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DE102019000087B4 - Verbrennungssteuerungsverfahren in einem Fahrzeugmotor und Motorsystem für Fahrzeug - Google Patents

Verbrennungssteuerungsverfahren in einem Fahrzeugmotor und Motorsystem für Fahrzeug Download PDF

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DE102019000087B4
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Abstract

Verbrennungssteuerungsverfahren in einem Fahrzeugmotor während eines Fettspitzen-Betriebs, wobei der Motor ein daran befestigtes Kraftstoffeinspritzelement und einen Abgasweg für ein aus dem Motor austretendes Abgas beinhaltet, das einen NOx-Okklusionskatalysator und einen ersten NOx-Sensor beinhaltet, der auf einer stromaufwärts gelegenen Seite des NOx-Okklusionskatalysators vorgesehen ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst von:a) Durchführen eines Fettspitzen-Betriebs in dem Motor;b) Spezifizieren eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des aus dem Motor austretenden Abgases während des Fettspitzen-Betriebs basierend auf einem ersten Ausgabewert, ausgegeben von dem ersten NOx-Sensor gemäß einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas;c) Spezifizieren einer NOx-Konzentration in dem Abgas auf der stromaufwärts gelegenen Seite des NOx-Okklusionskatalysators basierend auf einem zweiten Ausgabewert, ausgegeben von dem ersten NOx-Sensor gemäß einer NOx-Konzentration in dem Abgas; undd) Steuern eines Verbrennungszustandes des Motors während des Fettspitzen-Betriebs, wobei in dem Schritt d) ein Differenzwert P1-P0 zwischen einem Zylinderdruck P1 bei einem Abgasventilöffnungszeitpunkt in dem Motor während des Fettspitzen-Betriebs und einem Zylinderdruck P0 bei einem Abgasventilöffnungszeitpunkt in dem Motor während eines Normalbetriebs berechnet wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner als ein vorbestimmter Referenzbereich ist, der zuvor basierend auf einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt wurde, und die NOx-Konzentration einen vorbestimmten Referenzwert überschreitet, undfür den Fall, dass der Differenzwert P1-P0 den vorbestimmten Referenzbereich und P1>P0 nicht erfüllt, ein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt bei einer Nacheinspritzung aus dem Kraftstoffeinspritzelement in den Motor verzögert wird, undfür den Fall, dass der Differenzwert P1-P0 den vorbestimmten Referenzbereich und P1<P0 nicht erfüllt, der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt bei der Nacheinspritzung vom Kraftstoffeinspritzelement in den Motor vorgerückt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verbrennungssteuerung in einem Fahrzeugmotor und insbesondere die Steuerung basierend auf einer NOx-Konzentration im Abgas.
  • In den letzten Jahren haben sich Automobile mit Zylinderdrucksensoren durchgesetzt. In einem solchen Automobil kann der Verbrennungsmodus eines mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Motors für jeden Kurbelwinkel erfasst werden, indem der Druck in einem Kolben gemessen wird, wobei ein Zylinderdrucksensor, der am oberen Teil des Kolbens des Motors befestigt ist, bekannt ist (siehe WO 2011 / 117 973 A1 ). Der Verbrennungsmodus kann an Bord mit dem Zylinderdrucksensor erfasst werden; er gilt daher unter den bekannten Sensoren als einer der schnellsten und am schnellsten reagierenden Sensoren für jeden Sensor, der insbesondere an der Motorsteuerung beteiligt ist. Technisch ist es auch möglich, die Zylindertemperatur zu erfassen, indem man die momentane Änderung des Ausgabewertes vom Zylinderdrucksensor als polytrope Änderung annimmt.
  • NOx aus Automobilen, das in den letzten Jahren als Luftschadstoff galt, wird indes meist durch die Verbrennung von Stickstoff als Inertgas in einem Hochtemperaturfeld erzeugt. Außerdem besteht eine Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration im Motorzylinder (die sich aus der Ansaugsauerstoffkonzentration berechnen lässt), der Zylindertemperatur und der NOx-Erzeugung. Daher kann durch das Speichern von Informationen, die die Beziehung im Voraus im Motorsteuergerät ECU als Karte oder Funktion angeben, die Schätzung einer aus dem Motor abgegebenen NOx-Menge an Bord und in Echtzeit basierend auf Temperaturinformationen, die aus einer Ausgabe des Zylinderdrucksensors, der Ansaugluftmenge und einer Sauerstoffkonzentration des Zylinders gewonnen werden, durchgeführt werden (siehe Japanische Offenlegungsschrift JP 2009 - 287 410 A ). In diesem Fall werden das Ansaugluftvolumen und die Sauerstoffkonzentration des Zylinders basierend auf einem Zylinderdruck oder einer Ausgabe eines Luftstromsensors, einem Öffnungsquerschnitt eines Abgasrückführ-(AGR)-ventils, das eine AGR-Vorrichtung im Motor bildet, einer Ausgabe eines Drucksensors, der mit einem AGR-System ausgestattet ist, und einem Ausgabewert eines Sauerstoffsensors, der mit einem Einlasssystem oder einem Abgassystem ausgestattet ist, berechnet.
  • Die Verbrennungssteuerung des Motors basierend auf dem Ausgabewert des Zylinderdrucksensors hat folgende Probleme.
  • Erstens ist der Zylinderdrucksensor sehr reaktionsschnell, aber neben den Kosten an sich ist auch ein spezielles Steuergerät ECU für die Hochgeschwindigkeitsberechnung erforderlich. Darüber hinaus kann in Abhängigkeit von einem Fahrzeugtyp und dem Ziel des Automobils in einigen Fällen eine Vielzahl von Zylinderdrucksensoren erforderlich sein. Daher ist es in Bezug auf die Kosten und die Sicherung des Bauraums darin nachteilig.
  • Darüber hinaus ist der Zylinderdrucksensor sehr empfindlich, daher ist auch die Datenausgabemenge groß, jedoch kann die Berechnungsgeschwindigkeit des Motorsteuergerätes ECU, mit dem das dedizierte Steuergerät ECU verbunden ist, nicht mit der Ausgabe mithalten. Wenn also der Zylinderdrucksensor tatsächlich verwendet wird, werden viele der Ausgabedaten ausgedünnt, oder einige der Ausgabedaten werden der Berechnung der Motorsteuerungslogik zugeführt. Daher ist es auch unter dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit nachteilig.
  • Weiterhin kann der Zylinderdruck aufgrund der Reaktionskraft, die von Schwellen der Fahrbahnoberfläche stammt, welche von den Reifen über einen Antriebsstrang übertragen wird und entgegen der Motordrehrichtung wirkt, sofort zur Hochdruck- oder Niederdruckseite schwingen. Wenn die Motorsteuerung also basierend auf dem Ausgabewert des Zylinderdrucksensors betrieben wird, wird die Berechnung im Motorsteuergerät ECU möglicherweise durch Druckschwankungen beeinflusst, die auf einen anderen Faktor als die Verbrennung im Motor zurückzuführen sind. Insbesondere bei der Datenverarbeitung, wie z.B. der Ausdünnung der Ausgabedaten des Zylinderdrucksensors, ist er wahrscheinlich für diese Beeinflussung anfällig.
  • US 9631535 B2 beschreibt ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor. DE 10 2018 122 181 A1 beschreibt ein Partikelfilterregenerationsverfahren, umfassend Empfangen von Sensordaten zu einer Steuerung und Einstellen einer Nacheinspritzkraftstoffimpulsbreite, die für eine zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung eines Zylinders bereitgestellt wird, über die Steuerung als Reaktion auf eine Menge von inneren Resten in dem Zylinder, wie aus den Sensordaten geschätzt.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben eine Hypothese aufgestellt, in der, wenn die Menge an NOx, die aus dem Motor abgegeben wird, äquivalent ist, die Verbrennungshistorie im Motorzylinder durch die sorgfältige Untersuchung äquivalent sein sollte und es gelang, eine neue Technik der Verbrennungssteuerung des Motors basierend auf der NOx-Menge im Abgas anstelle der Verbrennungssteuerung basierend auf dem Ausgabewert des Zylinderdrucksensors zu konzipieren.
  • Auch in einem Abgasweg im Motor ist im Allgemeinen ein NOx-Reduktionskatalysator (LNT) vom Okklusionstyp zum Okkludieren bzw. Absorbieren von NOx vorgesehen, um NOx im Abgas zu reduzieren. Die LNT okkludiert NOx, während sich der Motor im Normalbetrieb befindet, und zu einem Zeitpunkt, zu dem bestimmt oder vorhergesagt wird, dass sich die Okklusionsmenge der oberen Grenze nähert, wird die NOx-Spülung durchgeführt, bei der als Nacheinspritzung eine kurzzeitige Kraftstoffeinspritzung (Fettspitze) durchgeführt wird, so dass das okkludierte NOx mit dem als Reduktionsmittel eingespritzten Kraftstoff zu N2 reduziert wird.
  • In einem solchen Fall kann der Zeitpunkt der Ausführung der NOx-Spülung zusätzlich zu einer geschätzten Okklusions-NOx-Menge bestimmt werden, die durch zeitliche Integration von Schätzwerten der NOx-Menge im Abgas geschätzt wird, basierend auf einer von einem NOx-Sensor gemessenen NOx-Menge. Die Steuerung erfolgt jedoch auf der sicheren Seite; daher besteht die Tendenz, dass die Häufigkeit von Fettspitzen hoch wird, was zu Problemen wie der Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs, dem Zufluss von Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO) auf der stromabwärts gelegenen Seite und der Verschlechterung der Fahrbarkeit durch das Drehmoment führt.
  • Obwohl in Betracht gezogen werden kann, den Fettspitzen-Betrieb basierend auf dem Überwachungsergebnis der Sauerstoffkonzentration im Abgas basierend auf der Ausgabe des Sauerstoffsensors auf der stromabwärts gelegenen Seite des LNT zu steuern, ist der Zeitpunkt der Erkennung der Anreicherung verspätet; daher gibt es Probleme in Bezug auf Echtzeiteigenschaften und Kraftstoffverbrauch. Auch wenn der A/F aufgrund des Überwachungsergebnisses im Anpassungszustand gehalten wird, ist nicht unbedingt gewährleistet, dass NOx tatsächlich geeignet reduziert wird.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben aufgrund gewissenhafter Untersuchung auch festgestellt, dass das Verbrennungssteuerungsverfahren des Motors auf Basis der vorstehend beschriebenen NOx-Menge auch für die NOx-Spülung durch Nacheinspritzung anwendbar ist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verbrennungssteuerung für einen Fahrzeugmotor und insbesondere die Steuerung basierend auf einer NOx-Konzentration in einem Abgas.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verbrennungssteuerungsverfahren in einem Motor eines Fahrzeugs während eines Fettspitzen-Betriebs, wobei der Motor ein daran befestigtes Kraftstoffeinspritzelement und einen Abgasweg für ein aus dem Motor austretendes Abgas beinhaltet, das einen NOx-Okklusionskatalysator und einen ersten NOx-Sensor beinhaltet, der auf einer stromaufwärts gelegenen Seite des NOx-Okklusionskatalysators vorgesehen ist, die Schritte von: a) Durchführen eines Fettspitzen-Betriebs in dem Motor; b) Spezifizieren eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des aus dem Motor austretenden Abgases während des Fettspitzen-Betriebs basierend auf einem ersten Ausgabewert, ausgegeben von dem ersten NOx-Sensor gemäß einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas; c) Spezifizieren einer NOx-Konzentration in dem Abgas auf der stromaufwärts gelegenen Seite des NOx-Okklusionskatalysators bzw. NOx-Speicherkatalysators bzw. NOx-Absorptionskatalysators basierend auf einem zweiten Ausgabewert, ausgegeben von dem ersten NOx-Sensor gemäß einer NOx-Konzentration in dem Abgas; und d) Steuern eines Verbrennungszustandes des Motors während des Fettspitzen-Betriebs, wobei in dem Schritt d) ein Differenzwert P1-P0 zwischen einem Zylinderdruck P1 bei einem Abgasventilöffnungszeitpunkt in dem Motor während des Fettspitzen-Betriebs und einem Zylinderdruck P0 bei einem Abgasventilöffnungszeitpunkt in dem Motor während eines Normalbetriebs berechnet wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner als ein vorbestimmter Referenzbereich ist, der zuvor basierend auf einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt wurde, und die NOx-Konzentration einen vorbestimmten Referenzwert überschreitet, und für den Fall, dass der Differenzwert P1-P0 den vorbestimmten Referenzbereich und P1 >P0 nicht erfüllt, ein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt bei einer Nacheinspritzung aus dem Kraftstoffeinspritzelement in den Motor verzögert wird, und für den Fall, dass der Differenzwert P1-P0 den vorbestimmten Referenzbereich und P1<P0 nicht erfüllt, der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt bei der Nacheinspritzung vom Kraftstoffeinspritzelement in den Motor vorgerückt wird.
  • Gemäß dem Verfahren wird die Fettspitzen-Betrieb-Steuerung in Bezug auf Echtzeiteigenschaft und Kraftstoffverbrauch durchgeführt, im Vergleich zu dem Fall, dass eine Steuerung basierend auf der Ausgabe des Sauerstoffsensors auf der stromabwärtigen Seite des NOx-Okklusionskatalysators durchgeführt wird.
  • Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Verbrennungssteuerungsverfahren während eines Fettspitzen-Betriebs eines Fahrzeugmotors bereitzustellen.
  • Figurenliste
    • 1A und 1B sind Diagramme, die grundlegende Konzepte der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung veranschaulichen;
    • 2 ist ein Diagramm, das eine Struktur für den Ein- und Auslass eines Motorsystems 1000 veranschaulicht;
    • 3 ist ein Flussdiagramm, das das spezifische Verarbeitungsverfahren der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung veranschaulicht;
    • 4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Berechnung des Verbrennungszustands in der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung veranschaulicht;
    • 5 ist ein Diagramm, das eine chronologische Änderung in einer Beziehung zwischen der NOx-Konzentration von Abgas EG aus einem Motorhauptkörper 100 und der Temperatur im Motor ab Beginn der Verbrennung veranschaulicht;
    • 6A, 6B und 6C sind Diagramme, die die Kurbelwinkelabhängigkeit einer Zylindertemperatur, eines Zylinderdrucks und einer Wärmeerzeugungsrate im Motorkörper 100 bei Diffusionsverbrennung veranschaulichen;
    • 7 ist ein Flussdiagramm, das ein spezifisches Verarbeitungsverfahren der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung während des Fettspitzen-Betriebs veranschaulicht;
    • 8A, 8B und 8C sind Diagramme, die die Kurbelwinkelabhängigkeit einer Zylindertemperatur, eines Zylinderdrucks und einer Wärmeerzeugungsrate im Motorhauptgehäuse 100 im Falle des Fettspitzen-Betriebs veranschaulichen; und
    • 9 ist ein Flussdiagramm, das eine Änderung des Verarbeitungsverfahrens der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung veranschaulicht; und
    • 10 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines NOx-Sensors NS darstellt.
  • <Grundlegende Konzeption der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung >
  • Zunächst wird die Grundkonzeption der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung (auch Gleich-NOx-Steuerung genannt) beschrieben, die ein Verbrennungssteuerungsverfahren für einen Fahrzeugmotor gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist. Die Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung ist ein Steuerungsverfahren, um den Verbrennungszustand im Motor in einem stationären Zustand zu halten. Kurz gesagt, wird die NOx-Konzentration im Abgas des Verbrennungsmotors gemessen und der Betrieb des Motors so gesteuert, dass die NOx-Konzentration im Wesentlichen konstant gehalten wird, wodurch der Zustand der Verbrennung im Motor als stationärer Zustand gehalten wird.
  • 1A und 1B sind Grafiken, die Grundkonzepte der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung in der vorliegenden Ausführungsform veranschaulichen. Konkret werden in 1A und 1B die Kurbelwinkel-Abhängigkeit (zeitlich) der Wärmeerzeugungsraten im Motor (Wärmeerzeugungsratenprofil) und Kraftstoffeinspritzimpulse zur Definition von Kraftstoffeinspritzzeitpunkt vor und nach der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung im Falle einer teilweisen Vormischungsverbrennung gemeinsam dargestellt.
  • Angezeigt durch eine gestrichelte Linie in den 1A und 1B ist ein ideales Wärmeerzeugungsratenprofil (ideales Profil) pf0 entsprechend einem bestimmten Kraftstoffeinspritzimpuls ip1. Als ideales Profil pf0 ist eine Wellenform vorzuziehen, bei der sich die Spitze auf der Verzögerungswinkelseite um etwa 5°CA vom oberen Totpunkt TDC des Kolbens befindet. Obwohl die beste Kraftstoffeffizienz erreicht wird, wenn die Verbrennungsspitze mit dem TDC übereinstimmt, wird in diesem Fall das Geräusch erheblich erhöht; daher wird allgemein angenommen, dass der leicht verzögerte Winkel vorzuziehen ist.
  • Wenn jedoch der Kraftstoffeinspritzimpuls ip1 tatsächlich gegeben ist, ändern sich die Wärmeerzeugungsraten entlang des Wärmeerzeugungsratenprofils pf1, wie durch die durchgezogene Linie in 1A angegeben, die später als das ideale Profil pf0 ist, oder entlang des Wärmeerzeugungsratenprofils pf2, wie durch die durchgezogene Linie in 1B angegeben, die in einigen Fällen früher als das ideale Profil pf0 ist. Ersteres entspricht einem Fall, in dem der Zündzeitpunkt aus irgendeinem Grund später als das Ideal ist und letzteres ebenfalls dem Fall, in dem der Zündzeitpunkt früher als das Ideal ist.
  • In der in der vorliegenden Ausführungsform durchgeführten Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung wird eine solche Abweichung des Zündzeitpunktes vom Idealzustand basierend auf einer Änderung der Konzentration des aus dem Motor abgegebenen NOx als Auslöser erkannt. Wenn bestimmt wird, dass der Zündzeitpunkt hinter dem Zündzeitpunkt im Idealzustand liegt, wie in 1A dargestellt, wird der Zündzeitpunkt vorgerückt, und wie in 1B dargestellt, wenn bestimmt wird, dass der Zündzeitpunkt früher als der Zündzeitpunkt im Idealzustand ist, wird der Zündzeitpunkt verzögert. Infolgedessen, wie auf der rechten Seite in den 1A und 1B stimmt das Wärmeerzeugungsratenprofil pf1 oder pf2 im Wesentlichen mit dem Idealprofil pf0 überein, d.h. der Verbrennungszustand des Motors nahe dem Ideal wird realisiert.
  • Indes wird in einigen Fällen, obwohl der Zündzeitpunkt dem Idealzustand entspricht, festgestellt, dass der Zylinderdruck (in-Zylinderdruck) im Motor im Vergleich zum Referenzwert übermäßig oder zu klein ist. In einem solchen Fall wird durch Einstellen des Ladedrucks durch den Turbo (Turbolader) oder die Rückführungsmenge (AGR-Menge) des Abgases am AGR ein Wärmeerzeugungsratenprofil nahe dem Idealprofil pf0 erhalten.
  • Eine solche Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung basiert auf der Annahme, das heißt der Hypothese, dass eine Zylinder-Verbrennungshistorie im Motor äquivalent ist, wenn die NOx-Konzentration im Abgas äquivalent ist.
  • Es ist zu beachten, dass die in den 1A und 1B veranschaulichten Verbrennungswellenformen einen vorgemischten Verbrennungsmodus veranschaulichen, der später als der Haupteinspritzzeitpunkt Wärme erzeugt. Die vorstehende Beschreibung gilt jedoch für den Fall der Diffusionsverbrennung, die eine Standardverbrennungsart eines Dieselmotors ist, bei der die Verbrennung während der Haupteinspritzung beginnt.
  • <Konfigurationsbeispiel des Motorsystems>
  • 2 ist ein Diagramm, das eine Struktur für den Ein- und Auslass eines Motorsystems 1000 für ein Fahrzeug darstellt, das eine Betriebsart eines Steuerziels der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist.
  • Das Motorsystem 1000 für ein in 2 dargestelltes Fahrzeug ist ein Vierzylinder-Dieselmotorsystem mit vier Zylindern (insbesondere Brennkammern) 101 in einem Motorhauptgehäuse 100, das an einem Fahrzeug montiert ist (nicht dargestellt). In der vorliegenden Beschreibung werden das Motorsystem 1000 für ein Fahrzeug und das Motorhauptgehäuse 100 manchmal einfach als Motoren ohne Unterscheidung bezeichnet. Als Motorhauptgehäuse 100 wird eine bekannte Konfiguration (sogenannte 4-Takt-Motorenkonfiguration) verwendet. Daher entfällt die detaillierte Darstellung und Beschreibung der im Motorhauptgehäuse 100 vorgesehenen Komponenten, wie Kolben, Kurbelwelle, Einlassventil, Abgasventil, Kraftstoffeinspritzvorrichtung und Kraftstoffeinspritzventil. Der Betrieb jedes Teils des Motorsystems 1000 für ein Fahrzeug wird durch die Ausführung eines vorbestimmten Fahrsteuerprogramms in einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 200 gesteuert, die dieses im Voraus speichert.
  • Im Motorsystem 1000 wird, kurz gesagt, Ansauggas (Luft) IG aus einer Ansaugöffnung 1a entnommen und über einen Ansaugweg 1 in das Motorhauptgehäuse 100 zur Verbrennung geleitet. Andererseits wird das Abgas EG aus dem Motorhauptgehäuse 100 über einen Abgasweg 2 durch eine Abgasöffnung 2a nach außen abgeleitet.
  • Ein Turbolader vom Typ Turbolader mit variabler Kapazität (VN Turbo) 11, der den Versorgungsdruck des Ansauggases IG unter Verwendung des Abgases EG aus dem Abgasweg 2 steuert, ist im jeweiligen Ansaugweg 1 und Abgasweg 2 vorgesehen. Stromabwärts von dem VN Turbo 11 ist im Ansaugweg ein wassergekühlter Ladeluftkühler 12 vorgesehen.
  • Auf der stromabwärts gelegenen Seite des VN Turbo 11 im Abgasweg 2 sind dagegen ein NOx-Reduktionskatalysator vom Okklusionstyp (LNT) 13 zur Okklusion von NOx im Abgas EG und eine Dieselpartikelentfernungsvorrichtung (DPF) 14 zum Entfernen von Partikeln (PM) im Abgas EG in dieser Reihenfolge vorgesehen, und darüber hinaus ist auf der stromabwärts gelegenen Seite eine selektive katalytische Reduktionsdenitrifikationsvorrichtung (SCR) 15 zum Abbau von NOx durch Harnstoff zusammen mit einer Harnstofflieferquelle 16 zum Zuführen von Harnstoff zum SCR 15 vorgesehen.
  • Vom Abgasweg 2 zweigt zwischen dem Motorhauptgehäuse 100 und dem VN Turbo 11 ein Abzweigweg 3 ab und ist mit dem Ansaugweg 1 auf der stromabwärts gelegenen Seite des Ladeluftkühlers 12 verbunden. Ebenso zweigt ein Abzweigweg 4 vom Abgasweg 2 zwischen dem DPF 14 und dem SCR 15 ab und ist mit dem Ansaugweg 1 auf der stromaufwärts gelegenen Seite des VN Turbo 11 verbunden. Ein AGR-Kühler 17 ist in der Mitte des Abzweigpfades 4 vorgesehen.
  • Die Abzweigwege 3 und 4 ermöglichen es, einen Teil des Abgases EG aus dem Motor in das Ansauggas IG einzumischen. Das heißt, der Teil des Abgases EG wird im Kreislauf geführt (rezirkuliert), ohne entsorgt und wieder abgesaugt zu werden. In 2 wird das dem Motorhauptgehäuse 100 zugeführte Gas gemeinsam als Ansauggas IG bezeichnet, das wie folgt kategorisiert wird, indem das Ansauggas IG aus der Ansaugöffnung 1a insbesondere als Ansauggas IG1 bezeichnet wird, und das Gas, in dem das Ansauggas IG1 mit dem durch den Abzweigweg 4 fließenden Abgas EG vermischt wird, insbesondere als Ansauggas IG2 bezeichnet wird, und das Gas, in dem das Ansauggas IG2 mit dem durch den Abzweigweg 3 fließenden Abgas EG vermischt wird, insbesondere als Ansauggas IG3 bezeichnet wird.
  • Im Ansaugweg 1 ist auf der stromaufwärts gelegenen Seite einer Abzweigung mit dem Abzweigweg 4 eine Drossel ST1 und auf der stromaufwärts gelegenen Seite einer Abzweigung mit dem Abzweigweg 3 die Drossel ST2 vorgesehen. Indes ist in der Mitte des Abzweigweges 3 ein Ventil VLV1 und in der Mitte des Abzweigweges 4 ein Ventil VLV2 vorgesehen. Das Zulaufverhältnis des Abgases EG zum Ansauggas IG wird über die Drossel ST1, ST2 und die Ventile VLV1, VLV2 gesteuert. Eine Konfiguration zum Steuern der Versorgungsmenge des Abgases EG im Ansauggas IG3 durch Steuern des Öffnens und Schließens des Ventils VLV1 wird als Hochdruck-Abgaszirkulationsvorrichtung EGR1 und eine Konfiguration zum Steuern der Versorgungsmenge des Abgases EG im Ansauggas IG2 durch Steuern des Öffnens und Schließens des Ventils VLV2 als Niederdruck-Abgaszirkulationsvorrichtung EGR2 bezeichnet.
  • Weiterhin sind im Motorsystem 1000 verschiedene Sensoren an verschiedenen Stellen vorgesehen. Insbesondere ist stromaufwärts vor der Drossel ST1 im Ansaugweg 1 ein Luftstromsensor 21 zum Erfassen der Durchflussmenge des Ansauggases IG vorgesehen, und der VN Turbo 11 ist mit einem Drehzahlsensor 22 zum Erfassen der Drehzahl der Turbine ausgestattet. Außerdem ist auf der stromabwärts gelegenen Seite des Ladeluftkühlers 12 im Ansaugweg 1 ein Feuchtesensor 23 vorgesehen. Weiterhin sind im Motorhauptgehäuse 100 ein Zuluftdrucksensor 24 und ein Zulufttemperatursensor 25 vorgesehen.
  • Andererseits werden im Abgasweg 2 die NOx-Sensoren NS (NS1, NS2, NS3) bereitgestellt, insbesondere wird jeder Sensor in der Nähe der stromaufwärts gelegenen Seite des LNT 13, in der Nähe der stromaufwärts gelegenen Seite des SCR 15 (der Harnstofflieferquelle 16) und in der Nähe der stromabwärtigen Seite des SCR 15 bereitgestellt. Zusätzlich ist ein Sauerstoffsensor OS in der Nähe der stromabwärts gelegenen Seite des DPF 14 vorgesehen. Es ist zu beachten, dass für den NOx-Sensor NS1, der in der Nähe der stromaufwärts gelegenen Seite des LNT 13 vorgesehen ist, mindestens ein Sensor verwendet wird, der so vorgesehen ist, dass die Sauerstoffkonzentration gemessen werden kann. Die Temperatursensoren 27, 28 und 29 sind in der Nähe der stromaufwärts gelegenen Seite von LNT 13, in der Nähe der stromabwärts gelegenen Seite von LNT 13 (zwischen LNT 13 und DPF 14) bzw. in der Nähe der stromabwärts gelegenen Seite von DPF 14 angeordnet. Zusätzlich ist ein Abgasdrucksensor (Differenzdrucksensor) 30 zum Erfassen der Druckdifferenz zwischen der stromaufwärts gelegenen Seite des LNT 13 und der stromabwärts gelegenen Seite des DPF 14 vorgesehen.
  • Die Erfassungssignale dieser Sensoren werden entsprechend für die Betriebssteuerung des Motorsystems 1000 durch das ECU 200 einschließlich der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung verwendet.
  • <Einzelheiten der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung>
  • Als nächstes wird der Inhalt der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung des Motorsystems 1000, durchgeführt unter der Steuerung des ECU 200 in der vorliegenden Ausführungsform, näher beschrieben. 3 ist ein Flussdiagramm, das das spezifische Verarbeitungsverfahren der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung in der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. 4 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf einer Verbrennungszustandsberechnung in der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung veranschaulicht. Darüber hinaus ist 5 eine Grafik, die eine zeitliche Veränderung der NOx-Konzentration für den Fall veranschaulicht, dass die Verbrennung im Motorhauptgehäuse 100 unter einer bestimmten Temperatur (Flammentemperatur) beginnt und dennoch eine zeitliche Veränderung in einer Beziehung (NOx-Erzeugungscharakteristik) zwischen der NOx-Konzentration im Abgas EG aus dem Motorhauptgehäuse 100 und Flammentemperaturen ab Beginn der Verbrennung darstellt. In 5 zeigt in einer Grafik CVa eine chronologische Änderung der NOx-Konzentration an, wenn die Flammentemperatur Ta ist. Weiterhin sind die 6A, 6B und 6C Grafiken, die die Kurbelwinkelabhängigkeit der Zylindertemperatur, des Zylinderdrucks und der Wärmeerzeugungsraten im Motorhauptgehäuse 100 bei der Diffusionsverbrennung veranschaulichen.
  • In der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung wird die NOx-Menge (NOx-Konzentration) im Abgas EG aus dem Motorhauptgehäuse 100 überwacht, wenn sich das mit dem Motorsystem 1000 ausgestattete Fahrzeug im Betriebszustand befindet. Diese Überwachung erfolgt durch das Erfassen des NOx im Abgas EG in vorbestimmten Intervallen durch den NOx-Sensor NS1 in der Nähe der stromaufwärts gelegenen Seite des LNT 13 (Schritt S1). Hier ist jedoch der normale Betriebszustand Gegenstand der Beschreibung. Der Inhalt der Gleich-NOx-Verbrennung während des Fettspitzen-Betriebs in Verbindung mit der Nacheinspritzung von Kraftstoff zur NOx-Spülung aus LNT 13 wird später beschrieben.
  • Im ECU 200 wird die vom NOx-Sensor NS1 erfasste NOx-Menge mit dem Referenzwert verglichen, der in einer Referenz-NOx-Emissionsmengenkarte beschrieben ist, die zuvor im ECU 200 (Schritt S2) gespeichert war. Die Referenz-NOx-Emissionsmengenkarte ist ein Datenmaterial, das durch die Abbildung des Referenzwertes der aus dem Motorhauptgehäuse 100 im Fahrzustand des Fahrzeugs abgegebenen NO-Menge in Bezug auf die Drehzahl (Einheit: U/min) und das Drehmoment (Einheit: N·m) erhalten wird. Mit anderen Worten, kann man sagen, dass die ECU 200 praktisch ein Bestimmungsmittel darstellt, um festzustellen, ob die NOx-Menge im Abgas in einen vorbestimmten Referenzbereich fällt oder nicht.
  • Solange der Differenzwert zwischen der erfassten NOx-Menge und dem in der Referenz-NOx-Emissionsmengenkarte beschriebenen Referenzwert in den vorbestimmten Referenzbereich (JA in Schritt S2) fällt, wird diese Überwachung nur fortgesetzt.
  • Andererseits, wenn die vom NOx-Sensor NS1 erfasste NOx-Menge außerhalb des Referenzbereichs (NEIN in Schritt S2) liegt, wird im ECU 200 eine so genannte Verbrennungszustandsberechnung zur Schätzung des Verbrennungszustands im Motorhauptgehäuse 100, genauer gesagt, die Kurbelwinkel-Abhängigkeit der Wärmeerzeugung (d.h. das Wärmeerzeugungsprofil), durchgeführt (Schritt S3). Daher kann man sagen, dass das ECU 200 auch praktisch ein Wärmeerzeugungsratenprofil-Schätzungsmittel zur Schätzung des Wärmeerzeugungsratenprofils im Motor darstellt.
  • Kurz gesagt, die Verbrennungszustandsberechnung wird zur Schätzung des Wärmeerzeugungsratenprofils ausgeführt, wie in 6C veranschaulicht, unter Verwendung der Ausgabe des NOx-Sensors NS1 usw., unter Ausnutzung der Beziehung, dass, wenn die Zylindertemperatur am Kurbelwinkel θ=θm (°CA) maximal wird (maximale Flammentemperatur), an dem ein bestimmter Kraftstoffeinspritzimpuls ip2 gegeben ist, wie in 6A dargestellt, wird auch der Zylinderdruck am Kurbelwinkel θ=θm (°CA) maximal, wie in 6B veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass in 6A, 6B und 6C die Kurbelwinkel des Einlassventilschließzeitpunkts IVC, des oberen Totpunkt-TDC des Kolbens und des Abgasventilöffnungszeitpunktes EVO jeweils als θα, θβ bzw. θγ definiert sind. Dies sind bekannte Werte, die entsprechend den Fahrzuständen des Fahrzeugs ermittelt werden.
  • Darüber hinaus veranschaulicht 6C nicht nur das geschätzte Wärmeerzeugungsratenprofil CV1, sondern auch die Wärmeerzeugungsprozentkurve CV2, die der kumulativen Frequenzverteilung davon entspricht. Hier werden die im Wärmeerzeugungsratenprofil CV1 markierten Punkte A bis E (bzw. Kurbelwinkel θa bis θe), die sich im Kurbelwinkel voneinander unterscheiden, jeweils wie folgt charakterisiert.
    • Punkt A: ein Punkt vor der Wärmeerzeugung, in 6C, der Punkt A wird durch den Einlassventilschließzeitpunkt IVC dargestellt, d.h. θa=θα;
    • Punkt B: ein Punkt, der als 10% Wärmeerzeugungspunkt geschätzt wird (geschätzt 10% Wärmeerzeugungspunkt);
    • Punkt C: ein Punkt, der als maximaler Wärmeerzeugungspunkt (geschätzter maximaler Wärmeerzeugungspunkt) geschätzt wird;
    • Punkt D: ein Punkt, der auf das Ende der Verbrennung geschätzt wird (geschätzter Verbrennungsendpunkt); und
    • Punkt E: ein Punkt nach der Wärmeerzeugung, in 6C, der Punkt E wird durch den Abgasventilöffnungszeitpunkt EVO dargestellt, also θe=θγ.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird der Kurbelwinkel an dem Punkt B, der den geschätzten 10% Wärmeerzeugungspunkt darstellt, als Zündzeitpunkt im Motorhauptgehäuse 100 betrachtet.
  • Zunächst wird basierend auf der Ausgabe des Eingangsdrucksensors 24 der Zylinderdruck an dem Punkt A (θ=θa=θα), der auch der Einlassventilschließzeitpunkt IVC ist, erfasst (Schritt S101).
  • Anschließend werden durch Anwenden des Ausgabewertes vom NOx-Sensor NS1 auf die in 5 dargestellte vorspezifizierte NOx-Erzeugungscharakteristik die Flammentemperatur (Verbrennungstemperatur) und die Zeit bis zu ihrer Abgabe (d.h. der Kurbelwinkel θm) erhalten (Schritt S102).
  • Die in 5 dargestellte NOx-Erzeugungscharakteristik variiert je nach verstrichener Zeit t unmittelbar nach Beginn der Verbrennung, wird aber nach ungefähr 0,1 s im Wesentlichen konstant. So ist beispielsweise die in 5 dargestellte funktionale Beziehung, angezeigt durch die NO-Konzentrationstemperaturkurve CVb an dem Punkt, an dem 0,1 s verstrichen sind, danach herzustellen. NOx im Abgas EG, das vom NOx-Sensor NS1 erfasst werden soll, erreicht die Anordnungsposition des NOx-Sensors NS1 nach einiger Zeit (mindestens 0,1 s oder mehr) ab der Erzeugung, so dass, solange der Verbrennungszustand im Motorhauptgehäuse 100 im Wesentlichen konstant gehalten wird, die Flammentemperatur unter Verwendung der NO-Konzentration-Temperaturkurve CVb spezifiziert werden kann.
  • Darüber hinaus kann aus 5 der Zeitpunkt, zu dem die NOx-Konzentration bei der Flammentemperatur nach Beginn der Verbrennung gesättigt ist, als der Zeitpunkt spezifiziert werden, zu dem die NOx-Erzeugung abgeschlossen ist. Der Zeitpunkt, zu dem die Erzeugung von NOx abgeschlossen ist, entspricht θ=θm in den 6A, 6B und 6C. Wenn beispielsweise die Flammentemperatur Ta und die NOx-Konzentration n ist, was dem Punkt P auf der NO-Konzentrationstemperaturkurve CVb entspricht, ergibt die Zeit an dem Punkt Q, an dem die NOx-Konzentration auf der Kurve CVa gesättigt ist, θ=θm.
  • Es ist bekannt, dass θ=θm im Wesentlichen mit dem 90%igen Wärmeerzeugungspunkt in der Wärmeerzeugungsprozentkurve CV2 übereinstimmt. Daher wird durch Spezifizieren θ=θm der geschätzte 90%ige Wärmeerzeugungspunkt spezifiziert. Weiterhin ist auch bekannt, dass der zentrale Kurbelwinkel zwischen dem Kurbelwinkel θm mit dem 90%igen Wärmeerzeugungspunkt und dem Kurbelwinkel θβ des oberen Totpunktes TDC dem Kurbelwinkel θc mit dem Punkt C (geschätzter maximaler Wärmeabgabepunkt) entspricht. Aus diesen Beziehungen wird daher der Kurbelwinkel θc am geschätzten maximalen Wärmeerzeugungsratenpunkt (Punkt C) abgeleitet (Schritt S103).
  • Der maximale Wärmeerzeugungsratenpunkt stimmt ungefähr mit dem 50%igen Wärmeerzeugungspunkt überein, daher kann man sagen, dass der Kurbelwinkel θc bei Punkt C den Kurbelwinkel bei dem geschätzten 50% Wärmeerzeugungspunkt angibt.
  • Dann kann durch lineare Extrapolation von dem Kurbelwinkel θm an dem 90% Wärmeerzeugungspunkt und dem Kurbelwinkel θc an dem 50% Wärmeerzeugungspunkt der Kurbelwinkel θb an Punkt B, geschätzt als der 10% Wärmeerzeugungspunkt, auch abgeleitet werden (Schritt S104). Im Ergebnis wird der Zündzeitpunkt geschätzt.
  • Anschließend wird auf der Grundlage der Ausgabe des Abgasdrucksensors 30 der Zylinderdruck P0 an Punkt E (θ=θe=θγ), der auch der Abgasventilöffnungszeitpunkt EVO ist, erfasst (Schritt S105).
  • Basierend auf dieser Verfahrensreihe, dem Wärmeerzeugungsratenprofil, kann schließlich die Wärmeerzeugungshistorie abgeschätzt werden, wenn die vom NOx-Sensor NS1 erfasste NOx-Menge außerhalb des Referenzbereichs ist (Schritt S 106).
  • Kurz gesagt, die Kurbelwinkel θb, θc, θm des 10% Wärmeerzeugungspunktes, des 50% Wärmeerzeugungspunktes und des 90% Wärmeerzeugungspunktes sind in der Wärmeerzeugungsprozentkurve CV2 spezifiziert, so dass die Funktion, die die Wärmeerzeugungsprozentkurve CV2 ergibt, abgeleitet werden kann. Und als Profil, das der erhaltenen Wärmeerzeugungsprozentkurve CV2 entspricht, wird eine Funktion, die das Wärmeerzeugungsratenprofil CV1 angibt, mit der Wärmeerzeugungsrate am Punkt C als Spitzenwert (maximale Wärmeerzeugungsrate) abgeleitet. Ein geeignetes Simulationsverfahren kann auf die spezifische Berechnung für eine solche Ableitung angewendet werden. Von den Erfindern der vorliegenden Erfindung wurde bestätigt, dass das so abgeleitete Wärmeerzeugungsratenprofil CV1 im Wesentlichen und günstig mit dem tatsächlichen Profil übereinstimmt.
  • Nachdem die Verbrennungszustandsberechnung auf die vorgenannte Weise durchgeführt und das Wärmeerzeugungsprofil geschätzt wurde, wird anschließend im ECU 200 ein Wert des das Wärmeerzeugungsprofil charakterisierenden Indexes mit einem Wert des Index im idealen Wärmeerzeugungsprofil verglichen, der aus dem Fahrzustand des Fahrzeugs bestimmt wurde, und basierend auf dem Vergleichsergebnis wird der Verbrennungszustand im Motorhauptgehäuse 100 gesteuert. Dies ist eine Betriebsart des Steuerbetriebs des ECU 200 als Steuermittel des Motorsystems 1000, die die ursprüngliche Funktion davon ist.
  • Konkret wird zunächst der geschätzte Zündzeitpunkt (Kurbelwinkel θb bei Punkt B) mit dem idealen Zündzeitpunkt, spezifiziert aus den Fahrzuständen des Fahrzeugs (Schritt S4), verglichen.
  • Für den Fall, dass der Differenzwert zwischen dem geschätzten Zündzeitpunkt und dem idealen Zündzeitpunkt einen vorbestimmten Referenzbereich (NEIN in Schritt S4) überschreitet, wird bestimmt, ob der spezifizierte Zündzeitpunkt gegenüber dem idealen Zündzeitpunkt (Schritt S5) vorgerückt (übermäßig vorgerückt) oder verzögert (übermäßig verzögert) wird. Bei Vorrücken (übermäßig vorgerückt) wird der Betriebszustand geändert (Schritt S6a), so dass der Einspritzzeitpunkt im Kraftstoffeinspritzimpuls ip2 je nach Größe der Übermäßigkeit verzögert werden kann. Bei Verzögerung (übermäßig verzögert) wird der Betriebszustand geändert (Schritt S6b), so dass der Einspritzzeitpunkt im Kraftstoffeinspritzimpuls ip2 je nach Größe der Verzögerung vorrücken kann.
  • Für den Fall, dass der Differenzwert zwischen dem geschätzten Zündzeitpunkt und dem idealen Zündzeitpunkt in den vorbestimmten Referenzbereich (JA in Schritt S4) fällt, ist der auf der Grundlage des geschätzten Wärmeerzeugungsratenprofils CV1 geschätzte maximale Zylinderdruck entweder übermäßig oder zu niedrig, verglichen mit dem aus dem Fahrzustand des Fahrzeugs (Schritt S7) spezifizierten idealen maximalen Zylinderdruck. In jedem Fall ist der Differenzwert dazwischen außerhalb des Referenzbereichs.
  • Bei übermäßigem maximalem Zylinderdruck wird der Ladedruck im VN Turbo 11 abgesenkt oder das Öffnen des Ventils VLV1 und/oder VLV2 so eingestellt, dass die Rückführungsmenge (AGR-Menge) in der Hochdruck-Abgaszirkulationsvorrichtung EGR1 und/oder der Niederdruck-Abgaszirkulationsvorrichtung EGR2 erhöht werden kann (Schritt S8a). Wenn der maximale Zylinderdruck nicht ausreicht, wird der Ladedruck im VN Turbo 11 angehoben oder das Öffnen des Ventils VLV1 und/oder VLV2 so eingestellt, dass die Rückführungsmenge (AGR-Menge) in der Hochdruck-Abgaszirkulationsvorrichtung EGR1 und/oder der Niederdruck-Abgaszirkulationsvorrichtung EGR2 vermindert werden kann (Schritt S8b).
  • Nachdem einer der Schritte S6a, S6b, S8a und S8b ausgeführt wurde, kehrt das Verfahren zu Schritt S1 zurück, um wieder NOx im Abgas EG zu überwachen, und der Vergleich in Schritt S2 wird durchgeführt. Liegt die NOx-Menge (NOx-Konzentration) im Abgas EG also noch außerhalb des Referenzbereichs, wird die Verarbeitung von Schritt S3 nach unten wiederholt. So kann beispielsweise der folgende Fall exemplarisch sein, wenn die Fahrzustände des Fahrzeugs während der Ausführung des vorstehenden Verfahrens geändert werden.
  • Durch die Durchführung des vorstehenden Verfahrens wird der Verbrennungszustand so gesteuert, dass die NOx-Menge (NOx-Konzentration) im Abgas EG auf einem Wert gehalten wird, der dem Verbrennungszustand zu diesem Zeitpunkt entspricht. Dies ist die Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung im Normalbetrieb in der vorliegenden Ausführungsform.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Verbrennungssteuerung des Motors im Normalbetrieb ohne Bereitstellung des Zylinderdrucksensors entsprechend durchgeführt werden. Es ist zu beachten, dass die vom NOx-Sensor erfasste NOx-Konzentration zwar eine größere Zeitkonstante als der Ausgabewert des Zylinderdrucksensors aufweist, die Steuerbarkeit in der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform jedoch im Wesentlichen der Steuerbarkeit in der Verbrennungssteuerung mit dem Zylinderdrucksensor entspricht, wenn man das Auftreten von Datenverdünnungen in der Verbrennungssteuerung mit dem Zylinderdrucksensor, Verzögerungen bei der Steuerung von Einlass und AGR-System und Verzögerungen im Gasfluss und dergleichen berücksichtigt. Bezüglich der ständigen Durchführung der Verbrennungssteuerung für jeden Moment, ist die Korrektur des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes mit dem Zylinderdrucksensor am schnellsten, allerdings soll die Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Korrektur durchführen, wenn in regelmäßigen Abständen eine Abweichung von einem idealen Verbrennungsmodus erkannt wird, so dass der Wert der Zeitkonstante der Ausgabe des NOx-Sensors kein besonderer Nachteil ist.
  • Auch ist der für die Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wesentliche NOx-Sensor nur der in der Nähe der stromaufwärts gelegenen Seite des LNT 13 vorgesehene NOx-Sensor, auf den ein für andere Zwecke vorgesehener NOx-Sensor umgeleitet werden kann, daher ist er kostengünstig gegenüber dem Einsatz eines teuren Zylinderdrucksensors.
  • Darüber hinaus gibt es keinen Einfluss von Schwellen auf der Fahrbahnoberfläche zum Zeitpunkt der Steuerung, die Verbrennungssteuerung mit hoher Robustheit gegen physikalische Störungen wird im Vergleich zu dem Fall durchgeführt, wenn der Zylinderdrucksensor verwendet wird, der von dem vorstehend genannten Faktor beeinflusst werden kann.
  • <Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung während Fettspitzen-Betrieb>
  • Als nächstes wird die Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung während des Fettspitzen-Betriebs, in dem die Nacheinspritzung durchgeführt wird, beschrieben. Wie später beschrieben, ist die Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung in einem solchen Fall dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Schritt zur Bestimmung der Angemessenheit der Injektionsmenge und einen Schritt zur Verbesserung des Zündzeitpunktes (Nach-Zündzeitpunkt) für die Nacheinspritzung beinhaltet. 7 ist ein Flussdiagramm, das ein spezielles Verarbeitungsverfahren der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung während des Fettspitzen-Betriebs veranschaulicht. 8A, 8B und 8C sind Grafiken, die die Kurbelwinkelabhängigkeit einer Zylindertemperatur, eines Zylinderdrucks und einer Wärmeerzeugungsrate im Motorhauptgehäuse 100 im Fall des Fettspitzen-Betriebs veranschaulichen.
  • Wenn das Fahrzeug, auf dem das Motorsystem 1000 montiert ist, zum Fettspitzen-Betrieb zur NOx-Spülung aus dem LNT 13 wechselt, berechnet das ECU 200 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) des Abgases EG aus dem Motorhauptgehäuse 100 (Schritt S201). Diese Berechnung erfolgt auf der Grundlage der Ausgabe (des Wertes der elektromotorischen Kraft zwischen vorbestimmten Elektroden) des NOx-Sensors NS1, der in der Nähe der stromaufwärts gelegenen Seite des LNT 13 bereitgestellt wird. Mit anderen Worten, kann man sagen, dass die 200 ECU praktisch Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Spezifizierungsmittel zur Spezifizierung der A/F im Abgas EG darstellen.
  • Der berechnete Wert von A/F wird mit einem zuvor anhand des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (Schritt S202) bestimmten Referenzbereich verglichen. Solange der berechnete Wert von A/F in den Referenzbereich fällt, wird diese Berechnung nur in vorbestimmten Abständen wiederholt. So wird beispielsweise der Bereich von 13,5 bis 14,0 vorzugsweise als Referenzbereich definiert.
  • Wenn indes der berechnete Wert von A/F größer als der Referenzbereich ist, d.h. wenn das Abgas EG zu mager ist, ist die Kraftstoff-Einspritzmenge in der Nacheinspritzung unzureichend, und entsprechend kann NOx aus dem LNT 13 abgeleitet werden. Daher wird die NOx-Menge (NOx-Konzentration) auf der stromabwärtigen Seite des LNT 13 durch das ECU 200 erhalten. Dies geschieht basierend auf dem Detektionsergebnis von NOx durch den NOx-Sensor NS2 auf der stromabwärts gelegenen Seite des LNT 13 (Schritt S203). Mit anderen Worten, kann man sagen, dass das ECU 200 praktisch ein nachgeschaltetes NOx-Konzentrations-Spezifizierungsmittel bedeutet.
  • Wenn die vom NOx-Sensor NS2 erfasste NOx-Menge gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Referenzwert (JA in Schritt S204) ist, wurde keine problematische NOx-Menge aus dem LNT 13 freigesetzt, und spezielle Maßnahmen sind unnötig, so dass das Verfahren wieder zu Schritt S201 zurückkehrt. Es ist zu beachten, dass ein solches Verarbeitungsverfahren ein relativ begrenzter Fall ist, z.B. wenn der LNT 13 neu ist.
  • Überschreitet dagegen die vom NOx-Sensor NS2 erfasste NOx-Menge den vorbestimmten Referenzwert (NEIN in Schritt S204), bedeutet dies, dass die Einspritzmenge des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung tatsächlich unzureichend ist; daher wird die Nacheinspritzungsmenge erhöht (Schritt S205).
  • Für den Fall, dass der berechnete Wert von A/F außerhalb des Referenzbereichs und klein ist, d.h. das Abgas EG zu fett ist, besteht indes die Möglichkeit, dass die Kraftstoff-Einspritzmenge in der Nacheinspritzung lediglich überhöht ist, dennoch besteht die Möglichkeit, dass der Verbrennungszustand im Motorhauptgehäuse 100 nicht günstig ist.
  • Um dies zu bestimmen, wird daher die NOx-Menge (NOx-Konzentration) auf der stromaufwärts gelegenen Seite des LNT 13 durch das ECU 200 erhalten. Dies geschieht basierend auf dem Detektionsergebnis von NOx durch den NOx-Sensor NS1 auf der stromaufwärts gelegenen Seite des LNT 13 (Schritt S206). Mit anderen Worten, kann man sagen, dass das ECU 200 praktisch ein Spezifizierungsmittel der NOx-Konzentration auf der stromaufwärts gelegenen Seite bedeutet.
  • Wenn die vom NOx-Sensor NS1 erfasste NOx-Menge gleich oder kleiner als der vorbestimmte Referenzwert (JA in Schritt S207) ist, bedeutet dies, dass die Kraftstoff-Einspritzmenge tatsächlich übermäßig ist, so dass die Nacheinspritzung vermindert wird (Schritt S208).
  • Wenn indes die vom NOx-Sensor NS1 erfasste NOx-Menge den vorbestimmten Referenzwert (NEIN in Schritt S207) überschreitet, führt das ECU 200 die Verbrennungszustandsberechnung (Schritt S209) analog zu Schritt S3 (3) aus.
  • Im Fall des Fettspitzen-Betriebs, wie in 8A dargestellt, ist ein Kraftstoffeinspritzimpuls ip3 gegeben, bei dem dem Kraftstoffeinspritzimpuls ip2 im Normalbetrieb eine Einspritzung zugeführt wird. Auch in diesem Fall, wie in dem in 6A dargestellten Fall, wird der Zylinderdruck unter der Annahme, dass die Zylindertemperatur am Kurbelwinkel θ=θm (°CA) maximal (maximale Flammentemperatur) wird, auch zum Kurbelwinkel θ=θm (°CA). Wie aus dem Vergleich von 6A mit 8A und weiter zwischen 6B und 8B ersichtlich, sind im Fall des Fettspitzen-Betriebs die Profilformen vor θ=θm gleich, mit der Ausnahme, dass in den Profilen der Zylindertemperatur und des Zylinderdrucks eine kleine Spitze entsprechend der Nacheinspritzung auftritt.
  • Daher wird auch in diesem Fall durch Ausführen der Verbrennungszustandsberechnung in dem in 4 dargestellten Verfahren (Schritte S101 bis S106), ähnlich dem vorstehend beschriebenen Normalbetrieb, das Wärmeerzeugungsratenprofil CV3, wie durch die durchgezogene Linie in 8C angegeben, d.h. die Wärmeerzeugungshistorie geschätzt (Schritt S106). Hier entsprechen die Punkte A bis E im Wärmeerzeugungsratenprofil CV3 jeweils den in 6C dargestellten Punkten A bis E des Wärmeerzeugungsratenprofils CV1.
  • Obwohl jedoch der Punkt E, der den Abgasventilöffnungszeitpunkt EVO angibt, als Punkt nach der Wärmeerzeugung definiert ist (d.h. ein Punkt, an dem die Wärmeerzeugungsrate 0 ist), wird im in 6C dargestellten Wärmeerzeugungsratenprofil CV1, im Wärmeerzeugungsratenprofil CV3, fällt die Wärmeerzeugungsrate an dem Punkt E nicht auf 0, weil die Nacheinspritzung durchgeführt wird. Danach wird der Zylinderdruck an dem Punkt E, der in der Verbrennungszustandsberechnung in Schritt S209 erfasst wurde, als P1 eingestellt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird die Eignung von Zündzeitpunkt in Nacheinspritzung aus dem Vergleich zwischen dem Zylinderdruck P1 und dem Zylinderdruck P0 an dem Punkt E im Normalbetrieb wie später beschrieben ermittelt. Die Spezifizierung sowohl des Zylinderdrucks P0 als auch des Zylinderdrucks P1 erfolgt im Rahmen der Verarbeitung der Verbrennungszustandsberechnung, jene Werte werden basierend auf einer Ausgabe des Abgasdrucksensors 30 am Abgasventilöffnungszeitpunkt EVO spezifiziert, so dass sie unabhängig von anderen Verfahren in der Verbrennungszustandsberechnung zur Erlangung des Wärmeerzeugungsratenprofils, also ohne Durchführung anderer Verfahren, spezifiziert werden können. Wenn also nur die Eignung von Zündzeitpunkt in der Nacheinspritzung fokussiert wird, entfällt die Schätzung des Wärmeerzeugungsratenprofils.
  • Auch im vorstehend beschriebenen Wärmeerzeugungsprofil CV3 erscheint kein Peak entsprechend der Nacheinspritzung, der als Punkt F im eigentlichen Wärmeerzeugungsratenprofil CV4 erläutert in 8C auftritt. Dennoch wird die Nacheinspritzung durchgeführt, um HC und CO als Reduktionsmittel zur Reduktion von NOx auf unvollständige Verbrennung zu liefern, und trägt nicht wesentlich zum Motordrehmoment bei; daher wird die Spitze bei der gleichen NOx-Steuerung nicht berücksichtigt.
  • Nachdem die Verbrennungszustandsberechnung durchgeführt und das Wärmeerzeugungsratenprofil CV3 geschätzt wurde, wird anschließend ein das Wärmeerzeugungsratenprofil CV3 charakterisierender Wert mit einem vorbestimmten Wert im ECU 200 verglichen, und der Verbrennungszustand des Motorhauptgehäuses 100 während des Fettspitzen-Betriebs wird basierend auf dem Vergleichsergebnis gesteuert, dies ist auch eine Art des Steuerbetriebs des ECU 200 als Steuermittel des Motorsystems 1000, das dessen ursprüngliche Funktion ist.
  • Insbesondere wird zunächst der Zylinderdruck P1 an dem Punkt E während des Fettspitzen-Betriebs mit dem Zylinderdruck P0 an dem Punkt E im Normalbetrieb verglichen. Und ob der Zündzeitpunkt (Nach-Zündzeitpunkt) in der Nacheinspritzung der Referenz entspricht oder nicht, wird danach bestimmt, ob der Differenzwert P1-P0 dazwischen dem vorbestimmten Referenzbereich entspricht (Schritt S210) oder nicht.
  • Für den Fall, dass der Differenzwert P1-P0 den Referenzbereich nicht erfüllt und somit bestimmt wird, dass der Nach-Zündzeitpunkt den Referenzbereich nicht erfüllt (NEIN in Schritt S210), wird bestimmt, ob der ideale Zündzeitpunkt gegenüber dem idealen Zündzeitpunkt (Schritt S5) vorgerückt (übermäßig vorgerückt) oder verzögert (übermäßig verzögert) ist. Insbesondere für den Fall, dass der Differenzwert P1-P0 den Referenzbereich nicht erfüllt und P1>P0 erfüllt, wird bestimmt, dass der Nacheinspritzungszeitpunkt übermäßig vorgerückt ist, während im Fall, dass der Differenzwert P1-P0 den Referenzbereich nicht erfüllt und P1<P0 erfüllt, bestimmt wird, dass der Nacheinspritzungszeitpunkt übermäßig verzögert ist.
  • Bei übermäßigem Vorrücken des Nach-Zündzeitpunktes wird der Betriebszustand so geändert, dass der Nacheinspritzungszeitpunkt im Kraftstoffeinspritzimpuls ip3 entsprechend dem vorgerückten Winkel (Schritt S212a) verzögert wird. Wenn der Nach-Zündzeitpunkt nach dem Zündzeitpunkt übermäßig verzögert ist, wird der Betriebszustand so geändert, dass der Nacheinspritzungszeitpunkt im Kraftstoffeinspritzimpuls ip3 entsprechend dem verzögerten Winkel (Schritt S212b) vorgerückt wird.
  • Für den Fall, dass der Differenzwert P1-P0 den Referenzbereich erfüllt und somit bestimmt wird, dass der Nach-Zündzeitpunkt den Referenzbereich erfüllt (JA in Schritt S210), ist der auf Basis des geschätzten Wärmeerzeugungsratenprofils CV3 geschätzte maximale Zylinderdruck im Vergleich zum aus dem Betriebszustand des Fahrzeugs (Schritt S213) spezifizierten idealen maximalen Zylinderdruck entweder übermäßig oder zu niedrig. In jedem Fall ist der Differenzwert dazwischen außerhalb des Referenzbereichs.
  • Im Fall von übermäßig wird der Ladedruck im VN Turbo 11 abgesenkt oder das Öffnen des Ventils VLV1 und/oder VLV2 so eingestellt, dass die Rückführungsmenge (AGR-Menge) in der Hochdruck-Abgaszirkulationsvorrichtung AGR1 und/oder der Niederdruck-Abgaszirkulationsvorrichtung AGR2 erhöht werden kann (Schritt S214a). Im Fall einer Unterversorgung wird der Ladedruck im VN Turbo 11 angehoben oder die Öffnung des Ventils VLV1 und/oder VLV2 so eingestellt, dass die Rückführungsmenge (AGR-Menge) in der Hochdruck-Abgaszirkulationsvorrichtung AGR1 und/oder der Niederdruck-Abgaszirkulationsvorrichtung AGR2 vermindert werden kann (Schritt S214a).
  • Nachdem einer der Schritte S205, S208, S212a, S212b, S214a und S214b durchgeführt wurde, kehrt das Verfahren wieder zu Schritt S201 zurück, um NOx im Abgas EG zu überwachen, und der Vergleich in Schritt S202 wird durchgeführt. Liegt die NOx-Menge (NOx-Konzentration) im A/F also noch außerhalb des Referenzbereichs, wird die Verarbeitung ab Schritt S203 nach unten oder Schritt S206 nach unten wiederholt. So kann beispielsweise der folgende Fall exemplarisch sein, wenn beispielsweise die Fahrzustände des Fahrzeugs während der Ausführung des vorstehenden Verfahrens geändert werden.
  • Durch die Durchführung des vorstehenden Verfahrens wird der Verbrennungszustand für Nacheinspritzung so gesteuert, dass der A/F und die NOx-Menge (NOx-Konzentration) im Abgas EG auf einem Wert gehalten werden, der der Fettspitzen-Betriebsbedingung zu dem Zeitpunkt entspricht. Dies ist die Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung beim Fettspitzen-Betrieb in der vorliegenden Ausführungsform.
  • Das heißt, gemäß der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform kann neben der Verbrennungssteuerung des Motors im Normalbetrieb auch die Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung im Fettspitzen-Betrieb entsprechend durchgeführt werden.
  • In der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Ausgabe des NOx-Sensors NS1 auf der stromaufwärts gelegenen Seite des LNT 13 verwendet. Auf der anderen Seite wird der Fettspitzen-Betrieb auf konventionelle Weise basierend auf dem Überwachungsergebnis der Sauerstoffkonzentration im Abgas basierend auf der Ausgabe des Sauerstoffsensors OS auf der stromabwärts gelegenen Seite des LNT 13 gesteuert. Da der Zeitpunkt der Erkennung der Anreicherung auf diese Weise langsam ist, kann man sagen, dass die Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf Echtzeiteigenschaft und Kraftstoffverbrauch der herkömmlichen Art überlegen ist.
  • <Modifizierung von Gleich-NOx-Steuerung im Normalbetrieb>
  • 9 ist ein Flussdiagramm, das eine Modifizierung des Verarbeitungsverfahrens der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung, veranschaulicht in 7, erläutert. In der Modifizierung wird als Voraussetzung der Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung die AGR-Rate, wenn das Fahrzeug, auf dem sich das Motorsystem 1000 befindet, im Betriebszustand vorliegt, in vorbestimmten Intervallen überwacht (Schritt S301). Die AGR-Rate ergibt sich als Verhältnis der rückgeführten Abluft zur gesamten Ansaugluft (Gemisch aus Frischluft und rückgeführtem Abgas). Hier wird die Frischlufteinlassmenge aus der Durchflussmenge der vom Luftstromsensor 21 vorgegebenen Frischluft gewonnen. Die Sauerstoffmenge im rezirkulierten Abgas wird indes aus der Sauerstoffkonzentration im Abgas EG gewonnen, die durch den NOx-Sensor NS1, vorgesehen in der Nähe der stromaufwärts gelegenen Seite des LNT 13, und die Durchflussmenge des in den Ansaugweg 1 durch die Abzweigwege 3 und 4 rezirkulierten Abgases, die aus den Öffnungen der Ventile VLV1 und VLV2 vorgegeben ist, festgelegt wird. Auch die Sauerstoffkonzentration in der Frischluft ist bekannt, da die Sauerstoffkonzentration in der atmosphärischen Luft damit übereinstimmt. Die Sauerstoffkonzentration in der Abluft wird aus der Sauerstoffkonzentration, ausgegeben von dem Sauerstoffsensor OS, und dem NOx-Sensor NS, vorgesehen am Abgassystem, ermittelt.
  • Im ECU 200 wird die erhaltene AGR-Rate mit der AGR-Rate im Anpassungszustand verglichen, der in der zuvor im ECU 200 (Schritt S302) gespeicherten AGR-Karte beschrieben ist. Hier ist die AGR-Rate im Anpassungszustand der Wert der AGR-Rate, wenn der Kompromiss zwischen Abgasmenge und Kraftstoffverbrauch optimiert wird. Die AGR-Rate im Anpassungszustand wird entsprechend dem Drehmoment und der Motordrehzahl bestimmt und im ECU 200 im Voraus als AGR-Karte gespeichert. Mit anderen Worten, kann man sagen, dass die 200 ECU praktisch ein Bestimmungsmittel darstellen, um festzustellen, ob die AGR-Rate in dem vorbestimmten Referenzbereich liegt.
  • Solange die erhaltene NOx-Menge und der Differenzwert zwischen der AGR-Rate im Anpassungszustand und dem Referenzwert in den vorbestimmten Referenzbereich fällt (JA in Schritt S302), wird diese Überwachung nur fortgesetzt.
  • Liegt die AGR-Rate dagegen außerhalb des Referenzbereichs (NEIN in Schritt S302), wird die NOx-Menge (NOx-Konzentration) im Abgas EG aus dem Motorhauptgehäuse 100 gewonnen. Ein solches Verfahren wird, wie in Schritt S1 (3), durch Erfassen des NOx im Abgas EG durch den NOx-Sensor NS1 in der Nähe der stromaufwärts gelegenen Seite des LNT 13 (Schritt S303) durchgeführt.
  • Im ECU 200 wird die vom NOx-Sensor NS1 erfasste NOx-Menge mit dem in der Referenz-NOx-Emissionsmengenkarte beschriebenen Referenzwert verglichen, der im ECU 200 wie in Schritt S2 (3) (Schritt S304) im Voraus gehalten wird.
  • Wenn der Differenzwert zwischen der erfassten NOx-Menge und dem in der Referenz-NOx-Emissionsmengenkarte für den Fall beschriebenen Referenzwert in dem vorbestimmten Referenzbereich (JA in Schritt S304) liegt, wird die AGR-Rate erneut überwacht. Der Nachweis der NOx-Menge kann jedoch wiederholt werden.
  • Liegt dagegen die vom NOx-Sensor NS1 erfasste NOx-Menge außerhalb des Referenzbereichs (NEIN in Schritt S304), wird die gleiche Verarbeitung wie bei Schritt S5 von unten in 3 durchgeführt.
  • Wenn sich die Sauerstoffkonzentration im Abgas ändert, wird davon ausgegangen, dass sich auch die NOx-Konzentration ändert, und bei Verwendung des NOx-Sensors NS mit der später beschriebenen Konfiguration ist die Reaktion des Sensors auf Sauerstoff höher als die Reaktion des Sensors auf NOx. Wenn zunächst bestimmt wird, ob die AGR-Rate den Referenzbereich vor der durchzuführenden Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung erfüllt oder nicht, indem die Änderung der Sauerstoffkonzentration auf ein Kriterium festgelegt wird, wird schnell und günstig bestimmt, ob die Gleich-NOx-Verbrennungssteuerung mit der Ausführung beginnen kann oder nicht.
  • <Konfigurationsbeispiel des NOx-Sensors>
  • 10 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Konfigurationsbeispiel des im Motorsystem 1000 verwendeten NOx-Sensors NS darstellt. Im Folgenden wird bezüglich der Konfiguration des NOx-Sensors NS ein Sensorelement N101, das eine Hauptkomponente davon ist, im Wesentlichen beschrieben. Die Konfiguration des im Motorsystem 1000 verwendeten NOx-Sensors NS ist jedoch nicht auf die in 10 dargestellte Konfiguration beschränkt.
  • Das Sensorelement N101, das die Hauptkomponente des NOx-Sensors NS ist, weist eine Struktur auf, die eine erste Substratschicht N1, eine zweite Substratschicht N2, eine dritte Substratschicht N3, eine erste Festelektrolytschicht N4, eine Abstandshalterschicht N5 und eine zweite Festelektrolytschicht N6 beinhaltet, die jeweils aus einer sauerstoffionenleitenden Festelektrolytschicht wie Zirkoniumdioxid (ZrO2) gebildet sind, und die vorstehenden Schichten sind in dieser Reihenfolge von der Unterseite in der Zeichnung auflaminiert. Darüber hinaus ist der Festelektrolyt, der die sechs Schichten bildet, dicht und gasdicht. Ein solches Sensorelement N101 wird beispielsweise dadurch hergestellt, dass eine keramische Grünplatte, die jeder Schicht entspricht, einer vorbestimmten Verarbeitung und Bedruckung eines Schaltungsmusters unterzogen, darauf laminiert und dann zum Zusammenfügen gebrannt wird.
  • Zwischen der Unterseite der zweiten Festelektrolytschicht N6 und der Oberseite der ersten Festelektrolytschicht N4, die ein Endabschnitt des Sensorelements N101 sind, sind eine Gaseintrittsöffnung N10, ein ersters Diffusionssteuerteil N11, ein Pufferraum N12, ein zweites Diffusionssteuerteil N13, ein erster Innenraum N20, ein drittes Diffusionssteuerteil N30 und ein zweiter Innenraum N40 so nebeneinander ausgebildet, dass sie in dieser Reihenfolge kommunizieren.
  • Die Gaseintrittsöffnung N10, der Pufferraum N12, der erste Innenraum N20 und der zweite Innenraum N40 sind so vorgesehen, dass die Abstandshalterschicht N5 ausgehöhlt ist, und sind ein Innenraum im Sensorelement N101, bei dem der obere Teil durch die Unterseite der zweiten Festelektrolytschicht N6, der untere Teil durch die Oberseite der ersten Elektrolytschicht N4 und ein Seitenteil durch die Seitenfläche der Abstandshalterschicht N5 definiert ist.
  • Das erste Diffusionssteuerteil N11, das zweite Diffusionssteuerteil N13 und das dritte Diffusionssteuerteil N30 sind alle als zwei seitlich lange Schlitze vorgesehen (die Öffnung hat eine Längsrichtung in einer Richtung senkrecht zur Zeichnung). Der Anteil von der Gaseintrittsöffnung N10 bis zum zweiten Innenraum N40 wird auch als Gasfluss-Anteil bezeichnet.
  • An einer Position, die weiter von der Endseite entfernt ist als der Gasfluss-Anteil, ist ein Referenzgaseinleitungsraum N43 vorgesehen, die Position des Referenzgaseinleitungsraums N43 ist zwischen der Oberseite der dritten Substratschicht N3 und der Unterseite der Abstandshalterschicht N5 definiert, und der Seitenteil davon ist durch die Seitenfläche der ersten Festelektrolytschicht N4 definiert. So wird beispielsweise atmosphärische Luft in den Referenzgaseinleitungsraum N43 als Referenzgas zur Messung der NOx-Konzentration eingeleitet.
  • Eine Atmosphäreneinleitungsschicht N48 ist eine Schicht aus porösem Aluminiumoxid und ein Referenzgas wird über den Referenzgaseinleitungsraum N43 in die atmosphärische Einleitungsschicht N48 eingebracht. Weiterhin ist die atmosphärische Luft-Einleitungsschicht N48 so ausgebildet, dass eine Referenzelektrode N42 abgedeckt ist.
  • Die Referenzelektrode N42 ist eine Elektrode, die so ausgebildet ist, dass sie zwischen der Oberseite der dritten Substratschicht N3 und der ersten Festelektrolytschicht N4 angeordnet wird. Wie vorstehend beschrieben, ist die atmosphärische Luft-Einleitungsschicht N48, die den Referenzgaseinleitungsraum N43 erreicht, in der Umgebung der Referenzelektrode N42 vorgesehen. Darüber hinaus kann, wie später beschrieben, mit Hilfe der Referenzelektrode N42 die Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) im ersten Innenraum N20 und im zweiten Innenraum N40 gemessen werden.
  • Im Gasfluss-Anteil ist die Gaseintrittsöffnung N10 ein Anteil, der nach außen geöffnet ist, und ein Messgas wird aus dem Außenraum durch die Gaseintrittsöffnung N10 in das Sensorelement N101 geleitet.
  • Das erste Diffusionssteuerteil N11 ist ein Teil, das dem Messgas aus der Gaseintrittsöffnung N10 einen vorbestimmten Diffusionswiderstand verleiht.
  • Der Pufferraum N12 ist ein Raum, in dem das vom ersten Diffusionssteuerteil N11 in das zweite Diffusionssteuerteil N13 eingeleitete Messgas eingeleitet wird.
  • Das zweite Diffusionssteuerteil N13 ist ein Teil, das dem aus dem Pufferraum N12 in den ersten Innenraum N20 eingeleiteten Messgas einen vorbestimmten Diffusionswiderstand verleiht.
  • Wird das Messgas von der Außenseite des Sensorelements N101 in den ersten Innenraum N20 eingeleitet, wird das Messgas aus der Gaseintrittsöffnung N10 durch die Druckschwankungen des Messgases im Außenraum (Pulsation des Abgasdrucks, falls das Messgas das Abgas des Automobils ist) nicht direkt in den ersten Innenraum N20 eingeleitet, sondern wird in den ersten Innenraum N20 eingebracht, nachdem die Konzentrationsschwankung des Messgases durch das erste Diffusionssteuerteil N11, den Pufferraum N12 und das zweite Diffusionssteuerteil N13 aufgehoben wird. Dadurch ist die Konzentrationsschwankung des im ersten Innenraum N20 eingeleiteten Messgases meist vernachlässigbar.
  • Der erste Innenraum N20 ist als Raum zum Einstellen des Sauerstoffpartialdrucks im Messgas vorgesehen, das durch das zweite Diffusionssteuerteil N13 eingeleitet wird. Der Sauerstoffpartialdruck wird durch den Betrieb einer Hauptpumpenzelle N21 eingestellt.
  • Die Hauptpumpenzelle N21 ist eine elektrochemische Pumpenzelle, die aus einer inneren Pumpelektrode N22 mit einem Deckenelektrodenanteil N22a, die auf der im Wesentlichen gesamten Unterseite der dem ersten Innenraum N20 zugewandten zweiten Festelektrolytschicht N6 vorgesehen ist, einer äußeren Pumpelektrode N23, die in einer Art und Weise einem Außenraum in einem dem Deckenelektrodenanteil N22a entsprechenden Bereich ausgesetzt ist, und einer zweiten Festelektrolytschicht N6 besteht, die zwischen den Elektroden angeordnet ist.
  • Die innere Pumpelektrode N22 ist so ausgebildet, dass sich die innere Pumpelektrode N22 über den oberen und unteren Festelektrolytschichten (der zweiten Festelektrolytschicht N6 und der ersten Festelektrolytschicht N4) erstreckt, die den ersten Innenraum N20 und die Abstandshalterschicht N5 als Seitenwand definieren. Insbesondere wird der Deckenelektrodenanteil N22a auf der Unterseite der zweiten Festelektrolytschicht N6, die als Deckenfläche des ersten Innenraumes N20 dient, und der Elektrodenanteil N22b auf der Oberseite der ersten Festelektrolytschicht N4, die als Bodenfläche davon dient, gebildet. Und ein Seitenelektrodenanteil (nicht dargestellt) wird auf einer Seitenwandoberfläche (Innenfläche) der Abstandshalterschicht N5 gebildet, die beide Seitenwandanteile des ersten Innenraumes N20 bildet, um den Deckenelektrodenanteil N22a und den Bodenelektrodenanteil N22b zu verbinden, und dementsprechend ist die innere Pumpelektrode N22 in einer Struktur mit einer Tunnelform zur Verfügung des Seitenelektrodenanteils angeordnet.
  • Die innere Pumpelektrode N22 und die äußere Pumpelektrode N23 sind als poröse Cermet-Elektrode ausgebildet (z.B. eine Cermet-Elektrode aus Pt mit 1% Au und Zirkoniumdioxid). Darüber hinaus wird die innere Pumpelektrode N22 in Kontakt mit dem Messgas aus einem Material gebildet, das in seiner Reduktionsfähigkeit für die NOx-Komponente im Messgas vermindert ist.
  • In der Hauptpumpenzelle N21 wird zwischen der inneren Pumpelektrode N22 und der äußeren Pumpelektrode N23 eine gewünschte Pumpspannung Vp0 angelegt, damit ein Pumpstrom Ip0 in positiver Richtung oder negativer Richtung zwischen der inneren Pumpelektrode N22 und der äußeren Pumpelektrode N23 fließt, wodurch Sauerstoff im ersten Innenraum N20 in den Außenraum ausgepumpt werden kann oder Sauerstoff im Außenraum in den ersten Innenraum N20 gepumpt werden kann.
  • Um die Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) in der Atmosphäre im ersten Innenraum N20 zu erfassen, bilden die innere Pumpelektrode N22, die zweite Festelektrolytschicht N6, die Abstandshalterschicht N5, die erste Festelektrolytschicht N4, die dritte Substratschicht N3 und die Referenzelektrode N42 eine elektrochemische Sensorzelle, d.h. eine Hauptpumpensteuerung-Sauerstoff-Partialdruck-Erfassungssensorzelle N80.
  • Durch Messung der elektromotorischen Kraft V0 in der Hauptpumpensteuerung-Sauerstoff-Partialdruck-Erfassungssensorzelle N80 kann die Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) im ersten Innenraum N20 bestimmt werden. Weiterhin wird der Pumpstrom Ip0 durch eine Rückkopplungssteuerung Vp0 so gesteuert, dass die elektromotorische Kraft V0 konstant ist. Dementsprechend kann die Sauerstoffkonzentration im ersten Innenraum N20 auf einem konstanten Wert gehalten werden.
  • Das dritte Diffusionssteuerteil N30 legt einen vorbestimmten Diffusionswiderstand auf das Messgas, dessen Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) durch den Betrieb der Hauptpumpenzelle N21 im ersten Innenraum N20 gesteuert wird und führt das entstehende Gas zum zweiten Innenraum N40.
  • Der zweite Innenraum N40 ist als Raum für die Verarbeitung der Messung der Stickoxid-(NOx)-Konzentration im Messgas vorgesehen, das durch das dritte Diffusionssteuerteil N30 eingeleitet wird. Die Messung der NOx-Konzentration erfolgt hauptsächlich im zweiten Innenraum N40, dessen Sauerstoffkonzentration durch eine Hilfspumpenzelle N50 eingestellt und dann weiter durch eine Messpumpenzelle N41 betrieben wird.
  • Im zweiten Innenraum N40 wird das durch den dritten Diffusionssteuerabschnitt N30 eingeleitete Messgas, nachdem die Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) im ersten Innenraum N20 vorab eingestellt wurde, weiter einer Einstellung des Sauerstoffpartialdrucks durch die Hilfspumpenzelle N50 unterzogen. Dadurch kann die Sauerstoffkonzentration im zweiten Innenraum N40 mit hoher Genauigkeit konstant gehalten werden, so dass die NOx-Konzentration im NOx-Sensor NS mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann.
  • Die Hilfspumpenzelle N50 ist eine elektrochemische Pumpenzelle, die aus einer Hilfspumpelektrode N51 mit einem Deckenelektrodenanteil N51a, der im Wesentlichen über die gesamte Unterseite der zweiten Festelektrolytschicht N6 gegenüber dem zweiten Innenraum N40 vorgesehen ist, einer äußeren Pumpelektrode N23 (sie ist nicht auf die äußere Pumpelektrode N23 beschränkt und es genügt, wenn es sich um das Sensorelement N101 und eine geeignete äußere Elektrode handelt) und der zweiten Festelektrolytschicht N6 besteht.
  • Die Hilfspumpelektrode N51 ist im zweiten Innenraum N40 in einer Tunnelform ähnlich der im ersten Innenraum N20 vorgesehenen inneren Pumpelektrode N22 angeordnet. Das heißt, der Deckenelektrodenanteil N51a wird auf der zweiten Festelektrolytschicht N6 gebildet, die als Deckenfläche des zweiten Innenraumes N40 dient, und der Elektrodenanteil N51b wird auf der ersten Festelektrolytschicht N4 gebildet, die als Bodenfläche des zweiten Innenraumes N40 dient. Und jeder Seitenelektrodenanteil (nicht dargestellt) ist auf den beiden Wandflächen der Abstandshalterschicht N5 gebildet, die als Seitenwände des zweiten Innenraumes N40 dient, um den Deckenelektrodenanteil N51a und den unteren Elektrodenanteil N51b zu verbinden, und entsprechend ist die Hilfspumpelektrode N51 in Tunnelform ausgeführt.
  • Ähnlich wie die innere Pumpelektrode N22 wird auch die Hilfspumpelektrode N51 aus einem Material gebildet, das in seiner Reduktionsfähigkeit für die NOx-Komponente im Messgas vermindert ist.
  • In der Hilfspumpenzelle N50 wird zwischen der Hilfspumpelektrode N51 und der äußeren Pumpelektrode N23 eine gewünschte Pumpspannung Vp1 angelegt, wodurch Sauerstoff im zweiten Innenraum N40 in den Außenraum gepumpt werden kann oder Sauerstoff im Außenraum in den zweiten Innenraum N40 gepumpt werden kann.
  • Um den Sauerstoffpartialdruck in der Atmosphäre im zweiten Innenraum N40 zu steuern, bilden die Hilfspumpelektrode N51, die Referenzelektrode N42, die zweite Festelektrolytschicht N6, die Abstandshalterschicht N5, die erste Festelektrolytschicht N4 und die dritte Substratschicht N3 eine elektrochemische Sensorzelle, d.h. eine Hilfspumpensteuerungs-Sauerstoff-Partialdruckerfassungszelle N81.
  • Mit einer variablen Energiequelle N52, deren Spannung basierend auf der in dieser Hilfspumpensteuerungs-Sauerstoff-Partialdruckerfassungszelle N81 erfassten elektromotorischen Kraft V1 gesteuert wird, übernimmt die Hilfspumpenzelle N50 das Pumpen. Daher wird der Sauerstoffpartialdruck in der Atmosphäre im zweiten Innenraum N40 auf einen niedrigen Partialdruck gesteuert, der die Messung von NOx nicht beeinflusst.
  • Darüber hinaus wird der Pumpstrom Ip1 zusammen mit dem vorstehend genannten verwendet, um die elektromotorische Kraft der Hauptpumpensteuerungs-Sauerstoff-Partialdruck-Erfassungssensorzelle N80 zu steuern. Insbesondere wird der Pumpstrom Ip1 als Steuersignal in die Hauptpumpensteuerungs-Sauerstoff-Partialdruck-Erfassungssensorzelle N80 eingegeben und deren elektromotorische Kraft V0 so gesteuert, dass der Gradient des Sauerstoffpartialdrucks des einzubringenden Messgases aus dem Diffusionssteuerteil N30 in den zweiten Innenraum N40 so gesteuert wird, dass er immer konstant ist. Bei Verwendung als NOx-Sensor wird die Sauerstoffkonzentration im zweiten Innenraum N40 durch den Betrieb der Hauptpumpenzelle N21 und der Hilfspumpenzelle N50 auf einem konstanten Wert von ungefähr 0,001 ppm gehalten.
  • Die Messpumpenzelle N41 misst die NOx-Konzentration im Messgas im zweiten Innenraum N40. Die Messpumpenzelle N41 ist eine elektrochemische Pumpenzelle, die aus einer Messelektrode N44 besteht, die an einer Stelle auf der Oberseite der ersten Festelektrolytschicht N4 gegenüber dem zweiten Innenraum N40 vorgesehen ist und vom dritten Diffusionssteuerteil N30, der äußeren Pumpelektrode N23, der zweiten Festelektrolytschicht N6, der Abstandshalterschicht N5 und der ersten Festelektrolytschicht N4 getrennt ist.
  • Die Messelektrode N44 ist eine poröse Cermet-Elektrode. Die Messelektrode N44 fungiert auch als ein NOx-Reduktionskatalysator zur Reduktion von NOx, das in der Atmosphäre im zweiten Innenraum N40 vorliegt. Weiterhin ist die Messelektrode N44 mit einem vierten Diffusionssteuerteil N45 abgedeckt.
  • Das vierte Diffusionssteuerteil N45 ist ein Film, der aus einem porösen Körper besteht, der Aluminiumoxid (Al2O3) als Hauptkomponente enthält. Das vierte Diffusionssteuerteil N45 dient zur Begrenzung der in die Messelektrode N44 einströmenden NOx-Menge und dient gleichzeitig als Schutzfilm der Messelektrode N44.
  • In der Messpumpenzelle N41 wird durch Zersetzung von Stickoxiden in der Atmosphäre um die Messelektrode N44 herum aufgrund der katalytischen Aktivität der Messelektrode N44 Sauerstoff abgepumpt, und die erzeugte Menge kann als Pumpstrom (auch NOx-Strom genannt) Ip2 nachgewiesen werden.
  • Um den Sauerstoffpartialdruck um die Messelektrode N44 herum zu erfassen, bilden die zweite Festelektrolytschicht N6, die Abstandshalterschicht N5, die erste Festelektrolytschicht N4, die dritte Substratschicht N3, die Messelektrode N44 und die Referenzelektrode N42 eine elektrochemische Sensorzelle, d.h. eine Messpumpen-Steuerungs-Sauerstoff-Partialdruck-Detektionssensorzelle N82. Die variable Stromquelle N46 wird basierend auf der elektromotorischen Kraft V2 gesteuert, die von der Messpumpen-Steuerungs-Sauerstoff-Partialdruck-Detektionssensorzelle N82 erfasst wird.
  • Das in den zweiten Innenraum N40 eingeleitete Messgas erreicht die Messelektrode N44 durch das vierte Diffusionssteuerteil N45 unter der Voraussetzung, dass der Sauerstoffpartialdruck gesteuert wird. Die Stickoxide im Messgas um die Messelektrode N44 werden zur Sauerstofferzeugung reduziert (2NO→N2+O2). Der erzeugte Sauerstoff wird von der Messpumpenzelle N41 gepumpt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spannung Vp2 einer variablen Stromquelle N46 so gesteuert, dass die von der Messpumpen-Steuerung-Sauerstoff-Partialdruck-Detektionssensorzelle N82 erfasste elektromotorische Kraft V2 konstant wird. Die um die Messelektrode N44 herum erzeugte Sauerstoffmenge ist proportional zur Stickoxidkonzentration im Messgas, daher wird die Stickoxidkonzentration im Messgas mit dem Pumpstrom Ip2 in der Messpumpenzelle N41 berechnet.
  • Sauerstoffpartialdruck-Detektionsmittel sind als elektrochemische Sensorzelle ausgebildet, indem sie die Messelektrode N44, die erste Festelektrolytschicht N4, die dritte Substratschicht N3 und die Referenzelektrode N42 kombinieren, wodurch eine elektromotorische Kraft entsteht, die einer Differenz zwischen der durch die Reduktion der NOx-Komponente in der Atmosphäre um die Messelektrode N44 erzeugten Sauerstoffmenge und der in der Referenzatmosphäre enthaltenen Sauerstoffmenge entspricht und dies macht es möglich, die Konzentration der NOx-Komponente im Messgas zu ermitteln.
  • Darüber hinaus bilden die zweite Festelektrolytschicht N6, die Abstandshalterschicht N5, die erste Festelektrolytschicht N4, die dritte Substratschicht N3, die äußere Pumpelektrode N23 und die Referenzelektrode N42 eine elektrochemische Sensorzelle N83 und basierend auf der von der Sensorzelle N83 erhaltenen elektromotorischen Kraft Vref kann die Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) im Messgas außerhalb des Sensors spezifiziert werden. Insbesondere hat der NOx-Sensor NS auch eine Funktion als Sauerstoffsensor.
  • In dem NOx-Sensor NS mit einer solchen Konfiguration wird durch den Betrieb der Hauptpumpenzelle N21 und der Hilfspumpenzelle N50 das Messgas, dessen Sauerstoffpartialdruck immer auf einem konstanten niedrigen Wert gehalten wird (ein Wert, der die Messung von NOx im Wesentlichen nicht beeinflusst), der Messpumpenzelle N41 zugeführt. Daher wird basierend auf dem Pumpstrom Ip2, der durch das Abpumpen von Sauerstoff, der durch die Reduktion von NOx durch die Messpumpenzelle N41 erzeugt wird, im Wesentlichen im Verhältnis zur NOx-Konzentration im Messgas fließt, die NOx-Konzentration im Messgas erfasst.
  • Genauer gesagt, wird für jedes Sensorelement N101 vor der Verwendung eine funktionelle Beziehung (Empfindlichkeitscharakteristik) zwischen dem Pumpstrom Ip2 und der NOx-Konzentration spezifiziert. Bei der eigentlichen Detektion von NOx wird der Wert von Ip2 kontinuierlich gemessen und die jedem Messwert entsprechende NOx-Konzentration basierend auf der zuvor spezifizierten Empfindlichkeitscharakteristik erhalten.
  • Darüber hinaus kann im Sensorelement N101 durch Messen der zwischen der äußeren Pumpelektrode N23 und der Referenzelektrode N42 erzeugten elektromotorischen Kraft Vref der Sauerstoffpartialdruck außerhalb des Sensorelements N101 erfasst werden.
  • Darüber hinaus beinhaltet das Sensorelement N101 ein Heizteil N70, das zur Temperatureinstellung zum Erwärmen und Halten der Wärme des Sensorelements N101 angepasst wurde, um die Sauerstoffionenleitfähigkeit des Festelektrolyts zu erhöhen. Das Heizteil N70 beinhaltet eine Heizelektrode N71, eine Heizvorrichtung N72, ein Durchgangsloch N73, eine Heizisolierschicht N74 und ein Druckentlastungsloch N75.
  • Die Heizelektrode N71 ist eine Elektrode, die in Kontakt mit der Unterseite der ersten Substratschicht N1 ausgebildet ist. Durch den Anschluss der Heizelektrode N71 an eine externe Stromversorgung kann der Heizanteil N70 von außen mit elektrischem Strom versorgt werden.
  • Die Heizvorrichtung N72 ist ein elektrischer Widerstand, der in einer Weise zwischen der zweiten Substratschicht N2 und der dritten Substratschicht N3 von oben und unten angeordnet ist. Die Heizvorrichtung N72 ist über das Durchgangsloch N73 mit der Heizelektrode N71 verbunden und erzeugt Wärme, indem sie von außen über die Heizelektrode N71 mit der elektrischen Energie versorgt wird, die die Wärme des Festelektrolyten, der das Sensorelement N101 bildet, erwärmt und zurückhält.
  • Zusätzlich ist die Heizvorrichtung N72 über die gesamte Fläche vom ersten Innenraum N20 bis zum zweiten Innenraum N40 eingebettet, so dass das gesamte Sensorelement N101 auf eine Temperatur eingestellt werden kann, bei der der Festelektrolyt aktiviert wird.
  • Die Heizisolierschicht N74 ist eine Isolierschicht, die auf der Ober- und Unterseite der Heizvorrichtung N72 durch einen Isolator, wie beispielsweise Aluminiumoxid, gebildet wird. Die Heizisolierschicht N74 wird gebildet, um eine elektrische Isolation zwischen der zweiten Substratschicht N2 und der Heizvorrichtung N72 und eine elektrische Isolation zwischen der dritten Substratschicht N3 und der Heizvorrichtung N72 zu erhalten.
  • Das Druckentlastungsloch N75 durchdringt die dritte Substratschicht N3 und ist für die Kommunikation mit dem Referenzgaseinleitungsraum N43 vorgesehen. Das Druckentlastungsloch N75 wird gebildet, um einen Anstieg des Innendrucks bei einem Temperaturanstieg in der Heizisolierschicht N74 zu mildern.
  • Während die Erfindung ausführlich dargestellt und beschrieben wurde, ist die vorstehende Beschreibung in allen Aspekten erläuternd und nicht einschränkend. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifizierungen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (14)

  1. Verbrennungssteuerungsverfahren in einem Fahrzeugmotor während eines Fettspitzen-Betriebs, wobei der Motor ein daran befestigtes Kraftstoffeinspritzelement und einen Abgasweg für ein aus dem Motor austretendes Abgas beinhaltet, das einen NOx-Okklusionskatalysator und einen ersten NOx-Sensor beinhaltet, der auf einer stromaufwärts gelegenen Seite des NOx-Okklusionskatalysators vorgesehen ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst von: a) Durchführen eines Fettspitzen-Betriebs in dem Motor; b) Spezifizieren eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des aus dem Motor austretenden Abgases während des Fettspitzen-Betriebs basierend auf einem ersten Ausgabewert, ausgegeben von dem ersten NOx-Sensor gemäß einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas; c) Spezifizieren einer NOx-Konzentration in dem Abgas auf der stromaufwärts gelegenen Seite des NOx-Okklusionskatalysators basierend auf einem zweiten Ausgabewert, ausgegeben von dem ersten NOx-Sensor gemäß einer NOx-Konzentration in dem Abgas; und d) Steuern eines Verbrennungszustandes des Motors während des Fettspitzen-Betriebs, wobei in dem Schritt d) ein Differenzwert P1-P0 zwischen einem Zylinderdruck P1 bei einem Abgasventilöffnungszeitpunkt in dem Motor während des Fettspitzen-Betriebs und einem Zylinderdruck P0 bei einem Abgasventilöffnungszeitpunkt in dem Motor während eines Normalbetriebs berechnet wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner als ein vorbestimmter Referenzbereich ist, der zuvor basierend auf einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt wurde, und die NOx-Konzentration einen vorbestimmten Referenzwert überschreitet, und für den Fall, dass der Differenzwert P1-P0 den vorbestimmten Referenzbereich und P1>P0 nicht erfüllt, ein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt bei einer Nacheinspritzung aus dem Kraftstoffeinspritzelement in den Motor verzögert wird, und für den Fall, dass der Differenzwert P1-P0 den vorbestimmten Referenzbereich und P1<P0 nicht erfüllt, der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt bei der Nacheinspritzung vom Kraftstoffeinspritzelement in den Motor vorgerückt wird.
  2. Verbrennungssteuerungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren weiter den Schritt umfasst von e) Schätzen eines Wärmeerzeugungsratenprofils, das die Kurbelwinkelabhängigkeit einer Wärmeerzeugungsrate in dem Motor anzeigt, wobei in dem Schritt d), wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner als der vorher basierend auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmte vorbestimmte Referenzbereich ist und die NOx-Konzentration den vorbestimmten Referenzwert überschreitet, ein geschätzter maximaler Zylinderdruck und ein idealer maximaler Zylinderdruck miteinander verglichen werden, und der Verbrennungszustand in dem Motor während des Fettspitzen-Betriebs basierend auf einem Ergebnis davon gesteuert wird, wobei der geschätzte maximale Zylinderdruck als maximaler Zylinderdruck in dem Motor basierend auf dem Wärmeerzeugungsratenprofil geschätzt wird, und der ideale maximale Zylinderdruck ein maximaler Zylinderdruck für den Motor in dem idealen Wärmeerzeugungsratenprofil ist, das aus einem Fahrzustand des Motors spezifiziert worden ist.
  3. Verbrennungssteuerungsverfahren nach Anspruch 2, wobei der Motor einen Turbolader beinhaltet, und in dem Schritt d) der Verbrennungszustand in dem Motor während des Fettspitzen-Betriebs gesteuert wird durch Absenken eines Ladedrucks in dem Turbolader, für den Fall, dass der geschätzte Maximaldruck größer als der ideale Maximaldruck ist und ein Differenzwert dazwischen außerhalb eines vorbestimmten Referenzbereichs liegt, und Anheben des Ladedrucks, für den Fall, dass der geschätzte Maximaldruck kleiner als der ideale Maximaldruck ist und ein Differenzwert dazwischen außerhalb der vorbestimmten Referenz liegt.
  4. Verbrennungssteuerungsverfahren nach Anspruch 2, wobei der Motor ein daran befestigtes Abgasumwälzungselement beinhaltet, in dem Motor ein Anteil des Abgases durch das Abgasumwälzungselement zurückgeführt wird, um zurückgesaugt zu werden, und in dem Schritt d) der Verbrennungszustand in dem Motor während des Fettspitzen-Betriebs gesteuert wird durch Erhöhen einer Rückführungsmenge des Abgases in dem Abgasumwälzungselement, für den Fall, dass der geschätzte Maximaldruck größer als der ideale Maximaldruck ist und ein Differenzwert dazwischen außerhalb eines vorbestimmten Referenzbereichs liegt, und Vermindern der Rückführungsmenge, für den Fall, dass der geschätzte Maximaldruck kleiner als der ideale Maximaldruck ist und ein Differenzwert dazwischen außerhalb der vorbestimmten Referenz liegt.
  5. Verbrennungssteuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei in dem Schritt e) jeder Kurbelwinkel, der einen 90% Wärmeerzeugungspunkt, einen 50% Wärmeerzeugungspunkt und einen 10% Wärmeerzeugungspunkt ergibt, welche dem Wärmeerzeugungsratenprofil entsprechen, geschätzt wird und dann das Wärmeerzeugungsratenprofil basierend auf den entsprechenden erhaltenen Schätzergebnissen für jeden der Kurbelwinkel geschätzt wird, wobei jeder der Kurbelwinkel geschätzt wird durch Spezifizieren einer Flammentemperatur bei NOx-Erzeugungszeit, bezüglich des 90% Wärmeerzeugungspunktes, Spezifizieren als einen zentralen Punkt zwischen dem 90% Wärmeerzeugungspunkt und einem oberen Totpunkt des Motors, bezüglich des 50% Wärmeerzeugungspunktes, und lineare Extrapolation von dem 90% Wärmeerzeugungspunkt und dem 50% Wärmeerzeugungspunkt, bezüglich des 10% Wärmeerzeugungspunktes.
  6. Verbrennungssteuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein zweiter NOx-Sensor auf einer stromabwärts gelegenen Seite des NOx-Okklusionskatalysators im Abgasweg vorgesehen ist, wobei das Verfahren weiter den Schritt umfasst von f) Spezifizieren einer NOx-Konzentration auf der stromabwärts gelegenen Seite des NOx-Okklusionskatalysators im Abgasweg basierend auf einem dritten Ausgabewert, ausgegeben von dem zweiten NOx-Sensor gemäß der NOx-Konzentration im Abgas, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis den vorbestimmten Referenzbereich überschreitet, wobei in dem Schritt d), wenn die NOx-Konzentration auf der stromabwärts gelegenen Seite des NOx-Okklusionskatalysators den vorbestimmten Referenzwert überschreitet, eine Kraftstoffeinspritzmenge bei der Nacheinspritzung erhöht wird.
  7. Verbrennungssteuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in dem Schritt d), wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner ist als der vorbestimmte Referenzbereich, der zuvor basierend auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt wurde, und die NOx-Konzentration auf der stromaufwärts gelegenen Seite den vorbestimmten Referenzwert überschreitet, eine Kraftstoffeinspritzmenge bei der Nacheinspritzung vermindert wird.
  8. Motorsystem für ein Fahrzeug mit einem Motor und einem Abgasweg mit einem NOx-Okklusionskatalysator in der Mitte davon, wobei ein Abgas aus dem Motor nach außen über den Abgasweg abgegeben wird, wobei das System umfasst: einen ersten NOx-Sensor, der auf einer stromaufwärts gelegenen Seite des NOx-Okklusionskatalysators im Abgasweg vorgesehen ist; ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Spezifikationselement, das konfiguriert ist, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem Motor austretenden Abgases während eines Fettspitzen-Betriebs basierend auf einem ersten Ausgabewert, ausgegeben von dem ersten NOx-Sensor, gemäß einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas zu spezifizieren; ein stromaufwärtsseitig gelegenes NOx-Konzentrationsspezifikationselement, das konfiguriert ist, um eine NOx-Konzentration in dem Abgas auf der stromaufwärts gelegenen Seite des NOx-Okklusionskatalysators basierend auf einem zweiten Ausgabewert, ausgegeben von dem ersten NOx-Sensor gemäß einer NOx-Konzentration in dem Abgas, zu spezifizieren; und ein Fettspitzen-Verbrennungssteuerelement, das konfiguriert ist, um einen Verbrennungszustand des Motors während des Fettspitzen-Betriebs zu steuern, wobei das Fettspitzen-Verbrennungssteuerelement konfiguriert ist zum Berechnen eines Differenzwertes P1-P0 zwischen einem Zylinderdruck P1 bei einem Abgasventilöffnungszeitpunkt in dem Motor während des Fettspitzen-Betriebs und einem Zylinderdruck P0 bei einem Abgasventilöffnungszeitpunkt in dem Motor während eines Normalbetriebs, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner als ein vorbestimmter Referenzbereich ist, der zuvor basierend auf einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt wurde und die NOx-Konzentration einen vorbestimmten Referenzwert überschreitet, und für den Fall, dass der Differenzwert P1-P0 den vorbestimmten Referenzbereich und P1>P0 nicht erfüllt, Verzögern eines Kraftstoffeinspritzzeitpunkts bei einer Nacheinspritzung von einem Kraftstoffeinspritzelement, das an dem Motor befestigt ist, und für den Fall, dass der Differenzwert P1-P0 den vorbestimmten Referenzbereich und P1<P0 nicht erfüllt, Vorrücken eines Kraftstoffeinspritzzeitpunkts bei einer Nacheinspritzung von einem Kraftstoffeinspritzelement, das an dem Motor befestigt ist.
  9. Motorsystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 8, weiter umfassend: ein Wärmeerzeugungsratenprofil-Schätzungselement, das konfiguriert ist, um ein Wärmeerzeugungsratenprofil zu schätzen, das die Kurbelwinkelabhängigkeit einer Wärmeerzeugungsrate in dem Motor anzeigt, wobei das Fettspitzen-Verbrennungssteuerelement konfiguriert ist, um einen geschätzten maximalen Zylinderdruck mit einem idealen maximalen Zylinderdruck zu vergleichen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner ist als der vorbestimmte Referenzbereich, der zuvor basierend auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt wurde und die NOx-Konzentration den vorbestimmten Referenzwert überschreitet, und Steuern des Verbrennungszustandes in dem Motor während des Fettspitzen-Betriebs basierend auf einem Ergebnis davon, wobei der geschätzte maximale Zylinderdruck als maximaler Zylinderdruck in dem Motor basierend auf dem Wärmeerzeugungsratenprofil geschätzt wird, und der ideale maximale Zylinderdruck ein maximaler Zylinderdruck für den Motor in dem idealen Wärmeerzeugungsratenprofil ist, das aus dem Fahrzustand des Motors spezifiziert worden ist.
  10. Motorsystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei der Motor einen Turbolader beinhaltet, und das Fettspitzen-Verbrennungssteuerelement konfiguriert ist, um den Verbrennungszustand in dem Motor während des Fettspitzen-Betriebs zu steuern durch Absenken eines Ladedrucks in dem Turbolader, für den Fall, dass der geschätzte Maximaldruck größer als der ideale Maximaldruck ist und ein Differenzwert dazwischen außerhalb eines vorbestimmten Referenzbereichs liegt, und Anheben des Ladedrucks, für den Fall, dass der geschätzte Maximaldruck kleiner als der ideale Maximaldruck ist und ein Differenzwert dazwischen außerhalb der vorbestimmten Referenz liegt.
  11. Motorsystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei in dem Motor ein Anteil des Abgases durch ein daran befestigtes Abgasumwälzungselement zurückgeführt wird, um zurückgesaugt zu werden, und das Fettspitzen-Verbrennungssteuerelement konfiguriert ist, um den Verbrennungszustand in dem Motor während des Fettspitzen-Betriebs zu steuern durch Erhöhen einer Rückführungsmenge des Abgases in dem Abgasumwälzungselement, für den Fall, dass der geschätzte Maximaldruck größer als der ideale Maximaldruck ist und ein Differenzwert dazwischen außerhalb eines vorbestimmten Referenzbereichs liegt, und Vermindern der Rückführungsmenge, für den Fall, dass der geschätzte Maximaldruck kleiner als der ideale Maximaldruck ist und ein Differenzwert dazwischen außerhalb der vorbestimmten Referenz liegt.
  12. Motorsystem für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Wärmeerzeugungsratenprofil-Schätzungselement konfiguriert ist, um jeden Kurbelwinkel, welcher einen 90% Wärmeerzeugungspunkt, einen 50% Wärmeerzeugungspunkt und einen 10% Wärmeerzeugungspunkt ergibt, welche dem Wärmeerzeugungsratenprofil entsprechen, zu schätzen, und dann Schätzen des Wärmeerzeugungsratenprofils basierend auf den erhaltenen Schätzergebnissen für jeden Kurbelwinkel, wobei jeder der Kurbelwinkel geschätzt wird durch Spezifizieren einer Flammentemperatur bei NOx-Erzeugungszeit, bezüglich des 90% Wärmeerzeugungspunktes, Spezifizieren als einen zentralen Punkt zwischen dem 90% Wärmeerzeugungspunkt und einem oberen Totpunkt des Motors, bezüglich des 50% Wärmeerzeugungspunktes, und lineare Extrapolation von dem 90% Wärmeerzeugungspunkt und dem 50% Wärmeerzeugungspunkt, bezüglich des 10% Wärmeerzeugungspunktes.
  13. Motorsystem für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 12, weiter umfassend: einen zweiten NOx-Sensor, der auf einer stromabwärts gelegenen Seite des NOx-Okklusionskatalysators in dem Abgasweg vorgesehen ist; und ein stromabwärtsseitig gelegenes NOx-Konzentrations-Spezifikationselement, das konfiguriert ist, um eine NOx-Konzentration auf der stromabwärts gelegenen Seite des NOx-Okklusionskatalysators in dem Abgasweg basierend auf einem dritten Ausgabewert, ausgegeben von dem zweiten NOx-Sensor gemäß der NOx-Konzentration in dem Abgas zu spezifizieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis den vorbestimmten Referenzbereich überschreitet, wobei das Fettspitzen-Verbrennungssteuerelement konfiguriert ist, um eine Kraftstoffeinspritzmenge bei der Nacheinspritzung zu erhöhen, wenn die NOx-Konzentration auf der stromabwärts gelegenen Seite des NOx-Okklusionskatalysators den vorbestimmten Referenzwert überschreitet.
  14. Motorsystem für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das Fettspitzen-Verbrennungssteuerelement konfiguriert ist, um eine Kraftstoffeinspritzmenge bei der Nacheinspritzung zu vermindern, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner ist als der zuvor basierend auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmte vorbestimmte Referenzbereich und die NOx-Konzentration auf der stromaufwärts gelegenen Seite den vorbestimmten Referenzwert überschreitet.
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