DE60301168T2

DE60301168T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Abgasreinigung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60301168T2
Application number: DE60301168T
Authority: DE
Inventors: Akikazu Yokohama-shi Sakai
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2023-05-17
Also published as: JP3972726B2; US20040003587A1; DE60301168D1; EP1365130B1; JP2003328739A; EP1365130A1; US7036304B2

Description

Diese Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Reinigung von Abgas in einer Brennkraftmaschine entsprechend des Oberbegriffes des unabhängigen Anspruches 11.
Eine Vorrichtung zur Abschätzung der in einem Abgasreinigungskatalysator zum Zweck des Entfernens einer giftigen Substanz abgelagerten Menge der giftigen Substanz (Schwefel) ist aus JP 2001-227333 und JP 2000-73744 bekannt.
In JP 2001-227333 wird offengelegt, dass die Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz mit dem Ziel, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einen fetten Bereich zu bringen, über einen vorbestimmten Zeitraum ausgeführt wird, nach welchem die Steuerung des Entfernens endet.
Eine Beziehung zwischen der Temperatur eines Katalysators und der Menge der neu gebildeten giftigen Substanz wird nicht in die Steuerung des Entfernens einbezogen und in Folge dessen wird die Menge der giftigen Substanz nicht exakt bestimmt.
Aus diesem Grund endet die Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz ungeachtet des unvollständigen Entfernens bzw. wird ungeachtet des abgeschlossenen Entfernens weiterhin ausgeführt und führt somit zu einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs sowie der Abgasemission.
In JP 2000-73744 wird offengelegt, dass eine Menge der giftigen Substanz abgeschätzt wird, indem eine Beseitigungsmenge der giftigen Substanz (errechnet auf der Grundlage eines Motorbetriebszustandes in einem vorbestimmten Zeitraum nachdem die Steuerung der Beseitigung beginnt) abgezogen wird.
Aus diesem Grund wird die Menge in Abhängigkeit von der vergangenen Zeit schließlich auf Null geschätzt, wobei nicht berücksichtigt wird, dass die Beseitigungsmenge der giftigen Substanz eine Grenze hat und von der Temperatur des Katalysators und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis abhängt. In Folge dessen wird die Menge der giftigen Substanz nicht exakt bestimmt.
Dementsprechend wird die Steuerung des Beseitigens der giftigen Substanz zu frühzeitig beendet und dauert zu lange, wodurch der Kraftstoffverbrauch und die Abgasemission erhöht wird.
Aus EP 1 036 927 A2 ist eine Vorrichtung zur Abgasreinigung und eine Vorrichtung zur Steuerung der Abgasemission für eine Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zur Reinigung von Abgas bekannt, wie oben angedeutet.
In Anbetracht obiger Probleme besteht eine Zielstellung der vorliegenden Erfindung in der Verbesserung einer Vorrichtung zur Reinigung von Abgas und des Verfahrens zur Reinigung von Abgas, wie oben angedeutet, um die giftige Substanz zu entfernen, indem eine Menge der giftigen Substanz, welche während der Steuerung zur Beseitigung der giftigen Substanz abgelagert wird, exakt bestimmt wird. Diese Zielstellung wird entsprechend der vorliegenden Erfindung mittels einer Abgasreinigungsvorrichtung mit den im unabhängigen Anspruch 1 bezeichneten Merkmalen gelöst.
Diese Zielstellung wird weiterhin entsprechend der vorliegenden Erfindung mittels eines Verfahrens zur Abgasreinigung mit den im unabhängigen Anspruch 11 bezeichneten Merkmalen gelöst.
Andere bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf verschiedene Ausführungsbeispiele und in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen detaillierter erläutert.
1 ist eine Darstellung des Aufbaus einer in jedem Ausführungsbeispiel entsprechend dieser Erfindung verwendeten Brennkraftmaschine.
2 ist ein Flussdiagramm des Hauptablaufes der Steuerung der Beseitigung der giftigen Substanz.
3 ist ein Flussdiagramm zur Beurteilung der Menge der giftigen Substanz zur Bestimmung des Beginns der Steuerung der Beseitigung.
4 ist ein Flussdiagramm zur Beurteilung des Übergangs zur Steuerung der Beseitigung.
5 ist ein Flussdiagramm zur Berechnung der Menge der giftigen Substanz während der Steuerung der Beseitigung der giftigen Substanz.
6 ist ein Flussdiagramm zur Beurteilung des Beendens der Steuerung der Beseitigung mittels Berechnung einer unteren Grenze auf der Grundlage der Temperatur des Katalysators.
7 ist ein Flussdiagramm zur Beurteilung des Beendens der Steuerung der Beseitigung mittels Berechnung der unteren Grenze auf der Grundlage des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
8 ist ein Flussdiagramm zur Beurteilung des Beendens der Steuerung der Beseitigung mittels Berechnung der unteren Grenze auf der Grundlage der Temperatur des Katalysators und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
9 ist ein Flussdiagramm, welches ein erstes Ausführungsbeispiel der Berechnung der unteren Grenze auf der Grundlage der Temperatur des Katalysators darstellt.
10 ist ein Flussdiagramm, welches ein erstes Ausführungsbeispiel der Berechnung der unteren Grenze auf der Grundlage des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses darstellt.
11 ist ein Flussdiagramm, welches ein zweites Ausführungsbeispiel der Berechnung der unteren Grenze auf der Grundlage der Temperatur des Katalysators darstellt.
12 ist ein Flussdiagramm, welches ein zweites Ausführungsbeispiel der Berechnung der unteren Grenze auf der Grundlage des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses darstellt.
13 ist ein Flussdiagramm, welches ein drittes Ausführungsbeispiel der Berechnung der unteren Grenze auf der Grundlage der Temperatur des Katalysators darstellt.
14 ist ein Flussdiagramm, welches ein viertes Ausführungsbeispiel der Berechnung des unteren Grenzwertes auf der Grundlage des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses darstellt.
15 ist eine Ansicht, welche die Beziehung der Temperatur des Katalysators und der Menge der giftigen Substanz (Menge S) bis zu einem Zeitpunkt nach Beginn der Steuerung der Beseitigung der giftigen Substanz darstellt.
16 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Temperatur des Katalysators und der Menge der giftigen Substanz (Menge S) innerhalb eines vorbestimmten Zeitraumes t1 nach Beginn der Steuerung der Beseitigung der giftigen Substanz darstellt.
17 ist eine Ansicht, welche die Beziehung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Menge der giftigen Substanz (Menge S) bis zu einem Zeitpunkt nach Beginn der Steuerung der Beseitigung der giftigen Substanz darstellt.
18 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Temperatur des Katalysators und der Menge der giftigen Substanz (Menge S) innerhalb eines vorbestimmten Zeitraumes t2 nach Beginn der Steuerung der Beseitigung der giftigen Substanz darstellt.
19 ist eine Zeitdiagramm, welches einen Zustand der Beseitigung der giftigen Substanz während der Steuerung der Beseitigung darstellt.
Die dieser Erfindung entsprechenden Ausführungsbeispiele werden unter Verweis auf die Zeichnungen erläutert. 1 ist eine systematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 1, in welcher durch eine Drosselklappe 2 gesteuerte Luft angesaugt und mit Kraftstoff gemischt wird, welcher mittels eines Kraftstoffeinspritzers 3 in eine Brennkammer eingespritzt wird, wodurch in dieser ein Gemisch entsteht. Der Kraftstoffeinspritzer 3 kann den Kraftstoff in eine Einlassöffnung einspritzen.
Das entstandene Gemisch in der Brennkammer wird durch eine Zündkerze 4 gezündet und ein Verbrennungsgas wird in einem im Auslassrohr 9 befindlichen NOx- Abscheidekatalysator 5 gereinigt und anschließend in eine Atmosphäre abgegeben. Der NOx-Abscheidekatalysator 5 ist ein Dreiwege-Katalysator, welcher NOx im Abgas abscheidet, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist und welcher das abgeschiedene NOx ausstößt und vermindert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen stöchiometrischen Wert annimmt oder sich im fetten Bereich befindet.
Eine Steuerungseinrichtung (Steuerung) 6, welche einen Einspritzzeitpunkt und eine Einspritzmenge des Kraftstoffeinspritzers 3 sowie einen Zündzeitpunkt der Zündkerze 4 steuert, enthält einen Mikrocomputer. Die Steuerung 6 gibt ein Signal zur Kraftstoffeinspritzung an den Kraftstoffeinspritzer 3 und ein Zündsignal an die Zündkerze 4 aus, nachdem diese Signale auf der Grundlage der Signale von verschiedenen Sensoren berechnet wurden.
Bei der Berechnung des Signals zur Kraftstoffeinspritzung wird ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage eines Motorbetriebszustandes bestimmt und eine Menge an einzuspritzendem Kraftstoff (Kraftstoffeinspritzungs-Impulsbreite) berechnet, so dass ein Gemisch mit dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gebildet wird, das magerer als ein stöchiometrisches Verhältnis ist, so dass der Motor 1 im so genannten mageren Bereich arbeitet. Das abgeschiedene NOx im Abgas wird gesättigt, da der Motor 1 lange im mageren Bereich arbeitet. Deshalb wird in regelmäßigen Abständen bzw. wenn abgeschätzt wird, dass der im mageren Verbrennungsbereich abgeschiedene NOx-Betrag höher als ein vorbestimmter Wert ist, das abgeschiedene NOx ausgestoßen, indem ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis erzwungen wird, wodurch das NOx im Dreiwege-Katalysator verringert und somit wird die NOx-Abscheidefähigkeit des Katalysators 5 regeneriert wird.
Die verschiedenen Sensoren beinhalten einen Luftströmungsmesser 7, welcher einen Betrag der in den Motor 1 einströmenden Luft erfasst, einen Drosselklappensensor 8, welcher einen Öffnungswinkel des Drosselventils 2 erfasst, einen Sensor für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 10, welcher sich vor dem NOx-Abschheidekatalysator 5 in einem Auslassrohr 9 befindet, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erfassen, einen Sensor für die Fahrzeuggeschwindigkeit 15, welcher die Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfasst und einen Sensor für den Kurbelwinkel 16, welcher ein Drehzahlsignal entsprechend der Drehzahl des Motors 1 ausgibt. Ein Sensor für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 10 erfasst auf der Grundlage der Sauerstoffkonzentration im Abgas ein Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (nachfolgend als Luft-Kraftstoff-Verhältnis bezeichnet) und kann ein Sensor sein, der nur den stöchiometrischen Wert erfasst.
Die Steuerung 6 stellt durch eine Proportional-Differential-Regelung einen Korrekturkoeffizienten ALPHA zur Rückmeldung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zur Korrektur des Betrages an eingespritztem Kraftstoff ein, so dass das durch den Sensor für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 10 erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis sich dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis annähert. Ein EGR-Ventil 14 bringt einen Teil des Verbrennungsgases aus dem Abgaskrümmer 11 durch einen EGR-Kanal 12 wieder zurück an einen Einlassverteiler 13 und die Steuerung 6 steuert den Betrag der Rückführung des Abgases durch Regeln des EGR-Ventils 14 entsprechend des Motorbetriebszustandes.
Der im Kraftstoff enthaltene Schwefel (d.h. die Schwefeloxide SOx) wird im NOx-Abscheidekatalysator 5 leicht abgelagert. Wenn sich die Schwefelmenge erhöht, verschlechtert sich die Abscheidefähigkeit des NOx-Abscheidekatalysators 5 dementsprechend. Aus diesem Grund führt die Steuerung 6, wenn sie die im NOx-Abscheidekatalysator 5 abgelagerte Schwefelmenge berechnet und beurteilt, dass die errechnete Schwefelmenge über einem erlaubten Grenzwert liegt, ein Verfahren zur Beseitigung aus, durch welches die Schwefeloxide SOx als giftige Substanz aus dem NOx-Abscheidekatalysator 5 gestoßen werden.
Ein Detail der Abschätzung der Schwefelmenge und das Verfahren zur Schwefelentfernung werden anhand eines Flussdiagramms in 2 erläutert. 2 stellt den Hauptablauf der Steuerung der Beseitigung der giftigen Substanz dar.
In einem Schritt S101 wird eine im NOx-Abscheidekatalysator abgelagerte Schwefelmenge (im nachfolgenden als Menge der giftigen Substanz bezeichnet) berechnet und es wird beurteilt, ob ein Entfernen der giftigen Substanz erforderlich ist. Wird beurteilt, dass das Entfernen der giftigen Substanz erforderlich ist, wird das Flag FSOXFUL auf 1 gesetzt. Wird beurteilt, dass das Entfernen der giftigen Substanz nicht erforderlich ist, bleibt das Flag FSOXFUL auf 0.
In einem Schritt S102 wird der Wert des Flags FSOXFUL beurteilt. Ist das Flag FSOXFUL 1, d.h. wird das Entfernen der giftigen Substanz als erforderlich, fährt das Programm mit einem Schritt S103 fort. Im Schritt S103 wird auf der Grundlage des Motorbetriebszustandes beurteilt, ob der Übergang zur Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz möglich ist. Wird beurteilt, dass der Übergang möglich ist, wird das Flag FSOXRLS auf 1 gesetzt. Wird beurteilt, dass der Übergang nicht möglich ist, bleibt das Flag FSOXRLS auf 0.
In einem Schritt S104 wird der Wert des Flags FSOXRLS beurteilt. Ist das Flag FSOXRLS 1, d.h. wird beurteilt, dass der Übergang zur Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz möglich ist, wird das Flag FSOXRLS auf 1 gesetzt und das Programm fährt mit einem Schritt S105 fort.
Im Schritt S105 wird die Menge der giftigen Substanz, d.h. die geschätzte im NOx-Abscheidekatalysator 5 abgelagerte Menge ermittelt. In einem Schritt S106 wird auf der Grundlage der Menge der giftigen Substanz beurteilt, ob die Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz beendet wird. Wird beurteilt, dass die Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz zu beenden ist, wird das Flag FSOXRLS auf 0 zurückgesetzt. Wird beurteilt, dass die Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz nicht zu beenden ist, bleibt das Flag FSOXRLS auf 1.
In einem Schritt S107 wird der Wert des Flags FSOXRLS beurteilt. Wird beurteilt, dass das Flag auf 1 gesetzt ist, d.h. wird beurteilt, dass die Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz zu beenden ist, werden sowohl die Routine als auch die Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz beendet.
3 stellt ein Flussdiagramm der Beurteilung des Zeitpunktes des Entfernens der giftigen Substanz im Schritt S101 in 2 dar. In einem Schritt S201 werden die Fahrzeuggeschwindigkeit (VSP), die Motordrehzahl (RPM) und die Motorlast (T) als ein Motorbetriebszustand abgelesen.
In einem Schritt S202 wird ein Betrag ΔSOX pro Zeiteinheit im NOx-Abscheidekatalysator 5 auf der Grundlage des Motorbetriebszustandes integriert. In einem Schritt S203, wird beurteilt, dass die Menge einen Betrag erreicht hat, bei dem die Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz erforderlich ist, wenn beim Vergleichen des integrierten Betrages TSOX und der Beurteilung über die Menge der giftigen Substanz SOXFUL beurteilt wird, dass TSOX ≥ SOXFUL. Daraufhin fährt das Programm mit einem Schritt S204 fort, in welchem die Erfordernis des Entfernens der giftigen Substanz festgelegt wird, indem das Flag FSOXFUL auf 1 gesetzt wird. Wird im Schritt S203 beurteilt, dass TSOX < SOXFUL, fährt das Programm mit einem Schritt S205 fort, in welchem die Anforderung zum Entfernen der giftigen Substanz zurückgewiesen wird, indem das Flag FSOXFUL auf 0 gesetzt wird.
4 stellt ein Flussdiagramm der Beurteilung des Übergangs zur Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz im Schritt S103 in 2 dar. In einem Schritt S301 werden die Fahrzeuggeschwindigkeit (VSP), die Motordrehzahl (RPM) und die Motorlast (T) als ein Motorbetriebszustand abgelesen. In den Schritten S302, 303 und 304 wird beurteilt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Motordrehzahl und die Motorlast jeweils der Reihe nach in einem Bereich sind, in welchem der Übergang zur Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz möglich ist. Wird beurteilt, dass sich alle diese Bedingungen in den jeweiligen Bereichen befinden, wird in einem Schritt S305 das Flag zur Ausführung des Entfernens der giftigen Substanz FSOXRLS auf 1 gesetzt und die Ausführung der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz wird erlaubt. Wird in den Schritten S302, 303 oder 304 mindestens eine dieser Bedingungen nicht erfüllt, wird in einem Schritt S306 das Flag zur Ausführung des Entfernens der giftigen Sub stanz FSOXRLS auf 0 gesetzt und die Ausführung der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz wird unterdrückt.
5 stellt ein Flussdiagramm der Berechnung der Menge der giftigen Substanz während der Steuerung des Entfernens im Schritt S105 in 2 dar. In einem Schritt S401 werden die Fahrzeuggeschwindigkeit (VSP), die Motordrehzahl (RPM), die Motorlast (T) sowie die Menge der eingelassenen Luft (Q) als ein Motorbetriebszustand abgelesen.
In einem Schritt S402 wird eine Beseitigungsmenge MSOX der giftigen Substanz pro Zeiteinheit im NOx-Abscheidekatalysator 5 auf der Grundlage des Motorbetriebszustandes berechnet. In einem Schritt S403 wird die Menge der giftigen Substanz TSOX entsprechend folgender Gleichung ermittelt: TSOX = TSOXold + ΔSOX – MSOX.TSOXold: ein vorheriger errechneter Wert des Betrages TSOX.
Die Beseitigungsmenge MSOX der giftigen Substanz stellt einen extrem hohen Wert im Vergleich zu dem Betrag ΔSOX während der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz dar und als Ergebnis dessen wird TSOX abgezogen.
Die Beurteilung über das Beenden der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz unter Verwendung einer unteren Grenze der Menge der giftigen Substanz entsprechend der Erfindung im Schritt S106 in 2 wird nun erläutert. Erreicht der im Flussdiagramm in 5 ermittelte Betrag TSOX eine untere Grenze, welche auf der Grundlage der Temperatur des Katalysators und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz berechnet wird, und wird dieser nicht mehr abgezogen, wird beurteilt, dass der Endzeitpunkt der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz erreicht ist.
6 stellt ein Flussdiagramm dar, welches die Beurteilung über das Ende der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz mittels Berechnung der unteren Grenze auf der Grundlage der Temperatur des Katalysators bestimmt.
In einem Schritt S501 werden die Fahrzeuggeschwindigkeit (VSP), die Motordrehzahl (RPM), die Motorlast (T) sowie die Menge der eingelassenen Luft (Q) als ein Motorbetriebszustand abgelesen.
In einem Schritt S502 wird die Temperatur des Katalysators auf der Grundlage des Motorbetriebszustands abgeschätzt. Die Temperatur des Katalysators kann mittels der Abgastemperatur abgeschätzt werden, welche durch einen Temperatursensor erfasst wird, der sich direkt im Katalysator befindet bzw. diesem vor- oder nachgeschaltet ist.
In einem Schritt S503 wird die untere Grenze SOXMINT des Betrages entsprechend der oben abgeschätzten Temperatur des Katalysators berechnet. Ist die Temperatur des Katalysators hoch, wird der Grad an Schwefelausstoß so hoch, dass die mögliche Beseitigungsmenge der giftigen Substanz groß wird. Andererseits verringert sich beim Absinken der Temperatur des Katalysators der Grad an Schwefelausstoß, so dass sich die mögliche Beseitigungsmenge reduziert. Aus diesem Grund wird ermittelt, dass die untere Grenze SOXMINT klein ist, wenn die Temperatur des Katalysators hoch ist, bzw. dass sie groß ist, wenn die Temperatur des Katalysators niedrig ist. Wie oben beschrieben ist die mögliche Beseitigungsmenge für einen bestimmten Zustand des Abgasreinigungskatalysators die Menge der giftigen Substanz, unterhalb derer in einem bestimmten Zustand des Abgasreinigungskatalysators keine weitere giftige Substanz aus dem Abgasreinigungskatalysator entfernt werden kann.
In einem Schritt S504 wird die untere Grenze SOXMINT als ein Wert zur Beurteilung über das Ende der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz SOXMIN festgesetzt. In einem Schritt S505 wird der im Schritt S403 in 5 ermittelte Wert mit dem Wert SOXMIN zur Beurteilung über das Ende der Steuerung verglichen. Wird beurteilt, dass TSOX > SOXMIN, fährt die Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz fort und das Programm geht zum Schritt S501 zurück, in welchem sich die Routine zur Beurteilung über das Ende der Steuerung wiederholt. Wird beurteilt, dass TSOX ≤ SOXMIN, fährt das Programm mit einem Schritt S506 fort, in welchem die Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz beendet wird, indem das Flag FSOXRLS auf 0 gesetzt wird.
Dementsprechend wird der abgeschätzte Betrag exakt ermittelt und als Ergebnis endet die Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz zu einem geeigneten Zeitpunkt, wodurch der Kraftstoffverbrauch und die Abgasemission verbessert werden.
Insbesondere wird im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die untere Grenze auf der Grundlage der Temperatur des Katalysators des NOx-Abscheidekatalysators während der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz festgesetzt, und dadurch kann der Betrag zu einem Zeitpunkt des Beendens der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz, der sich mit der Temperatur des Katalysator ändert, exakt ermittelt werden.
7 stellt ein Flussdiagramm zur Bestimmung des Endes der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz mittels Berechnung der unteren Grenze auf der Grundlage des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses dar.
In einem Schritt S601 werden die Fahrzeuggeschwindigkeit (VSP), die Motordrehzahl (RPM), die Motorlast (T) sowie die Menge der eingelassenen Luft (Q) als ein Motorbetriebszustand abgelesen.
In einem Schritt S602 wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage des Motorbetriebszustandes abgeschätzt. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann aus der Aus gabe eines Sauerstoffsensors oder eines Breitband-Sensors für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis abgeschätzt werden, welcher dem Katalysator vor- bzw. nachgeschaltet ist.
In einem Schritt S603 wird die untere Grenze SOXMINλ des Betrages der giftigen Substanz entsprechend des oben abgeschätzten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses berechnet. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird während der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz so gesteuert, dass es sich in einem fetten Bereich befindet und in Folge dessen wird der Grad des Schwefelausstoßes so hoch, dass eine mögliche Beseitigungsmenge der giftigen Substanz groß ist. Andererseits verringert sich, je magerer das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, der Grad an Schwefelausstoß, so dass sich die mögliche Beseitigungsmenge reduziert. Aus diesem Grund wird ermittelt, dass die untere Grenze SOXMINλ klein ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter ist, und dass sie groß ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist.
In einem Schritt S604 wird, wie auch in 6, die untere Grenze SOXMINλ als ein Wert SOXMIN zur Beurteilung über das Ende der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz festgesetzt. In einem Schritt S605 wird der Betrag TSOX mit dem Wert SOXMIN zur Beurteilung über das Ende der Steuerung verglichen. Wird beurteilt, dass TSOX ≤ SOXMIN, fährt das Programm mit einem Schritt S606 fort, in welchem die Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz beendet wird, indem das Flag SOXRLS auf 0 gesetzt wird.
Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die untere Grenze auf der Grundlage des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses während der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz festgesetzt, und dadurch kann der Betrag zu einem Zeitpunkt des Beendens der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz, der sich mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert, exakt ermittelt werden.
8 stellt ein Flussdiagramm zur Bestimmung der Beurteilung über das Ende der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz mittels Berechnung der unteren Grenze auf der Grundlage der Temperatur des Katalysators und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses während der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz dar.
In einem Schritt S701 werden die Fahrzeuggeschwindigkeit (VSP), die Motordrehzahl (RPM), die Motorlast (T) sowie die Menge der eingelassenen Luft (Q) als ein Motorbetriebszustand abgelesen.
In den Schritten S702–705 wird die Temperatur des Katalysators auf der Grundlage des Motorbetriebszustandes auf dieselbe Weise wie in 6 und 7 abgeschätzt.
Die untere Grenze SOXMINT des Betrages, welcher der oben abgeschätzten Temperatur des Katalysators entspricht, wird berechnet und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird auf der Grundlage des Motorbetriebszustandes abgeschätzt. Die untere Grenze SOXMINλ des Betrages entsprechend des oben abgeschätzten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird berechnet.
In einem Schritt S706 wird die untere Grenze SOXMINT entsprechend der Temperatur des Katalysators mit der unteren Grenze SOXMINλ entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis verglichen. Ist SOXMINT ≤ SOXMINλ, fährt das Programm mit einem Schritt S707 fort, in dem der Wert zur Beurteilung über das Ende der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz SOXMIN = SOXMINT gesetzt wird. Ist SOXMINT > SOXMINλ, wird in einem Schritt S708 SOXMIN = SOXMINλ gesetzt. Die kleinere der unteren Grenzen SOXMINT und SOXMINλ wird als Wert SOXMIN zur Beurteilung über das Ende der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz ausgewählt.
In einem nachfolgenden Schritt S709 wird der Betrag TSOX mit dem Wert SOXMIN zur Beurteilung über das Ende der Steuerung auf die gleiche Weise wie in 6 und 7 verglichen. Wird beurteilt, dass TSOX ≤ SOXMIN, endet die Ausführung des Entfernens der giftigen Substanz, indem das Flag FSOXRLS auf 0 gesetzt wird.
Gemäß des obigen Ausführungsbeispiels werden die untere Grenze SOXMINT entsprechend der Temperatur des NOx-Abscheidekatalysators 5 und die untere Grenze SOXMINλ entsprechend des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unabhängig voneinander festgesetzt, und der kleinere der beiden Werte wird als endgültige untere Grenze festgelegt. Dadurch kann der Betrag zum Zeitpunkt des Beendens der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz, welcher sich sowohl mit der Temperatur des Katalysators sowie dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert, als exakter Wert ermittelt werden.
Ein Ausführungsbeispiel einer detaillierten Berechnung der unteren Grenze SOXMINT entsprechend der Temperatur des NOx-Abscheidekatalysators 5 und der unteren Grenze SOXMINλ entsprechend des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird nun erläutert.
9 stellt ein Ausführungsbeispiel der Berechnung der unteren Grenze SOXMINT entsprechend der Temperatur des Katalysators dar. In einem Schritt S801, wird eine Temperatur des Katalysators eingelesen und in einem Schritt S802 wird aus einer Tabelle auf der Grundlage der Temperatur des Katalysators ein Betrag der giftigen Substanz SOXMINT1 ermittelt.
Die Tabelle ist eine Tabelle in 16, welche die Beziehung zwischen der Temperatur des Katalysators und der Menge der giftigen Substanz (Menge S) für einen vorbestimmten Zeitraum t1 (10–15 min) auf der Grundlage der Beziehung zwischen der Temperatur des Katalysators und dem in 15 aufgezeigtem Betrag darstellt. Der vorbestimmte Zeitraum t1 nach Beginn der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz wird als ein Zeitraum festgesetzt, welcher zu dem folgenden Geschehen führt. Selbst wenn die Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz nach einem vergangenen Zeitraum t1 fortgeführt wird, ändert sich der Betrag nicht wesentlich und wird im Gleichgewicht gehalten. Die Daten (s1, s2, s3) des Betrages für eine vorbestimmte Zeit, welche im Wesentlichen nur von der Temperatur des Katalysators abhängen, werden entsprechend der Temperatur des Katalysators (A, B, C) gespeichert. Wie oben beschrieben, wird der Grad des Schwefelausstoßes mit zunehmender Temperatur des Katalysators größer und die mögliche Beseitigungsmenge erhöht sich, wodurch die Menge der giftigen Substanz klein ist.
In einem Schritt 803 wird ein auf der Grundlage der Temperatur des Katalysators ermittelter Betrag (Betrag S) SOXMINT1 als untere Grenze SOXMINT entsprechend der Temperatur des Katalysators festgelegt.
10 stellt ein Ausführungsbeispiel der Berechnung der unteren Grenze SOXMINλ entsprechend des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses dar. In einem Schritt S901, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingelesen und in einem Schritt S902 wird aus einer Tabelle auf der Grundlage des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ein Betrag SOXMINλ1 ermittelt.
Die Tabelle ist eine Tabelle in 18, welche die Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Betrag (Betrag S) für einen vorbestimmten Zeitraum t2 (10–15 min) auf der Grundlage der Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem in 17 aufgezeigten Betrag darstellt. Der vorbestimmte Zeitraum t2 nach Beginn der Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz wird als ein Zeitraum festgesetzt, welcher zu dem folgenden Geschehen führt. Selbst wenn die Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz nach einem vergangenen Zeitraum t2 fortgeführt wird, ändert sich der Betrag nicht wesentlich und wird im Gleichgewicht gehalten. Die Daten (s4, s5, s6) des Betrages für eine vorbestimmte Zeit, welche im Wesentlichen nur von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis abhängen, werden entsprechend des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (D, E, F) gespeichert. Wie oben beschrieben, wird der Grad des Schwefelausstoßes mit fetter werdendem Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer und die mögliche Beseitigungsmenge erhöht sich, wodurch die Menge der giftigen Substanz klein ist.
In einem Schritt 903 wird ein auf der Grundlage der Tabelle für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ermittelter Betrag (Betrag S) SOXMINλ1 als untere Grenze SOXMINλ entsprechend des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses festgelegt.
11 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Berechnung der unteren Grenze SOXMINT entsprechend der Temperatur des Katalysators dar. In einem Schritt S1001 wird eine Temperatur des Katalysators eingelesen und in einem Schritt S1002 wird aus einem Kennliniendiagramm auf der Grundlage der Temperatur des Katalysators ein Betrag SOXMINT1 ermittelt.
Das Kennliniendiagramm enthält die Daten entsprechend der Temperatur des Katalysators auf der Grundlage der Beziehung zwischen der Temperatur des Katalysators und dem in 15 dargestellten Betrag.
In einem Schritt S1003 wird ein auf der Grundlage der Temperatur des Katalysators aus dem Kennliniendiagramm ermittelter Betrag (Betrag S) SOXMINT1 als untere Grenze SOXMINT entsprechend der Temperatur des Katalysators festgelegt.
12 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Berechnung des unteren Grenzwertes SOXMINλ entsprechend des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses dar. In einem Schritt S1101, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingelesen und in einem Schritt S1102 wird aus einem Kennliniendiagramm auf der Grundlage des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ein Betrag SOXMINλ1 ermittelt.
Das Kennliniendiagramm speichert die Daten entsprechend des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Grundlage der Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem in 17 dargestellten Betrag.
Im Schritt S1103 wird ein auf der Grundlage des Kennliniendiagramms für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ermittelter Betrag (Betrag S) SOXMINλ1 als untere Grenze SOXMINλ entsprechend des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses festgelegt.
Wie oben ausgeführt, können die untere Grenze SOXMINT entsprechend der Temperatur des Katalysators und die untere Grenze SOXMINλ entsprechend des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf einfache Weise durch Ablesen einer Tabelle bzw. eines Kennliniendiagramms festgelegt werden.
13 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Berechnung der unteren Grenze SOXMINT entsprechend der Temperatur des Katalysators dar. In einem Schritt S1201 wird eine Temperatur des Katalysators eingelesen und in einem Schritt S1202 wird die Differenz ΔT zwischen dem aktuell eingelesenen, tatsächlichen Temperaturwert und der Repräsentierenden der Temperatur des Katalysators entsprechend einer Kennlinie der Repräsentierenden der Temperatur des Katalysators und des Betrages berechnet.
In einem Schritt S1203 wird ein Korrekturkoeffizient K für die Repräsentierenden-Kennlinie wie folgt berechnet. K = ΔT × k1 (k1: konstant).
In einem Schritt S1204 wird eine Repräsentierende des Betrages SOXMINT2 mittels eines aus der Repräsentierenden-Kennlinie des Betrages der Repräsentierenden der Temperatur des Katalysators und der Beziehung zwischen der Temperatur des Katalysators und dem in 1 dargestellten Betrag erstellten Kennliniendiagramm ermittelt.
In einem Schritt S1205 wird ein der tatsächlichen Temperatur des Katalysators entsprechender Betrag SOXMINT1 auf der Grundlage der nachfolgenden Gleichung für die Repräsentierende des Betrages SOXMINT2 und den Korrekturkoeffizienten K ermittelt. SOXMINT1 = SOXMINT2 × K.
In einem Schritt S1206 wird der Betrag SOXMINT als untere Grenze SOXMINT1 entsprechend der Temperatur des Katalysators festgelegt.
14 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Berechnung der unteren Grenze SOXMINλ entsprechend des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses dar. In einem Schritt S1301 wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingelesen und in einem Schritt S1302 wird der Unterschied ΔT zwischen dem aktuell eingelesenen, tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Repräsentierenden des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechend der Repräsentierenden-Kennlinie des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und des Betrages berechnet.
In einem Schritt S1303 wird ein Korrekturkoeffizient K für die Repräsentierenden-Kennlinie wie folgt berechnet. K = Δλ × k1 (k1: konstant).
In einem Schritt S1304 wird eine Repräsentierende des Betrages SOXMINλ2 aus einem Kennliniendiagramm, das aus der Repräsentierenden-Kennlinie des Betrages der Repräsentierenden des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses besteht, sowie der Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem in 1 dargestellten Betrag ermittelt.
In einem Schritt S1305 wird ein dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechender Betrag SOXMINλ1 auf der Grundlage der nachfolgenden Gleichung für die Repräsentierende des Betrages SOXMINλ2 und den Korrekturkoeffizienten K ermittelt. SOXMINλ1 = SOXMINλ2 × K.
In einem Schritt S1306 wird der Betrag SOXMINλ als untere Grenze SOXMINλ1 entsprechend des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses berechnet.
Wie oben beschrieben kann die Datenspeichermenge eines Kennliniendiagramms als Ergebnis der Einstellung der unteren Grenzen SOXMINT, SOXMINλ entsprechend der tatsächlichen Temperatur des Katalysators und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verringert werden, indem die Repräsentierende des Wertes der unteren Grenze korrigiert wird.
19 stellt das Ergebnis des Entfernens der giftigen Substanz dar, wenn die Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz unter Verwendung der unteren Grenze durchgeführt wird. In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der NOx-Abscheidekatalysator als Abgasreinigungskatalysator verwendet, in welchem eine giftige Substanz abgelagert wird. Es ist jedoch nicht auf einen NOx-Abscheidekatalysator beschränkt. Jeder Katalysator, in welchem giftige Substanz abgelagert wird, kann verwendet werden und die Ablagerungsmenge kann mit dem gleichem Verfahren abgeschätzt werden. Die giftige Substanz ist ebenso nicht auf Schwefel beschränkt.
Während zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung nur ausgewählte Ausführungsbeispiele ausgewählt wurden, ergibt sich für den Fachmann aus dieser Offenlegung in naheliegender Weise, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
Des weiteren ist die vorangegangene Beschreibung der Ausführungsbeispiele entsprechend der vorliegenden Erfindung lediglich zur Veranschaulichung dargestellt und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist. Außerdem können Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden.
Wie oben dargelegt, wird das Entfernen der giftigen Substanz (Schwefeloxide) auf der Grundlage des Abschätzens einer Menge der giftigen Substanz, abgelagert in einem Abgasreinigungskatalysator, welcher sich in einem Auslassrohr einer Brennkraftmaschine befindet; eine untere Grenze wird entsprechend der möglichen Beseitigungsmenge der giftigen Substanz festgelegt, wobei sich die mögliche Beseitigungsmenge mit dem Zustand des Katalysators verändert und die Steuerung des Entfernens der giftigen Substanz wird beendet, wenn die abgeschätzte Menge niedriger ist als die untere Grenze.

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die aufweist: ein Auslassrohr (9) in der Brennkraftmaschine; einen Abgasreinigungskatalysator (5), angeordnet in dem Auslassrohr (9); und eine Steuerungseinrichtungseinrichtung (6), programmiert zum: Abschätzen einer Menge der giftigen Substanz, abgelagert in dem Abgasreinigungskatalysator (5); Ausführen eines Verfahrens, um die giftige Substanz zu entfernen; Reduzieren der abgeschätzten Menge auf der Grundlage einer Beseitigungsmenge der giftigen Substanz, Beenden des Verfahrens, um die giftige Substanz zu entfernen, wenn die Steuerungseinrichtung (6) festlegt, dass die abgeschätzte Menge geringer als eine untere Grenze (SOXMINT, SOXMINλ) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) außerdem programmiert ist, die untere Grenze (SOXMINT, SOXMINλ) entsprechend einer möglichen Beseitigungsmenge der giftigen Substanz festzulegen, wobei sich die mögliche Beseitigungsmenge mit einem Zustand des Abgasreinigungskatalysators (5) verändert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) die untere Grenze (SOXMINT, SOXMINλ) auf der Grundlage von zumindest einer von Katalysatortemperatur in dem Abgasreinigungskatalysator (5) und Luft-Kraftstoff-Verhältnis während des Ausführens des Verfahrens festlegt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) getrennt eine erste untere Grenze (SOXMINT) entsprechend der Katalysatortemperatur in dem Abgasreinigungskatalysator (5) und eine zweite untere Grenze (SOXMINλ) entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis separat festlegt, und eine kleinere untere Grenze aus der ersten und zweiten unteren Grenze (SOXMINT, SOXMINλ) als eine endgültige untere Grenze auswählt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) die erste untere Grenze (SOXMINT) durch Aufsuchen einer Tabelle festlegt, in der als die untere Grenze die Menge der giftigen Substanz für jede Katalysatortemperatur nach dem Ausführen des Verfahrens für eine vorbestimmte Zeit (t1) gespeichert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) die erste untere Grenze (SOXMINT) durch Aufsuchen einer Tabelle festlegt, in der als die untere Grenze die Menge der giftigen Substanz für jede Katalysatortemperatur entsprechend einer vergangenen Zeit (t1) während des Ausführens des Verfahrens gespeichert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) die erste untere Grenze (SOXMINT) durch Korrigieren einer Charakteristik der Menge der giftigen Substanz auf der Grundlage einer Differenz (ΔT) zwischen einer Repräsentierenden der Katalysatortemperatur und einer tatsächlichen Katalysatortemperatur festlegt.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) die zweite untere Grenze (SOXMINλ) durch Aufsuchen einer Tabelle festlegt, in der als die untere Grenze der Menge der giftigen Substanz für jedes Luft-Kraftstoff-Verhältnis nach dem Ausführen des Verfahrens für eine vorbestimmte Zeit (t2) gespeichert ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) die zweite untere Grenze (SOXMINλ) durch Aufsuchen einer Tabelle festlegt, in der als die untere Grenze der Menge der giftigen Substanz für jedes Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechend der vergangenen Zeit (t2) während des Ausführens des Verfahrens gespeichert ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) die zweite untere Grenze (SOXMINλ) durch Korrigieren einer Charakteristik der Menge der giftige Substanz auf der Grundlage einer Differenz (Δλ) zwischen einer Repräsentierenden des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und einem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis festlegt.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die giftige Substanz ein Schwefeloxidant (Sox) ist.
Verfahren zum Reinigen eines Abgases in einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasreinigungskatalysator (5), angeordnet in einem Auslassrohr (9), das die Schritte aufweist von: Abschätzen einer Menge einer giftigen Substanz, abgelagert in dem Abgasreinigungskatalysator (5); Ausführen eines Verfahrens, um die giftige Substanz zu entfernen; Reduzieren der abgeschätzten Menge auf der Grundlage einer Beseitigungsmenge der giftigen Substanz, Beenden des Verfahrens, um die giftige Substanz zu entfernen, wenn die abgeschätzte Menge geringer als eine unter Grenze (SOXMINT, SOXMINλ) ist, gekennzeichnet durch den Schritt von Festlegen der unteren Grenze (SOXMINT, SOXMINλ) entsprechend einer möglichen Beseitigungsmenge der giftigen Substanz entspricht, wobei sich die mögliche Beseitigungsmenge mit einem Zustand des Abgasreinigungskatalysators (5) verändert.