DE69900512T2

DE69900512T2 - Vorrichtung zur Abgasreinigung für Brennkraftmaschine mit Magergemischverbrennung

Info

Publication number: DE69900512T2
Application number: DE69900512T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Hyodo; Toshimi Murai; Naoya Takagi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1999-01-21
Publication date: 2002-05-02
Anticipated expiration: 2019-01-22
Also published as: JP3932642B2; JPH11210570A; EP0931921B1; EP0931921A1; US6145306A; DE69900512D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Technologie zum Reinigen eines Abgases eines Magergemischverbrennungsmotors, der in der Lage ist, ein Luft- Kraftstoff-Gemisch in einem Zustand übermäßigen Sauerstoffs zu verbrennen, und insbesondere eine Technologie zum Reinigen des Abgases des Magermischverbrennungsmotors mit einem Stickstoffoxidabsorptions-/-reduktionskatalysator, der in einem Abgassystem angeordnet ist.
In dem Bereich von Verbrennungsmotoren, der an einem Automobil oder dergleichen montiert ist, wurde in verstärktem Maße der Magermischverbrennungsmotor zum Reduzieren der Menge des verbrannten Kraftstoffs entwickelt, der in der Lage ist, das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu verbrennen, bei dem ein Luft- Kraftstoff-Verhältnis höher als ein theoretisches Luft- /Kraftstoffverhältnis ist (womit ein Sauerstoffüberschusszustand gemeint ist). Als diese Bauart des Magergemischverbrennungsmotors ist ein Magergemischverbrennungsmotor der sogenannten Einlassanschlusseinspritzbauart bekannt, der einen Einlassanschluss, der ausgebildet ist, um eine Sturzströmung oder eine Wirbelströmung des Luft-Kraftstoff-Gemisches zu erzeugen, das in eine Brennkammer strömt, und ein Kraftstoffeinspritzventil hat, das so angebracht ist, dass ein Einspritzanschluss davon zu dem Einlassanschluss weist.
Mit dem Magergemischverbrennungsmotor der Einlassanschlusseinspritzbauart wird der Kraftstoff aus dem Kraftstoffeinspritzventil an der letzten Stufe eines Auslasstakts über die frühe Stufe eines Einlasstakts eingespritzt und wird einheitlich mit Frischluft an dem Einlassanschluss gemischt, wobei es somit in die Brennkammer strömt. Bei dieser Gelegenheit bildet das Luft-Kraftstoff- Gemisch die Sturzströmung oder die Wirbelströmung. Wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch durch eine Zündkerze dann gezündet wird, verteilen sich Flammen in der Umgebung der Zündkerze innerhalb der Brennkammer entlang der Sturzströmung oder der Wirbelströmung und die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs in dem mageren Zustand wird beschleunigt.
Bei dem Magergemischverbrennungsmotor der Einlassanschlusseinspritzbauart wird das Luft-Kraftstoff- Gemisch, bei dem der Kraftstoff und die Frischluft im Wesentlichen einheitlich miteinander gemischt sind, in die Brennkammer eingeführt. Daher wird, da die Kraftstoffkonzentration durch Verringern der Kraftstoffeinspritzmenge viel magerer gemacht wird, die Kraftstoffkonzentration in der Umgebung der Zündkerze magerer, woraus folgt, dass die Zündung durch die Zündkerze unmöglich wird.
Dagegen wurde ein Magergemischverbrennungsmotor der Zylindereinspritzbauart in verstärktem Maße entwickelt, der das Kraftstoffeinspritzventil hat, das so angebracht ist, dass der Einspritzanschluss davon zu der Brennkammer weist. Bei dem Verbrennungsmotor der Zylindereinspritzbauart wird die Frischluft in die Brennkammer durch den Einlasstakt eingeführt und nachfolgend wird der Kraftstoff aus dem Kraftstoffeinspritzventil durch einen Verdichtungstakt eingespritzt, wobei dadurch das Luft-Kraftstoff-Gemisch ausgebildet wird, das nur in der Umgebung der Zündkerze brennfähig ist. Zu diesem Zeitpunkt ist eine brennfähige Luft- Kraftstoff-Gemischschicht in der Umgebung der Zündkerze in der Brennkammer des Verbrennungsmotors ausgebildet und Luftschichten sind in anderen Bereichen ausgebildet, wodurch ein sogenannter geschichteter Zustand auftritt. Das so geschichtete Luft- Kraftstoff-Gemisch wird verbrannt, wobei das brennfähige Luft- Kraftstoff-Gemisch in der Umgebung der Zündkerze als eine Zündquelle dient.
Demgemäß ist der Magergemischverbrennungsmotor der Zylindereinspritzbauart in der Lage, die Kraftstoffkonzentration innerhalb der gesamten Brennkammer magerer als durch den Magergemischverbrennungsmotor der Einlassanschlusseinspritzbauart zu machen sowie sowohl eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs als auch einen stabilen Verbrennungszustand vorzusehen.
Andererseits ist das Abgassystem des Verbrennungsmotors mit einem ternären Katalysator zum Reinigen von HC, CO und NOx in dem Abgas vorgesehen. Der ternäre Katalysator ist aufgebaut, um HC und CO wirksam zu oxidieren, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases innerhalb eines vorbestimmten Bereichs des theoretischen Luft-/Kraftstoffverhältnisses fällt, und reduziert wirksam NOx. Wenn daher die Magergemischverbrennung bei dem vorstehend beschriebenen Magergemischverbrennungsmotor durchgeführt wird, steigt eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas an und das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases steigt höher an, als der vorbestimmte vorstehend beschriebene Bereich. Dann ist der ternäre Katalysator nicht in der Lage, NOx ausreichend zu reduzieren, während er HC und CO oxidieren kann.
Bei dieser Sachlage ist der Stickstoffoxidadsorptions-/- reduktionskatalysator an dem Abgassystem des Magergemischverbrennungsmotors angeordnet. Der Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysator hat solche Eigenschaften, um Stickstoffoxid (NOx), das in dem Abgas vorhanden ist, zu adsorbieren, wenn bei einem sogenannten mageren Zustand, bei dem die Sauerstoffkonzentration des strömenden Abgases hoch ist, zu adsorbieren, und das adsorbierte Stickstoffoxid (NOx) dadurch zu desorbieren, dass das Stickstoffoxid (NOx) veranlasst wird, mit Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC) in dem Abgas zu reagieren und es zu Stickstoff (N&sub2;) zu reduzieren, wenn die Sauerstoffkonzentration des einströmenden Abgases sich verringert, während die Kohlenwasserstoffe (HC) ansteigen.
Bei dem Magergemischverbrennungsmotor, der den Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysator hat, absorbiert der Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysator das Stickstoffoxid (NOx), das in dem Abgas enthalten ist, bei dem Magergemischvorgang, und die Reduktionskomponenten Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC) in dem Abgas werden erhöht, bevor die Absorptionsquantität von Stickstoffoxid (NOx) des Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysators gesättigt ist, wobei somit eine sogenannte reiche Spitze bewirkt wird, wobei es dann erforderlich ist, dass das Abgas dadurch an dem Katalysator durch Desorbieren des Stickstoffoxids (NOx) gereinigt wird, das durch den Stickstoffoxidadsorptions-/- reduktionskatalysator adsorbiert ist.
Als eine Vorrichtung zum wirksamen Desorbieren und Reinigen des Stickstoffoxids (NOx), das durch den Stickstoffoxidadsorptions-/- reduktionskatalysator adsorbiert ist, ist eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors bekannt, die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 6-173660 offenbart ist.
Diese Abgasreinigungsvorrichtung des Stands der Technik des Verbrennungsmotors ist an dem Magergemischverbrennungsmotor der Einlassanschlusseinspritzbauart so ausgelegt, um das Stickstoffoxid (NOx), das durch den Stickstoffoxidadsorptions-/- reduktionskatalysator adsorbiert ist, zu desorbieren und zu reinigen, indem aus dem Kraftstoffeinspritzventil die gleiche Menge Kraftstoff eingespritzt wird, wie beim Ausbilden des Luft- Kraftstoff-Gemischs bei dem Sauerstoffüberschusszustand, und gleichzeitig Einführen des Gases, das einen Kraftstoffdampf enthält, der in einem Kraftstofftank erzeugt wird, in einen Abgasdurchgangsweg, der stromaufwärts von dem Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysator angeordnet ist, und in ein Einlasssystem des Verbrennungsmotors, und wobei dadurch die Kohlenwasserstoffe (HC) in dem in den Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysator strömenden Abgas erhöht werden.
Die vorstehend beschriebene Abgasreinigungsvorrichtung berücksichtigt eine Menge und eine Konzentration des Kraftstoffdampfs oder eine Zeit nicht, die erforderlich ist, dass der Kraftstoffdampf tatsächlich den Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysator von dem Zeitpunkt des Startens einer Zufuhr des Kraftstoffdampfs erreicht. Somit ist diese Abgasreinigungsvorrichtung nicht nur nicht in der Lage, dem Stickstoffoxidadsorptions-/- reduktionskatalysator Abgas zuzuführen, das eine gewünschte Menge von Reduktionskomponenten beinhaltet, sondern auch nicht in der Lage, dem Stickstoffoxidadsorptions-/- reduktionskatalysator das Abgas, das die Reduktionskomponenten enthält, mit einer gewünschten Zeitabstimmung zuzuführen. Als Ergebnis wird das Stickstoffoxid (NOx), das durch den Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysator adsorbiert ist, nicht ausreichend desorbiert und gereinigt, und der Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysator gelangt in den gesättigten Zustand mit dem Ergebnis, dass das Stickstoffoxid (NOx) in die Umgebungsluft abgelassen wird, ohne dass es gereinigt ist, und eine Abgasemission könnte verschlechtert werden.
Für den Fall, dass die Abgasreinigungsvorrichtung, die vorstehend beschrieben ist, auf den Magergemischverbrennungsmotor der Zylindereinspritzbauart angewendet wird, wird insbesondere dann, wenn der Kraftstoffdampf während des geschichteten Verbrennungsprozesses zugeführt wird, das Innere der Brennkammer nicht in den geschichteten Zustand versetzt. Das kann die Möglichkeiten verursachen, dass die Verbrennung unstabil wird, die Kraftstoffkonzentration in der Umgebung der Zündkerze höher als nötig wird, was ein Versagen einer Zündung durch die Zündkerze verursacht, und somit ein ungewolltes Feuer ergeben.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die ersonnen wurde, um die vorstehend beschriebenen Probleme zu bewältigen, eine Technologie zu schaffen, die in der Lage ist, durch den Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysator adsorbiertes Stickstoffoxid (NOx) zuverlässig zu reinigen, indem der Kraftstoffdampf, der in dem Kraftstofftank erzeugt wird, eingesetzt wird, ohne den Verbrennungszustand unstabil zu machen, und sowohl das Verhindern der Verschlechterung der Abgasemissionen als auch eine wirksame Verarbeitung des Kraftstoffdampfs in dem Magergemischverbrennungsmotor zu realisieren.
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, nimmt die vorliegenden Erfindung den folgenden Aufbau an.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Magergemischverbrennungsmotors folgendes auf: einen Magergemischverbrennungsmotor, der in der Lage ist, ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in einem Sauerstoffüberschusszustand zu verbrennen; Gaszufuhrmittel zum Zuführen von Kraftstoffdampf, der einen in einem Kraftstofftank erzeugten Kraftstoffdampf enthält, zu einem Einlasssystem dem Magergemischverbrennungsmotors, einen Stickstoffoxidadsorptions- /-reduktionskatalysator, der an einem Abgassystem des Magergemischverbrennungsmotors zum Adsorbieren von Stickstoffoxid in einem Abgas vorgesehen ist, wenn das Abgas sich in dem Sauerstoffüberschusszustand befindet, und zum Reinigen des adsorbierten Stickstoffoxids, wenn sich eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas verringert; Gaszustandsentscheidungsmittel zum Entscheiden eines Zustands eines zu dem Einlasssystem des Magergemischverbrennungsmotors zugeführten Brennstoffdampfgases; und eine Abgaszustandsregelmittel zum Festsetzen eines Luft- /Kraftstoffverhältnisses des zu dem Stickstoffoxidadsorptions-/- reduktionskatalysator strömenden Abgases auf einen gewünschten Zustand durch wahlweises Regeln eines Kraftstoffeinspritzventils des Magergemischverbrennungsmotors und des Gaszufuhrmittels gemäß dem Zustand des Kraftstoffdampfgases, welches durch das Gaszustandsbeurteilungsmittel mit einer Zeitabstimmung beurteilt wird, wenn das durch den Stickstoffoxidadsorptions-/- reduktionskatalysator adsorbierte Stickstoffoxid gereinigt werden soll.
Gemäß der so aufgebauten Abgasreinigungsvorrichtung beurteilt das Gaszustandsbeurteilungsmittel einen Zustand des Kraftstoffdampfgases, wenn eine sogenannte Anreicherungsspitzenregelung zum Reinigen des durch den Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysator adsorbierten Stickstoffoxid ausgeführt wird.
Als Zustand für das Kraftstoffdampfgas kann es beispielsweise eine Kraftstoffkonzentration in dem Kraftstoffdampfgas, eine Strömungsrate des Kraftstoffdampfgases, eine Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffdampfgases (die Zeit, die erforderlich ist, dass das Kraftstoffdampfgas an dem Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysator ankommt) und dergleichen umgeben.
Dann regelt das Abgaszustandsregelmittel wahlweise das Kraftstoffeinspritzventil und das Gaszufuhrmittel des Magergemischverbrennungsmotors gemäß dem durch das Gaszustandsbeurteilungsmittel beurteilten Kraftstoffdampfgaszustands mit der Zeitabstimmung, wenn das durch den Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysator adsorbierte Stickstoffoxid gereinigt werden sollte. Mit dieser Regelung wird die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs bei dem Magergemischverbrennungsmotor nicht unstabil, das in den Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysator einströmende Abgas sollte ein gewünschtes Luft-/Kraftstoffverhältnis haben und das durch den Stickstoffoxidadsorptions-/- reduktionskatalysator adsorbierte Stickstoffoxid wird zuverlässig gereinigt.
Demgemäß ist die Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung in der Lage, das durch den Stickstoffoxidadsorptions- /-reduktionskatalysator adsorbierte Stickstoffoxid durch Einsetzen des in dem Kraftstofftank erzeugten Kraftstoffdampfs zuverlässig zu reinigen und sowohl das Verhindern einer Verschlechterung der Abgasemission als auch das Vorsehen eines wirksamen Prozesses des Kraftstoffdampfs zu realisieren.
Bei der Abgasreinigungsvorrichtung des Magergemischverbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Gaszustandsbeurteilungsmittel Kraftstoffdampfkonzentrationsbeurteilungsmittel zum Beurteilen einer Kraftstoffkonzentration in dem Kraftstoffdampfgas, das durch das Gaszufuhrmittel zu dem Einlasssystem des Magergemischverbrennungsmotors zugeführt wird, oder Gaszufuhrmengenbeurteilungsmittel zum Beurteilen einer Menge des Kraftstoffdampfgases, das durch das Gaszufuhrmittel zu dem Einlasssystem des Magergemischverbrennungsmotors zugeführt wird, oder Gasankunftszeitbeurteilungsmittel zum Beurteilen einer Zeit aufweisen, die für das Kraftstoffdampfgas erforderlich ist, um den Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysator von der Zeit zu erreichen, wenn das Gaszufuhrmittel das Zuführen des Kraftstoffdampfgases zu dem Einlasssystem des Magergemischverbrennungsmotors begonnen hat.
Ebenso kann das Abgaszustandsregelmittel so aufgebaut sein, dass es wahlweise einen Zeitraum der Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil, eine Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung des Kraftstoffeinspritzventils, eine Zufuhrmenge des Kraftstoffdampfgases durch das Gaszufuhrmittel, und eine Zufuhrzeitabstimmung des Kraftstoffdampfgases durch das Gaszufuhrmittel regelt.
Des weiteren kann für den Fall, dass der Magergemischverbrennungsmotor ein Magergemischverbrennungsmotor der Zylindereinspritzbauart mit einem Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs direkt in einen Zylinder ist, das Abgaszustandsregelmittel die Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung des Kraftstoffeinspritzventils ändern, wenn sie an einem Verdichtungstakt jedes Zylinders gesetzt ist, zu einem Einlasstakt jedes Zylinders ändern, kann insbesondere ein Umändern von der Schichtverbrennungsregelung zu der einheitlichen Verbrennungsregelung für den Fall des Reinigens des durch den Stickstoffoxidadsorptions-/- reduktionskatalysator adsorbierten Stickstoffoxids bewirkt werden.
Dies wird zusammen mit anderen Aufgaben und Vorteilen im folgenden erkennbar, wobei diese in den Details des Aufbaus und des Betriebs im folgenden vollständig beschrieben und beansprucht sind, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, die einen Teil hiervon ausbilden, wobei ähnliche Bezugszeichen sich durchgängig auf ähnliche Teile beziehen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Diskussion in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlich, in denen:
Fig. 1 ein Diagramm ist, das schematisch einen Aufbau eines Verbrennungsmotors darstellt, auf das eine Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung angewendet ist;
Fig. 2 ein Diagramm ist, das einen inneren Aufbau einer ECU zeigt;
Fig. 3 eine graphische Darstellung ist, die ein spezifisches Beispiel einer Auslassgasankunftszeitregelabbildung zeigt;
Fig. 4 eine graphische Darstellung ist, die ein spezifisches Beispiel einer Kraftstoffeinspritzzeitabstimmungskompensationsabbildung zeigt;
Fig. 5 ein Flussdiagramm ist, das eine Stickstoffoxidreinigungsregelroutine zeigt;
Fig. 6 ein Flussdiagramm ist, das die Stickstoffoxidreinigungsregelroutine in einem anderen Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 7 eine beispielhafte graphische Darstellung ist, die ein Anreicherungsspitzenverfahren in einem anderen Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 8 eine erklärende graphische Darstellung ist, die ein anderes Anreicherungsspitzenverfahren in einem anderen Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 9 eine erläuternde graphische Darstellung ist, die ein weiteres Anreicherungsspitzenverfahren in einem anderen Ausführungsbeispiel zeigt; und
Fig. 10 eine erläuternde graphische Darstellung ist, die ein weiteres Anreicherungsspitzenverfahren in einem anderen Ausführungsbeispiel zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

[Ausführungsbeispiele]

Ausführungsbeispiele einer Abgasreinigungsvorrichtung eines Magergemischverbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine Ansicht, die schematisch einen Aufbau eines Verbrennungsmotors zeigt, auf den die Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung angewendet ist, und einen Aufbau eines Einlass-/Auslasssystems davon zeigt. Der Verbrennungsmotor, der in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein Verbrennungsmotor 1 der Viertaktzylinderkraftstoffeinspritzbauart mit einer Vielzahl von Zylindern und einem Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines Kraftstoffs direkt in einen jeweiligen Zylinder.
Der Verbrennungsmotor 1 hat einen Zylinderblock 1b, der mit einer Vielzahl von Zylindern 2 ausgebildet ist, und einen Zylinderkopf 1a, der an einem oberen Abschnitt des Zylinderblocks 1b fixiert ist.
Ein in axiale Richtung gleitfähiger Kolben 3 ist in jedem der Zylinder 2 des Zylinderblocks 1b eingesetzt und dieser Kolben 3 ist mit einer Kurbelwelle 4 verbunden, die als eine Motorausgangswelle definiert ist. Eine Brennkammer 5, die durch eine obere Fläche des Kolbens 3 und den Zylinderkopf 1a umgeben ist, ist oberhalb des Kolbens 3 ausgebildet.
Eine Zündkerze 6 ist so an dem Zylinderkopf 1a angebracht, dass sie zu der Brennkammer 5 weist, und eine Zündeinrichtung 6a ist an die Zündkerze 6 zum Aufbringen eines Antriebsstroms darauf angebracht. Der Zylinderkopf 1a ist so mit offenen Enden von zwei Einlassanschlüssen 7 und offenen Enden von zwei Auslassanschlüssen 8 ausgebildet, um zu der Brennkammer 5 zu weisen, und ein Kraftstoffeinspritzventil 9 ist so an dem Zylinderkopf 1a angebracht, dass ein Einspritzanschluss davon zu der Brennkammer 5 weist.
Ein Einlassventil 70 und ein Auslassventil 80 zum Öffnen und Schließen der offenen Enden der Einlass- und Auslassanschlüsse 7, 8 sind so an dem Zylinderkopf 1a gestützt, um vorschiebende und zurückziehende Bewegungen durchzuführen. Eine einlassseitige Nockenwelle 11 und eine auslassseitige Nockenwelle 12 zum Öffnen und Schließen dieser Einlass- und Auslassventile 70, 80 sind drehbar an dem Zylinderkopf 1a gestützt.
Die einlassseitige Nockenwelle 11 und die auslassseitige Nockenwelle 12 sind mit der Kurbelwelle 4 über einen nicht dargestellten Zeitabstimmungsriemen verbunden, wodurch ein Rotationsdrehmoment der Kurbelwelle 4 über den Zeitabstimmungsriemen auf die einlassseitige Nockenwelle 11 und die auslassseitige Nockenwelle 12 übertragen wird.
Der Verbrennungsmotor 1 weist einen Kurbelpositionssensor 13 auf, der aus einem Zeitabstimmungsrotor 13a, der an ein Ende der Kurbelwelle 4 gepasst ist, und aus einem elektromagnetischen Aufnehmer 13b besteht, der an dem Zylinderblock 1b angebracht ist. Des weiteren ist ein Wassertemperatursensor 14 an den Zylinderblock 1b zum Ausgeben eines elektrischen Signals entsprechend einer Temperatur des durch einen Kühlwasserdurchgangsweg 1c strömenden Kühlwassers angebracht, der in dem Zylinderblock 1b ausgebildet ist.
Außerdem ist einer der zwei Einlassanschlüsse 7 ein gerader Anschluss, der aus einem Durchgangsweg aufgebaut ist, der sich gerade von dem offenen Ende, das an einer äußeren Wand des Zylinderkopfs 1a ausgebildet ist, zu dem offenen Ende erstreckt, das der Brennkammer 5 gegenübersteht. Der andere Einlassanschluss 7 ist ein schraubenförmiger Anschluss, der aus einem Durchgangsweg aufgebaut ist, der sich schraubenförmig von dem offenen Ende in der äußeren Wand des Zylinderkopfs 1a zu einer Öffnung erstreckt, die nach innen gerichtet von dem offenen Ende der Brennkammer 5 ausgebildet ist.
Die jeweiligen Einlassanschlüsse 7 stehen mit Einlassverteilerrohren 16 in Verbindung, die an den Zylinderkopf 1a angebracht sind. Von diesen Verteilerrohren 16 ist das Verteilerrohr, das mit dem geraden Anschluss in Verbindung steht, mit einem Wirbelregelventil 10 zum Öffnen und Schließen des Durchgangswegs innerhalb des Verteilerrohrs versehen. An dem Wirbelregelventil 10 ist ein Betätigungsglied 10a gesichert, das aus einem Schrittmotor und dergleichen aufgebaut ist, zum Öffnen und Schließen des Wirbelregelventils 10 gemäß eines aufgebrachten Stroms.
Das Einlassverteilerrohr 16 ist mit einem Ausgleichstank 17 verbunden, der über ein Einlassrohr 18 mit einem Luftreinigerkasten 19 verbunden ist.
Ein Einlassrohr 18 ist mit einem Drosselventil 20 zum Regeln einer Einlassluftdurchflussrate innerhalb des Einlassrohrs 18 versehen. An das Drosselventil 20 sind ein Betätigungsglied 21, das aus einem Schrittmotor und dergleichen aufgebaut ist, und ein Drosselpositionssensor 20a zum Ausgeben eines elektrischen Signals entsprechend eines Öffnungsgrads des Drosselventils angebracht.
Ein Luftdurchflussmessgerät 22 zum Ausgeben eines elektrischen Signals entsprechend einer Masse von Frischluft (auf die als eine Einlassluftmasse Bezug genommen wird), die innerhalb des Einlassrohrs 18 hindurchströmt, ist an einem Abschnitt angeordnet, der stromaufwärts von dem Drosselventil 20 des Einlassrohrs 18 gelegen ist.
Der Ausgleichstank 17 ist mit einem Vakuumsensor 17a zum Ausgeben eines elektrischen Signals entsprechend eines Drucks in dem Ausgleichstank 17 versehen. Ein Auslassdurchgangsweg 30 ist mit dem Ausgleichstank 17 verbunden. Der Auslassdurchgangsweg 30 ist mit einem Aktivkohlebehälter 31 verbunden. Ein elektromagnetisches Ventil 34 zum Regeln einer Durchflussrate in dem Auslassdurchgangsweg 30 ist an einen Abschnitt angebracht, der auf halbem Weg von dem Auslassdurchgangsweg 30 gelegen ist. Das elektromagnetische Ventil 34 wird im Ansprechen auf ein Antriebsimpulssignal entsprechend eines Einschaltdauerverhältnisses, das ein Verhältnis einer Ventilöffnungszeit zu einer Ventilschließzeit anzeigt, geöffnet und geschlossen.
Ein Kraftstoffdampfdurchgangsweg 32 und ein Umgebungslufteinführungsdurchgangsweg 35 sind mit dem Aktivkohlebehälter 31 verbunden. Der Kraftstoffdampfdurchgangsweg 32 ist mit einem Kraftstofftank 33 verbunden und ein offenes Ende des Umgebungslufteinführungsdurchgangswegs 35 ist an der Umgebungsluft angeordnet.
Wenn das elektromagnetische Ventil 34 geschlossen ist, wird hier ein in dem Kraftstofftank 33 erzeugter Kraftstoffdampf über den Kraftstoffdampfdurchgangsweg 32 in den Aktivkohlebehälter 31 eingeführt und an einem Adsorptionsmittel, wie zum Beispiel Aktivkohle und dergleichen, die in dem Aktivkohlebehälter 31 enthalten ist, adsorbiert. Wenn das elektromagnetische Ventil 34 offen ist, dann wird der Einlassrohrunterdruck, der in dem Ausgleichstank 17 erzeugt wird, auf den Aktivkohlebehälter 31 über den Auslassdurchgangsweg 30 aufgebracht. Die Umgebungsluft wird dadurch über den Umgebungslufteinführungsdurchgangsweg 35 in den Aktivkohlebehälter 31 gezogen. Die in den Aktivkohlebehälter 31 gezogene Luft wird dann in den Ausgleichstank 17 über den Auslassdurchgangsweg 30 gezogen. Wenn das elektromagnetische Ventil 34 offen ist, tritt somit eine Strömung der Umgebungsluft auf, die durch den Aktivkohlebehälter 31 strömt.
Die vorstehend beschriebene Kreuzströmung der Umgebungsluft verursacht eine Desorption des an dem Adsorptionsmittel in dem Aktivkohlebehälter 31 adsorbierten Kraftstoffdampf von dem Adsorptionsmittel, und der Kraftstoffdampf wird zusammen mit der Umgebungsluft zu dem Ausgleichstank 17 geführt. Sowohl der Kraftstoffdampf als auch die Umgebungsluft, die zu dem Ausgleichstank 17 geführt werden, (der Kraftstoffdampf und die Umgebungsluft, die von dem Auslassdurchgangsweg 30 zu dem Ausgleichstank 17 geführt werden, werden im folgenden gemeinsam als ein Kraftstoffdampfgas bezeichnet), werden in die Brennkammer 5 jedes Zylinders 2 gesogen, während sie mit der Frischluft gemischt werden, die in den Umgebungstank 17 über den Luftreinigerkasten 19 und das Einlassrohr 18 eingeführt wird. Das Kraftstoffdampfgas wird dann mit dem aus dem Kraftstoffeinspritzventil 9 eingespritzten Kraftstoff verbrannt und einer Behandlung unterzogen, wodurch das sogenannte Kraftstoffdampfgasauslassen verwirklicht wird.
Somit verwirklichen der Auslassdurchgangsweg 30, das elektromagnetische Ventil 34 und der Aktivkohlebehälter 31 das Gaszufuhrmittel gemäß der vorliegenden Erfindung.
Andererseits steht der Auslassanschluss 8 in Verbindung mit einem Auslassverteilerrohr 25, das an dem Zylinderkopf 1a sitzt. Das Auslassverteilerrohr 25 ist über einen ersten Katalysator 26 mit einem Auslassrohr 27 verbunden. Das Auslassrohr 27 ist an seiner stromabwärtigen Seite mit einem nicht dargestellten Schallminderer verbunden.
Ein erster Luft-/Kraftstoffverhältnissensor 29a zum Ausgeben eines elektrischen Signals entsprechend eines Luft- /Kraftstoffverhältnisses des Abgases, das innerhalb des Auslassverteilerrohrs 25 hindurchströmt, ist an einem Abschnitt angebracht, der stromaufwärts von dem ersten Katalysator 26 des Auslassrohrs 25 angeordnet ist.
Ein zweiter Katalysator 28 ist auf halbem Weg von dem Auslassrohr 27 angeordnet. Ein zweiter Luft- /Kraftstoffverhältnissensor 29b zum Ausgeben eines elektrischen Signals entsprechend eines Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Abgases, das aus dem zweiten Katalysator 28 herausströmt, ist an einem Abschnitt angebracht, der stromabwärts von dem zweiten Katalysator 28 des Auslassrohrs 27 angeordnet ist.
Hier ist der erste Katalysator 26 ein ternärer Katalysator, der eine Kapazität hat, die geringer als die des zweiten Katalysators 28 ist. Der zweite Katalysator 28 ist ein Katalysator der Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionsbauart (im folgenden als ein NOx-Adsorptionskatalysator 28 bezeichnet), der insbesondere mit Aluminium als Katalysatorträger aufgebaut ist, das daran zumindest einen Stoff trägt, der aus einem Alkalimetall, wie zum Beispiel Kalium K, Natrium Na, Lithium Li und Cäsium Cs; einem Erdalkalimetall, wie zum Beispiel Barium Ba und Kalzium Ca; oder einem seltenen Erdenelement, wie zum Beispiel Lanthan La, Yttrium Y und dergleichen, und einem Edelmetall, wie zum Beispiel Platin Pt und dergleichen ausgewählt ist.
Ein Verhältnis der Luft (Sauerstoff O&sub2;) in dem Abgas, das in den NOx-Adsorptionskatalysator 28 strömt, zu dem Kraftstoff (Kohlenwasserstoff HC) wird ein Abgasluft-/Kraftstoffverhältnis genannt. Dieses Abgasluft-/Kraftstoffverhältnis entspricht einem Luft-/Kraftstoffverhältnis eines Luft-Kraftstoffgemischs, das der Brennkammer 5 zugeführt wird, wenn weder der Kraftstoff noch die Luft dem Auslassrohr 27 zugeführt wird, das stromaufwärts von dem NOx-Adsorptionskatalysator 28 angeordnet ist.
Wenn sich das Abgasluft-/-Kraftstoffverhältnis (ein Luft- /Kraftstoffverhältnis des Luft-Kraftstoffgemischs) in dem Sauerstoffüberschusszustand befindet, insbesondere in einem sogenannten mageren Zustand, absorbiert dann der NOx- Adsorptionskatalysator 28 das Stickstoffoxid NOx in dem Abgas und desorbiert das absorbierte Stickstoffoxid NOx, wenn ein Zustand vorliegt, bei dem eine Konzentration der Kohlenwasserstoffe (HC) bei einer verringerten Sauerstoffkonzentration in dem Abgas (in dem Luft-Kraftstoffgemisch) insbesondere bei einem reichen Zustand hoch ist.
Genauer gesagt wird in dem Fall, dass der NOx- Adsorptionskatalysator Platin Pt und Barium Ba an dem Katalysatorträger trägt, wenn das Abgasluft-/- Kraftstoffverhältnis den mageren Zustand erreicht, Sauerstoff O&sub2; in dem Abgas an die Oberfläche des Platins Pt in der Form von O&sub2;&supmin; oder O²&supmin; angebracht. Andererseits reagiert das Stickstoffoxid NOx in dem Abgas zu O&sub2;&supmin; oder O&sub2; an der Oberfläche des Platins Pt, wobei es dadurch zu NO&sub2; wird (2NO + O&sub2; → 2NO&sub2;). NO&sub2;, das so erzeugt wird, und NO&sub2; in dem Abgas sind mit dem Bariumoxid BaO gekoppelt und werden ein Natriumion NO&sub3;&supmin;, während es an dem Platin Pt oxidiert wird.
Wenn die Konzentration des Sauerstoffs in dem Abgas, das in den NOx-Adsorptionskatalysator strömt, sich verringert, verringert sich eine Erzeugungsmenge des NO&sub2; in dem NOx- Adsorptionskatalysator, und die Reaktion schreitet in die rückwärtige Richtung (NO&sub3; → NO&sub2;), und das Natriumion NO&sub3;&supmin; wird in der Form von NO&sub2; abgegeben. NO&sub2;, das so abgegeben wird, reagiert mit Reduktionskomponenten (HC, CO, O&sub2;) in dem Abgas an dem NOx- Adsorptionskatalysator 28 und wird zu Stickstoff N&sub2; reduziert.
Des weiteren beinhaltet der Verbrennungsmotor 1 eine elektronische Regeleinheit (ECU) 36 zum Regeln eines Betriebs des Verbrennungsmotors 1.
Mit der ECU 36 über elektrische Drähte verbunden sind verschiedenartige Sensoren, wie zum Beispiel der Kurbelpositionssensor 13, der Wassertemperatursensor 14, der Vakuumsensor 17a, der Drosselpositionssensor 20a, das Luftdurchflussmessgerät 22 sowie erste und zweite Luft- /Kraftstoffverhältnissensoren 29a, 29b. Ausgangssignale der verschiedenartigen Sensoren werden zu der ECU 36 eingegeben.
Zusätzlich zu den vorstehend genannten Sensoren sind die Zündeinrichtung 6a, das Kraftstoffeinspritzventil 9, das Betätigungsglied 10a, das Betätigungsglied 21 und das elektromagnetische Ventil 34 über elektrische Drähte mit der ECU 36 verbunden. Die ECU 36 beurteilt mit den Ausgangssignalen aus den verschiedenartigen Sensoren, die als Parameter dienen, einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1, einen Kraftstoffdampfadsorptionszustand in dem Aktivkohlebehälter 31 und eine Adsorptionsmenge des Stickoxids NOx des NOx- Adsorptionskatalysator 28, und regelt auf der Grundlage der Ergebnisse dieser Beurteilungen die Zündeinrichtung 6a, das Kraftstoffeinspritzventil 9, das Betätigungsglied 10a, das Betätigungsglied 21 und das elektromagnetische Ventil 34.
Hier weist die ECU 36, wie in Fig. 2 gezeigt ist, eine CPU 38, ein ROM 39, ein RAM 40, ein Hilfs-RAM 41, einen Eingabeanschluss 42 und einen Ausgabeanschluss 43 auf, die miteinander über einen bidirektionalen Bus 37 verbunden sind. Die ECU 36 weist ebenso einen A/D-Wandler (A/D) 44 auf, der mit dem Eingabeanschluss 42 verbunden ist.
Der Eingabeanschluss 42 gibt Signale von dem Kurbelpositionssensor 13 und dem Drosselpositionssensor 20a ein und übermittelt diese Signale zu der CPU 38 oder dem RAM 40. Der Eingabeanschluss 42 gibt Signale aus dem Wassertemperatursensor 14, dem Vakuumsensor 17a, dem Luftdurchflussmessgerät 22 und den ersten und zweiten Luft-/Kraftstoffverhältnissensoren 29a, 29b über den A/D-Wandler 44 ein und übermittelt diese Signale zu der CPU 38 oder dem RAM 40.
Der Ausgabeanschluss 43 gibt ein Regelsignal aus der CPU 38 zu der Zündeinrichtung 6a, dem Kraftstoffeinspritzventil 9, dem Betätigungsglied 10a, dem Betätigungsglied 21 und dem elektromagnetischen Ventil 34 aus.
Das ROM 39 speichert verschiedenartige Regelabbildungen und Anwendungsprogramme für eine Kraftstoffeinspritzmengenregelroutine zum Ermitteln einer Kraftstoffeinspritzmenge, eine Kraftstoffeinspritzzeitabstimmungsregelungsroutine zum Ermitteln einer Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung, eine Zündzeitabstimmungsregelroutine zum Ermitteln einer Zündzeitabstimmung oder eine Stickstoffoxidreinigungsregelroutine zum Desorbieren und gleichzeitigen Reinigen des Stickstoffoxids NOx, das in dem NOx- Adsorptionskatalysator 28 adsorbiert ist.
Als die Regeldarstellungen, die in dem ROM 39 gespeichert sind, sind beispielhaft eine Kraftstoffeinspritzmengenregelabbildung, die eine Beziehung zwischen dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 und der Kraftstoffeinspritzmenge anzeigt, eine Kraftstoffeinspritzzeitabstimmungsregeldarstellung, die eine Beziehung zwischen dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 und der Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung anzeigt, eine Zündzeitabstimmungsregeldarstellung, die eine Beziehung zwischen dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 und der Zündzeitabstimmung anzeigt, eine Auslassgasankunftszeitregeldarstellung, die eine Beziehung zwischen einer Zeit (einer Auslassgasankunftszeit), die erforderlich ist, dass das Kraftstoffdampfgas an dem NOx- Adsorptionskatalysator 28 ankommt, von der Zeit des Auslassbeginns des Kraftstoffdampfgases und der Anzahl der Motorumdrehungen anzeigt, und eine Kraftstoffeinspritzzeitabstimmungskompensationsdarstellung, die eine Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge, die zu der Zeit erhöht werden sollte, wenn das Stickstoffoxid NOx, das in dem NOx-Adsorptionskatalysator 28 adsorbiert ist, gereinigt werden sollte, und einer Kompensationsmenge bei der Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung anzeigt.
Das RAM 40 speichert die Ausgabesignale aus den verschiedenartigen Sensoren und die arithmetischen Ergebnisse der CPU 38. Die arithmetischen Ergebnisse sind zum Beispiel die Anzahl der Motorumdrehungen, die aus dem Signal des Kurbelpositionssensors 13 berechnet werden, eine Menge des Kraftstoffdampfs, die pro Zeiteinheit ausgelassen werden kann (auf die als eine Auslassdampfmenge QV Bezug genommen wird) von dem Aktivkohlebehälter 31 zu dem Ausgleichstank 17 und eine Kraftstoffeinspritzmenge (eine Kraftstoffeinspritzerhöhungsmenge QF), die beim Desorbieren und Reinigen des Stickstoffoxids NOx erhöht werden sollte. Dann werden die Ausgabesignale aus verschiedenartigen Sensoren und die arithmetischen Ergebnisse der CPU 38 überschrieben, um die Daten jedes Mal, wenn der Kurbelpositionssensor 13 das Signal ausgibt, zu aktualisieren.
Das Hilfs-RAM 41 ist ein nicht-flüchtiger Speicher zum Erhalten der Daten sogar dann, nachdem der Betrieb des Verbrennungsmotors 1 angehalten ist.
Die CPU 38, die auf der Grundlage der Anwendungsprogramme arbeitet, die in dem ROM 39 gespeichert sind, beurteilt einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 unter Bezugnahme auf die Ausgabesignale der verschiedenartigen Sensoren und berechnet die Kraftstoffeinspritzmenge, die Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung, die Zündzeitabstimmung, die Kraftstoffeinspritzerhöhungsmenge und die Kompensationsmenge bei der Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung aus dem Betriebszustand und verschiedenartigen Regelabbildungen. Dann regelt die CPU 38 auf der Grundlage der Ergebnisse der Berechnungen die Zündeinrichtung 6a, das Kraftstoffeinspritzventil 9, das Betätigungsglied 10a und das Betätigungsglied 21.
Wenn beispielsweise die CPU 38 unter Bezugnahme auf die Ausgabesignale der verschiedenartigen Sensoren beurteilt, dass der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 in einem Niedriglastbetriebsbereich liegt, verringert sie den Öffnungsgrad des Wirbelregelventils 10 durch Regeln des Betätigungsglieds 10a, um die geschichtete Verbrennung zu verwirklichen, regelt das Drosselventil 20 durch Antreiben des Betätigungsglieds 21, so dass das Drosselventil 20 einen Öffnungsgrad eines derartigen Ausmaßes hat, um im Wesentlichen dieselbe Einlassdurchflussrate zu erhalten, als wäre es vollständig geöffnet, und führt die Verdichtungstakteinspritzung durch Aufbringen eines Antriebsstroms auf das Kraftstoffeinspritzventil 9 zu dem Zeitpunkt durch, wenn der Verdichtungstakt eines jeweiligen Zylinders 2 ausgeführt wird. Für diesen Fall wird eine brennfähige Luft-Kraftstoff- Gemischschicht nur in der Umgebung der Zündkerze 6 innerhalb der Brennkammer eines jeweiligen Zylinders 2 ausgebildet und Luftschichten werden in anderen Bereichen ausgebildet. Das Luft- Kraftstoff-Gemisch, aus dem die Schicht somit ausgebildet ist, wird verbrannt, wobei die brennfähige Luft-Kraftstoff- Gemischschicht als die Zündquelle dient, wobei dadurch die geschichtete Verbrennung verwirklicht wird.
Wenn die CPU 38 beurteilt, dass der Betriebszustand des Motors sich in einem Mittellastbetriebsbereich befindet, verringert sie zum Verwirklichen einer einheitlichen Verbrennung mit dem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch den Öffnungsgrad des Wirbelregelventils 10 durch Regeln des Betätigungsglieds 10a und führt eine Einlasstakteinspritzung durch Aufbringen des Antriebsstroms auf das Kraftstoffeinspritzventil 9 zu dem Zeitpunkt aus, wenn ein Einlasstakt eines jeweiligen Zylinders 2 ausgeführt wird. Bei dieser Gelegenheit wird die aus dem Kraftstoffeinspritzventil 9 eingespritzte Kraftstoffmenge so geregelt, dass das Verhältnis der Frischluft zu dem Kraftstoff (Luft-/Kraftstoffverhältnis) höher als ein theoretisches Luft- /Kraftstoffverhältnis ist und wird auf ein derartiges Luft- /Kraftstoffverhältnis gesetzt, um durch die Zündkerze 6 zündbar zu sein. Als Ergebnis wird das magere Luft-Kraftstoffgemisch der Luft und des Kraftstoffs, das einheitlich gemischt ist, über im Wesentlichen den gesamten Bereich in der Brennkammer 5 jedes Zylinders 2 ausgebildet, wobei dadurch eine einheitliche Verbrennung verwirklicht wird.
Wenn die CPU 38 beurteilt, dass der Betriebszustand des Motors in einem Hochlastbetriebsbereich liegt, setzt sie zum Verwirklichen der einheitlichen Verbrennung mit dem Luft- Kraftstoffgemisch in der Nähe des theoretischen Luft- /Kraftstoffverhältnisses das Wirbelregelventil 10 auf einen vollständig offenen Zustand durch Regeln des Betätigungsglieds 10a, regelt dann das Betätigungsglied 21 so, dass das Drosselventil 20 den Öffnungsgrad entsprechend einer Pedalquantität eines nicht dargestellten Beschleunigerpedals hat, und führt des weiteren die Einlasstakteinspritzung durch Aufbringen des Antriebsstroms auf das Kraftstoffeinspritzventil 9 zu der Zeit durch, wenn der Einlasstakt des jeweiligen Zylinders 2 durchgeführt wird. Für diesen Fall wird das Luft- Kraftstoffgemisch, das das theoretische Luft-/Kraftstoffgemisch darstellt, bei dem die Luft und der Kraftstoff einheitlich gemischt sind, über im Wesentlichen den gesamten Bereich in der Brennkammer 5 eines jeweiligen Zylinders 2 ausgebildet, wobei dadurch die einheitliche Verbrennung verwirklicht wird.
Es ist anzumerken, dass, wenn die CPU 38 von der geschichteten Verbrennungsregelung zu der einheitlichen Verbrennungsregelung und umgekehrt umschaltet, sie den Antriebsstrom zweimal auf das Kraftstoffeinspritzventil 9 getrennt zu dem Zeitpunkt aufbringt, wenn der Verdichtungstakt eines jeweiligen Zylinders 2 ausgeführt wird, und zu dem Zeitpunkt, wenn der Einlasstakt davon ausgeführt wird, um Schwankungen hinsichtlich des Drehmoments des Verbrennungsmotors 1 zu verhindern. Für diesen Fall wird die brennfähige Luft-Kraftstoffgemischschicht in der Umgebung der Zündkerze 6 ausgebildet und magere Luft-Kraftstoff- Gemischschichten sind in anderen Bereichen ausgebildet, wodurch die sogenannte schwach geschichtete Verbrennung verwirklicht wird.
Des weiteren sollte die CPU 38 in diesem Ausführungsbeispiel einen Anreicherungsspitzenausführungszähler zum Zählen eines Werts aufweisen, der der Menge des Stickstoffoxids NOx entspricht, die in dem NOx-Adsorptionskatalysator 28 adsorbiert ist. Der Anreicherungsspitzenausführungszähler ist ein Zähler, dessen Wert im Ansprechen auf die Last des Verbrennungsmotors 1, die Anzahl der Motorumdrehungen, die Kraftstoffeinspritzmenge und dergleichen erhöht wird, und ist aus einem Register und dergleichen aufgebaut. Der Anreicherungsspitzenausführungszähler wird aufgrund der Beendigung der Ausführung der Anreicherungsspitzenregelung zurückgesetzt.
Des weiteren wird ein Wert des Anreicherungsspitzenausführungszählers zu dem Zeitpunkt, wenn die Absorptionsmenge des Stickstoffoxids NOx des NOx Adsorptionskatalysator 28 den gesättigten Zustand erreicht, im Voraus durch Versuche und ein Wert A erhalten, der durch Abziehen einer vorbestimmten Menge erhalten wird, wenn eine Grenze von dem Zählwert als der obere Grenzwert des Anreicherungsspitzenausführungszählers gesetzt ist.
Wenn der Wert des Anreicherungsspitzenausführungszählers den oberen Grenzwert A erreicht, führt die CPU 38 die Anreicherungsspitzenregelung aus, um das Luft- /Kraftstoffverhältnis des Abgases auf einen gewünschten Zustand zu bringen. Genauer gesagt verwirklicht die CPU 38 die Anreicherungsspitze durch Kompensieren der Erhöhungsmenge der Kraftstoffeinspritzmenge und durch Auslassen des Kraftstoffdampfgases.
Das Kraftstoffdampfgas braucht Zeit, um an dem NOx- Adsorptionskatalysator 28 von dem Zeitpunkt des Beginns von dessen Auslassen anzukommen, und daher werden die Auslassregelung des Kraftstoffdampfs und die Erhöhungsmengenregelung der Kraftstoffeinspritzmenge gerade dann begonnen, wenn der Zählerwert des Anreicherungsspitzenausführungszählers den vorbestimmten Wert A erreicht, und für diesen Fall tritt eine Zeitverzögerung zwischen der Zeit, die der Kraftstoff benötigt, der von dem Kraftstoffeinspritzventil 9 eingespritzt wird, den NOx- Adsorptionskatalysator 28 zu erreichen, und der Zeit, die für das ausgelassene Kraftstoffdampfgas erforderlich ist, um an dem NOx-Adsorptionskatalysator 28 anzukommen. Es ist daher unmöglich, dem NOx-Adsorptionskatalysator 28 bei einer gewünschten Zeitabstimmung das Abgas zuzuführen, das vorbestimmte Mengen von Reduktionskomponenten (HC, CO) enthält.
Bei der Sachlage beginnt gemäß diesem Ausführungsbeispiel die CPU 38 das Auslassen des Kraftstoffdampfgases zu einem Zeitpunkt, wenn der Wert des Anreicherungsspitzenausführungswerts einen Wert erreicht, der durch Abziehen eines Werts ΔA entsprechend einer Auslassgasankunftszeit Δt von dem oberen Grenzwert A (A - ΔA) erhalten wird, und regelt die Erhöhungsmenge der Kraftstoffeinspritzmenge zu einem Zeitpunkt, wenn der Wert des Anreicherungsspitzenausführungszählers den oberen Grenzwert A erreicht. Somit folgt daraus für diesen Fall, dass die Erhöhungsmenge des Einspritzkraftstoffs und des Kraftstoffdampfgases im Wesentlichen gleichzeitig zu dem NOx- Adsorptionskatalysator 28 strömt.
Es ist anzumerken, dass, je höher die Strömungsgeschwindigkeit der Einlassluft des Verbrennungsmotors 1 ist, umso kürzer die Auslassgasankunftszeit Δt wird, und je größer die Anzahl der Motorumdrehungen ist, umso höher die Strömungsgeschwindigkeit der Einlassluft ist. Daher berechnet die CPU 38 die Anzahl der Motorumdrehungen N des Verbrennungsmotors 1 und berechnet auf der Grundlage der Auslassgasankunftszeitregeldarstellung, wie in Fig. 3 gezeigt ist, die Auslassgasankunftszeit Δt entsprechend der Anzahl der Motorumdrehungen N. Der Wert ΔA ist der vorhergehend durch Versuche erhaltene Wert und wird auf der Grundlage von zum Beispiel der Anzahl der Motorumdrehungen und der Auslassgasankunftszeit ermittelt, die als Parameter verwendet werden.
Eine erhöhte Kraftstoffmenge (eine Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS), die zum Desorbieren und Reinigen des Stickstoffoxids NOx notwendig ist, das in dem NOx-Adsorptionskatalysator 28 adsorbiert ist, wird durch Auslassen des Kraftstoffdampfs und durch die erhöhte Menge der Kraftstoffeinspritzung kompensiert, wobei für diesen Fall mit dem prinzipiellen Kraftstoffdampfgasauslassen ein Kraftstoffmengendefizit zum Auslassen des Kraftstoffdampfgases durch die erhöhte Menge der Kraftstoffeinspritzung kompensiert wird.
Beispielsweise ändert sich die Kraftstoffeinspritzmenge, die erhöht werden soll, gemäß dem Zustand des Kraftstoffdampfgases, das ausgelassen werden soll, und das Produkt (= QV · Tmax) der Kraftstoffdampfmenge (eine ausgelassene Dampfmenge) QV pro Zeiteinheit, die von dem Aktivkohlebehälter 31 zu dem Ausgleichstank 17 zugeführt werden kann, und eine maximale Zeit (eine maximale Ventilöffnungszeit) Tmax, während der das elektromagnetische Ventil 34 vollständig geöffnet ist, und daher ist es erforderlich, dass die erhöhte Menge der Kraftstoffeinspritzmenge nach der Bestimmung der Auslassdampfmenge QV ermittelt wird.
Die Auslassdampfmenge QV ist ein Wert, der durch Multiplizieren einer Kraftstoffkonzentration CP in dem Kraftstoffdampfgas, das ausgelassen werden soll, mit einer Kraftstoffdampfgasströmungsrate (einer Auslassgasströmungsrate QP) pro Zeiteinheit erhalten wird. Dann ändert sich die Auslassgasströmungsrate QP im Ansprechen auf einen Differenzialdruck ΔP zwischen einem Einlassrohrdruck, der in dem Ausgleichstank 17 erzeugt wird, und dem Umgebungsdruck. Für den Fall der Ausführung der Magergemischverbrennungsregelung (geschichtete Verbrennungsregelung) in dem Verbrennungsmotor 1 der Zylindereinspritzbauart, wie in diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft dargestellt, wird jedoch das Drosselventil 20 geregelt, um im Wesentlichen die gleiche Einlassluftdurchflussrate zu haben, wie die bei dem vollständig offenen Zustand, außer zur Zeit einer extrem niedrigen Last, und daher wird der Einlassrohrunterdruck im Wesentlichen konstant. Als Ergebnis wird der Differenzialdruck ΔP ebenso konstant und daher wird die Auslassgasdurchflussrate QP konstant.
Als Verfahren zum Festlegen der Kraftstoffkonzentration CP kann ein Berechnungsverfahren der Kraftstoffkonzentration des Kraftstoffdampfgases beispielhaft dargestellt werden, wenn die normale Auslassregelung von einer Differenz zwischen einem Ausgangssignalwert des ersten Luft-/Kraftstoffverhältnissensors 29a gerade vor dem Ausführen des Auslassvorgangs und einem Ausgangssignalwert des ersten Luft-/Kraftstoffverhältnissensors 29a, wenn der Auslassvorgang ausgeführt wird, implementiert wird, und die so berechnete Kraftstoffkonzentration als ein Lernwert verwendet wird, oder ein direktes Erfassungsverfahren der Kraftstoffkonzentration durch Verwenden eines HC-Sensors, der an dem Aktivkohlebehälter 31 oder dem Auslassdurchgangsweg 30 angepasst ist.
Die CPU 38 berechnet die Auslassdampfmenge QV durch Multiplizieren der berechneten Kraftstoffkonzentration CP mit der Auslassgasdurchflussmenge QP, nachfolgendem Multiplizieren der Auslassdampfmenge QV mit der maximalen Öffnungszeit Tmax des elektromagnetischen Ventils und Berechnen der Menge des Kraftstoffs (Auslasskraftstoffmenge QV · Tmax), die von dem Aktivkohlebehälter 31 zu dem Ausgleichsbehälter 17 zugeführt werden kann. Nachfolgend vergleicht die CPU 38 die berechnete Auslasskraftstoffmenge QV · Tmax mit der Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS.
Wenn die Auslasskraftstoffmenge QV · Tmax größer als die Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS ist, berechnet die CPU 38 die Ventilöffnungszeit T des elektromagnetischen Ventils 34 durch Teilen der Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS durch die Auslassdampfmenge QV und setzt die Kraftstoffeinspritzerhöhungsmenge QF auf "0".
Für diesen Fall verwirklicht die CPU 38 die Anreicherungsspitze durch Regeln des elektromagnetischen Ventils 34 gemäß der Ventilöffnungszeit T.
Wenn andererseits die Auslasskraftstoffmenge QV · Tmax unterhalb der Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS liegt, setzt die CPU 38 die Ventilöffnungszeit T des elektromagnetischen Ventils 34 auf die maximale Öffnungszeit Tmax des elektromagnetischen Ventils und setzt als die Kraftstoffeinspritzerhöhungsmenge QF einen Wert (QRS - QV · Tmax), der durch Subtrahieren der Auslasskraftstoffmenge QV · Tmax von der Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS erhalten wird.
Für diesen Fall ist eine Gesamtmenge des Kraftstoffs (eine gesamte Kraftstoffeinspritzmenge Qtotal), die von dem Kraftstoffeinspritzventil 9 eingespritzt werden soll, ein Wert (Q + QF), der durch Addieren der Kraftstoffeinspritzmenge Q, die aus der Kraftstoffeinspritzmengenregelabbildung erhalten wird, zu der Kraftstoffeinspritzerhöhungsmenge QF erhalten wird, und es ist daher erforderlich für die Realisierung dieser Gesamtkraftstoffeinspritzmenge Qtotal, dass die Kraftstoffeinspritzzeit durch Beginnen der Kraftstoffeinspritzung früher als die Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung IT verlängert wird, die von der Kraftstoffeinspritzzeitabstimmungsregelabbildung berechnet ist.
Bei dieser Gelegenheit berechnet die CPU 38 die Kraftstoffeinspritzzeitabstimmungskompensationsvorstellmenge ΔIT entsprechend der Kraftstoffeinspritzerhöhungsmenge QF aus der Kraftstoffeinspritzzeitabstimmungskompensationsabbildung, wie in Fig. 4 gezeigt ist, addiert dann die Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung IT zu der Kraftstoffeinspritzzeitabstimmungskompensationsvorstellmenge ΔIT, berechnet somit eine Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung ITtotal, wenn die Anreicherungsspitze ausgeführt wird. Dann verwirklicht die CPU 38 die Anreicherungsspitze durch Regeln des Kraftstoffeinspritzventils 9 gemäß der Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung ITtotal.
Beim Verwirklichen der Anreicherungsspitze unter den vorstehend beschriebenen Regelungen, insbesondere beim Ausführen der Anreicherungsspitze während des mageren Betriebs der geschichteten Verbrennung, ändert sich das Luft-Kraftstoff- Verhältnis in der Brennkammer abrupt zu dem reichen Zustand aufgrund des Auslassens des Kraftstoffdampfgases und der Kraftstoffeinspritzerhöhungsmenge, wobei ein durch den angereicherten bzw. fetten Zustand ein ungewolltes Feuer auftreten kann. Daher reguliert die CPU 38 die Kraftstoffmengenänderungsgeschwindigkeit aufgrund des Auslassens des Kraftstoffdampfgases und ebenso die Kraftstoffmengenänderungsgeschwindigkeit aufgrund der Kraftstoffeinspritzerhöhungsmenge, so dass eine Änderungsgeschwindigkeit der Gesamtkraftstoffmenge, die durch Summieren der Kraftstoffmenge in dem ausgelassenen Kraftstoffdampfgas und der Einspritzkraftstoffmenge erhalten wird, eine Änderungsgeschwindigkeit wird, die nicht ausreichend ist, ein ungewolltes Feuer durch den angereicherten Zustand zu induzieren.
Es ist anzumerken, dass die CPU 38, wenn sie die Anreicherungsspitzenregelung auf der Grundlage der Kraftstoffeinspritzerhöhungsmenge ausführt, die geschichtete Verbrennungsregelung unterbinden kann und stattdessen die einheitliche Verbrennungsregelung durchführen kann, was auf eine Stabilisierung der Verbrennung innerhalb jedes Zylinders 2 abzielt.
Somit verwirklicht die CPU 38 ein Gaszustandsbeurteilungsmittel und ein Abgaszustandsregelmittel gemäß der vorliegenden Erfindung durch Ausführen des Anwendungsprogramms in dem ROM 39.
Ein Betrieb und Wirkungen dieses Ausführungsbeispiels werden im folgenden beschrieben.
Die CPU 38 führt die Stickstoffoxidreinigungsregelroutine, wie in Fig. 5 gezeigt ist, mit einem Intervall einer vorbestimmten Zeit (jedes Mal, wenn der Kurbelpositionssensor 13 das Signal ausgibt) durch, wenn sie die geschichtete Verbrennungsregelung des Verbrennungsmotors 1 ausführt. Bei dieser Stickstoffoxidreinigungsregelroutine greift die CPU 38 zu Beginn bei S501 auf den RAM 40 zu und liest die Anzahl der Motorumdrehungen N davon heraus.
Nachfolgend greift die CPU 38 auf die Auslassgasankunftszeitregelabbildung in dem ROM 39 zu, berechnet dann die Auslassgasankunftszeit Δt entsprechend der Anzahl der Motorumdrehungen N und berechnet den Wert ΔA entsprechend der Auslassgasankunftszeit Δt.
Als nächstes schreitet die CPU 38 zu S5O2 vor und zieht den Wert ΔA ab, der in S501 von dem oberen Grenzwert A des Anreicherungsspitzenausführungszählers berechnet ist. Dann beurteilt die CPU 38, ob der Zählerwert des Anreicherungsspitzenausführungszählers oberhalb des Werts (A - ΔA) liegt, der durch den vorstehend genannten Subtraktionsprozess erhalten wird, oder nicht.
Wenn die CPU 38 in S501 beurteilt, dass der Zählerwert des Anreicherungsspitzenausführungszählers unterhalb des subtrahierten Ergebnisses (A - ΔA) liegt, beendet sie zeitweilig diese Routine.
Wenn die CPU 38 andererseits in S 502 beurteilt, dass der Zählerwert des Anreicherungsspitzenausführungszählers oberhalb des subtrahierten Ergebnisses (A - ΔA) liegt, schreitet sie zu S503 vor und beurteilt, ob der Zählerwert des Anreicherungsspitzenausführungszählers oberhalb des oberen Grenzwerts A liegt, insbesondere ob die adsorbierte Menge des Stickstoffoxids NOx des NOx-Adsorptionskatalysators 28 in dem gesättigten Zustand vorliegt oder nicht.
Wenn die CPU 38 in S503 beurteilt, dass der Zählerwert des Anreicherungsspitzenausführungszählers unterhalb des oberen Grenzwerts A liegt, schreitet sie zu S507 vor und beurteilt, ob die Ausführung der Anreicherungsspitzenregelung in einem versuchsweise zulässigen Zustand liegt oder nicht. Der versuchsweise zulässige Zustand der Anreicherungsspitzenausführungsregelung, der hier bezeichnet ist, bezieht sich auf einen Zustand vor der, Ausführung der Anreicherungsspitzenregelung auf der Grundlage der Kraftstoffeinspritzungserhöhungsmenge und einen Zustand, bei dem die Anreicherungsspitzenregelung auf der Grundlage des Auslassens des Kraftstoffdampfgases ausgeführt wird.
In dem RAM 40 ist ein Versuchszulassungsmarkierungsbereich einer Anreicherungsspitzenregelungsausführung zu "1" gesetzt, wenn die Ausführung der Anreicherungsspitzenregelung auf der Grundlage des Auslassens des Kraftstoffdampfgases beginnt, und zu "0" zurückgesetzt, wenn die Ausführung der Anreicherungsspitzenregelung auf der Grundlage des Auslassens des Kraftstoffdampfgases beendet wird. Dann kann die CPU 38 beurteilen, ob die Ausführung der Anreicherungsspitzenregelung innerhalb des versuchsweise zulässigen Zustands liegt oder nicht, indem sie beurteilt, ob die "1" oder "0" in dem Versuchszulassungsmarkierungsbereich der Anreicherungsspitzenausführungsregelung gespeichert ist.
Wenn die CPU 38 in S507 beurteilt, dass die Ausführung der Anreicherungsspitzenregelung nicht in dem versuchsweise zulässigen Zustand liegt, schreitet sie zu S508 vor und setzt "1" in dem Versuchszulassungsmarkierungsbereich der Anreicherungsspitzenausführungsregelung in dem RAM 40.
Als nächstes schreitet die CPU 38 zu S509 vor und ermittelt die Kraftstofferhöhungsmenge (die Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS), die zum Desorbieren und Reinigen des Stickstoffoxids NOx benötigt wird, die in dem NOx-Adsorptionskatalysator 28 adsorbiert ist. Bei dieser Gelegenheit ermittelt die CPU 38 die Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS unter der Annahme, dass der Zählerwert des Anreicherungsspitzenausführungszählers den oberen Grenzwert A erreicht.
Dann berechnet die CPU 38 aufgrund des Fortschreitens zu S510 die Menge des Kraftstoffs, der pro Zeiteinheit ausgelassen wird (die Auslassdampfmenge QV) durch Multiplizieten der ausgelassenen Gasdurchflussrate QP pro Zeiteinheit mit der Kraftstoffkonzentration CP. Nachfolgend berechnet die CPU 38 die ausgelassene Kraftstoffmenge QV · Tmax durch Multiplizieren der ausgelassenen Dampfmenge QV mit der maximalen Öffnungszeit Tmax des elektromagnetischen Ventils, und ermittelt die Ventilöffnungszeit T des elektromagnetischen Ventils 34 und die Kraftstoffeinspritzerhöhungsmenge QF auf der Grundlage der ausgelassenen Kraftstoffmenge QV · Tmax und die Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS, die in S509 berechnet ist.
Bei dieser Gelegenheit vergleicht, die CPU 38 die ausgelassene Kraftstoffmenge QV · Tmax mit der Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS und berechnet, falls die ausgelassene Kraftstoffmenge QV · Tmax größer als die Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS ist, die Öffnungszeit T des elektromagnetischen Ventils durch Teilen der Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS durch die ausgelassene Dampfmenge QV, und setzt dann die Kraftstoffeinspritzungserhöhungsmenge QF auf "0" zurück.
Wenn andererseits die ausgelassene Kraftstoffmenge QV · Tmax unterhalb der Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS liegt, setzt die CPU 38 die Öffnungszeit T des elektromagnetischen Ventils auf die maximale Öffnungszeit Tmax des elektromagnetischen Ventils und setzt die Kraftstoffeinspritzungserhöhungsmenge QF auf einen Wert (QRS - QV · Tmax), der durch Subtrahieren der ausgelassenen Kraftstoffmenge QV · Tmax von der Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS erhalten wird.
Die CPU 38 veranlasst den RAM 40, die so berechnete Öffnungszeit T des elektromagnetischen Ventils und die Kraftstoffeinspritzungserhöhungsmenge QF in vorbestimmten Bereichen zu speichern und schreitet darauf zu S511 weiter. In S511 setzt die CPU 38, um die Anreicherungsspitze auf der Grundlage des Auslassens des Kraftstoffdampfgases auszuführen, das elektromagnetische Ventil 34 auf den vollständig geöffneten Zustand und beendet zeitweilig diese Routine.
Darauf nimmt die CPU 38 die Ausführung dieser Routine wieder auf und wenn sie in S502 und S503 beurteilt, dass der Zählerwert des Anreicherungsspitzenausführungszählers oberhalb des Werts (A - ΔA) liegt und unterhalb des Werts A. Das führt die CPU 38 zu einer derartigen Beurteilung, die in S507 durchgeführt wird, dass die Ausführung der Anreicherungsspitzenregelung in dem versuchsweise zulässigen Zustand liegt, und die CPU 38 beendet die Ausführung der vorliegenden Routine zeitweilig.
Die Routine wird so wiederholt ausgeführt, und wenn die CPU 38 in S503 beurteilt, dass der Zählerwert des Anreicherungsspitzenausführungszählers oberhalb des oberen Grenzwerts A liegt, schreitet sie zu S504 vor.
In S504 schreibt die CPU 38 "1" in den Ausführungszulassungsmarkierungsbereich der Anreicherungsspitzenregelung, die in dem RAM 40 gesetzt ist. Es wird angenommen, dass "1" in dem Versuchszulassungsmarkierungsbereich der Anreicherungsspitzenausführungsregelung gesetzt wird, wenn die Ausführung der Anreicherungsspitzenregelung auf der Grundlage der Kraftstoffeinspritzungserhöhungsmenge begonnen wird, und dass "0" gesetzt wird, wenn die Ausführung der Anreicherungsspitzenregelung auf der Grundlage der Kraftstoffeinspritzungserhöhungsmenge beendet wird.
Nachfolgend schreitet die CPU 38 zu S505 vor und berechnet die Gesamtkraftstoffeinspritzmenge Qtotal und die Kraftstoffeinspritzungszeitabstimmung ITtotal auf der Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge Q, die durch die Kraftstoffeinspritzungsmengenregelroutine ermittelt wird, die Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung IT, die durch die Kraftstoffeinspritzungszeitabstimmungsregelroutine ermittelt wird, die Kraftstoffeinspritzungserhöhungsmenge QF, die in S510 und der Kraftstoffeinspritzungszeitabstimmungskompensationsabbildung ermittelt wird.
Dann schreitet die CPU 38 zu S506 vor, wobei die CPU 38 zum Ausführen der Anreicherungsspitze auf der Grundlage der Kraftstoffeinspritzungserhöhungsmenge die Regelung zu der einheitlichen Verbrennungsregelung von der geschichteten Verbrennungsregelung überschaltet und das Kraftstoffeinspritzventil 9 gemäß der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge Qtotal und der Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung ITtotal regelt, die in S505 berechnet wurden.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Anreicherungsspitzenregelung so ausgeführt, so dass die Kraftstoffeinspritzungserhöhungsmenge und das Kraftstoffdampfgas an dem NOx-Adsorptionskatalysator 28 mit der im Wesentlichen gleichen Zeitabstimmung ankommen, und daher folgt daraus, dass das Kraftstoffdampfgas innerhalb der Brennkammer 5 mit der gleichen Zeitabstimmung vorliegt wie der um die Kraftstofferhöhungsmenge eingespritzte Kraftstoff. Das Kraftstoffdampfgas wird nämlich, nachdem der Verbrennungsmotor 1 zu dem einheitlichen Verbrennungszustand von dem geschichteten Verbrennungszustand geschaltet hat, in die Brennkammer 5 geführt, wodurch die Verbrennung in dem Verbrennungsmotor 1 ohne Störung der geschichteten Verbrennung stabilisiert werden kann.
Des weiteren wird die Kraftstoffeinspritzmenge gemäß dem Zustand des Kraftstoffdampfgases so erhöht, dass Stickstoffoxid NOx, das in dem NOx-Adsorptionskatalysator 28 adsorbiert ist, mit der minimalen erforderlichen Kraftstoffeinspritzungserhöhungsmenge desorbiert und gereinigt werden kann, und dass das Luft- Kraftstoffgemisch nicht in dem übermäßig reichen Zustand vorliegen kann. Als Folge wird die Verbrennung des Luft- Kraftstoffgemischs stabilisiert und die Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs durch die Anreicherungsspitzenregelung wird unterdrückt.
Darüber hinaus wird der Kraftstoffdampf, der in dem Behälter adsorbiert wird, für die Anreicherungsspitze verwendet, und daher gibt es mehr Gelegenheiten, den Kraftstoffdampf auszulassen, und es ist möglich, den Behälter sicher zu regenerieren.

Weiteres Ausführungsbeispiel

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben. Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das die Stickstoffoxidreinigungsregelroutine in diesem Ausführungsbeispiel zeigt.
Bei der in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gezeigten Stickstoffoxidreinigungsregelroutine werden die Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS, die Ventilöffnungszeit T des elektromagnetischen Ventils 34 und die Kraftstoffeinspritzungserhöhungsmenge QF dann ermittelt, wenn die Ausführung der Anreicherungsspitzenregelung versuchsweise zulässig ist. Dagegen werden bei der in Fig. 6 gezeigten Stickstoffoxidreinigungsregelroutine die Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS, die Ventilöffnungszeit T des elektromagnetischen Ventils 34 und die Kraftstoffeinspritzungserhöhungsmenge QF ermittelt, bevor die Ausführung der Anreicherungsspitzenregelung versuchsweise gestattet wird.
Das heißt, dass die CPU 38 in S601 auf den RAM 40 zugreift und die Anzahl der Motorumdrehungen N daraus einliest. Nachfolgend greift die CPU 38 auf die Auslassgasankunftszeitregelabbildung in dem ROM 39 zu, berechnet dann die Auslassgasankunftszeit Δt entsprechend der Anzahl der Motorumdrehungen N, und berechnet den Wert ΔA entsprechend der Auslassgasankunftszeit Δt.
Nachfolgend schreitet die CPU 38 zu S602 vor und ermittelt die Kraftstofferhöhungsmenge (die Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS), die zum Desorbieren und Reinigen des in dem NOx-Adsorptionskatalysator 28 adsorbierten Stickstoffoxids NOx notwendig ist.
Bei dieser Gelegenheit ermittelt die CPU 38 die Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS unter der Annahme, dass der Zählerwert des Anreicherungsspitzenausführungszählers den oberen Grenzwert A erreicht.
Wenn die CPU 38 zu S603 vorschreitet, erfasst sie dann die Auslassgasdurchflussrate QP pro Zeiteinheit und die Kraftstoffkonzentration CP und berechnet die Menge des Kraftstoffs, die pro Zeiteinheit ausgelassen wird (die Auslassdampfmenge QV) durch Multiplizieren der Auslassgasdurchflussmenge QP mit der Kraftstoffkonzentration CP.
Nachfolgend berechnet die CPU 38 die Auslasskraftstoffmenge QV · Tmax durch Multiplizieren der Auslassdampfmenge QV mit der maximalen Öffnungszeit Tmax des elektromagnetischen Ventils und ermittelt die Ventilöffnungszeit T des elektromagnetischen Ventils 34 und die Kraftstoffeinspritzungserhöhungsmenge QF auf der Grundlage der Auslasskraftstoffmenge QV · Tmax und der Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS, die in S509 berechnet wird.
Zu diesem Zeitpunkt vergleicht die CPU 38 die Auslasskraftstoffmenge QV · Tmax mit der Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS, und, wenn die Auslasskraftstoffmenge QV · Tmax größer als die Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS ist, berechnet die Öffnungszeit T des elektromagnetischen Ventils durch Teilen der Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS durch die Auslassdampfmenge QV, und stellt dann die Kraftstoffeinspritzungserhöhungsmenge QF auf "0" zurück.
Wenn andererseits die Auslasskraftstoffmenge QV · Tmax unterhalb der Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS liegt, setzt die CPU 38 die Öffnungszeit T des elektromagnetischen Ventils auf die maximale Öffnungszeit Tmax des elektromagnetischen Ventils und setzt die Kraftstoffeinspritzungserhöhungsmenge QF auf einen Wert (QRS - QV · Tmax), der durch Subtrahieren der Auslasskraftstoffmenge QV · Tmax von der Anreicherungsspitzenkraftstoffmenge QRS erhalten wird.
Die CPU 38 veranlasst den RAM 40 die so berechnete Öffnungszeit T des elektromagnetischen Ventils und die Kraftstoffeinspritzungserhöhungsmenge QF in vorbestimmten Bereichen zu speichern.
Als nächstes schreitet die CPU 38 zu S604 vor und zieht den Wert ΔA, der in S601 berechnet ist, von dem oberen Grenzwert A des Anreicherungsspitzenausführungszählers ab. Dann beurteilt die CPU 38, ob der Zählerwert des Anreicherungsspitzenausführungszählers oberhalb des Werts (A - ΔA) liegt, der durch den vorstehenden Subtraktionsprozess erhalten wird oder nicht.
Wenn die CPU 38 in S604 beurteilt, dass der Zählerwert des Anreicherungsspitzenausführungszählers unterhalb des subtrahierten Werts (A - ΔA) liegt, beendet sie zeitweilig diese Routine.
Wenn andererseits die CPU 38 in S604 beurteilt, dass der Zählerwert des Anreicherungsspitzenausführungszählers oberhalb des subtrahierten Ergebnisses (A - ΔA) liegt, schreitet sie zu S605 vor und beurteilt, ob der Zählerwert des Anreicherungsspitzenausführungszählers oberhalb des oberen Grenzwerts A liegt oder nicht, insbesondere, ob die adsorbierte Menge des Stickstoffoxids NOx des NOx-Adsorptionskatalysators 28 in dem gesättigten Zustand vorliegt oder nicht.
Wenn die CPU 38 in S605 beurteilt, dass der Zählerwert des Anreicherungsspitzenausführungszählers unterhalb des oberen Grenzwerts A liegt, schreitet sie zu S609 vor. In S609 greift die CPU 38 auf den Versuchszulassungsmarkierungsbereich der Anreicherungsspitzenausführungsregelung in dem RAM 40 zu und beurteilt, ob "1" oder "0" dort gespeichert ist.
Wenn die CPU 38 in S609 beurteilt, dass "0" in dem Versuchszulassungsmarkierungsbereich der Anreicherungsspitzenausführungsregelung gespeichert ist und die Ausführung der Anreicherungsspitzenregelung nicht in dem versuchsweise zugelassenen Zustand vorliegt, schreitet sie zu S610 vor und setzt "1" in den Versuchszulassungsmarkierungsbereich der Anreicherungsspitzenausführungsregelung.
Nachfolgend schreitet die CPU 38 zu S611 vor, wobei die CPU 38 auf den vorbestimmten Bereich in dem RAM 40 zugreift und die Öffnungszeit T des elektromagnetischen Ventils einliest, die in S603 berechnet wird. Dann führt die CPU 38 zum Ausführen der Anreicherungsspitze auf der Grundlage des Auslassens des Kraftstoffdampfgases die Regelung so durch, dass das elektromagnetische Ventil 34 in dem vollständig geöffneten Zustand für die Dauer der Öffnungszeit T des elektromagnetischen Ventils bleibt, und beendet zeitweilig diese Routine.
Darauf nimmt die CPU 38 die Ausführung dieser Routine auf, und wenn sie in S604 und S605 ermittelt, dass der Zählerwert des Anreicherungsspitzenausführungszählers oberhalb des Werts (A - ΔA) und unterhalb des Werts A liegt. Das führt die CPU 38 zu einer solchen Beurteilung, die in S609 gemacht wurde, dass die Ausführung der Anreicherungsspitzenregelung in dem versuchsweise zulässigen Zustand liegt, und die CPU 38 beendet die Ausführung der vorliegenden Routine zeitweilig.
Diese Routine wird somit wiederholt ausgeführt und wenn die CPU 38 in S605 beurteilt, dass der Zählerwert des Anreicherungsspitzenausführungszählers oberhalb des oberen Grenzwerts A liegt, schreitet sie zu S606 vor.
In S606 setzt die CPU 38 "1" in dem Zulassungsmarkierungsbereich der Anreicherungsspitzenausführungsregelung in dem RAM 40 und schreitet zu S607 vor.
In S607 berechnet die CPU 38 die Gesamtkraftstoffeinspritzungsmenge Qtotal und die Kraftstoffeinspritzungszeitabstimmung ITtotal auf der Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge Q, die durch die Kraftstoffeinspritzmengenregelroutine ermittelt wird, der Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung IT, die durch die Kraftstoffeinspritzzeitabstimmungsregelroutine ermittelt wird, der Kraftstoffeinspritzungserhöhungsmenge QF, die in S603 ermittelt wird, und der Kraftstoffeinspritzungszeitabstimmungskompensationsabbildung.
Dann schreitet die CPU 38 zu S608 vor, wobei die CPU 38 zum Ausführen der Anreicherungsspitze auf der Grundlage der Kraftstoffeinspritzungserhöhungsmenge die Regelung zu der einheitlichen Verbrennungsregelung von der geschichteten Verbrennungsregelung umschaltet und das Kraftstoffeinspritzventil 9 gemäß der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge Qtotal und der Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung ITtotal, die in S607 berechnet wurden.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel können die gleichen Effekte wie diejenigen des vorhergehenden Ausführungsbeispiels erhalten werden.
Es ist anzumerken, dass bei den zwei vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen das Beispiel des Durchführens der Regelung, so dass die erhöhte Menge des Einspritzungskraftstoffs und des Kraftstoffdampfgases im Wesentlichen gleichzeitig zu dem NOx-Adsorptionskatalysator strömen, als das Verfahren des wahlweisen Regelns des Kraftstoffeinspritzventils und des elektromagnetischen Ventils beispielhaft dargestellt sind. Wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist, gibt es jedoch ein alternatives Regelverfahren, bei dem das Abgasluft-/- Kraftstoffverhältnis auf der Grundlage des Auslassens des Kraftstoffdampfgases geregelt wird, um in der ersten Hälfte der Anreicherungsspitze reich bzw. fett zu sein, und wobei das Kraftstoffmengendefizit lediglich für das Auslassen des Kraftstoffdampfgases durch die erhöhte Menge der Einspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil in der zweiten Hälfte davon kompensiert wird. Für diesen Fall ist es möglich, die Kraftstoffeinspritzmenge zu verringern, die für die Anreicherungsspitze notwendig ist, und den Behälter sicher zu regenerieren.
Des weiteren kann, wie in Fig. 9 gezeigt ist, das Abgasluft-/- Kraftstoffverhältnis geregelt werden, um reich bzw. fett auf der Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge in der ersten Hälfte der Anreicherungsspitze zu sein, und das Abgasluft-/- Kraftstoffverhältnis kann geregelt werden, um auf der Grundlage des Auslassens des Kraftstoffdampfgases in der zweiten Hälfte davon reich bzw. fett zu sein.
Wie in Fig. 10 gezeigt ist, kann darüber hinaus das Abgasluft-/- Kraftstoffverhältnis geregelt werden, um auf der Grundlage lediglich der Kraftstoffeinspritzmenge in der ersten Hälfte der Anreicherungsspitze zu sein, und das Luft-/Kraftstoffverhältnis in der Brennkammer wird auf ein solches Luft- /Kraftstoffverhältnis gesetzt, um die Verbrennung zu stabilisieren (zum Beispiel das theoretische Luft- /Kraftstoffverhältnis), und nachfolgend kann die Kraftstoffeinspritzungserhöhungsmenge und das Auslassen des Kraftstoffdampfgases parallel durchgeführt werden. Für diesen Fall wird das Luft-Kraftstoffgemisch in der Nähe des theoretischen Luft-/Kraftstoffverhältnisses verbrannt, wodurch die Kraftstoffeinspritzmenge und das Auslassen des Kraftstoffdampfgases auf einfache Weise auf der Grundlage der Ausgangssignale des Luft-/Kraftstoffverhältnissensors rückkopplungsgeregelt werden können, um das Luft- /Kraftstoffverhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches (oder des Abgases) auf ein gewünschtes Luft-/Kraftstoffverhältnis zu setzen, so dass das unbeabsichtigte Feuer, das durch den angereicherten Zustand aufgrund des Auslassens des Kraftstoffdampfgases verursacht wird, verhindert werden kann, und die Anreicherungsspitze ohne die Verbrennung unstabil zu machen verwirklicht werden kann.
Das Verfahren des wahlweisen Regelns des Kraftstoffeinspritzventils und des elektromagnetischen Ventils ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern es ist vorzuziehen, ein optimales Verfahren gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors und dem Zustand des Kraftstoffdampfgases zu wählen.
Die vielzähligen Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der genauen Beschreibung offensichtlich, und somit ist durch die beigefügten Ansprüche beabsichtigt, jegliche Merkmale und Vorteile der Erfindung abzudecken, die innerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegen. Da des weiteren vielzählige Abwandlungen und Änderungen dem Fachmann offensichtlich sind, ist es nicht erwünscht, die Erfindung auf den genauen Aufbau und den Betrieb zu begrenzen, der dargestellt und beschrieben ist, und demgemäß kann auf alle geeigneten Abwandlungen und Äquivalente zurückgegriffen werden, die innerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegen.
Eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Magergemischverbrennungsmotors reinigt Stickstoffoxid sicher, das von einem Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysator adsorbiert wird, ohne eine Verbrennung eines Luft- Kraftstoffgemischs unstabil zu machen, während ein Kraftstoffdampf verwendet wird, der in einem Kraftstofftank erzeugt wird. Die Abgasreinigungsvorrichtung weist eine Gaszustandsbeurteilungseinheit zum Beurteilen eines Zustands eines Kraftstoffdampfgases, das zu einem Einlasssystem des Magergemischverbrennungsmotors zugeführt wird, und eine Abgaszustandsregeleinheit zum Setzen eines Zustands des zu dem Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysator strömenden Abgases durch wahlweises Regeln des Kraftstoffeinspritzventils und der Gaszufuhreinheit gemäß dem Zustand des Kraftstoffdampfgases zu dem Zeitpunkt auf einen gewünschten Zustand, wenn das Stickstoffoxid, das von dem Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysator adsorbiert ist, der in dem Abgassystem des Magergemischverbrennungsmotors vorgesehen ist, desorbiert und gereinigt werden sollte.

Claims

1. Abgasreinigungsvorrichtung eines Magergemischverbrennungsmotors (1) mit:

einem Magergemischverbrennungsmotor, der in der Lage ist, ein Luft-Kraftstoffgemisch in einem Sauerstoffüberschusszustand zu verbrennen;

einem Gaszufuhrmittel (30, 31, 34) für ein Zuführen eines Kraftstoffdampfgases, das einen Kraftstoffdampf enthält, der in einem Kraftstofftank (33) erzeugt wird, zu einem Einlasssystem (7, 17) des Magergemischverbrennungsmotors (1);

einem Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysator (28), der in dem Abgassystem (25, 27) des Magergemischverbrennungsmotors (1) vorgesehen ist, zum Adsorbieren von Stickstoffoxid in dem Abgas, wenn das Abgas in dem Sauerstoffüberschusszustand vorliegt, und zum Reinigen des adsorbierten Stickstoffoxids, wenn eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas sich verringert;

gekennzeichnet durch

Gaszustandsbeurteilungsmittel zum Beurteilen eines Zustands des Kraftstoffdampfgases, das dem Einlasssystem (7, 17) des Magergemischverbrennungsmotors (1) zugeführt wird, und

Abgaszustandsregelmittel zum Setzen eines Luft- /Kraftstoffverhältnisses des zu dem Stickstoffoxidadsorptions-/- reduktionskatalysator (28) strömenden Abgases auf einen gewünschten Zustand durch wahlweises Regeln eines Kraftstoffeinspritzventils (9) des Magergemischverbrennungsmotors (1) und des Gaszufuhrmittels (30, 31, 34) gemäß dem Zustand des Kraftstoffdampfgases, das durch das Gaszustandsbeurteilungsmittel mit einer Zeitabstimmung beurteilt wird, wenn das von dem Stickstoffoxidadsorptions-/- reduktionskatalysator (28) adsorbierte Stickstoffoxid gereinigt werden sollte.

2. Abgasreinigungsvorrichtung eines Magergemischverbrennungsmotors gemäß Anspruch 1, wobei das Gaszustandsbeurteilungsmittel Kraftstoffdampfkonzentrationsbeurteilungsmittel zum Beurteilen einer Kraftstoffkonzentration in dem Kraftstoffdampfgas aufweist, das dem Einlasssystem (7, 17) des Magergemischverbrennungsmotors (1) durch das Gaszufuhrmittel (30, 31, 34) zugeführt wird.

3. Abgasreinigungsvorrichtung eines Magergemischverbrennungsmotors gemäß Anspruch 1, wobei das Gaszustandsbeurteilungsmittel Gaszufuhrmengenbeurteilungsmittel zum Beurteilen einer Menge des Kraftstoffdampfgases aufweist, das zu dem Einlasssystem (7, 17) des Magergemischverbrennungsmotors (1) durch das Gaszufuhrmittel (30, 31, 34) zugeführt wird.

4. Abgasreinigungsvorrichtung eines Magergemischverbrennungsmotors gemäß Anspruch 1, wobei das Gaszustandsbeurteilungsmittel Gasankunftszeitbeurteilungsmittel zum Beurteilen einer Zeit aufweist, die für das Kraftstoffdampfgas erforderlich ist, um an dem Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysator (28) anzukommen, von der Zeit, wenn das Gaszufuhrmittel (30, 31, 34) das Zuführen des Kraftstoffdampfgases zu dem Einlasssystem (7, 17) des Magergemischverbrennungsmotors (1) begonnen hat.

5. Abgasreinigungsvorrichtung eines Magergemischverbrennungsmotors gemäß Anspruch 1, wobei das Gaszustandsregelmittel wahlweise eine Zeitdauer einer Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil (9), eine Zeitabstimmung der Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil (9), eine Zufuhrmenge eines Kraftstoffdampfgases durch das Gaszufuhrmittel (30, 31, 34) und eine Zufuhrzeitabstimmung des Kraftstoffdampfgases durch das Gaszufuhrmittel (30, 31, 34) regelt.

6. Abgasreinigungsvorrichtung eines Magergemischverbrennungsmotors gemäß Anspruch 1, wobei der Magergemischverbrennungsmotor (1) ein Magergemischverbrennungsmotor (1) der Zylindereinspritzbauart ist, der ein Kraftstoffeinspritzventil (9) zum Einspritzen des Kraftstoffs direkt in einen Zylinder (2) aufweist, und

wobei das Abgaszustandsregelmittel die Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung des Kraftstoffeinspritzventils (9) zu der Zeit eines Einlasstakts jedes Zylinders (2) ändert, wenn die Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung des Kraftstoffeinspritzventils (9) an einen Verdichtungstakt jedes Zylinders (2) gesetzt ist, um das Stickstoffoxid, das von dem Stickstoffoxidadsorptions-/-reduktionskatalysator (28) adsorbiert ist, zu reinigen.