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DE602005005407T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Schätzung der NOx Adsortpionsmenge eines NOx-Speichers - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Schätzung der NOx Adsortpionsmenge eines NOx-Speichers Download PDF

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DE602005005407T2
DE602005005407T2 DE602005005407T DE602005005407T DE602005005407T2 DE 602005005407 T2 DE602005005407 T2 DE 602005005407T2 DE 602005005407 T DE602005005407 T DE 602005005407T DE 602005005407 T DE602005005407 T DE 602005005407T DE 602005005407 T2 DE602005005407 T2 DE 602005005407T2
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storage catalyst
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DE602005005407T
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Daisuke Sunohara
Susumu Kouketsu
Shinji Nakayama
Keiki Tanabe
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Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Original Assignee
Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schätzen der NOx-Adsorptionsmenge in einem NOx-Speicherkatalysator, der in einem Abgaskanal bereitgestellt ist.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • In herkömmlicher Weise adsorbiert ein NOx-Speicherkatalysator in Abgasen vorhandenes NOx (Stickstoffoxide), wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas mager ist, und gibt das adsorbierte NOx ab und reduziert es, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas fett ist. Insbesondere adsorbiert der Katalysator in Abgasen vorhandenes NOx bei einem Sauerstoffüberschuss (oxidierte Atmosphäre) als Nitratsalz und reduziert das adsorbierte NOx bei einem Kohlenmonoxid-Überschuss (reduzierte Atmosphäre) zu Stickstoff.
  • In einem Motor, der mit dem oben beschriebenen Katalysator ausgestat tet ist, wird das Anfetten derart durchgeführt, dass die Betriebsart periodisch auf Fettbetrieb umgeschaltet wird, bevor die NOx-Adsorptionsmenge einen Sättigungsgrad erreicht, wodurch die Verschlechterung der katalytischen Leistung, die durch eine Zunahme der NOx-Adsorptionsmenge verursacht wird, unterdrückt wird. Infolgedessen regeneriert sich der Katalysator, und die Abgase werden zufrieden stellend gereinigt.
  • Das Anfetten kann auf zweierlei Art und Weise vorgenommen werden: zylinderinterner Fettbetrieb und zylinderexterner Fettbetrieb. Insbesondere kann der zylinderinterne Fettbetrieb beispielsweise durch ein Verfahren realisiert werden, in dem Abgasrückführung (AGR) mit einem hohen Rückführungsverhältnis vorgenommen wird, so dass Kohlenmonoxid (CO), das durch unvollständige Verbrennung aus den Zylindern ausgestoßen wird, als Reduktionsmittel verwendet wird, oder er kann durch ein Verfahren realisiert werden, in dem unverbrannter Kraftstoff (HC) als Reduktionsmittel den Zylindern durch Nacheinspritzung in Abgastakten zugeführt wird. Hingegen kann der zylinderexterne Fettbetrieb beispielsweise durch ein Verfahren realisiert werden, in dem das HC einem Abgaskanal zugeführt wird, d. h., Kraftstoff wird dem Katalysator direkt zugeführt.
  • Zum Durchführen des Anfettens ist es hier notwendig, die NOx-Adsorptionsmenge genau zu schätzen oder zu erfassen. Zu diesem Zweck ist eine Technik vorgeschlagen worden, bei der die NOx-Adsorptionsmenge unter Verwendung eines mathematischen katalytischen Modells auf der Grundlage chemischer/physikalischer Reaktionen eines Katalysators geschätzt wird ( Japanische Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. H09-72235 ).
  • Gemäß dieser Technik wird mindestens eine Sauerstoffsonde abstromseitig vom Katalysator bereitgestellt, so dass die NOx-Adsorptionsmenge in dem Katalysator geschätzt werden kann. Der Hauptzweck dieser Technik besteht jedoch darin, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis für einen Drei-Wege-Katalysator zu steuern. Das heißt, dass es schwierig ist, diese Technik auf den NOx-Speicherkatalysator anzuwenden, weil sich der Drei-Wege-Katalysator von dem NOx-Speicherkatalysator in der Modellstruktur unterscheidet. In dem Fall, wenn die NOx-Adsorptionsmenge unter Verwendung eines anderen katalytischen Modells geschätzt wird, ist es darüber hinaus notwendig, Modellgleichungen sequentiell zu ändern, weil der Kennwert in Abhängigkeit von den Katalysatortypen variiert. Um der Verschlechterung der Katalysatorfunktion entgegenzuwirken, ist außerdem eine detailliertere Modellierung erforderlich. Obwohl es gemäß der oben beschriebenen herkömmlichen Technik möglich ist, die NOx-Adsorptionsmenge zu schätzen, bestehen somit weiterhin ungelöste Probleme, was die genaue Schätzung der NOx-Adsorptionsmenge betrifft.
  • Zur Schätzung der NOx-Adsorptionsmenge in dem NOx-Speicherkatalysator ist es auch notwendig, zu berücksichtigen, dass die NOx-Emission während des Anfettens, d. h. eine Abnahme der NOx-Adsorptionsmenge, festgestellt werden muss. Der Grund hierfür ist, dass die aktuelle NOx-Adsorptionsmenge nicht genau ermittelt werden kann, sofern nicht eine Abnahme der NOx-Adsorptionsmenge, die durch das Anfetten verursacht wird, berücksichtigt wird. Zur Schätzung der NOx-Adsorptionsmenge ist ein Verfahren denkbar, in dem Werte, die sich auf ein Reduktionsmittel beziehen, das aus den Zylindern ausgestoßen wird, im Voraus geschätzt werden, die NOx-Emission unter Verwendung der Werte berechnet wird und die NOx-Adsorptionsmenge dann geschätzt wird. Bedenklich an einem derartigen Verfahren ist jedoch, dass der Spielraum der Anwendung des Anfettens eingeengt wird.
  • Der nächstkommende Stand der Technik ist in der EP-A-0 735 250 dargestellt.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schätzen der NOx-Adsorptionsmenge in einem NOx-Speicherkatalysator bereitzustellen, die den Anwendungsspielraum des Anfettens erweitern und die NOx-Adsorptionsmenge mit hoher Genauigkeit schätzen können.
  • Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe wird eine Vorrichtung zum Schätzen der NOx-Adsorptionsmenge gemäß der Merkmale des Anspruchs 1 bereitgestellt.
  • Gemäß der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird daher die Emissionsmenge aus dem NOx-Speicherkatalysator während des Fettbetriebs direkt aus der Luftüberschusszahl anstromseitig vom NOx-Speicherkatalysator berechnet, ohne Werte zu erhalten, die sich auf ein Reduktionsmittel aus den Zylindern beziehen. Infolgedessen können Fehler bei der Emissionsmenge verringert werden, und die NOx-Adsorptionsmenge kann unter Verwendung der Emissionsmenge mit größerer Genauigkeit geschätzt werden, als dies bei Verwendung von Werten, die sich auf ein Reduktionsmittel aus den Zylindern beziehen, der Fall wäre.
  • Da die Emissionsmenge unter Verwendung der Luftüberschusszahl anstromseitig vom NOx-Speicherkatalysator berechnet wird, kann die vorliegende Erfindung zudem auf zylinderexternes Anfetten sowie auf zylinderinternes Anfetten angewendet werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Motorsystems zeigt, bei welchem eine Vorrichtung zum Schätzen der NOx-Adsorptionsmenge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommt;
  • 2 ist ein Fließdiagramm, das ein Verfahren zeigt, bei dem die Vorrichtung gemäß 1 die NOx-Emissionsmenge berechnet;
  • 3 ist ein Zeitdiagramm, das ein Verfahren zeigt, bei dem die Vorrichtung in 1 ermittelt, ob Fettbetrieb vorliegt oder nicht;
  • 4 ist ein Diagramm, das ein NOx-Emissionskennfeld der Vorrichtung gemäß 1 zeigt; und
  • 5 ist ein Diagramm, das zum Erläutern von Korrekturen dient, die von der Vorrichtung gemäß 1 an der NOx-Emissionsmenge vorgenommen werden.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
  • 1 veranschaulicht den Aufbau eines Motorsystems. Dieses System umfasst einen Dieselmotor (im Folgenden lediglich als „Motor" bezeichnet) 1, bei dem eine Vorrichtung zum Schätzen der NOx-Adsorptionsmenge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommt. Wie in 1 gezeigt, sind mit jedem Zylinder 2 des Motors 1 eine Kraftstoffzufuhrleitung 16, ein Ansaugkanal 8 und ein Abgaskanal 20 verbunden. Die Leitung 16 weist eine Kraftstoffzufuhrvorrichtung auf. Der Kanal 8 führt als Reaktion auf das Öffnen eines Ansaugventils 6 Frischluft in eine Verbrennungskammer 4 ein, und der Kanal 20 führt als Reaktion auf das Öffnen eines Auslassventils 18 Abluft aus der Verbrennungskammer 4 hinaus.
  • Ein Lader 14 ist anstromseitig vom Ansaugkanal 8 angeordnet, und ein nicht dargestellter Luftreiniger ist mit einem Ende des Kanals 8 verbunden. Auch sind in dem Kanal 8 ein Zwischenkühler 12 und eine Luftlade-Drosselklappe 10, welche die Durchsatzfläche des Kanals 8 anpasst, angeordnet.
  • Hingegen ist ein NOx-Speicherkatalysator 22 abstromseitig vom Abgaskanal 20 angeordnet. Der Katalysator 22 adsorbiert in den Abgasen vorhandenes NOx, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas, bezogen auf das stöchiometrische Verhältnis, mager ist, und gibt das adsorbierte NOx ab und reduziert es, wenn unverbrannter Kraftstoff (HC) oder Kohlenmonoxid (CO) als Reduktionsmittel in den Abgasen vorhanden ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas fett ist. Es sollte beachtet werden, dass der Katalysator 22 eine bekannte Struktur aufweist.
  • Ein AGR-Kanal 24 zweigt von dem Abgaskanal 20 ab, und ein Ende des Kanals 24 ist mit dem Ansaugkanal 8 verbunden. Der Kanal 24 ist mit einem AGR-Kühler 26 und einem AGR-Ventil 28 ausgestattet. Das Ventil 28 ist mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 50 elektrisch verbunden.
  • Frischluft von dem Luftreiniger tritt über den Lader 14 in den Ansaugkanal 8 ein und erreicht den Kühler 12. Die Luft wird durch die Drosselklappe 10 eingestellt und dann in die Verbrennungskammer 4 jedes Zylinders 2 geführt. Die Verbrennung von Kraftstoff, der von der Kraftstoffzufuhrleitung 16 zugeführt wird, setzt dann eine Kurbelwelle 46 und ein Schwungrad 48 in Gang. Wenn die Verbrennung beendet ist, werden Abgase in den Abgaskanal 20 ausgestoßen und zu dem NOx-Speicherkatalysator 22 transportiert.
  • Dabei sind in dem Abgaskanal 20 eine Abgasdurchsatzsonde 30 und eine Abgastemperatursonde 34 an jeweils geeigneten Orten anstromseitig vom NOx-Speicherkatalysator 22 angeordnet. Die Sonde 30 erfasst den Abgasdurchsatz QE in dem Kanal 20, und die Sonde 34 erfasst die Abgastemperatur TE in dem Kanal 20. Auch sind an jeweils geeigneten Orten abstromseitig vom Katalysator 22 eine λ-Sonde 32, eine Katalysetemperatursonde 36 und eine NOx-Sonde 33 angeordnet. Die Sonde 32 erfasst die Luftüberschusszahl λ abstromseitig vom Katalysator 22, die Sonde 36 erfasst die Katalysetemperatur Tc des Katalysators 22, und die Sonde 33 erfasst die Konzentration von NOx am Auslass des Katalysators 22. Die Sonden 30, 32, 33, 34 und 36 sind mit der ECU 50 elektrisch verbunden.
  • Hingegen ist in der vorliegenden Ausführungsform eine zusätzliche Einspritzvorrichtung 38, die unverbrannten Kraftstoff (HC) dem Katalysator 22 direkt zuführt, an einer geeigneten Position anstromseitig vom NOx-Speicherkatalysator 22 angeordnet, und die Einspritzvorrichtung 38 ist über eine Kraftstoffzufuhrleitung 40 mit einer Pumpe 42 verbunden.
  • Verschiedene Sonden, wie z. B. eine Kurbelwinkelsonde 44, die den Betriebszustand des Motors 1 erfassen, sowie die oben erwähnten Sonden 30, 32, 33, 34 und 36 sind mit dem Eingang der ECU 50 elektrisch verbunden. Verschiedene Aktoren, wie z. B. die oben erwähnte Kraftstoffzufuhrleitung 16, die Drosselklappe 10 und die Einspritzvorrichtung 38 sowie die Pumpe 42, sind mit dem Ausgang der ECU 50 elektrisch verbunden.
  • Die ECU 50 ist mit verschiedenen Kennfeldern ausgestattet, beispielsweise mit verschiedenen Kennfeldern, die mit der Schätzung der NOx-Adsorptionsmenge in Beziehung stehen, wie z. B. einem NOx-Emissions kennfeld zum Berechnen der NOx-Emission (Bezugsemission PB) des Katalysators 22 während des zylinderexternen Anfettens, sowie einem Kennfeld zum Erhalt der Luftüberschusszahl λu anstromseitig vom Katalysator 22 und einem Schwellenwert-Kennfeld zum Erhalt eines Schwellenwertes, auf dessen Grundlage ermittelt wird, ob Fettbetrieb vorliegt oder nicht. Auch ist die ECU 50 mit einem Mittel zum Erhalt der Luftüberschusszahl λu anstromseitig vom Katalysator 22 aus dem Ansaugluftvolumen QI, der in den Zylinder 2 eingespritzten Kraftstoffmenge qi, der Menge des durch die Einspritzvorrichtung 38 zugegebenen Kraftstoffs qa usw., ebenso wie mit einem Mittel zum Erhalt der Luftüberschusszahl λu anstromseitig vom Katalysator 22 aus den obigen Kennfeldern ausgestattet.
  • Der Katalysator 22 adsorbiert in den Abgasen vorhandenes NOx in oxidierter Atmosphäre, während die ECU 50 bewirkt, dass periodisch Fettbetrieb durchgeführt wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird Fettbetrieb durch zylinderexternen Fettbetrieb vorgenommen. Das heißt, durch die Verwendung der Einspritzvorrichtung 38, die in dem Kanal 20 bereitgestellt ist, wird das von der Pumpe 42 druckgespeiste HC gemäß einer Anweisung zum Anfetten direkt den Abgasen zugeführt, um die Bedingungen für den Fettbetrieb zu erzeugen, und, wenn die Bedingungen erfüllt sind, wird das adsorbierte NOx abgegeben und reduziert.
  • Insbesondere umfasst die ECU 50 eine NOx-Emissionsmengen-Betriebseinheit (BE) 52 und eine Einheit zum Schätzen der NOx-Adsorptionsmenge (SE) 54. Die Betriebseinheit 52 ermittelt, ob zylinderexterner Fettbetrieb vorliegt oder nicht, berechnet die Bezugsemissionsmenge PB während des zylinderexternen Fettbetriebs, berechnet die End-NOx-Emission (End-Emissionsmenge PL) durch Korrektur und gibt die Berechnungsergebnisse an die Schätzeinheit 54 aus. Insbesondere werden zur Ermittlung, ob zylinderexterner Fettbetrieb vorliegt oder nicht, die Motordrehzahl Ne, die Last L und die Katalysetemperatur Tc eingegeben, und ein Schwellenwert für die Ermittlung wird aus dem Schwellenwert-Kennfeld der ECU 50 ausgelesen. Dann wird die abstromseitige Luftüberschusszahl λd, die von der λ-Sonde 32 erfasst wird, mit dem Schwellenwert verglichen, um zu ermitteln, ob zylinderexterner Fettbetrieb vorliegt oder nicht.
  • Hingegen werden der Abgasdurchsatz QE, die Abgastemperatur TE und die anstromseitige Luftüberschusszahl λu, die unter Bezugnahme auf das Kennfeld der ECU 50 ausgelesen wird, oder die anstromseitige Luftüberschusszahl λu, die von der ECU 50 berechnet wird, eingegeben, und die Bezugsemissionsmenge PB wird unter Verwendung des NOx-Emissionskennfeldes berechnet. Dann wird die End-Emissionsmenge PL durch Korrigieren der Bezugsemissionsmenge PB entsprechend der Zeit, während welcher zylinderexterner Fettbetrieb vorliegt, berechnet.
  • Dann schätzt die Schätzeinheit 54 die gegenwärtige NOx-Adsorptionsmenge durch Subtrahieren der End-Emissionsmenge PL von NOx, das durch den zylinderexternen Fettbetrieb abgegeben und reduziert wird, von der NOx-Adsorptionsmenge unmittelbar vor dem aktuellen zylinderexternen Fettbetrieb. Es sollte beachtet werden, dass die Schätzeinheit 54 die Adsorptionsmenge vor der Emission berechnet, indem eine Differenz zwischen dem Ausgabewert von der NOx-Sonde 33 und der Konzentration an NOx am Einlass des Katalysators 22 mit dem Abgasdurchsatz QE multipliziert wird und der erhaltene integrierte Wert in der Schätzeinheit 54 gespeichert wird.
  • 2 ist ein Fließdiagramm, das ein Verfahren zeigt, bei dem die Betriebseinheit 52 die NOx-Adsorptionsmenge berechnet. Nachfolgend wird eine Beschreibung des Betriebs der in der oben beschriebenen Weise aufgebauten erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schätzen der NOx-Adsorptionsmenge gegeben.
  • Schritt S201 in 2 ist ein Schritt zum Durchführen von zylinderexternem Fettbetrieb, bei dem den Abgasen gemäß einer Anweisung zum Anfetten von der ECU 50 unverbrannter Kraftstoff (HC) von der Einspritzvorrichtung 38 zugeführt wird.
  • Der nächste Schritt S202 ist ein Schritt zum Ermitteln, ob zylinderexterner Fettbetrieb vorliegt oder nicht, wobei die Betriebseinheit 52 ermittelt, ob der gegenwärtige zylinderexterne Fettbetrieb vorliegt oder nicht. Dann, wenn die abstromseitige Luftüberschusszahl λd, die von der λ-Sonde 32 erfasst wird, nicht größer ist als ein als Bezugsgröße zur Ermittlung, ob Fettbetrieb vorliegt oder nicht, verwendeter Schwellenwert, d. h., wenn das Ergebnis der Ermittlung positiv ist (JA), geht das Verfahren weiter zum Schritt S203, bei dem die Zeit, während der der zylinderexterne Fettbetrieb vorliegt, gemessen wird. Dann geht das Verfahren weiter zum Schritt S204.
  • Dies wird jetzt ausführlicher beschrieben. 3 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern der Ermittlung, ob Fettbetrieb vorliegt oder nicht, d. h. eines Verfahrens, bei dem die Betriebseinheit 52 ermittelt, ob Fettbetrieb vorliegt oder nicht, und den Zeitraum misst, während dessen Fettbetrieb vorliegt. Wie in 3 gezeigt, beginnt der von der λ-Sonde 32 erfasste Wert, d. h. die abstromseitige Luftüberschusszahl λd, zu sinken, wenn ein Anweisungssignal von der ECU 50 von einem mageren Zustand in einen fetten Zustand umgeschaltet wird. Dann, wenn die Luftüberschusszahl λd kleiner wird als der Schwellenwert, wird ermittelt, dass der zylinderexterne Fettbetrieb vorliegt, und die Messung der Zeit, während der der zylinderexterne Fettbetrieb vorliegt, wird begonnen. Die Zeit, während der der zylinderexterne Fettbetrieb vorliegt, wird akkumuliert, bis ermittelt wird, dass der zylinderexterne Fettbetrieb nicht vorliegt, wenn die Luftüberschusszahl λd den Schwellenwert übersteigt.
  • Schritt S204 ist ein Schritt zum Berechnen der NOx-Emissionsmenge, bei dem die Betriebseinheit 52 die Bezugsemissionsmenge PB des Katalysators 22 während des zylinderexternen Fettbetriebs berechnet, und das Verfahren geht dann weiter zum Schritt S205.
  • 4 veranschaulicht das NOx-Emissionskennfeld. Die Kenndaten der Bezugsemissionsmenge PB werden durch Experimente oder dergleichen erhalten, und die Bezugsemissionsmenge PB wird, wie durch die Kurven in 4 gezeigt, direkt aus dem Abgasdurchsatz QE, der Abgastemperatur TE und der berechneten anstromseitigen Luftüberschusszahl λu ausgelesen. Es sollte beachtet werden, dass die berechnete Bezugsemissionsmenge PB die NOx-Emissionsmenge bezogen auf die Bezugszeit, die im Voraus eingestellt wird, bedeutet.
  • Schritt S205 ist ein Schritt zum Korrigieren der NOx-Emissionsmenge, bei dem die Betriebseinheit 52 durch Korrigieren der Bezugsemissionsmenge PB die End-Emissionsmenge PL berechnet.
  • Insbesondere wird, wie in 5 gezeigt, der Korrekturfaktor für die NOx-Emissionsmenge in Relation zur Bezugszeit auf 1 gesetzt, und der Korrekturfaktor nimmt entsprechend der Zunahme des integrierten Wertes der Zeit, während der zylinderexterner Fettbetrieb vorliegt wird, zu. Die Bezugsemissionsmenge PB, die in dem Schritt S204 berechnet wird, wird entsprechend dem im Schritt S203 gemessenen integrierten Wert der Zeit, während der der zylinderexterne Fettbetrieb vorliegt, korrigiert, um die End-Emissionsmenge PL während des zylinderexternen Fettbetriebs zu berechnen. Dann geht das Verfahren weiter zu einem Schritt des Schätzens der NOx-Adsorptionsmenge.
  • Hingegen geht das Verfahren im Schritt S202, wenn die abstromseitige Luftüberschusszahl λd größer als der Schwellenwert ist, weil beispielsweise das Anfetten nicht erfolgreich ist, weiter zu einem Schritt S206, bei dem die NOx-Emissionsmenge auf 0 gesetzt und das Programm beendet wird.
  • Wie oben beschrieben, wurde die vorliegende Erfindung unter besonderem Augenmerk auf den direkten Erhalt der NOx-Emissionsmenge aus Modell-Eingabeparametern anstelle des Augenmerks auf den Erhalt der NOx-Emissionsmenge nach dem Erhalt von Werten, die sich auf ein Reduktionsmittel aus den Zylindern beziehen, wie z. B. dem Nutzungsgrad des Reduktionsmittels und der geschätzten Konzentration des Reduktionsmittels an dem Einlass des Katalysators 22, entwickelt.
  • Insbesondere können gemäß der vorliegenden Ausführungsform Fehler verringert und die NOx-Adsorptionsmenge kann mit größerer Genauigkeit geschätzt werden, als dies bei Verwendung des Nutzungsgrads des Reduktionsmittels und der geschätzten Konzentration des Reduktionsmittels der Fall wäre, da die Bezugsemissionsmenge PB während des zylinderexternen Fettbetriebs direkt aus der Abgastemperatur TE, dem Abgasdurchsatz QE und der anstromseitigen Luftüberschusszahl λu berechnet wird.
  • Da die Bezugsemissionsmenge PB unter Verwendung der anstromseitigen Luftüberschusszahl λu anstelle von Werten, die sich auf ein Reduktionsmittel aus den Zylindern beziehen, berechnet wird, kann zudem die Vorrichtung zum Schätzen der NOx-Adsorptionsmenge nicht nur auf den oben beschriebenen zylinderexternen Fettbetrieb, sondern auch auf zylinderinternen Fettbetrieb und auch für den Fall angewendet werden, bei dem zylinderinterner Fettbetrieb und zylinderexterner Fettbetrieb in Kombination miteinander durchgeführt werden. Demzufolge kann der Anwendungsspielraum des Anfettens beträchtlich erweitert werden.
  • Ferner wird die anstromseitige Luftüberschusszahl λu als berechneter Wert verwendet, um die Bezugsemissionsmenge PB zu berechnen, wohin gegen die abstromseitige Luftüberschusszahl λd als erfasster Wert lediglich dazu verwendet wird, um zu ermitteln, ob zylinderexterner Fettbetrieb vorliegt oder nicht. Mit anderen Worten, sogar in dem Fall, in dem die λ-Sonde 32 abstromseitig vom Katalysator 22 angeordnet ist, wie in der vorliegenden Ausführungsform, wird die Berechnung der Bezugsemissionsmenge PB von dem Ansprechen der λ-Sonde 32 überhaupt nicht beeinflusst. Demzufolge kann die NOx-Adsorptionsmenge mit größerer Genauigkeit geschätzt werden.
  • Ferner wird nicht ermittelt, dass zylinderexterner Fettbetrieb vorliegt, außer wenn die abstromseitige Luftüberschusszahl λd kleiner als der Schwellenwert ist, selbst wenn ein Anweisungssignal zum Anfetten gegeben wird. Das heißt, nur wenn das Anfetten tatsächlich erfolgreich ist, wird das adsorbierte NOx abgegeben und reduziert, und die NOx-Adsorptionsmenge wird verringert; in anderen Fällen jedoch wird das NOx nicht abgegeben, und die NOx-Adsorptionsmenge wird nicht verringert. Aus diesem Grund kann die NOx-Adsorptionsmenge mit größerer Genauigkeit geschätzt und die zufrieden stellende Reinigung der Abgase beschleunigt werden.
  • Da der Schwellenwert zur Verwendung bei der Ermittlung, ob zylinderexterner Fettbetrieb vorliegt oder nicht, in Abhängigkeit von der Motordrehzahl Ne, der Last L und der Katalysatortemperatur Tc ermittelt wird, kann auf optimale Weise in Abhängigkeit von den Fahrbedingungen und den Katalysatorbedingungen ermittelt werden, ob zylinderexterner Fettbetrieb vorliegt oder nicht. Dies trägt zur Beschleunigung einer zufrieden stellenden Abgasreinigung bei.
  • Im Übrigen liest die Betriebseinheit 52 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform die Bezugsemissionsmenge PB aus dem NOx-Emissionskennfeld aus, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können die Kenndaten der NOx-Emissions menge durch eine Polynomgleichung ausgedrückt werden. Insbesondere kann die Bezugsemissionsmenge PB aus der folgenden linearen Polynomgleichung (1) erhalten werden: PB = f(1, y, z) = j0 + j11 + j2y + j3z + j41y + j5yz + j6z1 + j712y + j81y2 +... (1),wobei 1 die anstromseitige Luftüberschusszahl λu bezeichnet, y die Abgastemperatur TE bezeichnet, z den Abgasdurchsatz QE bezeichnet und ji (i = 0, 1, 2 ...) einen Faktor bezeichnet. Es sollte beachtet werden, dass für den Faktor ji ein geeigneter Vorgabewert aus Kenndaten eingesetzt wird, die im Voraus durch Experimente oder dergleichen erhalten wurden. In diesem Fall kann der Anwendungsspielraum des Anfettens erweitert und die NOx-Adsorptionsmenge mit hoher Genauigkeit geschätzt werden, wie es in der oben beschriebenen Ausführungsform der Fall ist.
  • Ferner kann anstelle der λ-Sonde 32 eine lineare O2-Sonde oder eine NOx-Sonde, welche die NOx-Konzentration erfasst, abstromseitig vom Katalysator 22 angeordnet sein. Im Falle der Verwendung der linearen O2-Sonde kann die abstromseitige Luftüberschusszahl λd durch Auslesen der Luftüberschusszahl aus einem Kennfeld erhalten werden, und im Falle der Verwendung der NOx-Sonde, kann die abstromseitige Luftüberschusszahl λd durch eine Funktion zum Erfassen der Luftüberschusszahl der NOx-Sonde erhalten werden. Ferner können die Orte der Sonden 30, 34 und 36 entsprechend den Spezifikationen des Motors 1 beliebig festgelegt werden. Wenn von diesen Sonden keine erfassten Werte erhalten worden sind, können der Abgasdurchsatz QE und die Abgastemperatur TE in dem Abgaskanal 20 und die Katalysetemperatur Tc durch Berechnungen auf der Grundlage der Motordrehzahl, der eingespritzten Kraftstoffmenge in den Zylindern usw. erhalten werden, und der berechnete Wert kann zur Berechnung durch die ECU 50 verwendet werden.

Claims (4)

  1. Vorrichtung, die eine NOx-Adsorptionsmenge schätzt, umfassend: einen NOx-Speicherkatalysator (22), der in einem Abgaskanal (20) eines Motors angeordnet ist, zum Adsorbieren von NOx in Abgasen während des Magerbetriebs und Abgeben und Reduzieren des adsorbierten NOx während des Fettbetriebs, eine Betriebseinheit (52), die eine Emissionsmenge aus dem NOx-Speicherkatalysator während des Fettbetriebs unter Verwendung eines Kennfeldes oder einer Polynomgleichung berechnet, welche die Emissionen aus dem Katalysator auf Grundlage einer Abgastemperatur und einer Abgasdurchsatzrate des Abgaskanals und einer Luftüberschusszahl anstromseitig vom NOx-Speicherkatalysator wiedergibt, und eine Schätzeinheit (54), die aus der berechneten Emissionsmenge eine Adsorptionsmenge in dem NOx-Speicherkatalysator schätzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebseinheit (52) Folgendes umfasst: mindestens ein Ermittlungsmittel (S202), das dazu dient, um auf der Grundlage der Luftüberschusszahl abstromseitig vom NOx-Speicherkatalysator zu ermitteln, ob Fettbetrieb vorliegt; mindestens ein Messmittel (S203), das dazu dient, um eine Zeitspanne zu messen, während der Fettbetrieb vorliegt, für den Fall, dass Fettbetrieb vorliegt; und mindestens ein Korrekturmittel (S205), das zum Berechnen einer End-Emissionsmenge durch Korrigieren der Emissionsmenge, die unter Verwendung des Kennfeldes oder der Polynomgleichung entsprechend der gemessenen Zeit berechnet wurde, dient.
  2. Verfahren zum Schätzen einer NOx-Adsorptionsmenge in einem NOx-Speicherkatalysator (22), der in einem Abgaskanal (20) eines Motors angeordnet ist, zum Adsorbieren von NOx in Abgasen während des Magerbetriebs und Abgeben und Reduzieren des adsorbierten NOx während des Fettbetriebs, umfassend: einen Betriebsschritt (S202 bis S205) zum Berechnen einer Emissionsmenge aus dem Katalysator während des Fettbetriebs; und einen Schätzschritt zum Schätzen einer Adsorptionsmenge in dem NOx-Speicherkatalysator aus der berechneten Emissionsmenge, wobei in dem Betriebsschritt die Emissionsmenge aus dem Katalysator unter Verwendung eines Kennfeldes oder einer Polynomgleichung berechnet wird, welche die Emissionen aus dem NOx-Speicherkatalysator auf Grundlage einer Abgastemperatur und einer Abgasdurchsatzrate des Abgaskanals und einer Luftüberschusszahl anstromseitig vom NOx-Speicherkatalysator wiedergibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsschritt Folgendes umfasst: einen Ermittlungsschritt (S202), um auf der Grundlage der Luftüberschusszahl abstromseitig vom NOx-Speicherkatalysator zu ermitteln, ob Fettbetrieb vorliegt; einen Messschritt (S203) zum Messen einer Zeit, während welcher der Fettbetrieb vorliegt, für den Fall, dass Fettbetrieb vorliegt; und einen Korrekturschritt (S205) zum Berechnen einer End-Emissionsmenge durch Korrigieren der Emissionsmenge, die unter Verwendung des Kennfeldes oder der Polynomgleichung entspre chend der gemessenen Zeit berechnet wird.
  3. Verfahren zum Schätzen einer Adsorptionsmenge in dem NOx-Speicherkatalysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ermittlungsschritt das Vergleichen der Luftüberschusszahl abstromseitig vom NOx-Speicherkatalysator mit einem Schwellenwert zur Verwendung bei der Ermittlung, ob Fettbetrieb vorliegt, beinhaltet, wobei der Schwellenwert unter Verwendung eines Kennfeldes auf Grundlage der Drehzahl des Motors, der Last und der Temperatur des NOx-Speicherkatalysators ermittelt wird.
  4. Verfahren zum Schätzen einer Adsorptionsmenge in dem NOx-Speicherkatalysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polynomgleichung zum Berechnen der Emissionsmenge PB des NOx-Speicherkatalysators dargestellt wird durch: PB = f(1, y, z) = j0 + j11 + j2y + j3z + j41y + j5yz + j6z1 + j712y + j81y2 + ...,wobei 1 die Luftüberschusszahl anstromseitig vom Katalysator bezeichnet, y die Abgastemperatur TE bezeichnet, z die Abgasdurchsatzrate QE ist und ji (i = 0, 1, 2 ...) einen Faktor bezeichnet.
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