DE69120224T2

DE69120224T2 - Vorrichtung zur Steuerung von Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE69120224T2
Application number: DE69120224T
Authority: DE
Inventors: Shinichi Takeshima
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1990-12-07
Filing date: 1991-12-02
Publication date: 1996-11-07
Anticipated expiration: 2011-12-03
Also published as: EP0490550A3; DE69120224D1; US5172550A; JPH04209957A; EP0490550B1; EP0490550A2; JP2586218B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für eine zur Kraftstoffverbrennung bei mageren Luft/ Kraftstoff-Verhältnissen geeignete Brennkraftmaschine (einen Motor mit magerer Verbrennung) mit einem EGR-System (Abgasrückführungssystem) und mit einem Zeolith-Katalysator zur Verringerung von NOx (Mager-NOx-Katalysator), der in eine Abgasleitung der Maschine eingebaut ist.
Es ist bekannt, daß ein Zeolith-Katalysator, wenn er in eine Abgasleitung eines Motors mit magerer Verbrennung eingebaut ist, wirksam ist, um im Abgas des Motors enthaltene Stickoxide (NOx) zu verringern, wenn der Motor bei mageren Luft/ Kraftstoff-Verhältnissen betrieben wird. Der Zeolith-Katalysator benötigt jedoch Kohlenwasserstoffe (HCs), um NOx unter diesen oxidierenden Gaszuständen zu reduzieren, wie in der Japanischen Patentschrift SHO 63-283727 beschrieben ist.
Obwohl das Abgas selbst HCs enthält, ist die Menge an HC häufig für den Zeolith-Katalysator unzureichend, um leistungsfähig das NOx zu vermindern. Um das Problem des unzureichenden HC zu lösen, schlagen die Japanischen Patentschriften HEI 1-186015 und HEI 2-51741 die Anwendung der Abgasrückführung (EGR) vor.
Insbesondere offenbart die Patentschrift HEI 1-186015 ein Verfahren, um die EGR auszuführen sowie das Luft/Kraftstoff- Verhältnis zur fetteren Seite innerhalb eines mageren Luft/ Kraftstoff-Verhältnisbereichs zu verschieben, wenn die Abgastemperatur hoch ist und HC unmittelbar oxidiert wird, was in einem unzureichenden HC-Zustand resultiert. Bei diesem Verfahren wird die EGR-Rate bei mittleren Motorlasten und mittleren Motordrehzahlen vergrößert.
Die Patentschrift HEI 2-51741 offenbart ein Verfahren, um die EGR durchzuführen und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur fetteren Seite innerhalb eines mageren Luft/ Kraftstoffbereichs während einer Beschleunigung zu verschieben, wenn eine relativ große Menge an HC aus dem Motor ausgestoßen wird und deshalb die HC-Menge unzureichend ist. Bei diesem Verfahren wird die EGR-Rate (die EGR-Menge) erhöht, wenn die Abgastemperatur hoch ist.
Da der Stand der Technik lediglich die HC-Konzentration des Abgases erhöht, wird jedoch die EGR nicht wirksam für eine Steigerung eines NOx-Reinigungsgrades des Mager-NOx-Katalysators verwendet.
Vor allem wird der NOx-Reinigungsgrad des Mager-NOx-Katalysators merklich nicht nur durch die dem Katalysator zugeführte HC-Menge, sondern auch durch die HC-Zusammensetzung und die Katalysatortemperatur (oder die Abgastemperatur) beeinflußt.
Wenn die Abgastemperatur niedrig ist, so ist beispielsweise HC von kleiner relativer Molekülmasse (die Kohlenstoffzahl eines HC-Moleküls ist gleich oder kleiner als 5) wirksam, um NOx zu reinigen, und wenn die Abgastemperatur hoch ist, ist HC von großer relativer Molekülmasse (die Kohlenstoffzahl eines HC-Moleküls ist gleich oder größer als 6) für ein Reinigen von NOx wirksam. Was die Größe eines HC-Moleküls angeht, so ist HC von kleiner relativer Molekülmasse bei niedrigen Temperaturen wirkungsvoll, weil HC von kleiner relativer Molekülmasse leicht bei niedrigen Temperaturen partiell oxidiert werden kann, um zur Reduzierung von NOx fähige Radikale zu erzeugen, während HC von großer relativer Molekülmasse bei hohen Temperaturen wirksam ist, weil HC von großer relativer Molekülmasse bei hohen Temperaturen in HCS von kleiner relativer Molekülmasse gespalten wird, die wiederum partiell oxidiert werden, um Radikale zu erzeugen. Was die Katalysatortemperatur betrifft, so hat der Mager- NOx-Katalysator ein Temperaturfenster, wobei er einen hohen NOx-Reinigungsgrad entfalten kann; der Spitzen-NOx-Reinigungsgrad liegt im Bereich von 400 ºC - 500 ºC.
Ferner ändert sich die Zusammensetzung der im Abgas enthaltenen HCS mit einer Änderung der Motordrehzahl (NE) und einer Änderung der EGR-Rate. Wenn die NE zunimmt, nimmt beispielsweise die Menge an HC von großer relativer Molekülmasse im Abgas ab. Wenn die EGR-Rate größer wird, wird bei hohen Motordrehzahlen eine große Menge an HC mit großer relativer Molekülmasse erzeugt, obgleich sich die Menge an HCs mit großer relativer Molekülmasse bei niedrigen Motordrehzahlen nicht ändert. Ferner verschiebt sich im Motor mit magerer Verbrennung, wenn die EGR-Rate vergrößert wird, die Magergrenze des Motors zur fetten Seite hin. Als Ergebnis muß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einer fetteren Zone des mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisbereichs verändert werden, und damit steigt die Abgastemperatur an.
Wenn wie im Stand der Technik die EGR-Rate lediglich auf der Grundlage der HC-Konzentration festgesetzt wird, so wird folglich die EGR nicht höchst effektiv zum Reinigen von NOx verwendet, weil eine Änderung in der HC-Komponente aufgrund der EGR und eine Änderung in der Abgastemperatur aufgrund der EGR nicht in Betracht gezogen werden.
US-A-4 164 206 beschreibt eine Steuervorrichtung in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Ziel der Erfindung ist, eine verbesserte Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit magerer Verbrennung zu schaffen, wobei die EGR-Rate nicht auf der Grundlage einer Änderung in der HC-Konzentration aufgrund der EGR, sondern in übereinstimmung mit der Erfindung auf der Grundlage einer Änderung in der HC-Komponente und einer Änderung im Luft/ Kraftstoff-Verhältnis aufgrund der EGR bestimmt wird, so daß die EGR höchst effektiv zur Steigerung des NOx-Reinigungsgrades des Mager-NOx-Katalysators verwendet wird.
Die Erfindung sieht eine Steuervorrichtung in Übereinstimmung mit dem Patentanspruch 1 vor.
In der Steuervorrichtung für einen Motor mit magerer Verbrennung ist das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager und wird NOx durch den Mager-NOx-Katalysator unter oxidierenden Abgaszuständen gereinigt. Der EGR-Ventilöffnungsgrad wird durch die EGR-Steuereinrichtung berechnet, und dann wird die EGR ausgeführt. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird durch die Luft/Kraftstoff-Verhältnisregeleinrichtung auf ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis geregelt, das auf dem EGR-Ventilöffnungsgrad beruht.
Im einzelnen wird in einem niedrigen Motordrehzahlbereich der EGR-Ventilöffnungsgrad auf einen Öffnungsgrad festgesetzt, der auf dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis beruht, welcher bewirkt, daß die Abgastemperatur innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs zu liegen kommt. Als Ergebnis kann die Katalysatortemperatur auf einen Temperaturbereich geregelt werden, in dem der hohe NOx-Reinigungsgrad des Mager-NOx-Katalysators erlangt werden kann.
In einem hohen Motordrehzahlbereich wird der EGR-Ventilöffnungsgrad auf einen Öffnungsgradbereich eingeregelt, der be wirkt, daß die Menge an HC von großer relativer Molekülmasse größer als eine vorbestimmte Menge ist. Als Ergebnis wird eine hinreichende Menge an HC von großer relativer Molekülmasse erzeugt, um das NOx, selbst wenn die Motordrehzahl hoch ist, woraus eine hohe Abgastemperatur resultiert, wirksam zu reinigen.
Die obigen und weitere Ziele wie auch die Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die in den Verbindung mit den beigefügten Zeichnungegen gegeben wird, deutlicher und ohne weiteres verständlich. In den Zeichnungen ist:
Fig. 1 ein Systemdiagramm einer Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die auf irgendeine Ausführungsform dieser Erfindung anwendbar ist;
Fig. 2 ein detaillierteres Systemdiagramm der Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine von Fig. 1;
Fig. 3 ein Flußplan einer EGR-Regelung, der in einer Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;
Fig. 4 ein Flußplan zur Kraftstoffeinspritzung, der in der Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;
Fig. 5 ein Flußplan einer EGR-Regelung, der in einer Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;
Fig. 6 ein Flußplan zur Kraftstoffeinspritzung, der in der Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine in Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;
Fig. 7 eine Tabellendarstellung einer Map (Datentafel), die zur Berechnung einer Basis-EGR-Rate aus einer Motorlast und einer Motordrehzahl verwendet wird;
Fig. 8 eine graphische Darstellung einer Datentafel, die zur Berechnung eines EGR-Modifizierungsfaktors aus einer Motordrehzahl in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;
Fig. 9 eine graphische Darstellung einer Datentafel, die zur Berechnung eines Mager-Modifizierungsfaktors aus der Motordrehzahl verwendet wird;
Fig. 10 eine graphische Darstellung einer Datentafel, die zur Berechnung eines Mager-Modifizierungsfaktors aus einer Motorlast verwendet wird;
Fig. 11 eine graphische Darstellung einer Datentafel, die zur Berechnung eines EGR-Modifizierungsfaktors aus einer Motordrehzahl gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;
Fig. 12 eine Tabellendarstellung einer Datentafel, die zur Berechnung eines EGR-Modifizierungsfaktors aus der Motordrehzahl und der Motorlast in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;
Fig. 13 eine Tabellendarstellung einer Datentafel, die zur Berechnung eines EGR-Ventilöffnungsgrades aus einer Motordrehzahl und einer Motorlast in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;
Fig. 14 eine graphische Darstellung einer Datentafel, die zur Berechnung eines Mager-Modifizierungsfaktors aus einer Motorlast in Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;
Fig. 15 eine graphische Darstellung einer Datentafel, die zur Berechnung eines Mager-Modifizierungsfaktors aus einer Motordrehzahl in Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung werden nachstehend erläutert.

Erste Ausführungsform

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der Erfindung eine Brennkraftmaschine 2, die zu einer Kraftstoffverbrennung bei mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnissen imstande ist (einen Motor mit magerer Verbrennung), eine Abgasleitung 4 des Motors 2 und einen Zeolith-Katalysator (einen Mager-NOx-Katalysator) 6, der zu einer Reduzierung von Stickoxiden (NOx) unter oxidierenden Gaszuständen in Gegenwart von Kohlenwasserstoffen imstande ist. Die Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine enthält ferner einen Motordrehzahlfühler 11, um eine Ist- Drehzahl (NE) zu ermitteln, eine EGR-Steuereinrichtung 13 und eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung 16. Die EGR-Steuereinrichtung 13 schließt eine EGR-Ventil-Antriebseinrichtung 14 und eine EGR-Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinrichtung 15 ein. Die EGR-Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinrichtung 15 berechnet auf der Grundlage eines Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses einen EGR-Ventilöffnungsgrad, der bewirkt, daß die Abgastemperatur innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs zu liegen kommt, wenn die Motordrehzahl NE niedriger als eine vorbestimmte Motordrehzahl ist, und berechnet einen EGR-Ventilöffnungsgrad so, daß die Menge an HC von großer relativer Molekülmasse, die im Abgas enthalten ist, größer als ein vorbestimmter Wert ist, wenn die Motordrehzahl NE gleich der oder höher als die vorbestimmte Motordrehzahl ist. Die EGR-Ventil-Antriebseinrichtung 14 betreibt ein EGR-Ventil so, daß der Öffnungsgrad des EGR- Ventils gleich dem durch die EGR-Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinrichtung 15 berechneten EGR-Ventilöffnungsgrad ist. Die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung 16 enthält eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einstelleinrichtung 18, die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors auf ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis einstellt, das auf der Grundlage des EGR-Ventilöffnungsgrades bestimmt wird.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, besitzt der Motor 2 eine Ansaugleitung 8, und in diese Leitung 8 ist ein Druckfühler 26 eingebaut. Der Druckfühler 26 ist ein Fühler vom Halbleitertyp, der einen Ansaugdruck unmittelbar ermittelt und ein Ausgangssignal einer Analogspannung erzeugt, das zum Ansaugdruck im Verhältnis steht. Das Ausgangssignal wird einem Analog/Digital-Wandler (A/D) 51 eines Steuerkreises 40 zugeführt. In einem (nicht dargestellten) Verteiler sind ein erster Kurbelwinkelfühler 36 und ein zweiter Kurbelwinkelfühler 38 untergebracht. Bei jeder Kurbeldrehung von 720º erzeugt der erste Kurbelwinkelfühler 36 ein Impulssignal, das für eine Basisbezugsposition zur Kraftstoffeinspritzregelung verwendet wird. Der zweite Kurbelwinkelfühler 38 erzeugt bei jeder Kurbeldrehung von 30º ein Impulssignal, das als ein Interruptsignal für eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 53 des Steuerkreises 40 und als ein Signal für eine Bezugsposition für ein Starten von Steuerprogrammen der Fig. 3 und 4 verwendet wird. Das Signal vom zweiten Kurbelwinkelfühler 38 wird auch zur Berechnung einer Ist-Motordrehzahl verwendet, und insofern stellt der zweite Kurbelwinkelfühler 38 die Motordrehzahl-Ermittlungseinrichtung 11 (Fig. 1) dar. Diese Impulssignale der Kurbelwinkelfühler 36 und 38 werden einem E/A-Interface (I/O) 52 des Steuerkreises 40 zugeführt.
In der Ansaugleitung 8 ist für jeden Zylinder ein Kraftstoff- Einspritzventil 22 vorgesehen, das unter Druck stehenden Kraftstoff einer jeden Einlaßöffnung zuführt. In einem Wassermantel, der in einem Zylinderblock des Motors 2 ausgebildet ist, ist ein Wassertemperaturfühler 34 vorgesehen, um die Motorkühlwassertemperatur festzustellen. Der Wassertemperaturfühler 34 erzeugt eine analoge Spannung, die zur Motorkühl wassertemperatur THW im Verhältnis steht. Das Ausgangssignal des Wassertemperaturfühlers 34 wird dem A/D-Wandler 51 zugeführt. Ein Stellantrieb zum Betreiben eines EGR-Ventils 10 enthält einen Schrittmotor, der durch ein Ausgangssignal vom E/A-Interface (I/O) 52 des Steuerkreises 40 geregelt wird.
Der in die Abgasleitung 4 des Motors 2 eingebaute Zeolith- Katalysator (Mager-NOx-Katalysator) 6 ist aus Zeolith aufgebaut, der mindestens eine Art eines Metalls trägt, das aus der Gruppe von Übergangsmetallen und Edelmetallen ausgewählt ist, und er reduziert NOx unter oxidierenden Gaszuständen (d.h. in Abgas bei mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnissen) in Gegenwart von Kohlenwasserstoffen (HCs). Stromab vom Mager- NOx-Katalysator 6 ist ein Oxidationskatalysator 24 eingebaut, um HC und CO mit hohen Reinigungsgraden zu oxidieren. Der Oxadationskatalysator 24 kann durch einen Dreiwegekatalysator ersetzt werden.
Der Steuerkreis 40 wird von einem Mikrocomputer gebildet, der einen Festwertspeicher (ROM) 54, einen Direktzugriffspeicher (RAM) 55, einen Back-up-RAM (B-RAM) 56 und einen Taktgeberkreis 57 zusätzlich zum A/D-Wandler 51, zum E/A-Interface 52 und zur CPU 53 enthält. Ein Rückwärtszähler (C) 58, ein Flip-Flop (FF) 59 und ein Treiberkreis (D) 60 sind ferner in den Computer 40 einbezogen, um das Kraftstoff-Einspritzventil 22 zu regeln. Im einzelnen wird in einem Regelprogramm, das später mehr im einzelnen erläutert wird, wenn eine Kraftstoffeinspritzmenge TAU berechnet wird, der Wert TAU im Rück wärtszähler voreingestellt und auch der Flip-Flop 59 gesetzt. Als Ergebnis beginnt der Treiberkreis 60, das Kraftstoff-Einspritzventil 22 zu betreiben. Wenn der Rückwärtszähler 58 die Taktsignale zählt, bis ein Übertragsanschluß auf dem "1"-Pegel ist, wird der Flip-Flop 59 gesetzt und beendet der Treiberkreis 60 das Betreiben des Kraftstoff-Einspritzventils 22. Somit wird das Kraftstoff-Einspritzventil 22 für die Zeitdauer betrieben, die der Größe der Kraftstoffeinspritzmenge TAU entspricht, und deshalb wird Kraftstoff entsprechend der Menge TAU der Brennkammer der Brennkraftmaschine 2 zugeführt. Die CPU 53 wird gestartet, wenn das E/A-Interface 52 ein Impulssignal vom Kurbelwinkelfühler 38 und ein Start-Befehlssignal vom Taktgeberkreis 57 empfängt.
Die Ansaugdruckwerte PM, die Motor-Kühlwassertemperaturwerte THW und die Abgastemperaturwerte TEX werden im RAM 55 gespeichert und bei vorbestimmten Kurbelwinkeln erneuert. Die Motordrehzahlwerte NE werden bei jedem Kurbelwinkel von 30º berechnet und im RAM 55 gespeichert.
Die im Computer 40 gespeicherte und von diesem ausgeführte Regelroutine wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 erläutert.
Die Fig. 3 zeigt eine EGR-Regelroutine, welche die EGR-Steuereinrichtung der Fig. 1 konstituiert. Die EGR-Regelroutine wird bei vorbestimmten Kurbelwinkeln, z.B. bei jedem 30º-Kurbelwinkel, gestartet. Im Schritt 101 wird bestimmt, ob die EGR- Bedingung erfüllt ist oder nicht. Wenn beispielsweise der Motor aufgewärmt (z.B. wenn THW als größer als 80 ºC bestimmt wird) und die Drosselklappe nicht gänzlich geschlossen ist, kann davon ausgegangen werden, daß die EGR-Bedingung erfüllt ist.
Falls im Schritt 101 entschieden wird, daß die EGR-Bedingung nicht erfüllt ist, geht das Programm zum Schritt 102 über, in dem eine Basis-EGR-Rate BEGR auf "0" gesetzt wird.
Wird im Schritt 101 entschieden, daß die EGR-Bedingung erfüllt ist, so geht das Programm zum Schritt 103, in dem die Basis- EGR-Rate BEGR aus der Motorlast (Ansaugdruck PM) und der Motordrehzahl NE unter Verwendung der Datentafel A (s. Fig.7) berechnet wird. Die EGR-Ratewerte der Datentafel A werden durch Versuche bestimmt, so daß sowohl eine Verbesserung der Kraftstoff-Wirtschaftlichkeit sowie des Fahrgefühls und eine Verminderung in der NOx-Abgasmenge erreicht werden. Üblicherweise ist der EGR-Ratewert bei mittleren Motorlasten und mittleren Motordrehzahlen hoch. Dann geht das Programm zum Schritt 104 weiter.
Im Schritt 104 wird entschieden, ob ein Mager-Modifizierungsfaktor KLEAN kleiner als 1,0 ist oder nicht, d.h., ob der Motor bei mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnissen betrieben wird oder nicht. Wenn KLEAN kleiner als 1,0 ist, geht das Programm zum Schritt 105, und wenn KLEAN gleich oder größer als 1,0 ist, geht das Programm zum Schritt 106 über.
Im Schritt 105, wobei der Motor bei mageren Luft/Kraftstoff- Verhältnissen betrieben wird, wird ein EGR-Modifizierungsfaktor KEGR berechnet, so daß die optimale EGR für den Mager- NOx-Katalysator 6 ausgeführt wird. Im einzelnen wird der EGR- Modifizierungsfaktor KEGR aus der Motordrehzahl NE unter Verwendung der Datentafel B (s. Fig. 8) berechnet. Der EGR-Modi fizierungsfaktor KEGR ist ein Modifizierungsfaktor, um die Basis-EGR-Rate BEGR auf eine EGR-Rate zu modifizieren, die bewirkt, daß die Menge an HC von großer relativer Molekülmasse, die im Abgas enthalten ist, größer wird als eine vorbestimmte Menge, wenn die Motordrehzahl hoch ist, und um die Basis-EGR-Rate BEGR auf eine EGR-Rate zu modifizieren, die auf der Grundlage der Luft/Kraftstoff-Verhältnisse bestimmt wird, welche bewirken, daß der Mager-NOx-Katalysator 6 eine hohe NOx-Reinigungsrate entfaltet, wenn die Motordrehzahl niedrig ist. Der Schritt 105 und die Datentafel B von Fig.8 bilden die EGR-Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinrichtung 15 der Fig. 1.
Bei der ersten Ausführungsform ist der EGR-Modifizierungsfaktor KEGR größer als 1,0 bei hohen Motordrehzahlen (höher als 3200 U/min) und kleiner als 1,0 bei mittleren Motordrehzahlen, wie in der Datentafel B der Fig. 8 gezeigt ist. Da die EGR-Rate bei hohen Motordrehzahlen groß festgesetzt wird, wird die Menge an HC mit großer relativer Molekülmasse (HC- Moleküle mit einer Anzahl an Kohlenstoffatomen gleich oder größer als 6, z.B. Methylbenzol, Isooktan und Dimethylbenzol) auf eine Menge über 800 ppm vergrößert. Bei sehr hohen Motordrehzahlen (höher als 4300 U/min) wird der EGR-Modifizierungsfaktor KEGR mit 1,0 festgesetzt, so daß die Abgastemperatur an einem Ansteigen auf eine übermäßige Temperatur gehindert ist und eine thermische Zersetzung des Mager-NOx-Katalysators 6 unterdrückt wird.
Weil bei niedrigen Motordrehzahlen die Abgastemperatur üblicherweise niedrig ist, wird der EGR-Modifizierungsfaktor KEGR vergrößert, so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur fetteren Seite eines mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisbereichs verändert und die Abgastemperatur stromauf sowie in der Nachbarschaft des Mager-NOx-Katalysators 6 auf eine Temperatur höher als 380 ºC angehoben wird.
Bei mittleren Motordrehzahlen ist die Abgastemperatur üblicherweise hoch. Wenn die EGR-Rate groß festgesetzt und das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis auf die fettere Zone des mageren Luft/ Kraftstoff-Verhältnisbereichs eingestellt würde, würde die Abgastemperatur über die optimale Temperatur ansteigen, bei der der Mager-NOx-Katalysator einen maximalen NOx-Reinigungsgrad entfalten kann. Deshalb wird die EGR-Rate vermindert und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf eine magere Zone des mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisbereichs eingestellt, so daß die Abgastemperatur stromauf und in der Nachbarschaft des Mager-NOx-Katalysators 6 niedriger als 520 ºC ist. Diese KEGR-Werte werden durch Versuche bestimmt.
Im Schritt 106 wird der EGR-Modifizierungsfaktor KEGR auf 1,0 festgesetzt. Dann wird im Schritt 107 eine Ziel-EGR-Rate TEGR durch Multiplizieren der Basis-EGR-Rate BEGR mit dem EGR-Modifizierungsfaktor KEGR berechnet.
Im Schritt 108 wird ein EGR-Ventilöffnüngsgrad (eine Schrittimpulszahl), um die Ziel-EGR zu erlangen, aus der Ziel-EGR- Rate TEGR berechnet. Im Schritt 109 wird dann das EGR-Ventil zum Ziel-Öffnungsgrad hin betrieben. Hierauf kehrt das Programm zurück. In diesem Zusammenhang stellt der Schritt 109 die EGR-Ventil-Antriebseinrichtung von Fig. 1 dar.
Die Fig. 4 zeigt ein Programm zur Regelung der Kraftstoffeinspritzung, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu kontrollieren. Die Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelroutine der Fig. 4 bildet die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung 16 von Fig.1. Das Programm wird bei jeweils einem Kurbelwinkel von 30º gestartet.
Im Schritt 201 wird aus der Ist-Motorlast PM, der Ist-Motordrehzahl NE und der Ziel-EGR-Rate TEGR eine Basis-Kraftstoffeinspritzmenge TP berechnet. Im einzelnen wird eine übliche Basis-Kraftstoffeinspritzmenge TPB aus einer zweidimensionalen Datentafel von PM sowie NE berechnet und die Basis-TPB durch die Ziel-EGR-Rate TEGR unter Verwendung der folgenden Gleichung modifiziert:
TP = TPB x (1 - k1 x TEGR)
worin k1 eine Konstante ist.
Im Schritt 202 wird entschieden, ob ein Mager-Betriebszustand erfüllt ist oder nicht. Beispielsweise kann ein Zustand, wobei eine Ist-Motorkühlwassertemperatur höher als eine vorbestimmte Temperatur (z.B. 80 ºC) ist, als ein Mager-Betriebszustand angesehen werden. Wenn der Ist-Betriebszustand als kein Mager-Betriebszustand im Schritt 202 bestimmt wird, geht das Programm zum Schritt 203 über, und wenn der Ist-Betriebszustand als ein Mager-Betriebszustand im Schritt 202 bestimmt wird, so geht das Programm zum Schritt 204 weiter.
Im Schritt 203 wird der Mager-Modifizierungsfaktor KLEAN auf 1,0 festgesetzt. Im Schritt 204 wird ein Faktor KLEANPM auf der Grundlage der Motorlast PM unter der Verwendung der Datentafel C (s. Fig. 9) berechnet, und das Programm geht zum Schritt 205 weiter, in dem ein Faktor KLEANNE auf der Grundlage der Motordrehzahl NE unter Verwendung der Datentafel D (s. Fig. 10) berechnet wird. Dann wird im Schritt 206 der Mager-Modifizierungsfaktor KLEAN unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet:
KLEAN = KLEANPM * KLEANNE
Dieser Faktor KLEAN ist ein Faktor, um eine gute Kraftstoffwirtschaftlichkeit und ein ausgezeichnetes Fahrgefühl zu realisieren. Üblicherweise nimmt KLEAN einen kleinen Wert bei mittleren Motorlasten und mittleren Motordrehzahlen an.
Im Schritt 207 wird KLEAN mit TEGR unter Verwendung der folgenden Gleichung modifiziert:
KLEAN = KLEAN * (1 - k2 * TEGR)
worin k2 eine Konstante ist.
Der Grund, weshalb die oben beschriebene Modifizierung durchgeführt wird, ist folgender: wenn die EGR ausgeführt wird, verschiebt sich eine Magergrenze (wo eine merkbare Drehmomentvarianz aufzutreten beginnt) zur mageren Seite. Deshalb ist es erforderlich, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur fetteren Seite im mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisbereich verändert wird, wenn der Wert der EGR-Rate groß ist. Der Schritt 207 konstituiert die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einstelleinrichtung 18 der Fig. 1.
Im Schritt 208 wird eine endgültige Kraftstoffeinspritzmenge TAU unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet:
TAU = TP * KLEAN * a + b
worin a eine Konstante für eine Motor-Warmlaufmodifizierung und
b eine Konstante für eine Beschleunigungsmodifizierung sind.
Dann wird im Schritt 209 die Kraftstoff-Einspritzmenge TAU in den Rückwärtszähler 58 eingesetzt und der Flip-Flop 59 gesetzt, so daß die Kraftstoffeinspritzung beginnt. Wenn eine TAU entsprechende Zeitspanne verstrichen ist, wird der Flip-Flop 59 durch das Übertragsignal des Rückwärtszählers 58 zurückgesetzt, so daß die Kraftstoffeinspritzung des Zyklus endet.
Die Funktionsweise der Vorrichtung in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform wird nun erläutert. Bei der Regelung, wobei sowohl eine magere Verbrennung als auch eine EGR ausgeführt werden, werden das Luft/Kraftstoff-Verhältnis und die EGR-Rate so bestimmt, daß die Kraftstoffersparnis, das Fahrgefühl und die NOx-Ausstoßmenge alle in jedem Motorbetriebs zustand optimiert werden. Wenn die Regelung nicht optimiert wurde, würde, wenn die EGR-Rate zum Zweck der Verminderung der NOx-Menge erhöht wird, eine große Drehmomentschwankung auftreten. Wenn dann wieder das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur fetteren Seite des mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisbe reichs zum Zweck einer Verhinderung der großen Drehmomentschwankung geregelt wird, so würde die Kraftstoffwirtschaftlichkeit dann verschlechtert werden. Der obige optimierte Zustand wird erreicht, indem KLEAN (s. Schritt 206 der Fig. 4) aus der Datentafel C (Fig. 9) und der Datentafel D (Fig. 10), die durch Versuche bestimmt sind, berechnet und dann der Wert von KLEAN im Schritt 207 der Fig. 4 modifiziert wird, so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Übereinstimmung mit einer Änderung in der EGR-Rate verändert wird.
Wenn bei der ersten Ausführungsform der Motor bei mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnissen betrieben wird (d.h., KLEAN ist kleiner als 1,0), wird die Basis-EGR-Rate BEGR durch den Modifizierungsfaktor KEGR in den Schritten 105 - 107 modifiziert, womit die EGR-Rate und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (genauer die Abgastemperatur in Übereinstimmung mit dem Luft/ Kraftstoff-Verhältnis) so geregelt werden, daß der NOx-Reinigungsgrad des Mager-NOx-Katalysators 6 optimiert wird.
Vor allem wird bei einem hohen Motordrehzahlbereich, in dem die Menge an HC mit großer relativer Molekülmasse klein ist, der HC mit großer relativer Molekülmasse durch Vergrößern der EGR-Rate vermehrt. Als Ergebnis steigert im hohen Motordrehzahlbereich, in dem die Abgastemperatur hoch ist, der vermehrte HC mit großer relativer Molekülmasse wirksam den NOx- Reinigungsgrad des Mager-NOx-Katalysators 6. Bei einer sehr hohen Motordrehzahl (höher als 4300 U/min) wird die EGR-Rate- Modifizierung (und deshalb die Luft/Kraftstoff-Modifizierung) nicht ausgeführt. Das verhindert, daß die Temperatur des Zeolith-Katalysators zu einem Punkt ansteigt, der einen thermischen Zerfall des Katalysators hervorrufen würde.
Weil im niedrigen Motordrehzahlbereich die EGR-Rate erhöht und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur fetteren Seite des mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisbereichs festgesetzt wird, so daß die Abgastemperatur erhöht wird, wird auch die Katalysatortemperatur angehoben, um sich der Spitzen-NOx-Reinigunggradtemperatur anzunähern, so daß der NOx-Reinjgungsgrad des Mager-NOx-Katalysators 6 gesteigert wird. Weil ferner die EGR-Rate groß ist, ist die Menge an vom Motor ausgestoßenem NOx klein.
Weil in einem mittleren Motordrehzahlbereich die EGR-Rate vermindert und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur mageren Seite des mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisbereichs hin festgesetzt wird, wird die Abgastemperatur abgesenkt und nähert sich die Katalysatortemperatur der Spitzen-NOx-Reinigungsgradtemperatur, so daß der NOx-Reinigungsgrad des Mager-NOx-Katalysators 6 erhöht wird. Obwohl in diesem Bereich die HC-Konzentration abnimmt und die Menge an vom Motor ausgestoßenem NOx zunimmt, ist eine Erhöhung im NOx-Reinigungsgrad aufgrund der Abnahme in der Abgastemperatur größer als eine Abnahme im NOx-Reinigungsgrad aufgrund der HC-Konzentrationsabnahme sowie der NOx-Abgasmengenzunahme, so daß die Menge an zur Umgebung ausgestoßenem NOx vermindert wird.

Zweite Ausführungsform

Weil sich die zweite Ausführungsform von der ersten Ausführungsform darin unterscheidet, daß die Datentafel B der ersten Ausführungsform durch die Datentafel E (s. Fig. 11) bei der zweiten Ausführungsform ersetzt wird, wird nachstehend lediglich die Datentafel E erläutert.
Die Datentafel E unterscheidet sich von der Datentafel B darin, daß der EGR-Modifizierungsfaktor KEGR in der Datentafel E mit 1,0 bei einer niedrigen Motordrehzahl (niedriger als 1600 U/min) festgesetzt wird. Weil die Menge an vom Motor ausgestoßenem NOx bei niedrigen Motordrehzahlen hinreichend klein ist, braucht die Abgastemperatur nicht erhöht zu werden. Deshalb wird die Luft/Kraftstoff-Verhältnismodifizierung bei niedrigen Motordrehzahlen bei der zweiten Ausführungsform nicht vorgenommen. Als Ergebnis wird bei der zweiten Ausführungsform im Vergleich mit der ersten Ausführungsform die Kraftstoffersparnis verbessert. Die anderen Ausgestaltungen und die Funktion der zweiten Ausführungsform sind dieselben wie jene der ersten Ausführungsform.

Dritte Ausführungsform

Bei der dritten Ausführungsform wird der EGR-Modifizierungsfaktor KEGR aus der Motordrehzahl NE und der Motorlast PM berechnet, so daß der NOx-Reinigungsgrad des Mager-NOx-Katalysators 6 in jedem Motorbetriebszustand verbessert wird. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform im Berechnungsverfahren des Faktors KEGR im Schritt 105 der Fig. 3.
Bei der dritten Ausführungsform wird der EGR-Modifizierungsfaktor KEGR unter Verwendung der Datentafel F (s. Fig.12) aus sowohl NE wie PM berechnet. In der Datentafel F wird KEGR auf 1,0 bei hohen Motorlasten, wobei ein PM-Wert groß ist, gesetzt. Dies deswegen, weil die Motorleistung Priorität gegenüber dem NOx-Reinigungsgrad des Mager-NOx-Katalysators bei hohen Motorlasten hat und weil eine Verschlechterung des Mager-NOx-Katalysators aufgrund von Hitze, was auftreten würde, wenn die EGR-Rate auf einen Wert größer als 1,0 festgesetzt wird, vermieden werden soll.
Bei mittleren Motorlasten ist die höchste Motordrehzahl, bei welcher KEGR größer als 1,0 festgesetzt werden kann, 1200 U/min, während eine solche Motordrehzahl 1600 U/min bei niedrigen Motorlasten ist. Das beruht darauf, daß die Abgastemperatur bei mittleren Motorlasten höher als bei niedrigen Motorlasten ist. Weil das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf eine fettere Zone des mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisbereichs bei einer niedrigen Motordrehzahl festgesetzt werden kann, werden als Ergebnis sowohl eine Verbesserung des NOx- Reinigungsgrades des Mager-NOx-Katalysators 6 als auch eine Verbesserung in der Kraftstoffersparnis bei mittleren Motorlasten erreicht.
Ferner unterscheiden sich die Werte von KEGR im höheren Motordrehzahlbereich des mittleren Motorlastbereichs von denjenigen im niedrigen Motorlastbereich und werden größer als jene festgesetzt. Das deswegen, weil die Abgastemperatur bei mittleren Motorlasten höher als bei niedrigen Motorlasten ist, so daß die Tendenz besteht, HC von weniger großer relativer Molekülmasse bei mittleren Motorlasten zu erzeugen. Bei einer sehr hohen Motordrehzahl wird KEGR auf 1,0 bei einer niedrigen Motordrehzahl im mittleren Lastbereich gegenüber einem niedrigen Lastbereich vermindert, weil die Abgastemperatur die Standfestigkeit-Temperaturgrenze des Mager-NOx-Katalysators bei einer niedrigeren Drehzahl bei mittleren Motorlasten als bei niedrigen Motorlasten erreicht. Als Ergebnis kann der NOx-Reinigungsgrad des Mager-NOx-Katalysators 6 sowohl bei mittleren als auch niedrigen Motorlasten gesteigert werden. Die anderen Konstruktionen und die Funktion der dritten Ausführungsform sind dieselben wie jene der ersten Ausführungsform

Vierte Ausführungsform

Bei der vierten Ausführungsform wird der EGR-Ventilöffnungsgrad (Schrittimpulszahl) direkt, ohne die EGR-Rate zu berechnen, unter Verwendung einer EGR-Ventilöffnungsgrad-Datentafel (s. Fig. 13) berechnet, welche EGR-Ratewerte enthält, die imstande sind, den NOx-Reinigungsgrad des Mager-NOx-Katalysators 6 zu erhöhen.
Die Fig. 5 zeigt ein EGR-Steuerprogramm für die vierte Ausführungsform, das bei vorbestimmten Kurbelwinkeln gestartet wird. Der Schritt 301 ist wie der Schritt 101 der ersten Ausführungsform ein Schritt, um zu bestimmen, ob ein EGR-Zustand erfüllt wird oder nicht. Wird im Schritt 301 entschieden, daß der EGR- Zustand nicht erfüllt ist, so geht das Programm zum Schritt 302 über, in dem der EGR-Ventilöffnungsgrad SEGR (die Schrittimpulszahl) auf 0 (gänzlicher Schließzustand) gesetzt wird. Wenn im Schritt 301 entschieden wird, daß der EGR-Zustand erfüllt wird, geht das Programm zum Schritt 303 weiter.
Im Schritt 303 wird entschieden, ob das Flag XLEAN, das in einer Kraftstoffeinspritzmenge-Regelroutine für die vierte Ausführungsform, welche später beschrieben wird (Fig. 6), erneuert wird, 1 ist oder nicht. Wenn im Schritt 303 entschieden wird, daß XLEAN 1 ist, kann der Motorbetriebszustand als ein magerer Zustand angesehen werden, und das Programm geht zum Schritt 304 über. Wird im Schritt 303 XLEAN als 0 bestimmt, so ist der Betriebszustand kein Magerzustand, und das Programm geht zum Schritt 302 weiter, in dem ein EGR- Ventilöffnungsgrad SEGR auf 0 (gänzlich geschlossen) gesetzt wird.
Im Schritt 304 wird der EGR-Ventilöffnungsgrad SEGR aus der Motorlast PM und der Motordrehzahl NE unter Verwendung der Datentafel G (s. Fig. 13) berechnet. Diese Datentafel G ist eine solche, um einen EGR-Öffnungsgrad zu verwirklichen, wobei der NOx-Reinigungsgrad des Mager-NOx-Katalysators 6 optimiert wird, und sie wird durch Versuche aufgestellt. Im einzelnen werden die EGR-Ventilöffnungsgradwerte in der Datentafel G so bestimmt, um das folgende zu erfüllen: daß bei niedrigen Motordrehzahlen, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis festgesetzt wird, das bewirkt, daß die Abgastemperatur stromauf und in der Nachbarschaft des Mager-NOx-Katalysators höher als 380 ºC ist, sowohl eine kleine Drehmomentschwankung als auch eine kleine NOx-Ausstoßmenge erhalten werden; daß bei mittleren Motordrehzahlen, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis festgesetzt wird, das bewirkt, daß die Abgastemperatur niedriger als 520 ºC ist, sowohl eine kleine Drehmomentschwankung als auch eine kleine NOx-Ausstoßmenge erhalten werden; und daß bei hohen Motordrehzahlen HC von großer relativer Molekülmasse (Anzahl der C-Atome ist gleich oder größer als 6) im Abgas in einer Menge größer als 800 ppm enthalten ist und sowohl eine gute Kraftstoffwirtschaftlichkeit wie auch ein gutes Fahrverhalten erhalten werden werden. Ferner werden bei sehr hohen Motordrehzahlen (höher als 4300 U/min) die EGR-Ventilöffnungsgradwerte in der Datentafel G so bestimmt, um zu verhindern, daß der Katalysator verschlechtert wird, und um nur eine gute Kraftstoffwirtschaftlichkeit sowie ein gutes Fahrverhalten (ohne die Menge an HC von großer relativer Molekülmasse auf eine Menge über 800 ppm zu erhöhen) zu erfüllen.
Dann wird im Schritt 305 das EGR-Ventil so betrieben, daß der EGR-Ventilöffnungsgrad (die Schrittimpulszahl) SEGR ist.
Die Fig. 6 ist ein Kraftstoffeinspritzmenge-Regelprogramm für die vierte Ausführungsform, das bei vorbestimmten Kurbelwinkeln (z.B. bei einem Kurbelwinkel von jeweils 30º) gestartet wird. Im Schritt 401 wird eine Basis-Kraftstoffeinspritzmenge TP auf der Grundlage von PM, NE und SEGR berechnet. Im einzelnen wird unter Verwendung einer üblichen Basis-Kraftstoffeinspritzmenge TPB, die aus einer zweidimensionalen PM-NE- Datentafel und einem aus SEGR berechneten Basis-Kraftstoffeinspritzmenge-Modifizierungsfaktor TPEGR berechnet wird, die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge TP aus der folgenden Gleichung berechnet:
TP = TPB * (1 - TPEGR).
TPEGR hängt vom EGR-Ventilöffnungsgrad SEGR und der Motordrehzahl NE ab. Beispielsweise steht TPEGR im Verhältnis zu SEGR und im umgekehrten Verhältnis zu NE. Dieses TPEGR wird im ROM gespeichert. Aufgrund der oben beschriebenen Prozedur wird eine Verminderung in der Ansaugluftmenge, die auf die Durchführung der EGR zurückzuführen ist, in der Berechnung der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge TP in Betracht gezogen.
Im Schritt 402 wird entschieden, ob der Ist-Motorbetriebszustand ein magerer Betriebszustand ist oder nicht. Wenn die Motorkühlwassertemperatur THW höher als ein vorgegebener Wert (z.B. 80 ºC) bestimmt wird, kann beispielsweise der Betriebszustand als ein magerer Zustand angesehen werden. Wird für den Betriebszustand nicht auf einen mageren Zustand erkannt, geht das Programm zum Schritt 403 über, und wenn der Betriebszustand als ein magerer Zustand bestimmt wird, so geht das Programm zum Schritt 404 weiter. Im Schritt 403 werden der Mager-Modifizierungsfaktor KLEAN auf 1,0 und XLEAN auf 0 festgesetzt. Im Schritt 404 wird XLEAN auf 1 festgesetzt und dann geht das Programm zum Schritt 405 weiter.
Im Schritt 405 wird ein Modifizierungsfaktor KLEANPM unter Verwendung der Datentafel H auf der Grundlage von PM berechnet, und dann geht das Programm zum Schritt 406 weiter, in dem unter Verwendung der Datentafel I auf der Grundlage von NE ein Modifizierungsfaktor KLEANNE berechnet wird. Im Schritt 407 wird der Modifizierungsfaktor KLEAN unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet:
KLEAN = KLEANPM * KLEANNE.
Dieses KLEAN ist ein durch Versuche erhaltener Faktor, um das Auftreten einer Drehmomentänderung aufgrund einer Verschiebung zur mageren Seite der Magergrenze in dem Fall zu verhindern, da die EGR der Datentafel G bei mageren Basis- Luft/Kraftstoff-Verhältnissen durchgeführt wird, die sowohl eine gute Kraftstoffwirtschaftlichkeit wie eine gute Fahrfähigkeit erfüllen, wenn eine EGR nicht ausgeführt wird. In diesem Zusammenhang muß, wenn die EGR-Rate hoch ist, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einer fetteren Seite des mageren Luft/Kraftstoffbereichs verschoben werden. Insbesondere wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch KLEAN zu den folgenden Luft/Kraftstoff-Verhältnissen modifiziert: bei niedrigen Motordrehzahlen zu einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das bewirkt, daß die Abgastemperatur stromauf und in der Nachbarschaft des Mager-NOx-Katalysators höher als 380 ºC ist; bei mittleren Motordrehzahlen zu einem Luft/Kraftstoff-Verhälnis, das bewirkt, daß die Abgastemperatur stromauf und in der Nachbarschaft des Mager-NOx-Katalysators niedriger als 520 ºC ist; und bei hohen Motordrehzahlen zu einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das das Auftreten einer Drehmomentschwankung verhindert und bewirkt, daß die Menge an HC von großer relativer Molekülmasse größer als 800 ppm ist. Die Schritte 405, 406 sowie 407 und die Datentafeln H sowie I stellen die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einstelleinrichtung 18 von Fig. 1 in der vierten Ausführungsform dar.
Dann wird im Schritt 408 eine endgültige Kraftstoffeinspritzmenge TAU unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet:
TAU = TP * KLEAN * a + b
worin a ein Faktor für eine Warmlaufmodifizierung und b ein Faktor für eine Beschleunigungsmodifizierung sind.
Dann wird im Schritt 409 TAU gesetzt. Der übrige Teil des Programms ist derselbe wie derjenige der ersten Ausführungsform. Die Funktion der vierten Ausführungsform wird nun erläutert. In der vierten Ausführungsform wird auch in einem hohen Motordrehzahlbereich, in dem die Abgastemperatur ansteigt und die Menge an HC von großer relativer Molekülmasse niedrig ist, die EGR-Rate erhöht, so daß die Menge an HC von großer relativer Molekülmasse vermehrt wird, um effektiv den NOx- Reinigungsgrad zu erhöhen. In einem niedrigen Motordrehzahlbereich wird die EGR-Rate vergrößert und das Luft/Kraftstoff- Verhältnis zum fetteren Teil des mageren Luft/Kraftstoffbereichs festgesetzt, so daß die Abgastemperatur ansteigt, wodurch sich die Katalysatortemperatur der Temperatur des Spitzen-NOx-Reinigungsgrades annähert. Weil bei niedrigen Motordrehzahlen die EGR-Rate hoch ist, wird die Menge an vom Motor ausgestoßenem NOx vermindert. Weil in einem mittleren Motordrehzahlbereich die EGR-Rate verkleinert und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur mageren Seite des mageren Luft/Kraftstoff- Verhältnisbereichs eingestellt wird, wird die Abgastemperatur erniedrigt, so daß sich die Katalysatortemperatur der Temperatur des Spitzen-NOx-Reinigungsgrades annähert. Obgleich die HC-Konzentration abnimmt und die NOx-Ausstoßmenge bei mittleren Motordrehzahlen ansteigt, ist die Erhöhung im NOx-Reinigungsgrad aufgrund der Abnahme in der Abgastemperatur größer, so daß die Menge an zur Umgebung ausgestoßenem NOx verringert wird.
Obgleich bei der obigen Beschreibung der vierten Ausführungsfform die EGR lediglich in einem mageren Betriebszustandsbereich ausgeführt wird, kann die EGR bei anderen Betriebszuständen durchgeführt werden. Insbesondere kann, nachdem XLEAN zu 0 im Schritt 303 der Fig. 5 bestimmt worden ist, ein EGR- Ventilöffnungsgrad SEGR, der einem anderen Betriebszustand als dem mageren Zustand angepaßt ist, berechnet werden.
Bei der vorliegenden Erfindung werden unter Anwendung der Charakteristik, daß sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Übereinstimmung mit einer Änderung in der EGR-Rate in einem Motor mit magerer Verbrennung ändert, und der Charakteristik, daß die Menge an HC von großer relativer Molekülmasse in Übereinstimmung mit einer Zunahme in der EGR-Rate ansteigt, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis und die EGR-Rate auf ein solches Luft/Kraftstoff-Verhältnis sowie eine solche EGR-Rate eingestellt, welche bewirken können, daß sich die Abgastemperatur der Temperatur des Spitzen-NOx-Reinigungsgrades des Mager-NOx-Katalysators bei niedrigen Motordrehzahlen nähert, und die EGR-Rate wird auf eine derartige EGR-Rate eingestellt, die bewirken kann, daß die Menge an MC von großer relativer Molekülmasse im Abgas sich bei hohen Motordrehzahlen erhöht, so daß die EGR wirksam verwendet werden kann, um den NOx- Reinigungsgrad des Mager-NOx-Katalysators zu steigern.

Claims

1. Eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die ein EGR-System mit einem regelbaren EGR-Ventil sowie eine Motordrehzahlfühleinrichtung (11), um eine Motordrehzahl zu ermitteln, und eine EGR-Steuereinrichtung, um das EGR- Ventil unter Verwendung von EGR-Einstellwerten in einer vorbestimmten Beziehung mit mindestens einer Motordrehzahl zu steuern, enthält; dadurch gekennzeichnet, daß - die genannte EGR-Steuereinrichtung (13) einer Maschine (2) angepaßt ist, die zu einer Kraftstoffverbrennung bei mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnissen imstande ist sowie eine Abgasleitung (4) besitzt, in die ein Zeolith-Katalysator (6), der mindestens eine Art eines Metalls, das aus der aus Übergangsmetallen und Edelmetallen bestehenden Gruppe ausgewählt ist, enthält sowie imstande ist, Stickoxide in einem Abgas von der Maschine unter oxidierenden Gaszuständen zu reduzieren, eingebaut ist, und die eine EGR-Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinrichtung (15) sowie eine EGR-Ventil-Antriebseinrichtung (14) enthält, wobei die EGR-Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinrichtung (15) dazu eingerichtet ist, einen EGR-Ventilöffnungsgrad in einem Luft/Kraftstoff-Verhältnisbereich zu berechnen, der bewirkt, daß eine Ist-Abgastemperatur bei Motordrehzahlen unter einer vorbestimmten Motordrehzahl innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs liegt, und einen EGR- Ventilöffnungsgrad zu berechnen, der bewirkt, daß eine Menge an im Abgas enthaltenem HC von großer relativer Molekülmasse größer ist als eine vorbestimmte Menge bei Motordrehzahlen gleich der oder größer als die vorbestimmte Motordrehzahl , und zwar unter Verwendung einer eine Beziehung zwischen EGR-Einstellwerten oder EGR-Ventilöffnungsgraden und einem Motordrehzahlparameter für einen Magerverbrennungsbetrieb liefernden, durch Versuche vorher festgesetzten Datentafel (B, E, F, G), wobei die EGR-Ventilantriebseinrichtung (14) ein EGR-Ventil (10) zu dem durch die EGR-Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinrichtung berechneten EGR-Ventilöffnungsgrad hin betreibt; und - eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung (16), die eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einstelleinrichtung (18) enthält, dazu eingerichtet ist, das Luft/Kraftstoff- Verhältnis während eines Magerverbrennungsbetriebs auf ein vorbestimmtes mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das dem EGR-Ventilöffnungsgrad entspricht, einzustellen.

2. Eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, in welcher die EGR-Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinrichtung (15) eine Datentafel (B) zur Berechnung eines EGR-Modifizierungsfaktors auf der Grundlage einer Motordrehzahl enthält, wobei in der Datentafel (B) der EGR-Modifizierungsfaktor auf einen Wert gleich oder größer als 1,0 bei hohen Motordrehzahlen festgesetzt wird, so daß eine EGR-Rate erhöht wird und HC von großer relativer Molekülmasse im Abgas in einer Menge größer als 800 ppm enthalten ist.

3. Eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, in welcher in der Datentafel (B) der EGR-Modifizierungsfaktor bei sehr hohen Motordrehzahlen auf 1,0 festgesetzt wird, so daß eine Abgastemperatur an einem Ansteigen auf eine Temperatur, bei welcher der Zeolith- Katalysator infolge von Hitze zersetzt wird, gehindert ist.

4. Eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, in welcher die EGR-Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinrichtung (15) eine Datentafel (B) zur Berechnung eines EGR-Modifizierungsfaktors auf der Grundlage einer Motordrehzahl enthält, wobei in der Datentafel (B) der EGR-Modifizierungsfaktor auf einen Wert größer als 1,0 bei niedrigen Motordrehzahlen festgesetzt wird, so daß ein Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein Luft/Kraftstoff- Verhältnis geregelt wird, welches stromauf und in der Nachbarschaft des Zeolith-Katalysators (6) eine Abgastemperatur höher als 380 ºC bewirkt.

5. Eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, in welcher die EGR-Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinrichtung (15) eine Datentafel (B) zur Berechnung eines EGR-Modifizierungsfaktors auf der Grundlage einer Motordrehzahl enthält, wobei in der Datentafel (B) der EGR-Modifizierungsfaktor auf einen Wert kleiner als 1,0 bei mittleren Motordrehzahlen festgesetzt wird, so daß, sobald ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, eine Abgastemperatur niedriger als 520 ºC ist.

6. Eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, in welcher die Luft/Kraftstoff-Verhältnis Einstelleinrichtung (18) Mittel zur Erzeugung eines Mager- Modifizierungsfaktors auf der Grundlage einer Ziel-EGR- Rate enthält, so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur fetten Seite eines mageren Luft/Kraftstoffbereichs verschoben wird.

7. Eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, in welcher die EGR-Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinrichtung (15) eine Datentafel (E) zur Berechnung eines EGR-Modifizierungsfaktors auf der Grundlage einer Motordrehzahl enthält, wobei in der Datentafel (E) der EGR-Modifizierungsfaktor auf 1,0 bei niedrigen Motordrehzahlen festgesetzt wird, so daß eine Kraftstoffersparnis bei niedrigen Motordrehzahlen verbessert wird.

8. Eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, in welcher die EGR-Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinrichtung (15) eine Datentafel (F) zur Berechnung eines EGR-Modifizierungsfaktors auf der Grundlage einer Motordrehzahl und einer Motorlast enthält.

9. Eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, in welcher der EGR-Modifizierungsfaktor bei hohen Motorlasten mit 1,0 festgesetzt wird, so daß die Motorleistung bei hohen Motordrehzahlen erhöht wird.

10. Eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, in welcher der EGR-Modifizierungsfaktor auf einen Wert größer als 1,0 bei Motordrehzahlen bis zu 1200 U/min bei mittleren Motorlasten festgesetzt und auf einen Wert größer als 1,0 bei Motordrehzahlen bis zu 1600 U/min bei niedrigen Motorlasten festgesetzt wird.

11. Eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, in welcher der EGR-Modifizierungsfaktor auf einen höheren Wert bei mittleren Motorlasten als bei niedrigen Motorlasten in einem hohen Motordrehzahlbereich festgesetzt wird, so daß ein NOx-Reinigungsgrad des Zeolith-Katalysators (6) bei hohen und niedrigen Motorlasten erhöht werden kann.

12. Eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, in welcher die EGR-Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinrichtung (15) eine Datentafel (G) zur Berechnung eines EGR-Ventilöffnungsgrades direkt auf der Grundlage einer Motorlast sowie einer Motordrehzahl ohne Berechnen irgendeiner EGR-Rate enthält, wobei in der Datentafel (G) die EGR-Ventilöffnungsgradwerte festgesetzt werden, so daß in einem niedrigen Motordrehzahlbereich sowohl eine kleine Drehmomentschwankung wie auch eine kleine NOx-Ausstoßmenge erfüllt werden, sobald das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis einge stellt wird, das bewirkt, daß eine Abgastemperatur stromauf und in der Nachbarschaft des Zeolith-Katalysators (6) höher als 380 ºC ist, so daß in einem mittleren Motordrehzahlbereich sowohl eine kleine Drehmomentschwankung wie auch eine kleine NOx-Ausstoßmenge erfüllt werden, sobald das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein Luft/ Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, das bewirkt, daß die Abgastemperatur niedriger als 520 ºC ist, und so daß in einem hohen Motordrehzahlbereich eine Menge an HC von großer relativer Molekülmasse, die im Abgas enthalten ist, größer als 800 ppm ist und sowohl eine gute Kraftstoffersparnis wie auch ein gutes Fahrverhalten erlangt werden.

13. Eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, in welcher die Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Einstelleinrichtung Mittel enthält, um das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis einzustellen, das bewirkt, daß eine Abgastemperatur stromauf und in der Nachbarschaft des Zeolith-Katalysators (6) höher als 380 ºC bei niedrigen Motordrehzahlen ist, um das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein Luft/Kraftstoff- Verhältnis einzustellen, das bewirkt, daß die Abgastemperatur stromauf und in der Nachbarschaft des Zeolith-Katalysators (6) geringer als 520 ºC bei mittleren Motordrehzahlen ist, und um das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis einzustellen, das das Auftreten einer Drehmomentänderung bei EGR-Ventilöffnungsgra den, bei denen eine HC-Komponente von großer relativer Molekülmasse im Abgas größer als 800 ppm ist, verhindern kann.