Referenzwert wird, kann ein Gesamtbetrag des Reduktionsmittels, das dem NOx-Okklusionsbauteil zugeführt wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zu der Kraftstofffettseite geändert ist, verringert werden. Wenn der repräsentative Wert kleiner als der Referenzwert wird, kann der Gesamtbetrag des Reduktionsmittels, das zu dem NOx-Okklusionsbauteil zugeführt wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zu der Kraftstofffettseite geändert ist, erhöht werden.
Bei dem ersten Aspekt kann eine Zeit, während welcher das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, an der Kraftstofffettseite gehalten werden, verringert werden, wenn der repräsentative Wert größer als der Referenzwert wird. Wenn der repräsentative Wert kleiner als der Referenzwert wird, kann die Zeit, während welcher das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, an der Kraftstofffettseite gehalten werden, erhöht werden.
Bei dem ersten Aspekt kann der Sensor dazu imstande sein, eine NOx-Konzentration in dem Abgas neben der Ammoniakkonzentration in dem Abgas zu erfassen, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite geändert werden kann, wenn ein vorbestimmter festgelegter Wert durch die NOx-Konzentration überschritten wird, die durch den Sensor erfasst wird, während die Verbrennung unter der Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoff-Verhältnisbedingung ausgeführt wird.
Bei dem ersten Aspekt kann die Emissionssteuervorrichtung weiter ein Schätzgerät für den Betrag des okkludierten NOx haben, das einen Betrag des NOx schätzt, der in dem NOx-Okklusionsbauteil okkludiert ist. Ein Kraftstoff-Fettzeitintervall zum zeitweisen Ändern Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zu der Kraftstofffettseite kann basierend auf dem Betrag des NOx gesteuert werden, der durch die Schätzeinrichtung für den Betrag des okkludierten NOx geschätzt wird.
Bei dem ersten Aspekt kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zeitweise von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite geändert werden, wenn der Betrag des okkludierten NOx, der durch das Schätzgerät für den Betrag des okkludierten NOx geschätzt wird, einen zulässigen Wert überschreitet.
Bei dem ersten Aspekt kann die Emissionssteuervorrichtung weiter ein NOx-Okkludiervermögenschätzgerät haben, das ein NOx-Okkludiervermögen des NOx-Okklusionsbauteils schätzt. Der zulässige Wert kann verringert werden, sowie sich das NOx-Okkludiervermögen, das durch das NOx-Okkludiervermögenschätzgerät geschätzt wird, verringert.
Bei dem ersten Aspekt kann der Sensor dazu imstande sein, eine NOx-Konzentration in dem Abgas neben der Ammoniakkonzentration in dem Abgas zu erfassen. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, kann von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite geändert werden, wenn die NOx-Konzentration, die durch den Sensor erfasst wird, einen vorbestimmten festgelegten Wert überschreitet, obwohl der Betrag des okkludierten NOx, der durch das Schätzgerät für den Betrag des okkludierten NOx geschätzt wird, kleiner oder gleich verbleibt als der zulässige Wert, während die Verbrennung unter der Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoff-Verhältnisbedingung ausgeführt wird.
Bei dem ersten Aspekt kann der Sensor dazu imstande sein, eine NOx-Konzentration in dem Abgas neben der Ammoniakkonzentration in dem Abgas zu erfassen. Der zulässige Wert kann verringert werden, wenn die NOx-Konzentration, die durch den Sensor erfasst wird, einen vorbestimmten festgelegten Wert überschreitet, obwohl der Betrag des okkludierten NOx, der durch das Schätzgerät für den Betrag des okkludierten NOx geschätzt wird, kleiner oder gleich verbleibt als der zulässige Wert, während die Verbrennung unter der Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoff-Verhältnisbedingung durchgeführt wird.
Bei dem ersten Aspekt kann ein Grad der Verschlechterung des NOx-Okklusionsbauteils basierend auf dem repräsentativen Wert erfasst werden.
Bei dem ersten Aspekt kann bestimmt werden, dass der Grad der Verschlechterung des NOx-Okklusionsbauteils mit einem Abfall des Betrags ansteigt, der durch Subtrahieren des Überschussbetrags des Reduktionsmittels von einem Gesamtbetrag des Reduktionsmittels, das dem NOx-Okklusionsbauteil zugeführt wird, erhalten wird.
Bei dem ersten Aspekt kann ein Grad des Kraftstofffettgehalts mit einem Anstieg des Grads der Verschlechterung des NOx-Okklusionsbauteils verringert werden, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zu der Kraftstofffettseite geändert wird.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist eine Emissionssteuervorrichtung eines Verbrennungsmotors, bei welchem ein NOx-Okklusionsbauteil, das ein NOx okkludiert, wenn ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases auf einer Kraftstoffmagerseite ist, und das den okkludierten NOx löst, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases sich zu einer Kraftstofffettseite ändert, in einem Abgasdurchgang des Verbrennungsmotors angeordnet ist, und bei welchem das NOx in dem Abgas in dem NOx-Okklusionsbauteil okkludiert wird, wenn eine Verbrennung unter einer Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoff-Verhältnisbedingung ausgeführt wird, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zu der Kraftstofffettseite geändert wird, wenn das NOx von dem NOx-Okklusionsbauteil zu lösen ist. Bei diesem Aspekt ist ein Sensor, der dazu imstande ist, eine Ammoniakkonzentration zu erfassen, in dem Abgasdurchgang stromabwärts des NOx-Okklusionsbauteils angeordnet. Es wird bestimmt, dass ein Lösen des NOx von dem NOx-Okklusionsbauteil abgeschlossen ist, wenn die Ammoniakkonzentration, die durch den Sensor erfasst wird, beginnt sich anzuheben, während das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, an der Kraftstofffettseite gehalten wird, sodass das NOx von dem NOx-Okklusionsbauteil gelöst wird.
Bei dem zweiten Aspekt kann der Sensor ein Ausgabesignal erzeugen, das ein Niveau hat, das proportional zu der Ammoniakkonzentration ist, und es kann bestimmt werden, dass das Lösen des NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil abgeschlossen ist, wenn das Niveau des Ausgabesignals des Sensors einen vorbestimmten festgelegten Wert überschreitet, während das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, an der Kraftstofffettseite gehalten wird, sodass das NOx von dem NOx-Okklusionsbauteil gelöst wird.
Bei dem zweiten Aspekt kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, von der Kraftstofffettseite zu der Kraftstoffmagerseite geändert werden, wenn bestimmt wird, dass das Lösen des NOx von der NOx-Konzentration abgeschlossen ist.
Bei dem zweiten Aspekt kann der Sensor dazu imstande sein, eine NOx-Konzentration in dem Abgas neben der Ammoniakkonzentration in dem Abgas zu erfassen, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite geändert werden kann, wenn ein vorbestimmter festgelegter Wert durch die NOx-Konzentration, die durch den Sensor erfasst wird, überschritten wird, während die Verbrennung unter der Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoff-Verhältnisbedingung ausgeführt wird.
Bei dem zweiten Aspekt kann die Emissionssteuervorrichtung weiter ein Schätzgerät für den Betrag von okkludiertem NOx haben, das den Betrag des okkludierten NOx in dem NOx-Okklusionsbauteil schätzt. Ein Kraftstoff-Fettzeitintervall zum zeitweisen Ändern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zu der Kraftstofffettseite kann basierend auf dem Betrag des NOx, der durch das Schätzgerät für den Betrag des okkludierten NOx geschätzt wird, geändert werden.
Bei dem vorstehend genannten Aspekt kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zeitweise von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite geändert werden, wenn der Betrag des okkludierten NOx, der durch das Schätzgerät für den Betrag des okkludierten NOx geschätzt wird, einen zulässigen Wert überschreitet.
Bei dem vorstehend genannten Aspekt kann die Emissionssteuervorrichtung weiter eine NOx-Okkludiervermögenschätzeinrichtung haben, die ein NOx-Okkludiervermögen des NOx-Okklusionsbauteils schätzt. Der zulässige Wert kann verringert werden, sowie sich das NOx-Okkludiervermögen, das durch das NOx-Okkludiervermögenschätzgerät geschätzt wird, verringert.
Bei dem vorstehend erwähnten Aspekt kann der Sensor dazu imstande sein, eine NOx-Konzentration in dem Abgas neben der Ammoniakkonzentration in dem Abgas zu erfassen, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite geändert werden kann, wenn die NOx-Konzentration, die durch den Sensor erfasst wird, einen vorbestimmten festgelegten Wert überschreitet, obwohl der Betrag des okkludierten NOx, der durch das Schätzgerät für den Betrag des okkludierten NOx geschätzt wird, kleiner oder gleich verbleibt als der zulässige Wert, während die Verbrennung unter der Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoff-Verhältnisbedingung durchgeführt wird.
Bei dem vorstehend genannten Aspekt kann der Sensor dazu imstande sein, eine NOx-Konzentration in dem Abgas neben der Ammoniakkonzentration in dem Abgas zu erfassen, wobei der zulässige Wert verringert werden kann, wenn die NOx-Konzentration, die durch den Sensor erfasst wird, einen vorbestimmten festgelegten Wert überschreitet, obwohl der Betrag des okkludierten NOx, der durch das Schätzgerät für den Betrag des okkludierten NOx geschätzt wird, kleiner oder gleich verbleibt als der zulässige Wert, während die Verbrennung unter der Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoff-Verhältnisbedingung durchgeführt wird.
Ein dritter Aspekt der Erfindung ist eine Emissionssteuervorrichtung eines Verbrennungsmotors, bei welchem ein NOx-Okklusionsbauteil, das ein NOx okkludiert, wenn ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines einströmenden Abgases an einer Kraftstoffmagerseite ist, und das, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases zu einer Kraftstofffettseite wechselt, zulässt, dass das okkludierte NOx durch ein Reduktionsmittel gelöst und reduziert wird, das in dem Abgas enthalten ist, das in einem Abgasdurchgang des Verbrennungsmotors angeordnet ist, und bei welchem ein Luft/Kraftstoff-Verhältnisdetektor in dem Abgasdurchgang des Motors stromabwärts des NOx-Okklusionsbauteils angeordnet ist. Bei der Emissionssteuervorrichtung ist das NOx in dem Abgas in dem NOx-Okklusionsbauteil okkludiert, wenn eine Verbrennung unter einer Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoff-Verhältnisbedingung durchgeführt wird. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, wird zu der Kraftstofffettseite geändert, wenn das NOx von dem NOx-Okklusionsbauteil zu lösen ist. Zu einer Zeit nahe dem Abschließen des Lösens des NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, von der Kraftstofffettseite zu der Kraftstoffmagerseite gewechselt, wenn ein Ausgabesignalniveau des Luft/Kraftstoff-Verhältnisdetektors ein Referenzniveau überschreitet, während das Ausgabesignalniveau des Luft/Kraftstoff-Verhältnisdetektors in Richtung eines Niveaus geändert wird, das ein kraftstofffettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis angibt. Bei diesem Aspekt wird ein Überschussbetrag des Reduktionsmittels, das nicht dazu verwendet wird, das NOx, das in dem NOx-Okklusionsbauteil okkludiert ist, zu lösen und zu reduzieren, in der Form von Ammoniak aus dem NOx-Okklusionsbauteil ausgelassen, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zu der Kraftstofffettseite geändert wird. Ein Sensor, der dazu imstande ist, eine Ammoniakkonzentration zu erfassen, ist in dem Abgasdurchgang stromabwärts des NOx-Okklusionsbauteils angeordnet. Das Referenzniveau wird derart geändert, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von der Kraftstofffettseite zu der Kraftstoffmagerseite geändert wird, wenn ein Lösen des NOx von dem NOx-Okklusionsbauteil abgeschlossen ist, basierend auf einer Änderung der Ammoniakkonzentration, die durch den Sensor erfasst wird.
Bei dem dritten Aspekt kann der repräsentative Wert, der den Überschussbetrag des Reduktionsmittels angibt, aus einer Änderung der Ammoniakkonzentration, die durch den Sensor erfasst wird, bestimmt werden, wobei das Referenzniveau derart geändert werden kann, dass der repräsentative Wert einen Sollwert erreicht.
Bei dem dritten Aspekt kann der repräsentative Wert ein integrierter Wert der Ammoniakkonzentration sein, die durch den Sensor erfasst wird.
Bei dem dritten Aspekt kann der repräsentative Wert ein Maximalwert der Ammoniakkonzentration sein, die durch den Sensor erfasst wird.
Bei dem dritten Aspekt kann der Sensor dazu imstande sein, eine NOx-Konzentration in dem Abgas neben der Ammoniakkonzentration in dem Abgas zu erfassen, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite geändert werden kann, wenn ein vorbestimmter festgelegter Wert durch die NOx-Konzentration, die durch den Sensor erfasst wird, überschritten wird, während die Verbrennung unter der Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoff-Verhältnisbedingung ausgeführt wird.
Bei dem dritten Aspekt kann die Emissionssteuervorrichtung weiter ein Schätzgerät für den Betrag des okkludierten NOx haben, das den Betrag des okkludierten NOx in dem NOx-Okklusionsbauteil schätzt. Ein Kraftstofffettzeitintervall zum zeitweisen Ändern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zu der Kraftstofffettseite kann basierend auf dem Betrag des NOx, der durch das Schätzgerät für den Betrag des okkludierten NOx geschätzt wird, gesteuert werden.
Bei dem vorstehenden Aspekt kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, zeitweise von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite geändert werden, wenn der Betrag des okkludierten NOx, der durch das Schätzgerät für den Betrag des okkludierten NOx geschätzt wird, einen zulässigen Wert überschreitet.
Bei dem vorstehenden Aspekt kann die Emissionssteuervorrichtung weiter ein NOx-Okkludiervermögenschätzgerät haben, das ein NOx-Okkludiervermögen des NOx-Okklusionsbauteils schätzt. Der zulässige Wert kann verringert werden, sowie das NOx-Okkludiervermögen, das durch das NOx-Okkludiervermögenschätzgerät geschätzt wird, sich verringert.
Bei dem vorstehenden Aspekt kann der Sensor dazu imstande sein, eine NOx-Konzentration in dem Abgas neben der Ammoniakkonzentration in dem Abgas zu erfassen. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, kann von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite geändert werden, wenn die NOx-Konzentration, die durch den Sensor erfasst wird, einen vorbestimmten festgelegten Wert überschreitet, obwohl der Betrag des okkludierten NOx, der durch das Schätzgerät für den Betrag des okkludierten NOx geschätzt wird, kleiner oder gleich verbleibt als der zulässige Wert, während die Verbrennung unter der Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoff-Verhältnisbedingung ausgeführt wird.
Bei dem vorstehenden Aspekt kann der Sensor dazu imstande sein, eine NOx-Konzentration in dem Abgas neben der Ammoniakkonzentration in dem Abgas zu erfassen. Der zulässige Wert kann verringert werden, wenn die NOx-Konzentration, die durch den Sensor erfasst wird, einen vorbestimmten festgelegten Wert überschreitet, obwohl der Betrag des okkludierten NOx, der durch das Schätzgerät für den Betrag des okkludierten NOx geschätzt wird, kleiner oder gleich verbleibt als der zulässige Wert, während die Verbrennung unter der Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoff-Verhältnisbedingung ausgeführt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, wobei gleiche Bezugszeichen zum Bezeichnen von gleichen Elementen verwendet werden, wobei:
1 eine Darstellung ist, die eine Gesamtausführung eines Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung in Übereinstimmung mit dem ersten bis fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;
2 eine Darstellung ist, die einen Aufbau eines Sensorabschnitts eines NOx-Ammoniaksensors veranschaulicht;
3 eine Darstellung ist, die elektrische Ströme anzeigt, die durch den NOx-Ammoniaksensor erfasst werden;
4A bis 4C Darstellungen sind, die einen Grundbetrag eines eingespritzten Kraftstoffs, einen Korrekturfaktor, etc. angegeben;
5A und 5B Darstellungen sind, die den NOx-Okklusionslösebetrieb eines NOx-Okklusionsbauteils veranschaulichen;
6 ein Zeitablaufdiagramm ist, das den Strom bei dem ersten Ausführungsbeispiel, der durch den NOx-Ammoniaksensor erfasst wird, und dergleichen angibt;
7 eine Darstellung ist, die einen Korrekturfaktor zum Verlagern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu der Kraftstofffettseite angibt;
8 ein Flussdiagramm ist, das einen Prozess zum Steuern des Betriebs des Motors in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
9 ein Flussdiagramm ist, das einen Prozess zum Berechnen eines Sollwerts QRs veranschaulicht;
10 ein Flussdiagramm ist, das einen Prozess zum Berechnen eines Sollwerts QRs veranschaulicht, welcher unterschiedlich von dem Prozess ist, der in 9 veranschaulicht ist;
11A bis 11C Zeitablaufdiagramme sind, die elektrische Ströme anzeigen, die durch einen NOx-Ammoniaksensor in Übereinstimmung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfasst werden;
12 ein Flussdiagramm ist, das einen Prozess zum Berechnen eines Sollwerts QRs veranschaulicht;
13 ein Zeitablaufdiagramm ist, das Änderungen des Betrags des okkludierten NOx und des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in Übereinstimmung mit dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung angibt;
14 eine Darstellung ist, die eine Abbildung hinsichtlich des Betrags des okkludierten NOx angibt;
15 eine Darstellung ist, die einen zulässigen Wert angibt;
16 ein Flussdiagramm ist, das einen Prozess zum Steuern des Betriebs des Motors in Übereinstimmung mit dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;
17 ein Flussdiagramm ist, das die Fortsetzung eines Prozesses zum Steuern des Betriebs des Motors von 16 veranschaulicht;
18 ein Zeitablaufdiagramm ist, das elektrische Ströme angibt, die durch einen NOx-Ammoniaksensor 29 bei einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfasst werden;
19 ein Flussdiagramm ist, das einen Prozess zum Steuern des Betriebs des Motors bei dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;
20 ein Flussdiagramm ist, das einen Prozess zum Steuern des Betriebs des Motors bei dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;
21 ein Flussdiagramm ist, das eine Fortsetzung eines Prozesses zum Steuern des Betriebs des Motors von 20 veranschaulicht;
22 eine Darstellung ist, die eine Gesamtausführung eines Verbrennungsmotors in Übereinstimmung mit einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;
23 eine Darstellung ist, die die Ausgabespannung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors bei dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung angibt;
24 ein Ablaufdiagramm ist, das die Ausgabespannung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors, den elektrischen Strom, der durch den NOx-Ammoniaksensor erfasst wird, etc. angibt;
25 ein Flussdiagramm ist, das einen Prozess zum Steuern des Betriebs des Motors bei dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;
26 ein Flussdiagramm zum Berechnen einer Referenzspannung Es ist;
27 ein Flussdiagramm zum Berechnen einer Referenzspannung Es ist, welches unterschiedlich zu dem Prozess ist, der in 26 veranschaulicht wird;
28 ein Flussdiagramm ist, das einen Prozess zum Steuern des Betriebs des Motors bei einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht; und
29 ein Flussdiagramm ist, das eines Fortsetzung eines Prozesses zum Steuern des Betriebs des Motors von 28 veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 veranschaulicht einen Funkenzündungsverbrennungsmotor der Direkteinspritzbauart, bei welchem das erste bis fünfte Ausführungsbeispiel der Erfindung angewandt wird. Die Erfindung ist ebenso auf Kompressionszündungsverbrennungsmotoren mit innerer Verbrennung anwendbar.
1 zeigt einen Motorrumpf 1, einen Zylinderblock 2, einen Kolben 3, der nach hinten und vorne in dem Zylinderblock 2 bewegbar ist, einen Zylinderkopf 4, der an einem oberen Abschnitt des Zylinderblocks 2 fixiert ist, eine Verbrennungskammer 5, die zwischen dem Kolben 3 und dem Zylinderkopf 4 definiert ist, ein Ansaugventil 6, einen Ansaugkanal 7, ein Auslassventil 8 und einen Auslasskanal 9. Wie in 1 gezeigt ist, ist eine Zündkerze 10 in einem Zentralabschnitt einer Innenwandfläche des Zylinderkopfs 4 angeordnet, wobei ein Kraftstoffeinspritzventil 11 in einem Randabschnitt der Innenwandfläche des Zylinderkopfs 4 angeordnet ist. Darüber hinaus hat eine obere Fläche des Kolbens 3 eine Aushöhlung 12, die sich von einem Abschnitt unterhalb des Kraftstoffeinspritzventils 11 zu einem Abschnitt unterhalb der Zündkerze 10 erstreckt.
Der Ansaugkanal 7 von jedem Zylinder ist mit einem Ausgleichsbehälter 14 über ein entsprechendes Ansaugabzweigungsrohr 13 verbunden. Der Ausgleichsbehälter 14 ist mit einem Luftfilter (nicht gezeigt) über eine Ansaugleitung 15 und einen Luftströmungsmesser 16 verbunden. In der Ansaugleitung 15 ist ein Drosselventil 18 angeordnet, das durch einen Schrittmotor 17 angetrieben wird. Der Auslasskanal 9 von jedem Zylinder ist mit einem Abgaskrümmer 19 verbunden. Der Abgaskrümmer 19 ist mit einem Kasten 24 über einen Katalysator 21, der einen Oxidations- oder einen Dreiwege-Katalysator 20 enthält und über ein Abgasrohr 22 verbunden, wobei der Kasten ein NOx-Okklusionsbauteil 23 (NOx-Ausschlussbauteil) enthält. Der Abgaskrümmer 19 und der Ausgleichsbehälter 14 sind über eine Abgasrückführungsrohrleitung 26 (nachstehend als EGR-Gas-Rohrleitung bezeichnet) untereinander verbunden. Ein EGR- Gas-Steuerventil 27 ist in der EGR-Gas-Rohrleitung 26 angeordnet.
Eine elektronische Steuereinheit 30 ist durch einen digitalen Rechner ausgebildet, der einen RAM (Lese-Schreib-Speicher) 32, einen ROM (Nur-Lese-Speicher) 33, eine CPU (Mikroprozessor) 34, einen Eingangskanal 35 und einen Ausgangskanal 36 hat, die miteinander über eine bidirektionale Leitung (Bus) 31 verbunden sind. Der Luftströmungsmesser 16 erzeugt eine Ausgangsspannung, die proportional zu dem Betrag der Ansaugluft ist. Die Ausgangsspannung wird zu dem Eingangskanal 35 über einen entsprechenden A/D-Umwandler 37 eingegeben. Der Abgaskrümmer 19 ist mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 28 zum Erfassen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vorgesehen. Das Ausgangssignal des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors 28 wird zu dem Eingangskanal 35 über einen entsprechenden A/D-Umwandler 37 eingegeben. Ein NOx-Ammoniaksensor 29, der dazu imstande ist, die NOx-Konzentration und die Ammoniakkonzentration in dem Abgas zu erfassen, ist in einem Auslassrohr 25 angeordnet, das mit einem Auslass des Kastens 24 verbunden ist, der das NOx-Okklusionsbauteil 23 enthält. Das Ausgangssignal des NOx-Ammoniaksensors 29 wird zu dem Eingangskanal 35 über einen entsprechenden A/D-Umwandler 37 eingegeben.
Ein Beschleunigungspedal 40 ist mit einem Lastsensor 41 verbunden, der eine Ausgangsspannung erzeugt, die proportional zu dem Betrag des Niederdrückens des Beschleunigungspedals 40 ist. Die Ausgangsspannung des Lastsensors 41 wird zu dem Eingangskanal 35 über einen entsprechenden A/D-Umwandler 37 eingegeben. Ein Kurbelwinkelsensor 42 erzeugt einen Ausgangsimpuls, beispielsweise alle 30° Drehung einer Kurbelwelle. Der Ausgangsimpuls des Kurbelwinkelsensors 42 wird zu dem Eingangskanal 35 eingegeben. Aus dem Ausgangsimpuls des Kurbelwinkelsensors 42 berechnet die CPU 34 eine Motordrehgeschwindigkeit. Der Ausgangskanal 36 ist mit den Zündkerzen 10, den Kraftstoffeinspritzventilen 11, dem Schrittmotor 17, dem EGR-Gas-Steuerventil 27 über entsprechende Steuerkreise 38 verbunden.
Als Nächstes wird der Aufbau eines Sensorsabschnitts des NOx-Ammoniaksensors 29, der in 1 gezeigt ist, kurz unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Bezug nehmend auf 2 ist der Sensorabschnitt des NOx-Ammoniaksensors 29 aus sechs sauerstoffionenleitfähigen Festelektrolytschichten, beispielsweise aus Zirkonoxid oder dergleichen, welche aufeinander gestapelt sind. Nachstehend werden die sechs Festelektrolytschichten als „erste Schicht L₁", „zweite Schicht L₂", „dritte Schicht L₃", „vierte Schicht L₄", „fünfte Schicht L₅" und „sechste Schicht L₆" in dieser Reihenfolge von oben nach unten bezeichnet.
Weiter auf 2 Bezug nehmend sind ein erstes diffusionssteuerndes Bauteil 50 und ein zweites diffusionssteuerndes Bauteil 51, welche beispielsweise poröse Bauteile sind oder kleine Poren haben, zwischen der ersten Schicht L₁ und der dritten Schicht L₃ angeordnet. Eine erste Kammer 52 ist zwischen den diffusionssteuernden Bauteilen 50, 51 definiert, wobei eine zweite Kammer 53 zwischen dem zweiten diffusionssteuernden Bauteil 51 und der zweiten Schicht L₂ definiert ist. Eine Atmosphärenkammer 54, die mit Außenluft in Verbindung steht, ist zwischen der dritten Schicht L₃ und der fünften Schicht L₅ definiert. Eine außenseitige Endfläche des ersten diffusionssteuernden Bauteils 50 berührt ein Abgas. Deshalb strömt das Abgas in die erste Kammer 52 über das erste diffusionssteuernde Bauteil 50, sodass die erste Kammer 52 mit Abgas gefüllt ist.
Eine negativelektrodenseitige erste Pumpelektrode 55 ist an einer Innenrandbereichsfläche der ersten Schicht L₁ ausgebildet, die der ersten Kammer 52 zugewandt ist. Eine positivelektrodenseitige erste Pumpelektrode 56 ist an einer Außenrandbereichsfläche der ersten Schicht L₁ ausgebildet. Eine Spannung wird zwischen den ersten Pumpelektroden 55, 56 durch eine erste Pumpspannungsquelle 57 aufgebracht. Wenn Spannung zwischen den ersten Pumpelektroden 55, 56 aufgebracht wird, berührt Sauerstoff, der in dem Abgas innerhalb der ersten Kammer 52 enthalten ist, die negativelektrodenseitige erste Pumpelektrode 55 und wird zu Sauerstoffionen. Die Sauerstoffionen strömen durch die erste Schicht L₁ in Richtung der positivelektrodenseitigen ersten Pumpelektrode 56. Daher geht Sauerstoff im Abgas innerhalb der ersten Kammer 52 durch die erste Schicht L₁ über und wird heraus zur Außenseite gepumpt. Der Betrag des Sauerstoffs, der herausgepumpt wird, steigt mit einem Anstieg der Spannung der ersten Pumpspannungsquelle 57 an.
Eine Referenzelektrode 58 ist an einer Innenrandbereichsfläche der dritten Schicht L₃ ausgebildet, die der Atmosphärenkammer 54 zugewandt ist. Wenn dort ein Sauerstoffkonzentrationsunterschied über einer Sauerstoffionen leitfähigen Festelektrolytschicht besteht, wandern Sauerstoffionen durch die Festelektrolytschicht von der höheren Sauerstoffkonzentrationsseite zu der niedrigeren Sauerstoffkonzentrationsseite über. Bei dem Beispiel, das in 2 gezeigt ist, ist die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphärenkammer 54 höher als die Sauerstoffkonzentration in der ersten Kammer 52. Deshalb nimmt der Sauerstoff in der Atmosphärenkammer 54 Ladungen auf, sodass dieser zu Sauerstoffionen bei Berührung mit der Referenzelektrode 58 wird. So ausgebildete Sauerstoffionen wandern durch die dritte Schicht L₃, die zweite Schicht L₂ und die erste Schicht L₁ über und lösen Ladungen bei der negativelektrodenseitigen ersten Pumpelektrode 55. Als Folge wird eine Spannung V₀, die durch das Bezugszeichen 59 bezeichnet wird, zwischen der Referenzelektrode 58 und der negativelektrodenseitigen ersten Pumpelektrode 55 erzeugt. Die Spannung V₀ ist proportional zu dem Sauerstoffkonzentrationsunterschied zwischen der Atmosphärenkammer 54 und der ersten Kammer 52.
Bei dem Beispiel, das in 2 gezeigt ist, ist die Spannung der ersten Pumpspannungsquelle 57 rückkopplungsgesteuert, sodass die Spannung V₀ gleich der Spannung wird, die auftritt, wenn die Sauerstoff konzentration in der ersten Kammer 52 1 ppm ist. Das heißt, dass der Sauerstoff in der ersten Kammer 52 über die erste Schicht L₁ auf solch eine Weise gepumpt wird, dass die Sauerstoffkonzentration in der ersten Kammer 52 1 ppm wird. Als Folge wird die Sauerstoffkonzentration in der ersten Kammer 52 bei 1 ppm gehalten.
Die negativelektrodenseitige erste Pumpelektrode 55 ist aus einem Material ausgebildet, das eine niedrige Reduktionseigenschaft bezüglich NOx hat, beispielsweise eine Legierung aus Gold Au und Platin Pt. Deshalb wird das im Abgas enthaltene NOx kaum in der ersten Kammer 52 reduziert. Folglich strömt das NOx in die zweite Kammer 53 durch das zweite diffusionssteuernde Bauteil 51.
Eine negativelektrodenseitige zweite Pumpelektrode 60 ist an einer Innenrandbereichsfläche der ersten Schicht L₁ ausgebildet, die der zweiten Kammer 53 zugewandt ist. Eine Spannung wird zwischen der negativelektrodenseitigen zweiten Pumpelektrode 60 und der positivelektrodenseitigen ersten Pumpelektrode 56 durch eine zweite Pumpspannungsquelle 61 aufgebracht. Wenn die Spannung zwischen den Pumpelektroden 60, 56 aufgebracht wird, wird der Sauerstoff, der in dem Abgas in der zweiten Kammer 53 enthalten ist, zu Sauerstoffionen bei Berührung mit der negativelektrodenseitigen zweiten Pumpelektrode 60. Die Sauerstoffionen gehen durch die erste Schicht L₁ in Richtung der positiven elektrodenseitigen ersten Pumpelektrode 56 über. Daher geht der Sauerstoff im Abgas innerhalb der zweiten Kammer 53 durch die erste Schicht L₁ über und wird zur Außenseite gepumpt. Der Betrag des Sauerstoffs, der herausgepumpt wird, steigt mit einem Anstieg der Spannung der zweiten Pumpspannungsquelle 61 an.
Wenn ein Sauerstoffkonzentrationsunterschied über einer Sauerstoffionen leitfähigen Festelektrolytschicht besteht, gehen die Sauerstoffionen durch die Festelektrolytschicht von der höheren Sauerstoffkonzentrationsseite in Richtung der niedrigeren Sauerstoffkonzentrationsseite über, wie oben erwähnt ist. Bei dem Beispiel, das in 2 gezeigt ist, sind die Sauerstoffkonzentrationen in der Atmosphärenkammer 54 höher als die Sauerstoffkonzentrationen in der zweiten Kammer 53. Deshalb nimmt der Sauerstoff in der Atmosphärenkammer 54 Ladungen zum Ausbilden von Sauerstoffionen bei Berührung mit der Referenzelektrode 58 auf. So ausgebildete Sauerstoffionen gehen durch die dritte Schicht L₃, die zweite Schicht L₂ und die erste Schicht L₁ über und lösen Ladungen bei der negativen elektrodenseitigen zweiten Pumpelektrode 60. Als Folge wird eine Spannung V₁, die durch das Bezugszeichen 62 bezeichnet wird, zwischen der Referenzelektrode 58 und der negativen elektrodenseitigen zweiten Pumpelektrode 60 erzeugt. Die Spannung V₁ ist proportional zu dem Unterschied zwischen der Spannungskonzentration in der Atmosphärenkammer 54 und der in der zweiten Kammer 53.
Bei dem Beispiel, das in 2 gezeigt ist, ist die Spannung der zweiten Pumpspannungsquelle 61 rückkopplungsgesteuert, sodass die Spannung V₁ gleich der Spannung wird, die auftritt, wenn die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Kammer 53 0,01 ppm ist. Das heißt, dass der Sauerstoff in der zweiten Kammer 53 über die erste Schicht L₁ derart gepumpt wird, dass die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Kammer 53 0,01 ppm wird. Als Folge wird die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Kammer 53 bei 0,01 ppm gehalten.
Die negativelektrodenseitige zweite Pumpelektrode 60 ist aus einem Material ausgebildet, das eine niedrige Reduktionseigenschaft bezüglich von NOx hat, beispielsweise einer Legierung aus Gold Au und Platin Pt. Deshalb wird das NOx, das in dem Abgas enthalten ist, trotz Berührung mit der negativen elektrodenseitigen zweiten Pumpelektrode 60 kaum reduziert.
Eine negativelektrodenseitige Pumpelektrode 63 zum Erfassen von NOx ist an einer Innenrandbereichsfläche der dritten Schicht L₃ ausgebildet, die der zweiten Kammer zugewandt ist. Die negativelektrodenseitige Pumpelektrode 63 ist aus einem Material ausgebildet, das eine starke Reduktionseigenschaft bezüglich NOx hat, beispielsweise aus Rhodium Rh oder Platin Pt. Deshalb wird das NOx in der zweiten Kammer 53, wovon das meiste normalerweise NO ist, in N₂ und O₂ an der negativelektrodenseitigen Pumpelektrode 63 zerlegt. Wie in 2 angezeigt ist, wird eine konstante Spannung 64 zwischen der negativen elektrodenseitigen Pumpelektrode 63 und der Referenzelektrode 58 aufgebracht. Deshalb wird O₂, das durch die Zerlegung an der negativelektrodenseitigen Pumpelektrode 63 hergestellt wird, zu Sauerstoffionen, welche durch die dritte Schicht L₃ in Richtung der Referenzelektrode 58 übergehen. Zu diesem Zeitpunkt fließt ein elektrischer Strom I₁, der durch das Bezugszeichen 65 angegeben wird, welcher proportional zu dem Betrag der Sauerstoffionen ist, nämlich zwischen der negativelektrodenseitigen Pumpelektrode 63 und der Referenzelektrode 58.
Wie oben erwähnt ist, wird das NOx kaum in der ersten Kammer 52 reduziert, wobei Sauerstoff in der zweiten Kammer 53 kaum besteht. Deshalb ist der Strom I₁ proportional zu der Konzentration des NOx in dem Abgas. Folglich kann die NOx-Konzentration im Abgas basierend auf dem Strom I₁ erfasst werden.
Ein Ammoniak NH₃, das in dem Abgas enthalten ist, wird in NO und H₂O zerlegt (4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O). Das zerlegte NO strömt in die zweite Kammer 53 durch das zweite diffusionssteuernde Bauteil 51. Das NO wird in N₂ und O₂ an der negativen elektrodenseitigen Pumpelektrode 63 zerlegt. Das zerlegte Produkt O₂ wird zu Sauerstoffionen, welche durch die dritte Schicht L₃ in Richtung der Referenzelektrode 58 übergehen. In diesem Fall ist ebenfalls der Strom I₁ proportional zu der Konzentration des NH₃ in dem Abgas. Folglich kann die NH₃-Konzentration basierend auf dem Strom I₁ erfasst werden.
3 gibt eine Beziehung zwischen dem Strom I₁ und den Konzentrationen von NOx und NH₃ im Abgas an. Es sollte aus 3 ersichtlich sein, dass der Strom I₁ proportional zu der NOx-Konzentration und der NH₃-Konzentration im Abgas ist.
Sowie die Sauerstoffkonzentration im Abgas ansteigt, d. h. sowie das Luft/Kraftstoff-Verhältnis sich zur Magerseite verlagert, steigt der Betrag des Sauerstoffs, der von der ersten Kammer 52 zur Außenseite gepumpt wird, an und ein Strom I₂, der durch das Bezugszeichen 66 angegeben wird, steigt an. Deshalb kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases aus dem Strom I₂ erfasst werden.
Eine elektrische Heizeinrichtung 67 zum Heizen des Sensorabschnitts des NOx-Ammoniaksensors 29 ist zwischen der fünften Schicht L₅ und der sechsten Schicht L₆ angeordnet. Wegen der elektrischen Heizeinrichtung 67 wird der Sensorabschnitt des NOx-Ammoniaksensors 29 auf 700–800°C erhitzt.
Als Nächstes wird eine Kraftstoffeinspritzsteuerung des Verbrennungsmotors, der in 1 gezeigt ist, unter Bezugnahme auf die 4A beschrieben. In 4A gibt die Vertikalachse die Motorlast Q/N (Betrag der Ansaugluft Q/Motordrehzahl N) an, wobei die Horizontalachse die Motordrehzahl N angibt.
Bei einem Betriebsbereich zu der niedrigen Lastseite einer durchgezogenen Linie X₁ in 4A wird eine Schichtladeverbrennung durchgeführt. Das heißt, dass in diesem Fall ein Kraftstoff F von jedem Kraftstoffeinspritzventil 11 in die Aushöhlung 12 während einer späten Stufe des Kompressionshubs, wie in 1 veranschaulicht ist, eingespritzt wird. Der eingespritzte Kraftstoff wird durch die Innenrandbereichsfläche der Aushöhlung 12 zum Ausbilden eines Gemischgases um die Zündkerze 10 geführt. Dann wird das Gemischsgas gezündet und durch die Zündkerze 10 verbrannt. In diesem Fall ist das Durchschnitts-Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 5 auf der Magerseite.
In einem Bereich an der hohen Lastseite der durchgezogenen Linie X₁ in 4A wird Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 11 während des Ansaughubs eingespritzt, sodass eine Verbrennung mit gleichmäßigem Gemisch ausgeführt wird. In einem Bereich zwischen der durchgezogenen Linie X₁ und einer gestrichelten Linie X₂ wird die Verbrennung mit gleichmäßigem Gemisch bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt. In einem Bereich zwischen der gestrichelten Linie X₂ und einer gestrichelten Linie X₃ wird eine Verbrennung mit gleichmäßigem Gemisch bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt. In einem Bereich an der hohen Lastseite der gestrichelten Linie X₃ wird eine Verbrennung mit gleichmäßigem Gemisch bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt.
Bei der Erfindung ist ein Grundbetrag TAU des eingespritzten Kraftstoffs, der zum Erreichen des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses notwendig ist, in dem ROM 33 in der Form einer Abbildung als eine Funktion der Motorbelastung Q/N und der Motordrehzahl N, wie in 4B angegeben ist, abgespeichert. Grundlegend wird der Grundbetrag TAU des eingespritzten Kraftstoffs mit einem Korrekturfaktor K zum Bestimmen eines endgültigen Betrags TAUO von eingespritztem Kraftstoff (= K·TAU) multipliziert. Der Korrekturfaktor K ist vorab gespeichert in dem ROM 33 in der Form einer Abbildung als eine Funktion der Motorlast Q/N und der Motordrehzahl N, wie in 4C gezeigt ist.
Der Wert des Korrekturfaktors K ist kleiner als 1,0 bei dem Betriebsbereich an der niedrigen Lastseite der gestrichelten Linie X₂ in 4A, bei welcher die Verbrennung im mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird. Der Wert des Korrekturfaktors K ist größer als 1,0 in dem Betriebsbereich an der höheren Lastseite der gestrichelten Linie X₃ in 4A, bei welcher die Verbrennung bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt wird. Der Wert des Korrekturfaktors K ist 1,0 in dem Betriebsbereich zwischen der gestrichelten Linie X₂ und der gestrichelten Linie X₃. In diesem Fall ist das Luft/Kraftstoff-Verhältnis rückkopplungsgesteuert basierend auf dem Ausgangssignal des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 28, sodass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird.
Das NOx-Okklusionsbauteil 23, das in dem Motorabgasdurchgang angeordnet ist, wird durch beispielsweise Zusetzen eines Aluminiumoxidträgers mit zumindest einer Art, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Alkalimetallen, solche wie Kalium K, Natrium Na, Lithium Li, Cäsium Cs, etc., Erdalkali, solche wie Barium Ba, Calcium Ca, etc. und seltene Erdmetalle, solche wie Lanthan La, Yttrium Y, etc. besteht, und ebenso mit einem Edelmetall, solches wie Platin Pt. In diesem Fall ist es möglich, einen Partikelfilter, der beispielsweise aus Cordierit ausgebildet ist, innerhalb des Kastens 24 anzuordnen und den Partikelfilter mit einem aluminiumoxidtragenden NOx-Okklusionsbauteil 23 zuzusetzen.
In jedem Fall führt das NOx-Okklusionsbauteil 23 einen NOx-Okklusionslösebetrieb wie folgt aus. Das heißt, dass das NOx-Okklusionsbauteil 23 NOx wahlweise okkludiert, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil strömt, d.h., das Verhältnis zwischen Luft und Kraftstoff (Kohlenwasserstoff), das dem Motoransaugdurchgang, der Verbrennungskammer 5 und dem Abgasdurchgang stromaufwärts des NOx-Okklusionsbauteils 23 zugeführt wird, an der Kraftstoffmagerseite des stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnisses ist. Wenn das einströmende Abgas-Luft/Kraftstoffverhältnis gleich dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis oder auf der Kraftstofffettseite davon ist, löst das NOx-Okklusionsbauteil 23 den okkludierten NOx. Es ist zu verstehen, dass „Okklusion" (Ausschluss), die hierin (in dieser Beschreibung) verwendet wird, die Einbehaltung einer Substanz (Festkörperflüssigkeit, Gasmoleküle) in der Form von zumindest einem Element aus Adsorption, Adhäsion, Absorption, Einfangen, Speicherung und anderes bedeutet.
Wenn das NOx-Okklusionsbauteil 23 in dem Motorabgasdurchgang angeordnet ist, führt das NOx-Okklusionsbauteil 23 eigentlich den NOx-Okklusionslösebetrieb aus. Jedoch wurde der detaillierte Mechanismus des Okklusionslösebetriebs nicht gründlich klargestellt. Jedoch wird der Okklusionslösebetrieb derart betrachtet, dass dieser durch einen Mechanismus, der in 5 veranschaulicht ist, auftritt. Dieser Mechanismus wird nun in Verbindung mit einem Fall beschrieben, bei welchem ein Träger mit Platin Pt und Barium Ba zugesetzt ist. Im Wesentlichen wird der gleiche Mechanismus für Fälle angewandt, bei welchen Edelmetalle, andere Alkalimetalle, Erdalkali oder seltene Erdmetalle, andere als Platin und Barium, verwendet werden.
Bei dem Verbrennungsmotor, der in 1 gezeigt ist, wird die Verbrennung bei einem Zustand eines mageren Luft/Kraftstoffverhältnisses während eines Betriebsbereichs durchgeführt, bei welchem der Motor am häufigsten betrieben wird. Wenn die Verbrennung bei einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis durchgeführt wird, ist die Sauerstoffkonzentration im Abgas hoch, wobei sich Sauerstoff O₂ an Flächen von Platin Pt in der Form von O₂ ^– oder O^2– ablagert, wie in 5A gezeigt ist.
Stickstoffmonoxid NO im Abgas reagiert mit O₂ ^– oder O^2– an Flächen von Platin Pt zum Herstellen von Stickstoffdioxid NO₂ (2NO + 2O₂ → 2NO₂). Ein Anteil des so hergestellten Stickstoffdioxids (NO₂) wird weiter oxidiert an Flächen von Platin Pt, wobei zur gleichen Zeit dieses in dem Okklusionsbauteil okkludiert wird und in das Okklusionsbauteil in der Form von Nitrationen NO₃ ^– diffundiert, während sich dieses mit Bariumoxid bindet (BaO). Auf diese Weise wird NOx in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert. Solange die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas hoch ist, wird NO₂ an den Flächen von Platin Pt hergestellt. Solange das NO_x-Okkludiervermögen des Okklusionsbauteils ungesättigt verbleibt, wird NO₂ in dem Okklusionsbauteil okkludiert, und bildet Nitrationen NO₃ ^– aus.
Wenn das einströmende Abgas-Luft/Kraftstoffverhältnis zu der Kraftstofffettseite verlagert wird, verringert sich die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas, so dass sich der Betrag des NO₂, der an den Flächen von Platin Pt hergestellt wird, verringert. Sowie die Herstellung von NO₂ geringer wird, kehrt sich die Reaktion um (NO₃ ^– → NO₂). Als Folge werden Nitrationen NO₃ ^– von dem Okklusionsbauteil in der Form von NO₂ gelöst. NOx, das von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 gelöst ist, wird durch Reaktionen mit unverbrannten HC, CO, das in großen Mengen im einströmenden Abgas vorliegt, reduziert, wie in 5B angegeben ist. Auf diese Weise wird NO₂ fortgesetzt von dem Okklusionsbauteil gelöst, sowie NO₂ von den Flächen des Platins Pt entweicht. Deshalb wird das NO_x von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 innerhalb einer kurzen Zeit gelöst, nachdem das einströmende Abgas-Luft/Kraftstoffverhältnis zu der Fettseite verlagert ist. Der gelöste NOx wird reduziert. Deshalb wird kein NOx in die Atmosphäre ausgelassen.
In diesem Fall wird NOx von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 gelöst, selbst wenn das einströmende Abgas Luft/Kraftstoffverhältnis zu dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis festgelegt ist. Jedoch wird NOx lediglich schrittweise von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 gelöst, wenn das einströmende Abgas Luft/Kraftstoffverhältnis gleich dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis ist, sodass es eine relativ lange Zeit zum Lösen des Gesamtbetrags von NOx, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, benötigt.
Das NOx-Okkludiervermögen des NOx-Okklusionsbauteils 23 hat eine Grenze. Deshalb ist es notwendig, das NOx von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 zu lösen, bevor das NOx-Okkludiervermögen des NOx-Okklusionsbauteils 23 gesättigt wird. Das NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert im Wesentlichen den Gesamtbetrag von NOx, der in dem Abgas vorliegt, während das NOx-Okkludiervermögen des NOx-Okklusionsbauteils 23 hinreichend hoch ist. Jedoch verbleibt ein Anteil von NOx nicht okkludiert, sowie das NOx-Okkludiervermögen die Grenze erreicht. Deshalb beginnt der Betrag von NOx, das aus den NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen wird, zu steigen, sowie das NOx-Okkludiervermögen des NOx-Okklusionsbauteils die Grenze erreicht.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel, genauso wie bei den anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung, wird deshalb das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil 23 strömt, zeitweise zu der Kraftstofffettseite verlagert, so dass NOx von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 gelöst wird, wenn der Betrag des NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen wird. Es gibt verschiedene Verfahren zum Verlagern des Luft/Kraftstoffverhältnisses des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil 23 strömt, zu der Kraftstofffettseite. Beispielsweise kann das Abgas-Luft/Kraftstoffverhältnis zu der Fettseite durch Verlagern des Durchschnitts-Luft/Kraftstoffverhältnisses des Gemisches in der Verbrennungskammer 5 verlagert werden. Darüber hinaus kann das Abgas-Luft/Kraftstoffgemisch zu der Fettseite durch Einspritzen einer zusätzlichen Menge von Kraftstoff während einer späten Stufe des Expansionshubs oder während des Auslasshubs verlagert werden. Das Abgas-Luft/Kraftstoffverhältnis kann ebenso zu der Kraftstofffettseite durch Einspritzen einer zusätzlichen Menge von Kraftstoff in den Auslassdurchgang stromaufwärts des NOx-Okklusionsbauteils 23 verlagert werden. Das Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet das erste erwähnte Verfahren, das heißt, das Verfahren, bei welchem das Abgas-Luft/Kraftstoffverhältnis zu der Kraftstofffettseite durch Ausführen einer Verbrennung mit gleichmäßigem Gemisch bei einem fetten Luft/Kraftstoffverhältnis verlagert wird.
Es sollte hierbei angemerkt werden, dass SOx in dem Abgas enthalten ist und in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 genauso wie NOx okkludiert wird. Der Mechanismus der Okklusion von SOx in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 wird im Wesentlichen als der gleiche Mechanismus der NOx-Okklusion betrachtet.
Ähnlich zu der Beschreibung des Mechanismus der NOx-Okklusion, wird der Mechanismus der SOx-Okklusion in Verbindung mit einem Beispiel beschrieben, bei welchem ein Träger mit Platin Pt und Barium Ba beaufschlagt ist. Wenn das einströmende Abgas-Luft/Kraftstoffverhältnis an der Magerseite des stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnisses ist, lagert sich Sauerstoff O₂ an Flächen von Platin Pt in der Form von O₂ ^– oder O^2– an, wobei SO₂ im Abgas mit O₂ ^– oder O^2– an dem Platin Pt zum Herstellen von SO₃ reagiert. Ein Anteil des hergestellten SO₃ wird weiter oxidiert an den Flächen des Platin Pt und wird zur gleichen Zeit in dem Okklusionsbauteil okkludiert, und diffundiert in das Okklusionsbauteil in der Form von Sulfationen SO₄ ^2–, während sich dieses mit Bariumoxid BaO verbindet. Daher wird ein stabiles Sulfat BaSO₄ hergestellt.
Das Sulfat BaSO₄ ist stabil und zerlegt sich weniger leicht. Deshalb tendiert das Sulfat BaSO₄ dazu, ohne zerlegt zu werden zu verbleiben, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases, das in den Dreiwegekatalysator 20 strömt, zu dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis oder zu der Fettseite davon verlagert wird. Deshalb steigt das Sulfat BaSO₄ in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 mit Verstreichen der Zeit an. Folglich verringert sich der Betrag NOx, das durch das NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert werden kann, mit Verstreichen der Zeit. Das heißt, das NOx- Okklusionsbauteil 23 verschlechtert sich mit dem Verstreichen der Zeit.
Jedoch zerlegt sich das Sulfat BaSO₄ in dem NOx-Okklusionsbauteil 23, wenn die Temperatur des NOx-Okklusionsbauteils 23 einen bestimmten Wert erreicht oder überschreitet, beispielsweise 600°C. Wenn bei diesem Ereignis das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil 23 strömt, zu der Kraftstofffettseite verlagert wird, kann das SOx von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 gelöst werden. Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird deshalb das SOx von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 durch Verlagern des Luft/Kraftstoffverhältnisses Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil 23 strömt, zu der Kraftstofffettseite gelöst, wenn die Temperatur des NOx-Okklusionsbauteils 23 hoch ist, wenn es notwendig ist, dass das SOx von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 gelöst wird. Wenn die Temperatur des NOx-Okklusionsbauteils 23 niedrig ist, wenn es notwendig ist, dass das SOx gelöst wird, wird die Temperatur des NOx-Okklusionsbauteils 23 erhöht und das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil 23 strömt wird zu der Kraftstofffettseite verlagert.
Als Nächstes wird eine Beziehung zwischen der Konzentration von Ammoniak NH₃ im Abgas, das aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen wird, und dem Betrag eines Reduktionsmittels beschrieben, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil 23 strömt, zu der Kraftstofffettseite verlagert wird, um NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 zu lösen.
Zuerst wird der Betrag des Reduktionsmittels beschrieben. Da Kraftstoff im Überschuss des Kraftstoffbetrags, der zum Festlegen des Luft/Kraftstoffverhältnisses des Abgases benötigt wird, das in das NOx-Okklusionsbauteil 23 strömt, nämlich bei dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis, zum Lösen und Reduzieren von NOx verwendet wird, gleicht der Überschussbetrag des Kraftstoffs den Betrag des Reduktionsmittels, der zum Lösen und Reduzieren von NOx verwendet wird. Dies trifft auf einen Fall zu, bei welchem das Luft/Kraftstoffverhältnis eines Gemischs in der Verbrennungskammer 5 zu der Kraftstofffettseite verlagert wird, wenn es notwendig ist, NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil zu lösen, und einen Fall, bei welchem ein zusätzlicher Betrag von Kraftstoff während einer späten Stufe des Kompressionshubs oder während des Auslasshubs bei diesem Ereignis eingespritzt, und einem Fall, bei welchem ein zusätzlicher Betrag von Kraftstoff in den Auslassdurchgang stromaufwärts des NOx-Okklusionsbauteils 23 bei diesem Ereignis eingespritzt wird.
Bei einer Ausführung wie bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil 23 strömt, zu der Kraftstofffettseite verlagert wird, wenn es notwendig ist, das NOx von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 zu lösen, kann der Betrag des Reduktionsmittels ΔQR, der zu dem NOx-Okklusionsbauteil 23 pro Kraftstoffeinspritzung zugeführt wird, wie in der folgenden Gleichung ausgedrückt werden: ΔQR = TAU·(KR – 1,0) wovon TAU der Grundbetrag des eingespritzten Kraftstoffs, der in 4(B) angegeben ist, ist und K_R ein Wert eines Korrekturfaktors K bezüglich des Grundbetrags TAU des eingespritzten Kraftstoffs ist und den Grad des Fettgehalts (stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis/fettes Luft/Kraftstoffverhältnis) angibt, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis zu einem fetten Luft/Kraftstoffverhältnis festgelegt ist. Die Akkumulation der Beträge des Reduktionsmittels ΔQR pro Kraftstoffeinspritzung stellt den Gesamtbetrag des Reduktionsmittels QR bereit, das zu dem NOx-Okklusionsbauteil 23 zugeführt wird.
Als Nächstes wird die Ammoniakkonzentration beschrieben. Wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis an der Magerseite ist, d.h. wenn eine oxidative Atmosphäre erreicht ist, wird im Wesentlichen kein Ammoniak NH₃ hergestellt. Jedoch wird Stickstoff N₂ in der Ansaugluft oder Abgas durch Kohlenwasserstoff HC an dem Oxidationskatalysator oder Dreiwegekatalysator 20 reduziert, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis zu der Kraftstofffettseite verlagert wird, d.h. wenn eine Reduktionsatmosphäre erreicht wird, so dass Ammoniak NH₃ hergestellt wird. Wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis an der Kraftstofffettseite ist, wird NOx von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 gelöst, wobei der hergestellte Ammoniak NH₃ zum Reduzieren von NOx verwendet wird. Deshalb wird kein Ammoniak NH₃ aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen, während NOx von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 gelöst wird, ausführlicher, während das zugeführte Reduktionsmittel zum Lösen und Reduzieren von NOx verwendet wird. Im Gegensatz dazu wird Ammoniak NH₃ nicht mehr zum Reduzieren von NOx verbraucht, so dass das Ammoniak NH₃ nicht aus dem NOx- Okklusionsbauteil 23 ausgelassen wird, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis fortsetzt an der Kraftstofffettseite zu sein, nachdem das Lösen von NOx von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 abgeschlossen ist, ausführlicher, wenn ein Überschussbetrag des Reduktionsmittels, das nicht zum Lösen von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 und zum Reduzieren von NOx verwendet wird, zugeführt wird.
Dies tritt ebenso auf, wenn der Oxidationskatalysator oder Dreiwegekatalysator 20 nicht stromaufwärts des NOx-Okklusionsbauteils 23 vorgesehen ist. Das heißt, es besteht die Möglichkeit, das Ammoniak NH₃ in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 hergestellt werden kann, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis sich zu der Kraftstofffettseite verlagert, da das NOx-Okklusionsbauteil 23 mit einem Katalysator, solche wie Platin Pt oder dergleichen, vorgesehen ist, der eine Reduktionsfunktion hat. Jedoch wird Ammoniak NH₃ zum Reduzieren von NOx, das von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 gelöst wird, verwendet, selbst wenn Ammoniak NH₃ hergestellt wird, so dass kein Ammoniak NH₃ aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen wird. Jedoch wird Ammoniak NH₃ aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen, wie oben beschrieben ist, wenn ein Überschussbetrag des Reduktionsmittels, das nicht zum Lösen von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 und zum Reduzieren von NOx verwendet wird, zugeführt wird.
Wenn ein Überschussbetrag des Reduktionsmittels, das nicht dazu verwendet wird, das NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 zu lösen und das NOx zu reduzieren, zugeführt wird, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil 23 strömt, zu der Kraftstofffettseite verlagert wird, wird der Überschussbetrag des Reduktionsmittels aus dem NOx- Okklusionsbauteil 23 in der Form von Ammoniak NH₃ ausgelassen. Der Betrag von Ammoniak NH₃, der ausgelassen wird, ist proportional zu dem Überschussbetrag des Reduktionsmittels. Deshalb kann der Überschussbetrag des Reduktionsmittels aus dem Betrag von Ammoniak, der ausgelassen wird, bestimmt werden.
Bei der Erfindung ist deshalb der NOx-Ammoniaksensor 29, der dazu im Stande ist, die Ammoniakkonzentration zu erfassen, in dem Auslassdurchgang stromabwärts des NOx-Okklusionsbauteils 23 angeordnet. Auf der Basis der Änderungen der Ammoniakkonzentration, die durch NOx-Ammoniaksensor 29 erfasst werden, wird der Überschussbetrag des Reduktionsmittels bestimmt. In diesem Fall wird der integrierte Wert der Ammoniakkonzentration derart betrachtet, dass dieser den Überschussbetrag des Reduktionsmittels repräsentiert. Deshalb kann erklärt werden, dass der integrierte Ammoniakkonzentrationswert ein repräsentativer Wert ist, der den Überschussbetrag des Reduktionsmittels angibt. Darüber hinaus kann ein Maximalwert der Ammoniakkonzentration ebenso derart betrachtet werden, dass dieser den Überschussbetrag des Reduktionsmittels repräsentiert. Deshalb kann erklärt werden, dass der Maximalwert der Ammoniakkonzentration ein repräsentativer Wert ist, der den Überschussbetrag des Reduktionsmittels angibt. Bei der Erfindung wird der Überschussbetrag des Reduktionsmittels aus Änderungen der Ammoniakkonzentration bestimmt, wie oben erwähnt ist. Im speziellen wird ein repräsentativer Wert, der den Überschussbetrag des Reduktionsmittels angibt, wie oben erwähnt ist, basierend auf Änderungen der Ammoniakkonzentration bestimmt. Dies ist eine grundlegende Idee der Erfindung.
Mit solch einem bestimmten repräsentativen Wert ist es möglich, verschiedene Steuerungen auszuführen. Zuerst wird eine Grundsteuerung zum Zuführen des Reduktionsmittels unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Bezug nehmend auf 6 gibt ΣNOX den Betrag von NOx an, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, wobei I₁ den elektrischen Strom angibt, der durch den NOx-Ammoniaksensor 29 erfasst ist. In 6 geben NOx und NH₃ Änderungen des von dem NOx-Ammoniaksensor 29 erfassten Stroms an, die durch Änderungen der NOx-Konzentration im Abgas und Änderungen der NH₃-Konzentration im Abgas jeweils verursacht werden. Diese erfassten Ströme erscheinen beide bei dem erfassten Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29. Darüber hinaus gibt A/F das Durchschnitts-Luft/Kraftstoffverhältnis eines Gemischs in der Verbrennungskammer 5 an, wobei QR den Gesamtbetrag des zugeführten Reduktionsmittels angibt.
Wie in 6 angegeben ist, beginnt das NOx-Okklusionsbauteil 23 das NOx auszulassen, sowie der Betrag ΣNOX von NOx, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, ansteigt und sich einer Grenze des Okkludiervermögens des NOx-Okklusionsbauteils 23 annähert, sodass der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 beginnt zu steigen. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 6 angegeben ist, wird das Luft/Kraftstoffverhältnis A/F von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite geändert, um NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 zu lösen, wenn die NOx-Konzentration einen vorbestimmten festgelegten Wert überschreitet, nachdem das NOx-Okklusionsbauteil 23 beginnt das NOx auszulassen, d.h. wenn der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 einen vorbestimmten festgelegten Wert I_s überschreitet. Nach der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Magerseite zur Fettseite wird eine Zeit benötigt, bevor ein kraftstofffettes Luft/Kraftstoffverhältnisabgas das NOx-Okklusionsbauteil 23 erreicht. Deshalb fährt der Betrag des NOx, das von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen wird, fort anzusteigen, unmittelbar nach der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses A/F zu der Fettseite. Dann beginnt das Reduktionsmittel, das in dem kraftstofffetten Luft/Kraftstoffverhältnisabgasgemisch vorliegt, das NOx zu reduzieren, so dass der Auslass von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 aussetzt. Deshalb steigt der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Magerseite zur Fettseite folgend für eine kurze Zeit an, wobei dieser dann auf Null herabfällt.
Der Gesamtbetrag QR des Reduktionsmittels, das dem NOx-Okklusionsbauteil 23 zugeführt wird, steigt schrittweise nach der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Magerseite zur Fettseite an. Entsprechend verringert sich der Betrag ΣNOX von NOx, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, schrittweise. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 6 angegeben ist, wird das Luft/Kraftstoffverhältnis von der Kraftstofffettseite zu der Kraftstoffmagerseite geändert, wenn der Gesamtbetrag QR des Reduktionsmittels einen Sollwert QRs erreicht. In diesem Fall, der in 6 angegeben ist, wird das Luft/Kraftstoffverhältnis von der Fettseite zu der Magerseite geändert, nachdem der Betrag ΣNOX von NOx, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, Null erreicht hat.
In diesem Fall wird ein Überschussbetrag des Reduktionsmittels, das nicht dazu verwendet wird, NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 zu lösen und das NOx zu reduzieren, zugeführt. Deshalb wird Ammoniak NH₃ aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen, so dass der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 ansteigt, wie in 6 angegeben ist. Der Überschussbetrag des Reduktionsmittels ist durch einen integrierten Wert ΣI des erfassten Stroms I₁ angegeben, der durch eine Schraffur in 6 und den Maximalwert Imax der ersten Schicht L₁ in diesem Fall angegeben ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird deshalb der Betrag des Reduktionsmittels, der zur nächsten Zeit zum Lösen von NOx zugeführt wird, durch den Überschussbetrag des Reduktionsmittels reduziert, der basierend auf den integrierten Wert ΣI oder dem Maximalwert Imax berechnet wird. Folglich wird zur nächsten Zeit des Lösens von NOx ein Betrag des Reduktionsmittels, der zum Lösen und Reduzieren von NOx notwendig ist, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, zugeführt.
Wenn der Betrag von SOx, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, ansteigt, verringert sich das NOx-Okkludiervermögen des NOx-Okklusionsbauteils 23. Deshalb wird das Luft/Kraftstoffverhältnis von der Magerseite zur Fettseite geändert, wenn diese Situation vorliegt, wobei Ammoniak von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen wird. In diesem Fall wird der Betrag des Reduktionsmittels, der bei der nächsten Zeit des Lösens von NOx zuzuführen ist, durch den Überschussbetrag des Reduktionsmittels verringert, der basierend auf dem integrierten Wert ΣI oder dem Maximalwert Imax des erfassten Stroms I₁ berechnet wird. Daher kann bei diesem Ausführungsbeispiel zur Zeit des Abschließens des Lösens von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 das Luft/Kraftstoffverhältnis von der Kraftstofffettseite zu der Kraftstoffmagerseite zum Anhalten der Zufuhr des Reduktionsmittels zu dem NOx-Okklusionsbauteil 23 geändert werden.
Der Sollwert QRs des Betrags des zuzuführenden Reduktionsmittels gibt den Betrag von NOx an, den das NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludieren kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird deshalb SOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen, wenn der Sollwert QRs kleiner als ein vorbestimmter festgelegter Wert SS wird.
Darüber hinaus verringert sich der Sollwert QRs ebenso, sowie das NOx-Okklusionsbauteil 23 sich wegen Alterns verschlechtert. Deshalb kann aus dem Sollwert QRs der Grad der Verschlechterung des NOx-Okklusionsbauteils 23 bestimmt werden. Während das NOx-Okklusionsbauteil 23 sich nicht verschlechtert hat, diffundiert NOx tief im Inneren des NOx-Okklusionsbauteils 23, so dass Nitratsalze tief im Inneren des NOx-Okklusionsbauteils 23 ausgebildet werden. In diesem Fall ist es vorzuziehen, um das NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 zu lösen, den Grad des Kraftstofffettgehalts des Luft/Kraftstoffverhältnisses zu erhöhen, d.h. den Wert des Korrekturfaktors K_R. Im Gegensatz dazu verringert sich die Tiefe der Diffusion von NOx in der Form von Nitrationen in das NOx-Okklusionsbauteil 23, sowie sich das NOx-Okklusionsbauteil 23 verschlechtert. Deshalb kann NOx von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ohne Bedarf zum Erhöhen des Fettgehalts des Luft/Kraftstoffverhältnisses gelöst werden, d.h. der Wert des Korrekturfaktors K_R. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird deshalb der Wert des Korrekturfaktors K_R zur Zeit des Änderns des Luft/Kraftstoffverhältnisses zu der Fettseite erhöht, sowie der Sollwert QRs höher ist, wie in 7 angegeben ist.
8 veranschaulicht eine Prozedur zum Ausführen des ersten Ausführungsbeispiels, das unter Bezugnahme auf 6 beschrieben wird.
Bezug nehmend auf 8 wird ein Grundbetrag TAU von eingespritztem Kraftstoff bei Schritt 100 aus der Abbildung bestimmt, die in 4(B) angegeben ist. Anschließend wird bei Schritt 101 bestimmt, ob ein NOx-Lösemerker zum Angeben, dass das NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 gelöst werden sollte, festgelegt wurde. Wenn der NOx-Lösemerker nicht festgelegt wurde, schreitet der Prozess zu Schritt 102 voran, bei welchem bestimmt wird, ob der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 den festgelegten Wert Is überschritten hat. Wenn I₁ ≤ Is ist, d.h., wenn das NOx-Okkludiervermögen des NOx-Okklusionsbauteils 23 immer noch einen Spielraum hat, springt der Prozess zu Schritt 105.
Bei Schritt 105 wird ein Korrekturfaktor K aus der Abbildung bestimmt, die in 4C angegeben ist. Anschließend wird bei Schritt 106 ein endgültiger Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff (= K·TAU) durch Multiplizieren des Grundbetrags TAU von dem eingespritzten Kraftstoff mit dem Korrekturfaktor K berechnet. Dann wird die Kraftstoffeinspritzung basierend auf dem endgültigen Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoffstoff ausgeführt. Anschließend wird bei Schritt 107 bestimmt, ob der Sollwert QRs des Betrags des Reduktionsmittels kleiner als der festgelegte Wert SS für das SOx-Lösen geworden ist. Wenn QRs ≥ SS ist, wird der Prozesszyklus beendet.
Im Gegensatz dazu schreitet der Prozess zu Schritt 103 voran, bei welchem der NOx-Lösemerker festgelegt wird, wenn bei Schritt 102 bestimmt wird, dass I₁ > Is anhält, d.h., wenn das NOx-Okklusionsbauteil 23 beginnt NOx auszulassen. Anschließend wird bei Schritt 104 ein NH₃-Erfassungsmerker festgelegt. Dann schreitet der Prozess zu Schritt 105 voran.
Bei dem Prozesszyklus, der dem Festlegen des NOx-Lösemerkers folgt, geht der Prozess von Schritt 101 zu Schritt 108, bei welchem ein Korrekturfaktor K_R basierend auf der Beziehung, die in 7 angegeben ist, berechnet wird. Anschließend wird bei Schritt 109 ein endgültiger Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff (= K_R·TAU) durch Multiplizieren des Grundbetrags TAU von eingespritztem Kraftstoff mit dem Korrekturfaktor K_R berechnet. Dann wird die Kraftstoffeinspritzung basierend auf dem endgültigen Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff berechnet. Zu diesem Zeitpunkt wird der Verbrennungsmodus von der Schichtladeverbrennung unter einer Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoffverhältnisbedingung oder der gleichmäßigen Gemischverbrennung unter einer Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoffverhältnisbedingung zu der gleichmäßigen Gemischverbrennung unter einer Kraftstofffett-Luft/Kraftstoffverhältnisbedingung geändert. Als Folge beginnt das Lösen von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23.
Anschließend wird bei Schritt 110 ein Betrag ΔQR des Reduktionsmittels, das zu dem NOx-Okklusionsbauteil 23 pro Kraftstoffeinspritzungsvorgang zugeführt wird, wie in der folgenden Gleichung berechnet: ΔQR = TAU·(KR – 1,0)Anschließend wird bei Schritt 111 der Gesamtbetrag QR des Reduktionsmittels, das dem NOx-Okklusionsbauteil 23 zugeführt wird durch Addieren des Betrags ΔQR des Reduktionsmittels zu dem vorliegenden Gesamtbetrag QR bestimmt. Anschließend wird bei Schritt 112 bestimmt, ob der Gesamtbetrag QR des Reduktionsmittels einen Sollwert QRs überschritten hat. Wenn QR ≤ QRs ist, springt der Prozess zu Schritt 107. Im Gegensatz dazu schreitet der Prozess zu Schritt 113 voran, bei welchem der NOx-Lösemerker zurückgesetzt wird, wenn QR > QRs. Anschließend wird bei Schritt 114 der Gesamtbetrag QR des Reduktionsmittels gelöscht. Dann schreitet der Prozess zu Schritt 107 voran.
Wenn der NOx-Lösemerker zurückgesetzt wird, wird das Luft/Kraftstoffverhältnis von der Kraftstofffettseite zu der Kraftstoffmagerseite geändert.
Wenn bei Schritt 107 bestimmt wird, das QRs < SS anhält, schreitet der Prozess zu Schritt 115 voran, bei welchem ein Prozess zum Lösen von SOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgeführt wird. Im Speziellen wird das Luft/Kraftstoffverhältnis zu der Kraftstofffettseite verlagert, während die Temperatur des NOx-Okklusionsbauteils 23 annähernd bei oder über 600°C gehalten wird. Nachdem der Betrieb des Lösens von SOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 abgeschlossen ist, schreitet der Prozess zu Schritt 116 voran, bei welchem ein vorbestimmter Maximalgesamtbetrag QRmax des Reduktionsmittels als ein Sollwert QRs festgelegt wird.
9 veranschaulicht eine Prozedur zum Berechnen eines Sollwerts QRs.
Bezug nehmend auf 9 wird bei Schritt 200 bestimmt, ob der NH₃-Erfassungsmerker festgelegt wurde. Der NH₃-Erfassungsmerker wird festgelegt, wenn bestimmt wird, dass I₁ > Is bei Schritt 102 in 8 ist. Wenn der NH₃-Erfassungsmerker festgelegt wurde, schreitet der Prozess zu Schritt 201 voran, bei welchem bestimmt wird, ob der Betriebsbereich des Motors ein vorbestimmter festgelegter Betriebsbereich ist. Der festgelegte Betriebsbereich ist ein enger Betriebsbereich, der durch die Motorlast Q/N und die Motordrehzahl N bestimmt wird. Wenn der Betriebsbereich des Motors innerhalb des festgelegten Betriebsbereichs ist, schreitet der Prozess zu Schritt 202 voran.
Bei Schritt 202 wird bestimmt, ob die verstrichene Zeit t, die dem Festlegen des NH₃-Erfassungsmerkers folgt, eine konstante Zeit t₁ überschritten hat. Die konstante Zeit t₁ ist eine Zeit, die von der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite bis der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 sich auf Null verringert verstreicht. Wenn t > t₁ anhält, schreitet der Prozess zu Schritt 203 voran, bei welchem bestimmt wird, ob die verstrichene Zeit t, die dem Festlegen des NH₃-Erfassungsmerkers folgt, eine konstante Zeit t₂ überschritten hat. Die konstante Zeit t₂ lässt hinreichend zu, dass der NOx-Ammoniaksensor 29 eine Ammoniakkonzentration erfasst, wenn Ammoniak aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen wird, unabhängig von dem Betrag von ausgelassenem Ammoniak. Wenn t ≤ t₂ ist, schreitet der Prozess zu Schritt 204 voran.
Bei Schritt 204 wird der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 berechnet. Anschließend wird bei Schritt 205 ein integrierter Wert ΣI von erfasstem Strom durch Addieren des erfassten Stroms I₁ zu dem bestehenden ΣI berechnet. Wenn bestimmt wird bei Schritt 203, dass t > t₂ beibehält anzuhalten, schreitet der Prozess zu Schritt 206 voran, bei welchem das Multiplikationsprodukt des integrierten Werts ΣI des erfassten Stroms und einer Proportionalitätskonstante C₁ als ein Überschussbetrag QRR des Reduktionsmittels festgelegt wird (= C₁·ΣI). Anschließend wird bei Schritt 207 der Sollwert QRs durch Subtraktion des Überschussbetrags QRR des Reduktionsmittels von dem vorliegenden Sollwert QRs aktualisiert.
Anschließend wird bei Schritt 208 ΣI gelöscht, wobei der NH₃-Erfassungsmerker zeitgleich zurückgesetzt wird. Anschließend wird bei Schritt 209 bestimmt, ob der aktualisierte Sollwert QRs kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert QRmin ist. Wenn QRs < QRmin ist, schreitet der Prozess zu Schritt 210 voran, bei welchen ein Verschlechterungsmerker zum Angeben festgesetzt wird, dass das NOx-Okklusionsbauteil 23 sich verschlechtert hat. Wenn der Verschlechterungsmerker festgelegt ist, wird beispielsweise eine Alarmlampe angeschaltet.
10 veranschaulicht ein anderes Ausführungsbeispiel der Prozedur zum Berechnen des Sollwerts QRs.
Bezug nehmend auf 10 wird bei Schritt 300 bestimmt, ob der NH₃-Erfassungsmerker festgelegt wurde. Der NH₃-Erfassungsmerker wird festgelegt, wenn bestimmt wird, dass I₁ > Is bei Schritt 102 in 8 anhält. Wenn der NH₃-Erfassungsmerker festgelegt wurde, schreitet der Prozess zu Schritt 301 voran, bei welchem bestimmt wird, ob der Betriebsbereich des Motors ein vorbestimmter festgelegter Betriebsbereich ist. Der festgelegte Betriebsbereich ist ein enger Betriebsbereich, der durch die Motorlast Q/N und die Motordrehzahl N bestimmt wird. Wenn der Betriebsbereich des Motors innerhalb des festgelegten Betriebsbereichs ist, schreitet der Prozess zu Schritt 302 voran.
Bei Schritt 302 wird bestimmt, ob die verstrichene Zeit t, die dem Festlegen des NH₃-Erfassungsmerkers folgt, eine konstante Zeit überschritten hat. Die konstante Zeit t₁, wie oben erwähnt ist, ist eine Zeit, die von der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite bis der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 sich auf Null verringert verstreicht. Wenn t > t₁ ist, schreitet der Prozess zu Schritt 303 voran, bei welchem bestimmt wird, ob die verstrichene Zeit t, die dem Festlegen des NH₃-Erfassungsmerkers folgt, eine konstante Zeit t₂ überschritten hat. Die konstante Zeit t₂ lässt hinreichend zu, wie oben erwähnt ist, dass der NOx-Ammoniaksensor 29 eine Ammoniakkonzentration erfasst, wenn Ammoniak von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen wird, unabhängig von dem Betrag des ausgelassenen Ammoniaks. Wenn t ≤ t₂ ist, schreitet der Prozess zu Schritt 304 voran.
Bei Schritt 304 wird der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniakssensors 29 berechnet. Anschließend wird bei Schritt 305 bestimmt, ob der erfasste Strom I₁ größer ist als Imax. Wenn I₁ > Imax ist, schreitet der Prozess zu Schritt 306 voran, bei welchem der erfasste Strom I₁ als ein Maximalwert Imax des erfassten Stroms festgelegt wird. Wenn bei Schritt 303 bestimmt wird, dass t > t₂ beibehalten hat zu verbleiben, schreitet der Prozess zu Schritt 307 voran, bei welchem ein Multiplikationsprodukt des Maximalwerts Imax des erfassten Stroms und einer Proportionalitätskonstanten C₂ als ein Überschussbetrag QRR des Reduktionsmittels festgelegt wird (= C₂·Imax). Anschließend wird bei Schritt 308 der Sollwert QRs durch Subtraktion des Überschussbetrags QRR des Reduktionsmittels von dem vorliegenden Sollwert QRs aktualisiert.
Anschließend wird bei Schritt 309 Imax gelöscht, wobei der NH₃-Erfassungsmerker zeitgleich zurückgesetzt wird. Anschließend bei Schritt 310 bestimmt, ob der aktualisierte Sollwert QRs kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert QRmin ist. Wenn QRs < QRmin ist, schreitet der Prozess zu Schritt 311 voran, bei welchem ein Verschlechterungsmerker zum Angeben festgelegt wird, dass das NOx-Okklusionsbauteil 23 sich verschlechtert hat. Wenn der Verschlechterungsmerker festgelegt ist, wird beispielsweise eine Alarmlampe angeschaltet.
Als Nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die 11A bis 11C beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Referenzwert hinsichtlich eines repräsentativen Werts, der den Überschussbetrag des Reduktionsmittels angibt, vorfestgelegt, wie in 11A angegeben ist.
Im Speziellen wird bei einem ersten Beispiel ein Referenzwert Sr hinsichtlich des integrierten Werts ΣI des erfassten Stroms des NOx-Ammoniaksensors 29 vorfestgelegt. Wenn der repräsentative Wert, d.h. der integrierte Wert ΣI des erfassten Stroms, größer ist als der Referenzwert Sr, wie in 11B angegeben ist, wird der Gesamtbetrag des Reduktionsmittels, das dem NOx-Okklusionsbauteil 23 zugeführt wird, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis zu der Kraftstofffettseite verlagert wird, verringert. Wenn der repräsentative Wert, d.h. der integrierte Wert ΣI des erfassten Stroms, kleiner ist als der Referenzwert Sr, wie in 11C angezeigt, wird der Gesamtbetrag des Reduktionsmittels, das dem NOx-Okklusionsbauteil 23 zugeführt wird, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis zu der Kraftstofffettseite verlagert wird, erhöht. Das heißt, dass der Betrag des zugeführten Reduktionsmittels derart gesteuert wird, dass der integrierte Wert ΣI des erfassten Stroms gleich dem Referenzwert Sr wird.
Bei einem zweiten Beispiel wird ein Referenzwert Imax hinsichtlich des Maximalwerts Imax des erfassten Stroms des NOx-Ammoniaksensors 29 vorfestgelegt. Wenn der repräsentative Wert, d.h. der Maximalwert Imax des erfassten Stroms, größer als der Referenzwert Imax ist, wie in 11B angegeben ist, wird der Gesamtbetrag des Reduktionsmittels, das dem NOx-Okklusionsbauteil 23 zugeführt wird, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis zu der Kraftstofffettseite verlagert wird, verringert. Wenn der repräsentative Wert, d.h. der Maximalwert Imax des erfassten Stroms, kleiner ist als der Referenzwert Imax, wie in 11C angegeben ist, wird der Gesamtbetrag des Reduktionsmittels, das dem NOx-Okklusionsbauteil 23 zugeführt wird, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis zu der Kraftstofffettseite verlagert wird, erhöht. Das heißt, dass der Betrag des zugeführten Reduktionsmittels derart gesteuert wird, dass der Maximalwert Imax des erfassten Stroms gleich dem Referenzwert Imax wird.
Das zweite Ausführungsbeispiel hat im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel den Vorteil, dass dieses dazu im Stande ist, den Betrag des zugeführten Reduktionsmittels zu erhöhen, wenn der Betrag übermäßig reduziert wird.
12 veranschaulicht eine Berechnungsprozedur eines Sollwerts QRs zum Ausführen des ersten Beispiels des zweiten Ausführungsbeispiels. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ebenso die Betriebssteuerprozedur, die in 8 veranschaulicht ist, als eine Betriebssteuerprozedur angepasst.
Bezug nehmend auf 12 wird bei Schritt 400 bestimmt, ob der NH₃-Erfassungsmerker festgelegt wurde. Der NH₃-Erfassungsmerker wird festgelegt, wenn bestimmt wird, das I₁ > Is bei Schritt 102 in 8 anhält. Wenn der NH₃-Erfassungsmerker festgelegt wurde, schreitet der Prozess zu Schritt 401 voran, bei welchem bestimmt wird, ob der Betriebsbereich des Motors ein vorbestimmter festgelegter Betriebsbereich ist. Der festgelegte Betriebsbereich ist ein enger Betriebsbereich, der durch die Motorlast Q/N und die Motordrehzahl N bestimmt wird. Wenn der Betriebsbereich des Motors innerhalb des festgelegten Betriebsbereichs ist, schreitet die Prozedur zu Schritt 402 voran.
Bei Schritt 402 wird bestimmt, ob die verstrichene Zeit t, die dem Festlegen des NH₃-Erfassungsmerkers folgt, eine konstante Zeit t₁ überschritten hat. Die konstante Zeit t₁ ist eine Zeit, wie oben erwähnt ist, die von der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite bis der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 sich auf Null verringert verstreicht. Wenn t > t₁ ist, schreitet der Prozess zu Schritt 403 voran, bei welchem bestimmt wird, ob die verstrichene Zeit t, die dem Festlegen des NH₃-Erfassungsmerkers folgt, eine konstante Zeit t₂ überschritten hat. Die konstante Zeit t₂ lässt hinreichend zu, wie oben erwähnt ist, dass der NOx-Ammoniaksensor 29 eine Ammoniakkonzentration erfasst, wenn Ammoniak von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen wird, unabhängig von dem Betrag des ausgelassenen Ammoniaks. Wenn t ≤ t₂ ist, schreitet der Prozess zu Schritt 404 voran.
Bei Schritt 404 wird der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 berechnet. Anschließend wird bei Schritt 405 ein integrierter Wert ΣI des erfassten Stroms durch Addieren des erfassten Stroms I₁ zu dem bestehenden ΣI berechnet. Wenn bei Schritt 403 bestimmt wird, dass t > t₂ beibehält anzuhalten, schreitet der Prozess zu Schritt 406 voran, bei welchem bestimmt wird, ob der integrierte Wert ΣI des erfassten Stroms größer als der Referenzwert Sr ist. Wenn ΣI > Sr ist, schreitet der Prozess zu Schritt 407 voran, bei welchem der Sollwert QRs um einen vorbestimmten festgelegten Wert α reduziert wird. Danach schreitet der Prozess zu Schritt 409 voran. Im Gegensatz dazu schreitet der Prozess zu Schritt 408 voran, bei welchem der Sollwert QRs um den vorbestimmten festgelegten Wert α erhöht wird, wenn ΣI ≤ Sr ist. Danach schreitet der Prozess zu Schritt 409 voran.
Bei Schritt 409 wird ΣI gelöscht, wobei der NH₃-Erfassungsmerker zeitgleich zurückgesetzt wird. Anschließend bei Schritt 410 bestimmt, ob der aktualisierte Sollwert QRs kleiner ist als ein vorbestimmter Grenzwert QRmin. Wenn QRs < QRmin ist, schreitet der Prozess zu Schritt 411 voran, bei welchem ein Verschlechterungsmerker derart festgelegt wird, dass dieser angibt, dass das NOx-Okklusionsbauteil 23 sich verschlechtert hat. Wenn der Verschlechterungsmerker festgelegt ist, wird beispielsweise eine Alarmlampe angeschaltet.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 13 bis 15 beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Betrag des NOx, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, geschätzt, wobei ein Kraftstofffettzeitintervall zwischen einer Kraftstofffettverlagerung des Luft/Kraftstoffverhältnisses des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil 23 strömt, und der nächsten Kraftstofffettverlagerung des Luft/Kraftstoffverhältnisses basierend auf dem geschätzten Betrag des okkludierten NOx gesteuert wird. Darüber hinaus wird das Kraftstofffettzeitintervall basierend auf dem erfassten Strom I₁ korrigiert, wobei die Kraftstofffettzeit basierend auf einem repräsentativen Wert, solch einen wie dem integrierten Wert ΣI des erfassten Stroms, dem Maximalwert Imax des erfassten Stroms oder dergleichen, gesteuert wird.
Im Speziellen hat das dritte Ausführungsbeispiel ein Schätzgerät für den Betrag des okkludierten NOx, das den Betrag des in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludierten NOx schätzt. Wenn der Betrag ΣNOX des okkludierten NOx, das durch das Schätzgerät für den Betrag des okkludierten NOx geschätzt wird, einen zulässigen Wert NOXmax überschreitet, wie in 13 angegeben ist, wird das Luft/Kraftstoffverhältnis zeitweise von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite geändert.
Der Betrag von NOx, das von dem Motor ausgelassen wird, wird im Wesentlichen bestimmt, wenn der Betriebszustand des Motors bestimmt wird. Deshalb wird der Betrag von NOx, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, im Wesentlichen bestimmt, wenn der Betriebszustand des Motors bestimmt wird. Deshalb werden bei dem dritten Ausführungsbeispiel die Beträge NA von NOx, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 pro Zeiteinheit okkludiert ist, in Übereinstimmung mit den Betriebszuständen des Motors empirisch im Voraus bestimmt. Der Betrag NA von okkludierten NOx wird in dem ROM 33 als eine Funktion der Motorlast Q/N und der Motordrehzahl N in der Form einer Abbildung, wie in 14 gezeigt ist, vorgespeichert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Beträge NA des okkludierten NOx entsprechend den Betriebszuständen des Motors, wie in 14 angegeben ist, integriert während des Motorbetriebs, wodurch ein geschätzter Betrag ΣNOX von NOx berechnet wird, der derart betrachtet wird, dass dieser in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist. Es sollte hierin angemerkt werden, dass der Wert NA negativ in einem Betriebsbereich wird, bei welchem das Luft/Kraftstoffverhältnis dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis gleicht oder an der Kraftstofffettseite davon ist, da bei solch einem Betriebsbereich NOx von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 gelöst wird.
Der vorstehend erwähnte zulässige Wert NOXmax wird mit Ansteigen des Betrags SOx, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, d.h. mit Verringerungen des Okkludiervermögens des NOx-Okklusionsbauteils 23 verringert. Der eingespritzte Kraftstoff enthält Schwefel zu einem bestimmten Verhältnis, das im Wesentlichen in Übereinstimmung mit individuellen Kraftstoffen bestimmt wird. Deshalb ist der Betrag von SOx, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, proportional zu dem integrierten Wert ΣTAU der Grundbeträge des eingespritzten Kraftstoffs TAU. Deshalb wird bei dem dritten Ausführungsbeispiel der zulässige Wert NOXmax schrittweise mit Anstiegen des integrierten Werts ΣTAU des Betrags von eingespritztem Kraftstoff, wie in 15 angegeben ist, verringert.
Grundlegend wird bei dem dritten Ausführungsbeispiel das Luft/Kraftstoffverhältnis zeitweise von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite geändert, wenn der Betrag ΣNOX des okkludierten NOx den zulässigen Wert NOXmax überschreitet, wie oben erklärt ist. In diesem Fall wird der zulässige Wert NOXmax schrittweise verringert, wie in 15 angegeben ist, während des Motorbetriebs. Deshalb ist es ersichtlich, dass das Kraftstofffettzeitintervall sich schrittweise verringert, wenn ein im Wesentlicher konstanter Betriebszustand fortgesetzt wird. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist der zulässige Wert NOXmax zu einem Wert festgelegt, der kleiner ist als der Betrag des okkludierten NOx, das auftritt, wenn das NOx-Okklusionsbauteil 23 beginnt das NOx während einem Kraftstoffmagerbetrieb auszulassen. Deshalb wird bei dem dritten Ausführungsbeispiel das Luft/Kraftstoffverhältnis von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite geändert, bevor das NOx-Okklusionsbauteil 23 beginnt das NOx während des Kraftstoffmagerbetriebs auszulassen.
Jedoch kann das NOx-Okklusionsbauteil 23 beginnen, den NOx trotz ΣNOX < NOXmax auszulassen, wenn der berechnete Betrag ΣNOX des okkludierten NOx von dem aktuellen Betrag des okkludierten NOx abweicht. Wenn trotz ΣNOX < NOXmax das NOx-Okklusionsbauteil 23 beginnt, den NOx auszulassen, d.h. dass der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 den festgelegten Wert Is überschreitet wird deshalb bei dem dritten Ausführungsbeispiel das Luft/Kraftstoffverhältnis dann zeitweise von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite geändert, um den zulässigen Wert NOXmax um einen vorbestimmten Wert B zu reduzieren. Das heißt, dass bei dem dritten Ausführungsbeispiel der zulässige Wert NOXmax basierend auf dem erfassten Strom I₁ korrigiert wird.
16 und 17 veranschaulichen eine Prozedur zum Ausführen des dritten Ausführungsbeispiels.
Bezug nehmend auf die 16 und 17 wird bei Schritt 500 ein Betrag TAU von eingespritztem Kraftstoff aus der Abbildung berechnet, die in 4B angegeben ist. Anschließend wird bei Schritt 501 bestimmt, ob ein NOx-Lösemerker zum Angeben, dass NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 gelöst werden sollte, festgelegt wurde. Wenn der NOx-Lösemerker nicht festgelegt wurde, schreitet der Prozess zu Schritt 502 voran, bei welchem ein Betrag NA von NOx, das pro Zeiteinheit okkludiert wird, aus der Abbildung berechnet wird, die in 14 angegeben ist. Anschließend wird bei Schritt 503 ein geschätzter Betrag ΣNOX von NOx, das derart betrachtet wird, dass dieser in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, durch Addieren des Betrags NA von okkludiertem NOx zu dem bestehenden Wert von ΣNOX berechnet.
Anschließend wird bei Schritt 504 ein integrierter Wert ΣTAU von eingespritztem Kraftstoff durch Addieren eines endgültigen Betrags TAUO von eingespritztem Kraftstoff zu dem bestehenden Wert ΣTAU berechnet. Anschließend wird bei Schritt 505 ein zulässiger Wert NOXmax aus dem integrierten Wert ΣTAU basierend auf der Beziehung berechnet, die in 15 angegeben ist. Anschließend wird bei Schritt 506 der zulässiger Wert NOXmax um einen Korrekturbetrag ΔX reduziert. Anschließend wird bei Schritt 507 bestimmt, ob der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 den festgelegten Wert Is überschritten hat. Wenn I₁ ≤ Is ist, schreitet der Prozess zu Schritt 508 voran, bei welchem bestimmt wird, ob der Betrag ΣNOX von okkludiertem NOx den zulässigen Wert NOXmax überschritten hat. Wenn ΣNOX ≤ NOXmax ist, d.h. wenn das NOx-Okkludiervermögen des NOx-Okklusionsbauteils 23 immer noch einen Spielraum hat, springt der Prozess zu Schritt 509.
Bei Schritt 509 wird ein Korrekturfaktor K aus der Abbildung berechnet, die in 4C angegeben ist. Anschließend wird bei Schritt 510 ein endgültiger Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff (= K·TAU) durch Multiplizieren des Grundbetrags TAUO von eingespritztem Kraftstoff mit dem Korrekturfaktor K berechnet. Dann wird die Kraftstoffeinspritzung basierend auf dem endgültigen Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff ausgeführt. Anschließend wird bei Schritt 511 bestimmt, ob der Sollwert QRs des Betrags des Reduktionsmittels kleiner als der festgelegte Wert SS für das SOx-Lösen geworden ist. Wenn QRs ≥ SS ist, ist der Prozesszyklus beendet.
Umgekehrt schreitet der Prozess zu Schritt 512 voran, wenn bei Schritt 508 bestimmt wird, dass ΣNOX > NOXmax beibehalten hat zu verbleiben, bei welchem der NOx-Lösemerker festgelegt wird. Anschließend wird bei Schritt 513 der NH₃-Erfassungsmerker festgelegt. Danach schreitet der Prozess zu Schritt 509 voran. Wenn bei Schritt 507 bestimmt wird, dass I₁ > Is beibehalten hat zu verbleiben, d.h. dass das NOx-Okklusionsbauteil 23 beginnt NOx auszulassen, bevor bei Schritt 508 bestimmt wird, ob ΣNOx > NOXmax anhält, schreitet der Prozess dann zu Schritt 514, bei welchem ein vorbestimmter Wert B zu dem Korrekturbetrag ΔX addiert wird. Anschließend wird bei Schritt 512 der NOx-Lösemerker festgelegt. In diesem Fall wird der zulässige Wert NOXmax deshalb um den festgelegten Wert B reduziert.
Bei dem Prozesszyklus, der dem Festlegen des NOx-Lösemerkers folgt, geht der Prozess von Schritt 501 bis 515, bei welchem ein Korrekturfaktor K_R basierend auf der Beziehung berechnet wird, die in 7 angegeben ist. Anschließend wird bei Schritt 516 ein endgültiger Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff (= K_R·TAU) durch Multiplizieren des Grundbetrags TAU von eingespritztem Kraftstoff mit dem Korrekturfaktor K_R berechnet. Dann wird die Kraftstoffeinspritzung basierend auf dem endgültigen Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Verbrennungsmodus von der Schichtladeverbrennung unter einer Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoffverhältnisbedingung oder der gleichmäßigen Gemischverbrennung unter einer Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoffverhältnisbedingung zu der gleichmäßigen Gemischverbrennung unter einer Kraftstofffett-Luft/Kraftstoffverhältnisbedingung geändert. Als Folge beginnt das Lösen von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23.
Anschließend wird bei Schritt 517 ein Betrag ΔQR des Reduktionsmittels, das dem NOx-Okklusionsbauteil 23 pro Kraftstoffeinspritzungsvorgang zugeführt wird, wie in der folgenden Gleichung berechnet: ΔQR = TAU·(KR – 1,0)
Anschließend wird bei Schritt 518 der Gesamtbetrag QR des Reduktionsmittels, das dem NOx-Okklusionsbauteil 23 zugeführt wird, durch Addieren des Betrags ΔQR des Reduktionsmittels zu dem vorliegenden Gesamtbetrag QR bestimmt. Anschließend wird bei Schritt 519 bestimmt, ob der Gesamtbetrag QR des Reduktionsmittels einen Sollwert QRs überschritten hat. Wenn QR ≤ QRs ist, springt der Prozess zu Schritt 511. Umgekehrt schreitet der Prozess zu Schritt 520 voran, bei welchem der NOx-Lösemerker zurückgesetzt wird, wenn QR > QRs ist. Anschließend wird bei Schritt 521 der Gesamtbetrag QR des Reduktionsmittels gelöscht. Dann schreitet der Prozess zu Schritt 511 voran. Wenn der NOx-Lösemerker zurückgesetzt ist, wird das Luft/Kraftstoffverhältnis von der Kraftstofffettseite zu der Kraftstoffmagerseite geändert.
Wenn bei Schritt 511 bestimmt wird, das QRs < SS anhält, schreitet der Prozess zu Schritt 522 voran, bei welchem ein Prozess zum Lösen von SOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgeführt wird. Im Speziellen wird das Luft/Kraftstoffverhältnis zu der Kraftstofffettseite verlagert, während die Temperatur des NOx-Okklusionsbauteils 23 annähernd bei oder über 600°C gehalten wird. Nachdem der Betrieb des Lösens von SOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 abgeschlossen ist, schreitet der Prozess zu Schritt 523 voran, bei welchem ein vorbestimmter Maximalgesamtbetrag QRmax des Reduktionsmittels als ein Sollwert QRs festgelegt wird, wobei ΣTAU zu Null festgelegt wird.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel wird der Sollwert QRs durch eine Prozedur berechnet, die in den 9, 10 oder 12 veranschaulicht ist.
Als Nächstes wird ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die 18 und 19 beschrieben. Das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf einen Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung wie bei dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel anwendbar. Wenn bei solch einem Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung das Luft/Kraftstoffverhältnis an der Kraftstofffettseite gehalten wird, selbst nach dem Abschließen des Lösens von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23, wird Ammoniak NH₃ aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen, da Ammoniak NH₃ nicht mehr zum Reduzieren von NOx verbraucht wird.
Daher wird Ammoniak aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil 23 strömt, derart gehalten wird, dass dieses an der Kraftstofffettseite ist, selbst nach dem Abschließen des Lösens von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23, basierend auf dem kraftstofffetten Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases. Deshalb ist es durch Überwachen des Auslassens von Ammoniak aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 möglich, zu bestimmen, ob das Lösen von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 abgeschlossen wurde.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird deshalb bestimmt, ob das Lösen von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 abgeschlossen wurde, nämlich basierend auf einer Änderung der Ammoniakkonzentration, die durch den NOx-Ammoniaksensor 29 erfasst wird.
Bezug nehmend auf 18 gibt ΣNOX den Betrag von NOx an, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, wobei I₁ den elektrischen Strom angibt, der durch den NOx-Ammoniaksensor 29 erfasst wird. In 18 geben NOx und NH₃ Änderungen des durch den NOx-Ammoniaksensor 29 erfassten Stroms an, die durch Änderungen der NOx-Konzentration im Abgas und Änderungen der NH₃-Konzentration im Abgas jeweils verursacht werden. Diese erfassten Ströme erscheinen beide bei dem erfassten Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29. Darüber hinaus gibt A/F das Durchschnitts-Luft/Kraftstoffverhältnis eines Gemischs in der Verbrennungskammer 5 an.
Wie in 18 angegeben ist, beginnt das NOx-Okklusionsbauteil 23 NOx auszulassen, sowie der Betrag ΣNOX von NOx, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, ansteigt und sich einer Grenze des Okkludiervermögens des NOx-Okklusionsbauteils 23 annähert, so dass der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 beginnt anzusteigen. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 18 angegeben ist, wird das Luft/Kraftstoffverhältnis A/F von der Kraftstoffmagerseite zur Kraftstofffettseite geändert, um NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 zu lösen, wenn die NOx-Konzentration einen vorbestimmten festgelegten Wert überschreitet, nachdem das NOx-Okklusionsbauteil 23 beginnt NOx auszulassen, d.h. wenn der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 einen vorbestimmten festgelegten Wert Is überschreitet. Nach der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Magerseite zur Fettseite wird eine Zeit benötigt, bevor ein Kraftstofffett-Luft/Kraftstoffverhältnisabgas das NOx-Okklusionsbauteil 23 erreicht. Deshalb steigt der Betrag von NOx, das aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen wird, fortlaufend an, unmittelbar nach der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses A/F zu der Fettseite. Dann beginnt das Reduktionsmittel, das in dem Kraftstofffett-Luft/Kraftstoffverhältnisabgas vorliegt, das NOx zu verringern, so dass das Auslassen von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 aussetzt. Deshalb steigt der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Kraftstoffmagerseite zur Kraftstofffettseite folgend für eine kurze Zeit an und fällt dann auf Null ab.
Der Betrag ΣNOX des Reduktionsmittels, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, verringert sich schrittweise, nach der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Magerseite zur Fettseite. Dann beginnt das NOx-Okklusionsbauteil 23 Ammoniak auszulassen, sodass die Ammoniakkonzentration im Abgas, das aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen wird, beginnt zu steigen, wenn der Betrag ΣNOX von NOx im Wesentlichen Null wird, d.h. wenn das Lösen von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 abgeschlossen ist. Bei der Erfindung wird bestimmt, dass das Lösen von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 abgeschlossen wurde, wenn die Ammoniakkonzentration im Abgas beginnt anzusteigen. Zu diesem Zeitpunkt wird das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil 23 strömt von der Kraftstofffettseite zur Kraftstoffmagerseite geändert.
Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 18 angegeben ist, wird bestimmt, dass das Lösen von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 abgeschlossen wurde, wenn die Ammoniakkonzentration im Abgas beginnt anzusteigen und der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 einen festgelegten Wert It überschreitet. Zu diesem Zeitpunkt wird das Luft/Kraftstoffverhältnis vom Abgas, das in das NOx-Okklusionsbauteil 23 strömt von der Kraftstofffettseite zur Kraftstoffmagerseite geändert.
19 veranschaulicht eine Prozedur zum Ausführen des vierten Ausführungsbeispiels.
Bezug nehmend auf 19 wird zuerst bei Schritt 600 ein Grundbetrag TAU von eingespritztem Kraftstoff aus der Abbildung bestimmt, die in 4(B) angegeben ist.
Anschließend wird bei Schritt 601 bestimmt, ob ein NOx-Lösemerker zum Angeben, dass das NOx von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 gelöst werden sollte, festgelegt wurde. Wenn der NOx-Lösemerker nicht festgelegt wurde, schreitet der Prozess zu Schritt 602 voran, bei welchem bestimmt wird, ob der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 den festgelegten Wert Is überschritten hat. Wenn I₁ ≤ Is ist, d.h. wenn das NOx-Okkludiervermögen des NOx-Okklusionsbauteils 23 immer noch einen Spielraum hat, springt der Prozess zu Schritt 604.
Bei Schritt 604 wird ein Korrekturfaktor K aus der Abbildung bestimmt, die in 4C angegeben ist. Anschließend wird bei Schritt 605 ein endgültiger Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff (= K·TAU) durch Multiplizieren des Grundbetrags TAU von eingespritztem Kraftstoff mit dem Korrekturfaktor K berechnet. Dann wird die Kraftstoffeinspritzung basierend auf dem endgültigen Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff ausgeführt. Anschließend wird bei Schritt 611 bestimmt, ob SOx zu lösen ist. Wenn es nicht angemessen ist, SOx zu lösen, ist der Prozesszyklus beendet.
Umgekehrt schreitet der Prozess zu Schritt 603 voran, bei welchem der NOx-Lösemerker festgelegt wird, wenn bei Schritt 602 bestimmt wird, dass I₁ > Is beibehalten hat anzuhalten, d.h. wenn das NOx-Okklusionsbauteil 23 beginnt NOx auszulassen. Danach schreitet der Prozess zu Schritt 604 voran.
Bei dem Prozesszyklus, der dem Festlegen des NOx-Lösemerkers folgt, schreitet der Prozess von Schritt 601 zu Schritt 606, bei welchem ein Kraftstofffettgehaltkorrekturfaktor K_R (≥ 1,0) berechnet wird. Anschließend wird bei Schritt 607 ein endgültiger Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff (= K_R·TAU) durch Multiplizieren des Grundbetrags TAU von eingespritztem Kraftstoff mit dem Kraftstofffettgehaltkorrekturfaktor K_R berechnet. Dann wird die Kraftstoffeinspritzung basierend auf dem endgültigen Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Verbrennungsmodus von der Schichtladeverbrennung unter der kraftstoffmageren Luft/Kraftstoffverhältnisbedingung oder der gleichmäßigen Gemischverbrennung unter einer Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoffverhältnisbedingung zu der gleichmäßigen Mischverbrennung unter einer Kraftstofffett-Luft/Kraftstoffverhältnisbedingung geändert. Als Folge beginnt das Lösen von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23.
Anschließend wird bei Schritt 608 bestimmt, ob die verstrichene Zeit t, die dem Festlegen des NOx-Lösemerkers folgt, eine konstante Zeit t₁ überschritten hat. Die konstante Zeit t₁ ist eine Zeit, die von der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite bis der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 sich zu Null verringert verstreicht. Wenn t > t₁ anhält, schreitet der Prozess zu Schritt 609 voran, bei welchem bestimmt wird, ob der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 einen vorbestimmten festgelegten Wert It überschritten hat. Wenn I₁ > It anhält, schreitet der Prozess zu Schritt 610 voran, bei welchem der NOx-Lösemerker zurückgesetzt wird. Dann schreitet der Prozess zu Schritt 611 voran. Wenn der NOx-Lösemerker zurückgesetzt wird, wird das Luft/Kraftstoffverhältnis von der Kraftstofffettseite zur Kraftstoffmagerseite geändert.
Wenn bei Schritt 611 bestimmt wird, dass SOx gelöst werden sollte, schreitet der Prozess zu Schritt 612 voran, bei welchem ein Prozess zum Lösen von SOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgeführt wird. Das heißt, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis zu der Kraftstofffettseite geändert wird, während die Temperatur des NOx-Okklusionsbauteils 23 im Wesentlichen bei oder über 600°C gehalten wird.
Als Nächstes wird ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die 20 und 21 beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Betrag von NOx, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, geschätzt, wobei ein Kraftstofffettzeitintervall zwischen einer Kraftstofffettverlagerung des Luft/Kraftstoffverhältnisses des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil 23 strömt, und der nächsten Kraftstofffettverlagerung des Luft/Kraftstoffverhältnisses basierend auf dem geschätzten Betrag von dem okkludierten NOx gesteuert wird. Darüber hinaus wird das Kraftstofffettzeitintervall basierend auf dem erfassten Strom I₁ korrigiert, wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel.
Im Speziellen hat das fünfte Ausführungsbeispiel ein Schätzgerät für den Betrag von okkludiertem NOx, das den Betrag von NOx schätzt, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist. Wenn der Betrag ΣNOX von okkludiertem NOx, das durch das Schätzgerät für den Betrag von okkludiertem NOx geschätzt wird, einen zulässigen Wert NOXmax überschreitet, wie in 13 angegeben ist, wird das Luft/Kraftstoffverhältnis zeitweise von der Kraftstoffmagerseite zur Kraftstofffettseite geändert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden Beträge NA von okkludiertem NOx entsprechend den Betriebszuständen des Motors, wie in 14 angegeben ist, während des Motorbetriebs integriert, wodurch ein geschätzter Betrag ΣNOX von NOx berechnet wird, der derart betrachtet wird, dass dieser in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist. Es sollte hierbei angemerkt werden, dass der Wert NA in einem Betriebsbereich negativ wird, bei welchem das Luft/Kraftstoffverhältnis dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis gleicht oder an der Kraftstofffettseite davon ist, da bei solch einem Betriebsbereich NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 gelöst wird.
Bei dem fünften Ausführungsbeispiel wird der zulässige Wert NOXmax schrittweise mit Ansteigen des integrierten Werts ΣTAU des Betrags von eingespritztem Kraftstoff verringert, wie in 15 gezeigt ist.
Grundlegend wird bei dem fünften Ausführungsbeispiel das Luft/Kraftstoffverhältnis zeitweise von der Kraftstoffmagerseite zur Kraftstofffettseite geändert, wenn der Betrag ΣNOX von okkludiertem NOx den zulässigen Wert NOXmax überschreitet, wie oben erwähnt ist.
Darüber hinaus ist bei dem fünften Ausführungsbeispiel der zulässige Wert NOXmax zu einem Wert festgelegt, der kleiner als der Betrag von okkludiertem NOx ist, der auftritt, wenn das NOx-Okklusionsbauteil 23 beginnt NOx während eines Kraftstoffmagerbetriebs auszulassen. Deshalb wird bei dem fünften Ausführungsbeispiel das Luft/Kraftstoffverhältnis von der Kraftstoffmagerseite zur Kraftstofffettseite geändert, bevor das NOx-Okklusionsbauteil 23 beginnt NOx während des Kraftstoffmagerbetriebs auszulassen. Bei dem fünften Ausführungsbeispiel wird der zulässige Wert NOXmax basierend auf dem erfassten Strom I₁ korrigiert.
Die 20 und 21 veranschaulichen eine Prozedur zum Ausführen des fünften Ausführungsbeispiels.
Bezug nehmend auf die 20 und 21 wird zuerst bei Schritt 700 ein Betrag TAU von eingespritztem Kraftstoff aus der Abbildung berechnet, die in 4B angegeben ist. Anschließend wird bei Schritt 701 bestimmt, ob ein NOx-Lösemerker zum Angeben, dass NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 gelöst werden sollte, festgelegt wurde. Wenn der NOx-Lösemerker nicht festgelegt wurde, schreitet der Prozess zu Schritt 702 voran, bei welchem ein Betrag NA von NOx, das pro Zeiteinheit okkludiert wird, aus der Abbildung berechnet wird, wie in 14 angegeben ist. Anschließend wird bei Schritt 703 ein geschätzter Betrag ΣNOX von NOx, der derart betrachtet wird, dass dieser in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, durch Addieren des Betrags NA von okkludiertem NOx zu dem bestehenden Wert von ΣNOX berechnet.
Anschließend wird bei Schritt 704 ein integrierter Wert ΣTAU von eingespritztem Kraftstoff durch Addieren eines endgültigen Betrags TAUO von eingespritztem Kraftstoff zu dem bestehenden Wert ΣTAU berechnet. Anschließend wird bei Schritt 705 ein zulässiger Wert NOXmax aus dem integrierten Wert ΣTAU basierend auf der Beziehung, die in 15 angegeben ist, berechnet. Anschließend wird bei Schritt 706 der zulässige Wert NOXmax durch einen Korrekturfaktor ΔX reduziert. Anschließend wird bei Schritt 707 bestimmt, ob der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 den festgelegten Wert Is überschritten hat. Wenn I₁ ≤ Is ist, schreitet der Prozess zu Schritt 709 voran, bei welchem bestimmt wird, ob der Betrag ΣNOX von okkludiertem NOx den zulässigen Wert NOXmax überschritten hat. Wenn ΣNOX ≤ NOXmax ist, d.h. wenn das NOx-Okkludiervermögen des NOx-Okklusionsbauteils 23 immer noch einen Spielraum hat, springt der Prozess zu Schritt 711.
Bei Schritt 711 wird ein Korrekturfaktor K aus der Abbildung berechnet, die in 4C angegeben ist. Anschließend wird bei Schritt 712 ein endgültiger Betrag TAUO vom eingespritzten Kraftstoff (= K·TAU) durch Multiplizieren des Grundbetrags TAU von eingespritztem Kraftstoff mit dem Korrekturfaktor K berechnet. Dann wird die Kraftstoffeinspritzung basierend auf dem endgültigen Betrag TAUO vom eingespritztem Kraftstoff ausgeführt. Anschließend wird bei Schritt 718 bestimmt, ob der zulässige Wert NOXmax kleiner als ein unterer Grenzwert MIN zum Lösen von SOx geworden ist. Wenn NOXmax ≥ MIN ist, wird der Prozesszyklus beendet.
Umgekehrt schreitet der Prozess zu Schritt 710 voran, bei welchem der NOx-Lösemerker festgelegt wird, wenn bei Schritt 709 bestimmt wird, dass ΣNOX > NOXmax anhält. Danach schreitet der Prozess zu Schritt 711 voran. Wenn bestimmt wird bei Schritt 707, dass I₁ > Is beibehalten hat anzuhalten, d.h. dass das NOx-Okklusionsbauteil 23 beginnt NOx auszulassen, bevor bei Schritt 709 bestimmt wird, ob ΣNOX > NOXmax anhält, schreitet der Prozess dann zu Schritt 708 voran, bei welchem der vorbestimmte Wert B zu dem Korrekturbetrag ΔX addiert wird. Anschließend wird bei Schritt 710 der NOx-Lösemerker festgelegt. In diesem Fall wird deshalb der zulässige Wert NOXmax um den festgelegten Wert B verringert.
Bei dem Prozesszyklus, der dem Festlegen des NOx-Lösemerkers folgt, durchläuft der Prozess den Schritt 701 bis Schritt 713, bei welchen ein Kraftstofffettkorrekturfaktor K_R (≥ 1,0) berechnet wird. Anschließend wird bei Schritt 714 ein endgültiger Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff (= K_R·TAU) durch Multiplizieren des Grundbetrags TAU von eingespritztem Kraftstoff durch den Kraftstofffettkorrekturfaktor K_R berechnet. Dann wird die Kraftstoffeinspritzung basierend auf dem endgültigen Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff berechnet. Zu diesem Zeitpunkt wird der Verbrennungsmodus von der Schichtladeverbrennung unter einer Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoffverhältnisbedingung oder der gleichmäßigen Gemischsverbrennung unter einer Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoffverhältnisbedingung zu der gleichmäßigen Gemischsverbrennung unter einer Kraftstofffett-Luft/Kraftstoffverhältnisbedingung geändert. Als Folge beginnt das Lösen von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23.
Anschließend wird bei Schritt 715 bestimmt, ob die verstrichene Zeit t, die dem Festlegen des NOx-Lösemerkers folgt, eine konstante Zeit t₁ überschritten hat. Die konstante Zeit t₁ ist eine Zeit, die von der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite, die im Ansprechen auf I₁ > Is verursacht wird, bis der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 sich auf Null verringert, verstreicht. Wenn t > t₁ anhält, schreitet der Prozess zu Schritt 716 voran, bei welchem bestimmt wird, ob der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 einen vorbestimmten festgelegten Wert It überschritten hat. Wenn I₁ > It anhält, schreitet der Prozess zu Schritt 717 voran, bei welchem der NOx-Lösemerker zurückgesetzt wird. Dann schreitet der Prozess zu Schritt 718 voran. Wenn der NOx-Lösemerker zurückgesetzt ist, wird das Luft/Kraftstoffverhältnis von der Kraftstofffettseite zur Kraftstoffmagerseite geändert.
Umgekehrt schreitet der Prozess zu Schritt 719 voran, bei welchem ein Prozess zum Lösen von SOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgeführt wird, wenn bei Schritt 718 bestimmt wird, dass NOXmax < MIN anhält. Das heißt, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis zu der Fettseite geändert wird, während die Temperatur des NOx-Okklusionsbauteils 23 im Wesentlichen bei oder über 600°C gehalten wird. Nachdem der Betrieb des Lösens von SOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 abgeschlossen ist, schreitet der Prozess zu Schritt 720 voran, bei welchem NOXmax zu einem Ursprungswert festgelegt wird, wobei ΣTAU zu Null festgelegt wird.
Ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 22 bis 26 beschrieben.
22 veranschaulicht einen funkenzündenden Verbrennungsmotor der Direkteinspritzbauart, bei welchem das sechste und siebte Ausführungsbeispiel der Erfindung angewandt werden. Die Erfindung ist ebenso auf einen Verbrennungsmotor der Kompressionszündungsbauart anwendbar.
Der Verbrennungsmotor, der in 22 veranschaulicht ist, hat im Wesentlichen die gleiche Ausführung, wie der Verbrennungsmotor, der in 1 gezeigt ist, außer dass zusätzlich zu einem NOx-Ammoniaksensor 29 ein Luft/Kraftstoffverhältnissensor 80 in einem Abgasrohr 25 angeordnet ist. Abschnitte und Anordnungen des Motors, die vergleichbar zu jenen des Motors, der in 1 veranschaulicht ist, sind, werden durch vergleichbare Bezugszeichen repräsentiert und werden nicht wieder beschrieben. Ein Ausgangssignal des Luft/Kraftstoffverhältnissensors 80 wird zu einem Eingangskanal 35 über einen A/D-Umwandler 37 eingegeben.
23 gibt die Ausgangsspannung E(V) des Luft/Kraftstoffverhältnissensors 80 an, der in dem Auslassrohr 25 stromabwärts eines NOx-Okklusionsbauteils 23 angeordnet ist, d.h., breiter ausgedrückt, das Ausgangssignalniveau eines Luft/Verhältnisdetektors. Wie aus 23 ersichtlich ist, erzeugt der Luft/Kraftstoffverhältnissensor 80 eine Ausgangsspannung von ungefähr 0,9 (V), wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases an der Kraftstofffettseite des stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnisses ist, und erzeugt eine Ausgangsspannung von ungefähr 0,1 (V), wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases an der Kraftstoffmagerseite ist. Das heißt, dass bei dem Beispiel, das in 23 angegeben ist, das Ausgangssignalniveau, das angibt, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis auf der Kraftstofffettseite ist, 0,9 (V) beträgt und das Ausgangssignalniveau, das angibt, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis an der Kraftstoffmagerseite ist, 0,1 (V) beträgt.
Das Abgas-Luft/Kraftstoffverhältnis kann von dem elektrischen Strom I₂ des NOx-Ammoniaksensors 29 erfasst werden, wie oben beschrieben ist. Deshalb kann der NOx-Ammoniaksensor 29 als ein Luft/Kraftstoffverhältnisdetektor verwendet werden. In dem Fall ist es unnötig, den Luft/Kraftstoffverhältnissensor 80 bereitzustellen.
Das sechste Ausführungsbeispiel der Reduktionsmittelzuführsteuerung wird unter Bezugnahme auf 24 beschrieben.
Bezug nehmend auf 24 gibt ΣNOX den Betrag von NOx an, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, und I₁ gibt den elektrischen Strom an, der durch den NOx-Ammoniaksensor 29 erfasst wird. In 24 geben NOx und NH₃ Änderungen des durch den NOx-Ammoniaksensor 29 erfassten Stroms an, die durch Änderungen der NOx-Konzentration im Abgas und Änderungen der NH₃-Konzentration im Abgas jeweils verursacht werden. Diese erfassten Ströme erscheinen beide in dem erfassten Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29. Darüber hinaus gibt E die Ausgangsspannung des Luft/Kraftstoffverhältnissensors 80 an, wobei A/F das Durchschnitts-Luft/Kraftstoffverhältnis des Gemischs in der Verbrennungskammer angibt.
Wie in 24 angegeben ist, beginnt das NOx-Okklusionsbauteil 23 NOx auszulassen, sowie der Betrag ΣNOX von NOx, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist ansteigt und sich einer Grenze des Okkludiervermögens des NOx-Okklusionsbauteils 23 annähert, so dass der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 beginnt zu steigen. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 24 angegeben ist, wird das Luft/Kraftstoffverhältnis A/F von der Kraftstoffmagerseite zur Kraftstofffettseite geändert, um NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 zu lösen, wenn die NOx-Konzentration einen vorbestimmten festgelegten Wert überschreitet, nachdem das NOx-Okklusionsbauteil 23 beginnt NOx auszulassen, d.h. wenn der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 einen vorbestimmten festgelegten Wert Is überschreitet. Nach der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Magerseite zur Fettseite wird eine Zeit benötigt, bevor ein Kraftstofffett-Luft/Kraftstoffverhältnisgemisch das NOx-Okklusionsbauteil 23 erreicht. Deshalb wird der Betrag von NOx, das aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen wird, fortgesetzt anzusteigen, unmittelbar nach der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses A/F zur Fettseite. Dann beginnt das Reduktionsmittel, das in dem Kraftstofffett-Luft/Kraftstoffverhältnisabgas vorliegt, das NOx zu reduzieren, so dass der Auslass von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 aussetzt. Deshalb steigt der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Kraftstoffmagerseite zur Kraftstofffettseite folgend für eine kurze Zeit an, und fällt dann auf Null ab.
Nachdem das Luft/Kraftstoffverhältnis von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite geändert wird, beginnt das Lösen von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23, so dass der Betrag ΣNOX von NOx, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, schrittweise verringert wird.
Nach der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Kraftstoffmagerseite zur Kraftstofffettseite wird ein Überschussbetrag von Kraftstoff, d.h. das Reduktionsmittel zum Reduzieren von NOx verbraucht, so dass das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das von dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen wird, im Wesentlichen gleich dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis wird. Obwohl der Grund völlig klar ist, neigt das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen wird, geringfügig sich zu der Kraftstoffmagerseite zu verlagern, wenn das NOx-Okklusionsbauteil 23 sich nicht verschlechtert hat. Wenn das NOx-Okklusionsbauteil 23 sich verschlechtert, neigt das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen wird dazu, sich geringfügig zur Kraftstofffettseite zu verlagern. Jedoch wird in beiden Fällen das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen wird, kleiner nahe des Abschließens des Lösens von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23.
24 gibt einen Fall an, bei welchem zur Zeit des Änderns des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Kraftstoffmagerseite zur Kraftstofffettseite das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen wird, geringfügig auf der Magerseite ist. Wenn das Lösen von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 sich dem Abschließen nähert, d.h., wenn der Betrag ΣNOX von okkludiertem NOx sich Null annähert, ändert sich die Ausgangsspannung E des Luft/Kraftstoffverhältnissensors 80, d.h. steigt an in Richtung eines Ausgangssignalniveaus, das angibt, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis auf der Fettseite ist. Das Ausgangssignalniveau E ändert sich mit zuverlässigem Ansprechverhalten. Deshalb wird es durch Ändern des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Kraftstofffettseite zur Kraftstoffmagerseite basierend auf einer Änderung des Ausgangssignalniveaus E möglich, das Luft/Kraftstoffverhältnis von der Kraftstofffettseite zur Kraftstoffmagerseite bei Abschließen des Lösens von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 zu ändern.
Deshalb wird bei dem Ausführungsbeispiel, das in 24 angegeben ist, eine Referenzspannung Es im Voraus im Hinblick auf die Ausgangsspannung E des Luft/Kraftstoffverhältnissensors 80 festgelegt; allgemein ausgedrückt wird ein Referenzniveau Es im Hinblick auf das Ausgangssignalniveau E des Luft/Kraftstoffverhältnisdetektors vorfestgelegt. Wenn das Ausgangssignalniveau E das Referenzniveau Es überschreitet, wird das Luft/Kraftstoffverhältnis von der Kraftstofffettseite zur Kraftstoffmagerseite geändert.
Obwohl die Ausgangsspannung E des Luft/Kraftstoffverhältnissensors 80 sich mit zuverlässigem Ansprechverhalten ändert, variiert die Art der Änderung der Ausgangsspannung E wegen Leistungsvermögensvariationen der Luft/Kraftstoffverhältnissensoren 80 und der NOx-Okklusionsbauteile 29 oder wegen Alterns. Deshalb kann ein Fall bestehen, wenn das Referenzniveau Es auf einen konstanten Wert fixiert ist, bei welchem das Luft/Kraftstoffverhältnis nicht von der Kraftstofffettseite zur Kraftstoffmagerseite zurzeit des Abschließens des Lösens von NOx geändert werden kann.
Wenn nach der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Kraftstoffmagerseite zur Kraftstofffettseite ein Überschussbetrag des Reduktionsmittels, das nicht dazu verwendet wird, NOx, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, zu lösen und reduzieren, besteht, wird Ammoniak NH₃ aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen, so dass der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 ansteigt, wie in 24 angegeben ist. In diesem Fall geben der integrierte Wert ΣI des erfassten Stroms I₁, der durch eine Schraffur in 24 angegeben wird, und der Maximalwert Imax des erfassten Stroms I₁ den Überschussbetrag des Reduktionsmittels an.
Obwohl der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 sich im Ansprechen auf das Abschließen des Lösens von NOx verzögert, kann der Überschussbetrag des Reduktionsmittels hinreichend von dem erfassten Strom I₁ bestimmt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird deshalb die Referenzspannung Es derart geändert, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases von der Kraftstofffettseite zur Kraftstoffmagerseite zur Zeit des Abschließens des Lösens von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 basierend auf Änderungen des erfassten Stroms I₁ des NOx-Ammoniaksensors, d.h. basierend auf Änderungen der Ammoniakkonzentration, geändert wird.
Im Speziellen wird ein kleiner Sollwert hinsichtlich des integrierten Werts ΣI des erfassten Stroms I₁ oder des Maximalwerts Imax des erfassten Stroms I₁ vorfestgelegt. Wenn ΣI oder Imax größer als der Sollwert werden, d.h. wenn der Überschussbetrag des Reduktionsmittels relativ groß ist, wird das Referenzniveau Es reduziert, d.h. das Referenzniveau Es wird in Richtung der Seite eines Ausgangssignalniveaus geändert, das ein Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoffverhältnis angibt, nämlich durch Vorsetzen der Zeit des Änderns des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Kraftstofffettseite zu der Kraftstoffmagerseite, um den Überschussbetrag des Reduktionsmittels zu verringern. Wenn ΣI oder Imax kleiner als der Sollwert wird, d.h., wenn der Überschussbetrag des Reduktionsmittels Null oder nahe Null ist, wird das Referenzniveau Es erhöht, d.h. das Referenzniveau Es wird in Richtung der Seite eines Ausgangssignalniveaus geändert, das ein kraftstofffettes Luft/Kraftstoffverhältnis angibt, nämlich durch Verzögern der Zeit des Änderns des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Kraftstofffettseite zu der Kraftstoffmagerseite, um den Überschussbetrag des Reduktionsmittels zu erhöhen.
25 veranschaulicht eine Prozedur zum Ausführen des sechsten Ausführungsbeispiels.
Bezug nehmend auf 25 wird zuerst bei Schritt 800 ein Grundbetrag TAU von eingespritztem Kraftstoff aus der Abbildung bestimmt, die in 4(B) angegeben ist. Anschließend wird bei Schritt 801 bestimmt, ob ein NOx-Lösemerker zum Angeben, dass NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 gelöst werden sollte, festgelegt wurde. Wenn der NOx-Lösemerker nicht festgelegt wurde schreitet der Prozess zu Schritt 802 voran, bei welchem bestimmt wird, ob der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 den festgelegten Wert Is überschritten hat. Wenn I₁ ≤ Is ist, d.h. wenn das NOx-Okkludiervermögen des NOx-Okklusionsbauteils 23 immer noch einen Spielraum hat, springt der Prozess zu Schritt 805.
Bei Schritt 804 wird ein Korrekturfaktor K aus der Abbildung bestimmt, die in 4C angegeben ist. Anschließend wird bei Schritt 805 ein endgültiger Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff (= K·TAU) durch Multiplizieren des Grundbetrags TAU von eingespritzten Kraftstoff mit dem Korrekturfaktor K berechnet. Dann wird die Kraftstoffeinspritzung basierend auf dem endgültigen Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff ausgeführt. Anschließend wird bei Schritt 807 bestimmt, ob ein SOx-Löseprozess zum Lösen von SOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 auszuführen ist. Wenn es nicht notwendig ist, den SOx-Löseprozess auszuführen, wird der Prozesszyklus beendet.
Umgekehrt schreitet der Prozess zu Schritt 803 voran, bei welchem der NOx-Lösemerker festgelegt wird, wenn bei Schritt 802 bestimmt wird, dass I₁ > Is beibehalten wurde anzuhalten, d.h. wenn das NOx-Okklusionsbauteil 23 beginnt NOx auszulassen. Anschließend wird bei Schritt 804 der NH₃-Erfassungsmerker festgelegt. Danach schreitet der Prozess zu Schritt 805 voran.
Bei dem Prozesszyklus, der dem Festlegen des NOx-Lösemerkers folgt, durchläuft der Prozess den Schritt 801 bis Schritt 808, bei welchen ein Kraftstofffettkorrekturfaktor K_R (> 1,0) berechnet wird. Anschließend wird ein endgültiger Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff (= K_R·TAU) durch Multiplizieren des Grundbetrags TAU von eingespritztem Kraftstoff mit dem Kraftstofffettkorrekturfaktor K_R berechnet. Dann wird die Kraftstoffeinspritzung basierend auf dem endgültigen Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Verbrennungsmodus von der Schichtladeverbrennung unter einer Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoffverhältnisbedingung oder der gleichmäßigen Gemischsverbrennung unter einer Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoffverhältnisbedingung zu der gleichmäßigen Gemischsverbrennung unter einer Kraftstofffett-Luft/Kraftstoffverhältnisbedingung geändert. Als Folge beginnt das Lösen von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23.
Anschließend wird bei Schritt 810 bestimmt, ob die Ausgangsspannung E des Luft/Kraftstoffverhältnissensors 80 die Referenzspannung Es überschritten hat. Wenn E ≤ Es ist, schreitet der Prozess zu Schritt 807 voran. Umgekehrt schreitet der Prozess zu Schritt 811 voran, bei welchem der NH₃-Erfassungsmerker zurückgesetzt wird, wenn E > Es anhält. Wenn der NOx-Lösemerker zurückgesetzt ist, wird das Luft/Kraftstoffverhältnis von der Kraftstofffettseite zur Kraftstoffmagerseite geändert.
Wenn bei Schritt 807 bestimmt wird, dass der SOx-Löseprozess ausgeführt werden sollte, schreitet der Prozess zu Schritt 812 voran, bei welchem der Prozess zum Lösen von SOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgeführt wird. Das heißt, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis zu der Fettseite geändert wird, während die Temperatur des NOx-Okklusionsbauteils 23 im Wesentlichen bei oder über 600°C gehalten wird.
26 veranschaulicht eine Prozedur zum Berechnen einer Sollspannung Es.
Bezug nehmend auf 26 wird zuerst bei Schritt 900 bestimmt, ob der NH₃-Erfassungsmerker festgelegt wurde. Der NH₃-Erfassungsmerker wird festgelegt, wenn bestimmt wird, dass I₁ > Is bei Schritt 802 in 25 anhält. Wenn NH₃-Erfassungsmerker festgelegt wurde, schreitet der Prozess zu Schritt 901 voran, bei welchem bestimmt wird, ob die verstrichene Zeit t, die dem Festlegen des NH₃-Erfassungsmerkers folgt, eine konstante Zeit t₁ überschritten hat. Die konstante Zeit t₁ ist eine Zeit, die von der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite bis der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 sich zu Null verringert verstreicht. Wenn t > t₁ anhält, schreitet der Prozess zu Schritt 902 voran, bei welchem bestimmt wird, ob die verstrichene Zeit t, die dem Festlegen des NH₃-Erfassungsmerkers folgt, eine konstante Zeit t₂ überschritten hat. Die konstante Zeit t₂ lässt hinreichend zu, dass der NOx-Ammoniaksensor 29 eine Ammoniakkonzentration erfasst, wenn Ammoniak aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen wird, unabhängig von dem Betrag des ausgelassenen Ammoniaks. Wenn t ≤ t₂ ist, schreitet der Prozess zu Schritt 903 voran.
Bei Schritt 903 wird der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 berechnet. Anschließend wird bei Schritt 904 ein integrierter Wert ΣI des erfassten Stroms durch Addieren des erfassten Stroms I₁ zu dem bestehenden Wert ΣI berechnet. Wenn bei Schritt 902 bestimmt wird, dass t > t₂ beibehalten wurde anzuhalten, schreitet der Prozess zu Schritt 905 voran, bei welchem bestimmt wird, ob der integrierte Wert ΣI des erfassten Stroms größer als der Sollwert Sr ist. Wenn ΣI > Sr ist, schreitet der Prozess zu Schritt 906 voran, bei welchem die Referenzspannung Es um einen vorbestimmten festgelegten Wert α reduziert wird. Danach schreitet der Prozess zu Schritt 908 voran. Umgekehrt schreitet der Prozess zu Schritt 907 voran, bei welchem die Referenzspannung Es um den vorbestimmten festgelegten Wert α erhöht wird, wenn ΣI ≤ Sr ist. Danach schreitet der Prozess zu Schritt 908 voran. Bei Schritt 908 wird ΣI gelöscht, wobei der NH₃-Erfassungsmerker zurückgesetzt wird.
27 veranschaulicht eine andere Prozedur zum Berechnen einer Sollspannung Es.
Bezug nehmend auf 27 wird zuerst bestimmt bei Schritt 1000, ob der NH₃-Erfassungsmerker festgelegt wurde. Der NH₃-Erfassungsmerker wird festgelegt, wenn bestimmt wird, dass I₁ > Is bei Schritt 802 in 25 anhält. Wenn der NH₃-Erfassungsmerker nicht festgelegt wird, schreitet der Prozess zu Schritt 1001 voran, bei welchem bestimmt wird, ob die verstrichene Zeit t, die dem Festlegen des NH₃-Erfassungsmerkers folgt, eine konstante Zeit t₁ überschritten hat. Die konstante Zeit t₁ ist, wie oben erwähnt ist, eine Zeit, die von der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite bis der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 sich zu Null verringert verstreicht. Wenn t > t₁ anhält, schreitet der Prozess zu Schritt 1002 voran, bei welchem bestimmt wird, ob die verstrichene Zeit t, die dem Festlegen des NH₃-Erfassungsmerkers folgt, eine konstante Zeit t₂ überschritten hat. Die konstante Zeit t₂ lässt hinreichend zu, wie oben erwähnt ist, dass der NOx-Ammoniaksensor 29 eine Ammoniakkonzentration erfasst, wenn Ammoniak aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgelassen wird, unabhängig von dem Betrag des ausgelassenen Ammoniaks. Wenn t ≤ t₂ ist, schreitet der Prozess zu Schritt 1003 voran.
Bei Schritt 1003 wird bestimmt, ob der erfasste Strom I₁ größer ist als Imax.
Wenn I₁ > Imax ist, schreitet der Prozess zu Schritt 1004 voran, bei welchem der erfasste Strom I₁ als ein Maximalwert Imax des erfassten Stroms festgelegt wird. Wenn bei Schritt 1002 bestimmt wird, dass t > t₂ aufrechterhalten hat anzuhalten, schreitet der Prozess zu Schritt 1005 voran, bei welchem bestimmt wird, ob der Maximalwert Imax des erfassten Stroms größer als ein Sollmaximalwert Imaxr ist. Wenn Imax > Imaxr ist, schreitet der Prozess zu Schritt 1006 voran, bei welchem die Referenzspannung Es um einen vorbestimmten festgelegten Wert α reduziert wird. Danach schreitet der Prozess zu Schritt 1008 voran. Umgekehrt schreitet der Prozess zu Schritt 1007 voran, bei welchem die Referenzspannung Es um den vorbestimmten festgelegten Wert α erhöht wird, wenn Imax ≤ Imaxr ist. Danach schreitet der Prozess zu Schritt 1008 voran. Bei Schritt 1008 wird ΣI gelöscht, wobei der NH₃-Erfassungsmerker zurückgesetzt wird.
Als Nächstes wird ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Das siebte Ausführungsbeispiel wird bei dem Verbrennungsmotor angewandt, der in 22 veranschaulicht ist.
Bei dem siebten Ausführungsbeispiel wird der Betrag des NOx, das in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, geschätzt, wobei ein Kraftstofffettzeitintervall zwischen einer Kraftstofffettverlagerung des Luft/Kraftstoffverhältnisses des Abgases, das in das NOx-Okklusionsbauteil 23 strömt, und der nächsten Kraftstofffettverlagerung des Luft/Kraftstoffverhältnisses basierend auf dem geschätzten Betrag des okkludierten NOx gesteuert wird. Darüber hinaus wird das Kraftstofffettzeitintervall basierend auf dem erfassten Strom I₁ wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel korrigiert.
Im Speziellen hat das siebte Ausführungsbeispiel ein Schätzgerät für den Betrag von okkludiertem NOx, das den Betrag von NOx schätzt, das in den NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist. Wenn der Betrag ΣNOX von okkludiertem NOx, der durch das Schätzgerät für den Betrag von okkludiertem NOx geschätzt wird, einen zulässigen Wert NOXmax überschreitet, wie in 13 angegeben ist, wird das Luft/Kraftstoffverhältnis zeitweise von der Kraftstoffmagerseite zur Kraftstofffettseite geändert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden Beträge NA von okkludiertem NOx entsprechend den Betriebszuständen des Motors, wie in 14 angegeben ist, während des Motorbetriebs integriert, wodurch ein geschätzter Betrag ΣNOX von NOx berechnet wird, der derart betrachtet wird, dass dieser in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist. Es sollte hierbei angemerkt sein, dass der Wert NA negativ in einem Betriebsbereich ist, bei welchem das Luft/Kraftstoffverhältnis dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis gleicht oder an der Kraftstofffettseite davon ist, da bei solch einem Betriebsbereich NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 gelöst wird.
Bei dem siebten Ausführungsbeispiel wird der zulässige Wert NOXmax schrittweise verringert mit Anstiegen des integrierten Werts ΣTAU des Betrags von eingespritztem Kraftstoff, wie in 15 angegeben ist.
Grundlegend wird bei dem siebten Ausführungsbeispiel das Luft/Kraftstoffverhältnis zeitweise von der Kraftstoffmagerseite zu der Kraftstofffettseite geändert, wenn der Betrag ΣNOX von okkludiertem NOx den zulässigen Wert NOXmax überschreitet, wie oben erwähnt ist. Darüber hinaus wird bei dem siebten Ausführungsbeispiel der zulässige Wert NOXmax zu einem Wert festgelegt, der kleiner als der Betrag von okkludiertem NOx ist, das auftritt, wenn das NOx-Okklusionsbauteil 23 beginnt NOx während eines Kraftstoffmagerbetriebs auszulassen. Deshalb wird bei dem siebten Ausführungsbeispiel das Luft/Kraftstoffverhältnis von der Kraftstoffmagerseite zur Kraftstofffettseite geändert, bevor das NOx-Okklusionsbauteil 23 beginnt NOx während des Kraftstoffmagerbetriebs auszulassen.
Bei dem siebten Ausführungsbeispiel wird der zulässige Wert NOXmax basierend auf dem erfassten Strom I₁ korrigiert.
28 und 29 veranschaulichen eine Prozedur zum Ausführen des siebten Ausführungsbeispiels.
Bezug nehmend auf die 28 und 29 wird bei Schritt 1100 ein Betrag TAU von eingespritztem Kraftstoff aus der Abbildung berechnet, die in 4B angegeben ist.
Anschließend wird bei Schritt 1101 bestimmt, ob ein NOx-Lösemerker zum Angeben, das NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 gelöst werden sollte, festgelegt wurde. Wenn der NOx-Lösemerker nicht festgelegt wurde, schreitet der Prozess zu Schritt 1102 voran, bei welchem ein Betrag NA von NOx, das pro Zeiteinheit okkludiert ist, aus der Abbildung berechnet wird, wie in 14 angegeben ist. Anschließend wird bei Schritt 1103 ein geschätzter Betrag ΣNOX von NOx, der derart betrachtet wird, dass dieser in dem NOx-Okklusionsbauteil 23 okkludiert ist, durch Addieren des Betrags NA von okkludiertem NOx zu dem bestehenden Wert ΣNOX berechnet.
Anschließend wird bei Schritt 1104 ein integrierter Wert ΣTAU von eingespritztem Kraftstoff durch Addieren eines endgültigen Betrags TAUO von eingespritztem Kraftstoff zu dem bestehenden Wert ΣTAU berechnet. Anschließend wird bei Schritt 1105 ein zulässiger Wert NOXmax aus dem integrierten Wert ΣTAU basierend auf der Beziehung berechnet, wie in 15 angegeben ist. Anschließend wird bei Schritt 1106 der zulässige Wert NOXmax um einen Korrekturfaktor ΔX reduziert. Anschließend wird bei Schritt 1107 bestimmt, ob der erfasste Strom I₁ des NOx-Ammoniaksensors 29 den festgelegten Wert Is überschritten hat. Wenn I₁ ≤ Is ist, schreitet der Prozess zu Schritt 1108 voran, bei welchem bestimmt wird, ob der Betrag ΣNOX von okkludiertem NOx den zulässigen Wert NOXmax überschritten hat. Wenn ΣNOX ≤ NOXmax ist, d.h., wenn das NOx-Okkludiervermögen des NOx-Okklusionsbauteils 23 immer noch einen Spielraum hat, springt der Prozess zu Schritt 1109.
Bei Schritt 1109 wird ein Korrekturfaktor K aus der Abbildung berechnet, wie in 4C angegeben ist. Anschließend wird bei Schritt 1110 ein endgültiger Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff (= K·TAU) durch Multiplizieren des Grundbetrags TAU von eingespritztem Kraftstoff mit dem Korrekturfaktor K berechnet. Dann wird die Kraftstoffeinspritzung basierend auf dem endgültigen Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff ausgeführt. Anschließend wird bei Schritt 1111 bestimmt, ob ein SOx-Löseprozess zum Lösen von SOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgeführt werden sollte. Wenn es nicht notwendig ist, den SOx-Löseprozess auszuführen, wird der Prozesszyklus beendet.
Umgekehrt schreitet der Prozess zu Schritt 1112 voran, bei welchem der NOx-Lösemerker festgelegt wird, wenn bei Schritt 1108 bestimmt wird, dass ΣNOX > NOXmax beibehalten hat anzuhalten. Anschließend wird bei Schritt 1113 der NH₃-Erfassungsmerker festgelegt. Danach schreitet der Prozess zu Schritt 1109 voran. Wenn bei Schritt 1107 bestimmt wird, dass I₁ > Is beibehalten hat anzuhalten, d.h. dass das NOx-Okklusionsbauteil 23 beginnt NOx auszulassen, bevor bei Schritt 1108 bestimmt wird, ob ΣNOX > NOXmax anhält, schreitet der Prozess dann zu Schritt 1114 voran, bei welchem ein vorbestimmter Wert B zu dem Korrekturbetrag ΔX addiert wird. Anschließend wird bei Schritt 1112 der NOx-Lösemerker festgelegt. In diesem Fall wird der zulässige Wert NOXmax um den festgelegten Wert B deshalb verringert.
Bei dem Prozesszyklus, der dem Festlegen des NOx-Lösemerkers folgt, durchläuft der Prozess den Schritt 801 bis Schritt 808, bei welchem ein Kraftstofffettkorrekturfaktor K_R berechnet wird. Anschließend wird bei Schritt 1116 ein endgültiger Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff (= K_R·TAU) durch Multiplizieren des Grundbetrags TAU von eingespritztem Kraftstoff mit dem Kraftstofffettkorrekturfaktor K_R berechnet. Dann wird die Kraftstoffeinspritzung basierend auf dem endgültigen Betrag TAUO von eingespritztem Kraftstoff ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Verbrennungsmodus von der Schichtladeverbrennung unter einer Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoffverhältnisbedingung oder der gleichmäßigen Gemischverbrennung unter einer Kraftstoffmager-Luft/Kraftstoffverhältnisbedingung zu der gleichmäßigen Gemischsverbrennung unter einer Kraftstofffett-Luft/Kraftstoffverhältnisbedingung geändert. Als Folge beginnt das Lösen von NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23.
Anschließend wird bei Schritt 1117 bestimmt, ob die Ausgabespannung E des Luft/Kraftstoffverhältnissensors 80 die Referenzspannung Es überschritten hat. Wenn E ≤ Es ist, schreitet der Prozess zu Schritt 1111 voran. Umgekehrt schreitet der Prozess zu Schritt 1118 voran, bei welchem ΣNOX zu Null festgelegt wird und der NH₃-Erfassungsmerker zurückgesetzt wird, wenn E > Es anhält. Wenn der NOx-Lösemerker zurückgesetzt wird, wird das Luft/Kraftstoffverhältnis von der Kraftstofffettseite zu der Kraftstoffmagerseite geändert.
Wenn bei Schritt 1111 bestimmt wird, dass der SOx-Löseprozess ausgeführt werden sollte, schreitet der Prozess zu Schritt 1119 voran, bei welchem Prozess des Lösens von SOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 ausgeführt wird. Das heißt, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis zu der Kraftstofffettseite geändert wird, während die Temperatur des NOx-Okklusionsbauteils 23 im Wesentlichen bei oder über 600°C gehalten wird. Danach ist der Prozess des Lösens von SOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil 23 abgeschlossen, wobei ΣTAU zu Null festgelegt wird.
Bei dem siebten Ausführungsbeispiel wird die Referenzspannung Es durch die Prozedur berechnet, wie in den 26 und 27 veranschaulicht ist.
Während die Erfindung unter Bezugnahme darauf beschrieben wurde, was als die bevorzugten Ausführungsbeispiele betrachtet wird, ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele oder Ausführungen begrenzt ist. Die Erfindung beabsichtigt im Gegenteil dazu, verschiedene Modifikationen abzudecken. Zusätzlich sind andere Kombinationen und Anordnungen, die mehr weniger oder lediglich ein einziges Ausführungsbeispiel aufweisen, ebenso innerhalb des Bereichs der Erfindung, welcher durch die beigefügten Ansprüche definiert wird, während verschiedene Elemente der offenbarten Erfindung in verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen, welche exemplarisch sind, gezeigt werden.
Ein NOx-Okklusionsbauteil (23), das NOx okkludiert, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis an der Kraftstoffmagerseite ist, ist in einem Motorauslassdurchgang angeordnet. Ein NOx-Ammoniaksensor (29) ist in dem Motorauslassdurchgang stromabwärts des NOx-Okklusionsbauteils (23) angeordnet. Ein Überschussbetrag eines Reduktionsmittels, das nicht dazu verwendet wird, NOx zu lösen, wird aus einer Änderung der Ammoniakkonzentration bestimmt, die durch den NOx-Ammoniaksensor (29) erfasst wird, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis zu der Kraftstofffettseite geändert wird, um das NOx aus dem NOx-Okklusionsbauteil (23) zu lösen.

Claims

Emissionssteuervorrichtung eines Verbrennungsmotors, mit einem NOx-Ausschlussbauteil (23), das in einem Abgasdurchgang (25) des Verbrennungsmotors angeordnet ist und das ein NOx ausschließt, wenn ein Luft/Kraftstoffverhältnis eines einströmenden Abgases auf einer Kraftstoffmagerseite ist, und das zulässt, dass das NOx, das ausgeschlossen ist, durch ein Reduktionsmittel gelöst und reduziert wird, das in dem Abgas enthalten ist, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases sich zur kraftstofffetten Seite ändert, und einer Steuereinrichtung (30) zum Ausführen einer derartigen Steuerung, dass das NOx in dem Abgas in dem NOx-Ausschlussbauteil (23) ausgeschlossen wird, wenn eine Verbrennung unter einer kraftstoffmageren Luft/Kraftstoffverhältnis-Bedingung ausgeführt wird, und zum Verändern des Luft/Kraftstoffverhältnisses des Abgases, das in das NOx-Ausschlussbauteil (23) strömt, zu der kraftstoffreichen Seite, wenn das NOx von dem NOx-Ausschlussbauteil (23) zu lösen ist, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Sensor (29), der in dem Abgasdurchgang (25) stromabwärts des NOx-Ausschlussbauteils (23) angeordnet ist und der dazu im Stande ist, eine Ammoniakkonzentration zu erfassen, wobei ein Überschussbetrag eines Reduktionsmittels, das nicht zum Lösen und Reduzieren des NOx verwendet wird, das in dem NOx-Ausschlussbauteil (23) ausgeschlossen wird, in einer Form von Ammoniak aus dem NOx-Ausschlussbauteil (23) ausgelassen wird, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in das NOx-Ausschlussbauteil (23) strömt, zu der kraftstofffetten Seite verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerrichtung (30) einen repräsentativen Wert bestimmt, der den Überschussbetrag des Reduktionsmittels aus einer Änderung der Ammoniakkonzentration, die durch den Sensor (29) erfasst wird, angibt, und die Steuereinrichtung (30) einen Gesamtbetrag des Reduktionsmittels, das dem NOx-Ausschlussbauteil (23) zugeführt wird, reduziert, so wie der repräsentative Wert ansteigt, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in das NOx-Ausschlussbauteil (23) strömt, zu der kraftstofffetten Seite verändert wird.
Emissionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der repräsentative Wert ein integrierter Wert der Ammoniakkonzentration ist, die durch den Sensor (29) erfasst wird.
Emissionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der repräsentative Wert ein Maximalwert der Ammoniakkonzentration ist, die durch den Sensor (29) erfasst wird.
Emissionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtungen (30) eine Zeit verringert, während welcher das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in das NOx-Ausschlussbauteil (23) strömt, an der kraftstoffreichen Seite gehalten wird, so wie der repräsentative Wert ansteigt.
Emissionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Referenzwert bezüglich des repräsentativen Werts voreingestellt ist, und die Steuereinrichtung (30) einen Gesamtbetrag des Reduktionsmittels, das dem NOx-Ausschlussbauteil (23) zugeführt wird, reduziert, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in das NOx-Ausschlussbauteil (23) strömt, zu der kraftstofffetten Seite geändert wird, falls der repräsentative Wert größer als der Referenzwert wird, und wobei die Steuereinrichtung (30) den Gesamtbetrag des Reduktionsmittels, das dem NOx-Ausschlussbauteil (23) zugeführt wird, erhöht, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in das NOx-Ausschlussbauteil (23) strömt, zu der kraftstofffetten Seite geändert wird, falls der repräsentative Wert geringer als der Referenzwert wird.
Emissionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung (30) eine Zeit reduziert, während welcher das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in das NOx-Ausschlussbauteil (23) strömt, an der kraftstofffetten Seite gehalten wird, wenn der repräsentative Wert größer wird als der Referenzwert, wobei die Steuereinrichtung (30) die Zeit erhöht, während welcher das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in das NOx-Ausschlussbauteil (23) strömt, an der kraftstofffetten Seite gehalten wird, wenn der repräsentative Wert geringer als der Referenzwert wird.
Emissionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (29) dazu im Stande ist, eine NOx-Konzentration in dem Abgas neben der Ammoniakkonzentration in dem Abgas zu erfassen, und die Steuereinrichtung (30) das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in das NOx-Ausschlussbauteil (23) strömt, von der kraftstoffmageren Seite zu der kraftstofffetten Seite ändert, wenn ein vorbestimmter festgelegter Wert durch die NOx-Konzentration überschritten wird, die durch den Sensor (29) erfasst wird, während die Verbrennung unter der kraftstoffmageren Luft/Kraftstoffverhältnis-Bedingung durchgeführt wird.