DE10027738A1

DE10027738A1 - Motorabgas-Reinigungsvorrichtung

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Publication number: DE10027738A1
Application number: DE10027738A
Authority: DE
Inventors: Shigeru Kawamoto; Yutaka Takaku; Toshio Ishii; Yoshihisa Fujii; Shinji Nakagawa; Minoru Oosuga
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2001-02-15
Also published as: JP2000352307A; US6357224B1

Abstract

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Steuern eines Luft-/Kraftstoffverhältnisses, das ein Verfahren zur Diagnose einer Verschlechterung eines Katalysators, der ein NOx-Einfangmittel zum Reinigen eines Abgases in einem Magerverbrennungszustand etwa in einem Motor mit zylinderinterner Einspritzung oder dergleichen besitzt, enthält. Eine Motorabgas-Reinigungsvorrichtung ist so beschaffen, daß es versehen ist mit einem NOx-Einfangmittel in einem Abgaskanal, das NOx im Abgas entsprechend einer Absorption oder einer Adsorption einfängt, wenn ein Luft-/Kraftstoffverhältnis im Abgas mager ist, und das NOx abgibt oder reduziert, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis ein stöchiometrisches Luft-/Kraftstoffverhältnis oder das fette Luft-/Kraftstoffverhältnis ist, einer Luft-/Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung, die das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases in einem vorgegebenen Zyklus vorübergehend vom mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis ändert, einer Einrichtung zur Erfassung einer besonderen Komponente, die eine besondere Komponente im Abgas hinter dem NOx-Einfangmittel erfaßt, einer NOx-Abgabevollendungs- oder NOx-Reduktionsvollendungs-Beurteilungseinrichtung, die auf der Grundlage eines Erfassungsergebnisses der Einrichtung zur Erfassung einer besonderen Komponente zum Zeitpunkt der vorübergehenden Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Abgases zum stöchiometrischen ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgas-Reinigungsvorrichtung für einen Motor.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Eine sogenannte Magerverbrennungstechnik, in der im Vergleich zu einem theoreti schen Luft-/Kraftstoffverhältnis (ungefähr 14,7, im folgenden als ein stöchiometri sches Luft-/Kraftstoffverhältnis bezeichnet) ein Luftmengenüberschuß erzeugt wird, um einen spezifischen Kraftstoffverbrauch zu verbessern und dadurch den Kraft stoff mager zu verbrennen, ist in großem Umfang verwendet worden.

Beispielsweise haben sich ein Aufbau zur Realisierung einer Magerverbrennung mit einem Luft-/Kraftstoffverhältnis von ungefähr 20 bis 25 eines Typs verbreitet, bei dem Kraftstoff in der Nähe einer Ansaugöffnung eines Saugrohrabschnitts einge spritzt wird (Saugrohreinspritztyp), und ein Aufbau zur Realisierung einer deutlich mageren Verbrennung mit einem Luft-/Kraftstoffverhältnis von ungefähr 40 bis 50 durch Bildung einer geschichteten Mischung eines Typs, bei dem Kraftstoff direkt in einen Zylinder eingespritzt wird (Typ mit zylinderinterner Einspritzung), verbrei tet. Bei diesen Techniken ist es möglich, eine Verbesserung eines spezifischen Kraftstoffverbrauchs durch eine Magerverbrennung zu verwirklichen, d. h. durch Erhöhen der Menge der Ansaugluft, um einen Pumpverlust und einen Wärmeverlust zu verringern.

Im Fall der Verbrennung bei stöchiometrischem Luft-IKrafIstoffverhältnis ist es zwar möglich, gleichzeitig HC, CO und NOx im Abgas durch eine Dreiwegekataly se zu oxidieren bzw. zu reduzieren. Bei der Magerverbrennung ist es jedoch schwie rig, NOx zu reduzieren, da das Abgas sich in einem Zustand mit Sauerstoffüber schuß befindet. Daher ist eine Abgas-Reinigungsvorrichtung für einen Motor be kannt, die so beschaffen ist, daß innerhalb eines Kanals ein NOx-Einfangmittel zum Einfangen von NOx im Abgas, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases mager ist, und zum Abgeben des NOx, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis fett ist (Kraftstoffüberschuß), vorgesehen ist, um so das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases in einem vorgegebenen Zyklus vorübergehend von einem mageren Luft- /Kraftstoffverhältnis zu einem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder zu einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis zu ändern, wodurch das durch das NOx- Einfangmittel eingefangene NOx abgegeben und reduziert wird.

Bei einer Abgas-Reinigungsvorrichtung dieser Art ist es wünschenswert, im Hin blick auf die Reduzierung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs und einer besonde ren Komponente, wie etwa HC oder dergleichen, im Abgas den spezifischen Kraft stoffverbrauch nur während eines Zyklus, der einer Menge des eingefangenen NOx entspricht, zu einem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder zu einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis zu machen. Eine Technik zur Beurteilung einer Vollendung einer Abgabe von NOx, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis zu einem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder zu einem fetten Luft-/Kraftstoff verhältnis gemacht wird, ist in dem japanischen Patent Nr. 2.692.380 vorgeschlagen worden. Der Aufbau ist derart, daß beurteilt wird, daß die Abgabe von NOx beendet ist, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis, das von einem hinter einem NOx-Absorp tionsmittel angebrachten Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor erfaßt wird, von einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zu einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis ge schaltet wird, nachdem das Luft-/Kraftstoffverhältnis vom mageren Luft-/Kraftstoff verhältnis zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder zum fetten Luft- /Kraftstoffverhältnis geschaltet worden ist. Diese Tatsache basiert auf der Tatsache, das HC oder CO im Abgas, das von einer stromaufwärtigen Seite strömt, für die Reduktion von NOx verbraucht wird während der Zeit, in der durch das NOx-Ab sorptionsmittel absorbiertes NOx abgegeben und reduziert wird, selbst in dem Fall, in dem das Luft-/Kraftstoffverhältnis stromaufwärts des NOx-Absorptionsmittels zu einem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder einem fetten Luft-/Kraft stoffverhältnis wird, so daß das von dem stromabwärts des NOx-Absorptionsmittels angebrachten Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor erfaßte Luft-/Kraftstoffverhältnis geringfügig mager wird und das Luft-/Kraftstoffverhältnis, das durch den Luft- /Kraftstoffverhältnis-Sensor erfaßt wird, nachdem die Abgabe und die Reduktion des durch das NOx-Absorptionsmittel eingefangenen NOx vollständig ist, fett wird.

Ein Zeitpunkt, zu dem ein Ausgangssignal des Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensors, der stromabwärts des NOx-Absorptionsmittels angebracht ist, vom mageren Luft- /Kraftstoffverhältnis zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis geschaltet wird, wird jedoch durch das Luft-/Kraftstoffverhältnis stromaufwärts des NOx-Absorptions mittels selbst dann beeinflußt, wenn die Menge des durch das NOx-Absorptions mittel eingefangenen NOx gleichmäßig ist. Beispielsweise strömt HC oder CO selbst in dem Fall, in dem die Menge des durch das NOx-Absorptionsmittel absor bierten NOx groß ist, vom stromaufwärtigen Abschnitt des NOx-Absorptionsmittels schneller als mit einer Abgabe- und Reduktionsgeschwindigkeit für das durch das NOx-Absorptionsmittel absorbierte NOx ein, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis zum Zeitpunkt einer vorübergehenden Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Abgases vom mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zum stöchiometrischen Luft- /Kraftstoffverhältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis zu fett gemacht wird, um das durch das NOx-Absorptionsmittel absorbierte NOx abzugeben und zu reduzieren, so daß nicht verbrauchtes HC und CO stromabwärts strömen. Daher zeigt das von dem stromabwärts des NOx-Absorptionsmittels angebrachten Luft- /Kraftstoffverhältnis-Sensor erfaßte Luft-/Kraftstoffverhältnis sofort das fette Luft- /Kraftstoffverhältnis an, und die Leistung des NOx-Absorptionsmittels kann nur schwer diagnostiziert werden. Um eine solche Situation zu verhindern, ist es not wendig, das Luft-/Kraftstoffverhältnis stromaufwärts des NOx-Absorptionsmittels auf einen vorgegebenen Wert zu setzen.

Da jedoch das Luft-/Kraftstoffverhältnis vor dem obenerwähnten NOx-Absorp tionsmittel in Wirklichkeit auf einer Steuerung beruht, die nicht anhand einer Rückkopplungsregelung ausgeführt wird, weicht das Luft-/Kraftstoffverhältnis häufig von einem Sollwert ab. Daher kann das Luft-/Kraftstoffverhältnis zum Zeitpunkt einer vorübergehenden Änderung vom mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoff verhältnis nur schwer gleichmäßig gemacht werden, um so die Leistung des NOx- Absorptionsmittels genau zu diagnostizieren. Dann ist es zum Zeitpunkt einer Diagnose eines NOx-Katalysators wünschenswert, ein Verfahren zur Rückkopp lungsregelung eines Steuerparameters wie etwa des Luft-/Kraftstoffverhältnisses oder dergleichen zum Zeitpunkt des Schaltens des Luft-/Kraftstoffverhältnisses vom mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis zu verwen den, so daß eine Zeit, die erforderlich ist, bevor die Abgabe und die Reduktion von NOx beendet sind, gleich einem vorgegebenen Wert wird.

Um ferner eine Diagnose des NOx-Katalysators schnell auszuführen, ist es wün schenswert, ein Verfahren zum Bestimmen eines Parameters wie etwa des Luft- /Kraftstoffverhältnisses oder dergleichen zum Zeitpunkt einer Steuerung mit starker Zunahme des Kraftstoffanteils auf der Grundlage eines Betriebszustandes des Motors zu verwenden, so daß ein Schwellenwert, der zum Zeitpunkt des Verglei chens mit einem Zeitpunkt der Vollendung der Abgabe oder der Reduktion von durch das NOx-Absorptionsmittel absorbiertem NOx verwendet wird, konstant wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Um die Probleme zu lösen und den obengenannten Bedarf zu befriedigen, wird ge mäß der vorliegenden Erfindung eine Motorabgas-Reinigungsvorrichtung geschaf fen, die versehen ist mit:
einem in einem Abgaskanal angeordneten NOx-Einfangmittel, das NOx in einem Abgas entsprechend einer Absorption oder einer Adsorption einfängt, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis im Abgas mager ist, und NOx abgibt oder reduziert, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis ein stöchiometrisches Luft-/Kraft stoffverhältnis oder das fette Luft-/Kraftstoffverhältnis ist;
einer Luft-/Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung, die das Luft- /Kraftstoffverhältnis des Abgases in einen vorgegebenen Zyklus vorübergehend vom mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff verhältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis ändert;
einer Einrichtung zur Erfassung einer besonderen Komponente, die eine besondere Komponente im Abgas stromabwärts des NOx-Einfangmittels erfaßt;
einer NOx-Abgabe- oder NOx-Reduktionsvollendungs-Beurteilungs einrichtung, die auf der Grundlage eines Erfassungsergebnisses der Einrichtung zur Erfassung einer besonderen Komponente zum Zeitpunkt der vorübergehenden Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Abgases zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis durch die Luft- /Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung beurteilt, daß eine Abgabe oder Reduk tion des durch das NOx-Einfangmittel eingefangenen NOx vollendet ist; und
einer NOx-Abgabezeit- oder NOx-Reduktionsvollendungszeit-Erfas sungseinrichtung, die eine Zeit erfaßt, die zum Reinigen des NOx erforderlich ist,
wobei ein Steuerparameter der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Änderungs einrichtung auf der Grundlage eines Ergebnisses geändert wird, das durch Verglei chen einer durch die NOx-Abgabezeit- oder NOx-Reduktionsvollendungszeit-Erfas sungseinrichtung erfaßten Zeit (TD) mit einem im voraus gesetzten, vorbestimmten Wert (TTD) erhalten wird.

Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Motorabgas-Reinigungsvor richtung geschaffen, die versehen ist mit:
einem in einem Abgaskanal angeordneten NOx-Einfangmittel, das ent sprechend einer Absorption oder einer Adsorption NOx in einem Abgas einfängt, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis im Abgas mager ist, und NOx abgibt oder reduziert, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis ein stöchiometrisches Luft-/Kraft stoffverhältnis oder das fette Luft-/Kraftstoffverhältnis ist;
einer Luft-/Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung, die das Luft- /Kraftstoffverhältnis des Abgases in einem vorgegebene Zyklus vorübergehend vom mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis ändert;
einer Einrichtung zur Erfassung einer besonderen Komponente, die eine besondere Komponente im Abgas stromabwärts des NOx-Einfangmittels erfaßt;
einer NOx-Abgabe- oder NOx-Reduktionsvollendungs-Beurteilungs einrichtung, die auf der Grundlage eines Erfassungsergebnisses der Einrichtung zur Erfassung einer besonderen Komponente zum Zeitpunkt der vorübergehenden Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Abgases zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis durch die Luft- /Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung beurteilt, daß eine Abgabe oder Reduk tion des durch das NOx-Einfangmittel eingefangenen NOx beendet ist; und
einer NOx-Abgabezeit- oder NOx-Reduktionsvollendungszeit-Erfas sungseinrichtung, die eine Zeit erfaßt, die zum Reinigen des NOx erforderlich ist,
wobei die Motorabgas-Reinigungsvorrichtung ferner eine NOx-Einfang mittel-Leistungsbeurteilungseinrichtung umfaßt, die eine Leistung des NOx-Ein fangmittels auf der Grundlage eines Ergebnisses beurteilt, das durch Vergleichen einer durch die NOx-Abgabezeit- oder NOx-Reduktionsvollendungszeit-Erfas sungseinrichtung erfaßten Zeit (TD) mit einem im voraus festgesetzten, vorbe stimmten Wert (TTD) erhalten wird, und ein Steuerparameter der Luft-/Kraftstoff verhältnis-Änderungseinrichtung wird im voraus auf der Grundlage eines Parame ters gesetzt, der einen Betriebszustand des Motors angibt.

Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Motorabgas-Reinigungsvor richtung, wie in der obenerwähnten Struktur angegeben, geschaffen, bei der eine Differenz zwischen den Werten TD und TTD zum Zeitpunkt der Änderung des Steuerparameters der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung auf der Grundlage des Ergebnisses des Vergleichs zwischen der erfaßten Zeit TD und dem vorgegebenen Wert TTD klein gemacht wird.

Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Motorabgas-Reinigungsvor richtung, wie in der obenerwähnten Struktur angegeben, geschaffen, bei der der Steuerparameter der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung so gesetzt ist, daß der vorgegebene Wert TTD ein fester Wert ohne Beziehung zu einem Betriebs zustand wird.

Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Motorabgas-Reinigungsvor richtung, wie in der obenerwähnten Struktur angegeben, geschaffen, wobei als Steuerparameter der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung wenigstens einer der Werte: ein Luft-/Kraftstoffverhältnis zum Zeitpunkt der vorübergehenden Änderung zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder zum fetten Luft- /Kraftstoffverhältnis, ein Zyklus zum vorübergehenden Ändern des Luft-/Kraft stoffverhältnisses vom mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis und ein Term zum vorübergehenden Ändern des Luft-/Kraftstoffverhältnisses zum stöchiometri schen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis variabel gemacht werden.

Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Motorabgas-Reinigungsvor richtung, wie in der oben erwähnten Struktur angegeben, geschaffen, bei der ein Zeitpunkt, zu dem der von der Einrichtung zur Erfassung einer besonderen Kompo nente erfaßte Wert kleiner als der vorgegebene Wert ist, als der NOx-Abgabezeit punkt oder NOx-Reduktionsvollendungszeitpunkt definiert wird.

Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Motorabgas-Reinigungsvor richtung, wie in der obenerwähnten Struktur angegeben, geschaffen, bei der ein Zeitpunkt, zu dem der von der Einrichtung zur Erfassung einer besonderen Kompo nente erfaßte Wert kleiner als ein erster vorgegebener Wert ist, als der NOx- Abgabezeitpunkt oder NOx-Reduktionsvollendungszeitpunkt definiert wird.

Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Motorabgas-Reinigungsvor richtung, wie in der obenerwähnten Struktur angegeben, geschaffen, bei der eine Verschlechterung des NOx-Einfangmittels auf der Grundlage des Wertes des Steuerparameters der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung erfaßt wird.

Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Motorabgas-Reinigungsvor richtung, wie in der obenerwähnten Struktur angegeben, geschaffen, die ferner versehen ist mit wenigstens einer Speichereinrichtung zum Speichern eines Codes, der eine Verschlechterung des NOx-Einfangmittels angibt, wenn eine Verschlechte rung des NOx-Einfangmittels gleich oder größer als ein vorgegebener Wert ist, und mit einer Alarmerzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Alarms.

Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Motorabgas-Reinigungsvor richtung, wie in der obenerwähnten Struktur angegeben, geschaffen, bei der ein Magerbetrieb entsprechend der erfaßten Verschlechterung des NOx-Einfangmittels begrenzt wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die einen Gesamtaufbau einer Motorabgas- Reinigungsvorrichtung zeigt;

Fig. 2 ist eine Auftragung, die ein Beispiel eines Ausgangssignals eines Luft-/Kraft stoffverhältnis-Sensors zeigt;

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das eine elektronische Steuerschaltung zeigt;

Fig. 4 ist ein Kennfeld, das eine Basis-Kraftstoffeinspritzmenge zeigt;

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht, die eine Luft-/Kraftstoffverhältnis-Rückkopp lungsregelung zeigt;

Fig. 6 ist ein Ablaufplan, der eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Bestim men, ob ein Schichtladungsbetrieb zugelassen werden sollte oder nicht, zeigt;

Fig. 7 ist ein Kennfeld, das einen Betriebsbereich, der einen Schichtladungsbetrieb zuläßt, zeigt;

Fig. 8 ist eine Kennliniendarstellung, die eine Beziehung zwischen einem Luft- /Kraftstoffverhältnis, einer NOx-Reinigungsrate und einem Luft-/Kraftstoffverhält nis-Sensor zeigt;

Fig. 9 ist eine Kennliniendarstellung, die eine Beziehung zwischen einem Luft- /Kraftstoffverhältnis und einem Abgas zeigt;

Fig. 10 ist eine Kennliniendarstellung 1, die eine Beziehung zwischen einem Luft- /Kraftstoffverhältnis zum Zeitpunkt des raschen Anstiegs des Kraftstoffanteils und einem Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor, der hinter einem NOx-Einfangmittel ange bracht ist, zeigt;

Fig. 11 ist eine Kennliniendarstellung 2, die eine Beziehung zwischen einem Luft- /Kraftstoffverhältnis zum Zeitpunkt des raschen Anstiegs des Kraftstoffanteils und einem Abgassensor, der hinter dem NOx-Einfangmittel angebracht ist, zeigt;

Fig. 12 ist eine Kennliniendarstellung 3, die eine Beziehung zwischen einem Luft- /Kraftstoffverhältnis zum Zeitpunkt des raschen Anstiegs des Kraftstoffanteils und einem Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor, der vor und hinter dem NOx-Einfangmittel angebracht ist, zeigt;

Fig. 13 ist ein Flußdiagramm 1, das eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zur Diagnose einer Verschlechterung eines NOx-Katalysators zeigt;

Fig. 14 ist ein Flußdiagramm 2, das eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zur Diagnose einer Verschlechterung eines NOx-Katalysators zeigt;

Fig. 15 ist ein Flußdiagramm 3, das eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zur Diagnose einer Verschlechterung eines NOx-Katalysators zeigt;

Fig. 16 ist ein Flußdiagramm 4, das eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zur Diagnose einer Verschlechterung eines NOx-Katalysators zeigt;

Fig. 17 ist eine Kennliniendarstellung 1, die eine Beziehung zwischen einem Parameter in Verbindung mit dem NOx-Einfangmittel zum Zeitpunkt des raschen Anstiegs des Kraftstoffanteils und einem Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor, der vor und hinter dem NOx-Einfangmittel angebracht ist, zeigt;

Fig. 18 ist ein Flußdiagramm 1, das eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens zur Diagnose einer Verschlechterung eines NOx-Katalysators zeigt;

Fig. 19 ist ein Flußdiagramm 2, das eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens zur Diagnose einer Verschlechterung eines NOx-Katalysators zeigt;

Fig. 20 ist ein Flußdiagramm 3, das eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens zur Diagnose einer Verschlechterung eines NOx-Katalysators zeigt;

Fig. 21 ist ein Flußdiagramm 4, das eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens zur Diagnose einer Verschlechterung eines NOx-Katalysators zeigt;

Fig. 22 ist eine Kennliniendarstellung 2, die eine Beziehung zwischen einem mit dem NOx-Einfangmittel in Verbindung stehenden Parameter zum Zeitpunkt des raschen Anstiegs des Kraftstoffanteils und einem Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor, der vor und hinter dem NOx-Einfangmittel angebracht ist, zeigt; und

Fig. 23 ist eine Abbildung, die einen Steuerparameter einer Luft-/Kraftstoffver hältnis-Änderungseinrichtung zeigt, und eine Darstellung einer Beziehung zwischen der Abgastemperatur und einem Korrekturmodul des Steuerparameters.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nun wird eine Beschreibung einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfin dung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung gegeben.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Luft-/Kraftstoffverhältnis-Steuervorrich tung für einen Motor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall ist die vorliegende Ausführungsform eine Ausführungsform eines Typs mit zylinderinterner Einspritzung. Ein Ansaugsystem 23 eines Motors 1 ist mit einem Luftreiniger 2, einem Luftmengendurchflußsensor 3 zur Erfassung einer An saugluftmenge, einer Drosselklappe 4 zum Einstellen der Ansaugluftmenge, einer Drosselklappen-Antriebseinrichtung 5, einem Drosselklappenöfffnungsgrad-Sensor 5a, einem Verwirbelungssteuerventil 6, einer Verwirbelungssteuerventil-Antriebs einrichtung 7 und einem Ansaugventil 8 versehen. Das Verwirbelungssteuerventil 6 ist für jeden der Zylinder direkt vor dem Ansaugventil 8 vorgesehen und so beschaf fen, daß es einteilig betätigt wird.

Eine Brennkammer 9 für den Motor 1 ist mit einem Kraftstoffeinspritzventil 10 zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkammer 9, einer Zündkerze 11 und einem Zylinderinnendruck-Sensor 12 versehen. Ein Abgassystem 23 des Motors 1 ist mit einem Abgasventil 13, einem ersten Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor 14, einem NOx-Einfangmittel 15 und einem zweiten Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor 25 versehen. Ferner sind eine Erfassungsscheibe 16, die an einer Kurbelwelle des Motors 1 angebracht ist, ein Kurbelwinkelsensor 17 zur Erfassung der Drehzahl und des Kurbelwinkels durch Erfassen eines vorstehenden Abschnitts der Erfassungs scheibe 16 und ein Beschleunigungssensor 19 zur Erfassung eines Niederdrückbe trags eines Fahrpedals 18 vorgesehen.

Ein erfaßter Wert von jedem der Sensoren wird in eine elektronische Steuereinheit (im folgenden mit ECU bezeichnet) 20 eingegeben, wobei die ECU 20 einen Nie derdrückbetrag des Fahrpedals, eine Luftansaugmenge, eine Drehzahl, einen Kur belwinkel, einen Zylinderinnendruck, einen Drosselklappenöffnungsgrad und dergleichen erfaßt und berechnet. Dann berechnet die ECU 20 auf der Grundlage dieser Ergebnisse eine Menge und einen Zufuhrzeitpunkt für dem Motor 1 zugeführ ten Kraftstoff, um einen Ansteuerimpuls an das Kraftstoffeinspritzventil 10 auszu geben, ferner berechnet sie den Öffnungsgrad der Drosselklappe 4, um ein Steuersi gnal an die Klappen-Antriebseinrichtung 5 auszugeben, sowie einen Zündzeitpunkt und dergleichen, um ein Zündsignal an die Zündkerze 11 auszugeben. Ferner gibt die ECU 20 beispielsweise in dem Fall, in dem beurteilt wird, daß sich das NOx- Einfangmittel 15 verschlechtert hat, ein an eine Alarmlampe 26 angelegtes Signal aus, um an einen Fahrer einen Alarm zu geben.

Der Kraftstoff wird durch eine Kraftstoffpumpe von einem unter Druck von einem (nicht gezeigten) Kraftstofftank zugeführt, durch einen Kraftstoffdruckregler auf einem vorgegebenen Druck (ungefähr 5 bis 15 MPa) gehalten und dem Kraftstoff einspritzventil zugeführt. Eine vorgegebene Kraftstoffmenge wird zu einem vorgege benen Zeitpunkt in Übereinstimmung mit einem von der ECU 20 ausgegebenen Ansteuerimpuls direkt in die Brennkammer 9 eingespritzt. Der Motor 1 besitzt mehrere Betriebsarten, nämlich einen stöchiometrischen Betrieb, einen gleichmäßi gen Magerbetrieb, einen Schichtladungsmagerbetrieb und dergleichen. Während des gleichmäßigen Magerbetriebs wird der Kraftstoff in einem Ansaughub eingespritzt, um so mit Luft vermischt zu werden, wodurch ein gleichmäßiges Gemisch ver brannt wird. Während eines Schichtladungsmagerbetriebs wird der Kraftstoff in einem Verdichtungshub eingespritzt, um den Kraftstoff im Gemisch schichtartig zu verteilen, wodurch der Kraftstoff in der Nähe der Zündkerze 11 angesammelt wird (ein fettes Gemisch bildet).

Die mittels der Drosselklappe 4 eingestellte Ansaugluft strömt durch das Ansaug ventil 8 in die Brennkammer. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Verwirbelungsstärke durch das Verwirbelungssteuerventil 6 gesteuert. Im allgemeinen wird die Verwir belungsstärke so eingestellt, daß sie zum Zeitpunkt des Schichtladungsmagerbe triebs und des gleichmäßigen Magerbetriebs hoch ist und zu jedem anderen Zeit punkt niedrig ist. Insbesondere wird der Kraftstoff während des Schichtladungsbe triebs aufgrund einer durch den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und die obengenannte Verwirbelung verursachten Luftfluidisierung und aufgrund der Form eines an der oberen Oberfläche eines Kolbens 21 vorgesehenen Hohlraums 22 in der Nähe der Zündkerze 11 gesammelt, ohne daß er in der gesamten Brennkammer 9 verteilt wird.

Das Gemisch aus dem Kraftstoff und der Ansaugluft wird durch die Zündkerze 9 gezündet, um so zu verbrennen. Das Abgas nach der Verbrennung wird durch ein Abgasventil 13 an ein Abgassystem 24 abgegeben oder reduziert. Das Abgas strömt in das NOx-Einfangmittel 15, das im Abgassystem 24 angeordnet ist.

Der erste Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor 14 gibt ein Signal aus, das einer Sauer stoffkonzentration im Abgas im stromaufwärtigen Abschnitt des NOx-Einfangmit tels 15 entspricht, und kann ein Ist-Luft-/Kraftstoffverhältnis auf der Grundlage des Ausgangssignals erfassen. Das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Gemisches, das zuge führt wird, um das Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis zu erzielen, wird anhand des Ist- Luft-/Kraftstoffverhältnisses, das durch den ersten Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor 14 erfaßt wird, rückkopplungsgeregelt.

Der zweite Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor 24 gibt ein Signal aus, das einer Sauer stoffkonzentration im Abgas im stromabwärtigen Abschnitt des NOx-Einfangmittels 15 entspricht, und kann ein Ist-Luft-/Kraftstoffverhältnis auf der Grundlage des Ausgangssignals erfassen. Die Menge des im NOx-Einfangmittel 15 eingefangenen NOx wird auf der Grundlage des Ist-Luft-/Kraftstoffverhältnisses beurteilt, das durch den zweiten Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor 24 erfaßt wird.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird für den zweiten Luft-/Kraftstoff verhältnis-Sensor 24 ein sogenannter O₂-Sensor verwendet, in dem sich das Luft- /Kraftstoffverhältnis in der Nähe des stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnisses ähdert, wie in Fig. 2 gezeigt ist, um so einen binären Wert auszugeben, der Sensor ist jedoch nicht hiermit begrenzt. Beispielsweise könnte ein sogenannter Luft- /Kraftstoffverhältnis-Sensor mit weitem Bereich verwendet werden, der anhand der Sauerstoffkonzentration im Abgas ein im wesentlichen lineares Ausgangssignal ent sprechend dem Luft-/Kraftstoffverhältnis erzeugt.

In diesem Fall sind zwischen dem Abgassystem 24 und dem Ansaugsystem 23 ein (nicht gezeigter) Kanal und ein AGR-(Abgasrückführungs)Ventil vorgesehen. Insbesondere wird während des Schichtladungsbetriebs eine große AGR-Menge eingeleitet, um die Erzeugung von NOx und die Verbrennungsgeschwindigkeit zu begrenzen.

Fig. 3 zeigt einen Aufbau der ECU 20. Entsprechende Signale 3s, 5s, 12s, 14s, 25s und 17s des Luftmengendurchfluß-Sensors 3, des Drosselklappenöffnungsgrad- Sensors 5a, des Zylinderinnendrucksensors 12, des ersten Luft-/Kraftstoffverhältnis- Sensors 14, des zweiten Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensors 25 bzw. des Kurbelwin kelsensors 17, die oben erwähnt worden sind, sowie ein Signal eines Zylinderbeur teilungssensors 27 (nicht gezeigt) werden in eine Eingangsschaltung 31 eingegeben. Eine CPU 30 liest diese Eingangssignale über einen Eingangs- und Ausgangsan schluß 32 anhand eines Programms und einer Konstante, die in einen ROM 37 gespeichert sind, um einen Berechnungsprozeß auszuführen.

Ferner werden als Ergebnis des Berechnungsprozesses der CPU 30 ein Zündzeit punkt, eine Breite und ein Zeitpunkt eines Einspritzansteuerimpulses, ein Drossel klappenöffnungsgrad-Befehl und ein Verwirbelungssteuerventil-Öffnungsgradbe fehl in eine Zündausgangsschaltung 33, eine Kraftstoffeinspritzventil-Ansteuer schaltung 34, eine Drosselklappen-Ansteuerschaltung 35 bzw. eine Verwirbelungs steuerventil-Ansteuerschaltung 36 über den Eingangs- und Ausgangsanschluß 32 ausgegeben, so daß die Zündung, die Kraftstoffeinspritzung, eine Drosselklappen öffnungsgrad-Steuerung und eine Verwirbelungssteuerventil-Öffnungsgradsteue rung ausgeführt werden. Wenn beispielsweise ferner beurteilt wird, daß sich das NOx-Einfangmittel 15 verschlechtert hat, wird die Alarmlampe 25 durch eine Alarmlampen-Ansteuerschaltung 37 eingeschaltet. Ein RAM 38 wird verwendet, um einen Wert des Eingangssignals, ein Rechenergebnis und dergleichen zu speichern.

Der Schichtladungsmagerbetrieb und der gleichmäßige Magerbetrieb, der stöchio metrische Betrieb und dergleichen werden in Übereinstimmung mit der Drehzahl des Motors 1, einer Last und dergleichen auf der Grundlage eines Programms und einer Konstante, die im ROM 37 gespeichert sind, ausgeführt. Im stöchiometrischen Betrieb wird eine Rückkopplungsregelung auf der Grundlage eines Ist-Luft-/Kraft stoffverhältnisses, das durch den Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor 14 erfaßt wird, so ausgeführt, daß das Luft-/Kraftstoffverhältnis ein stöchiometrisches Luft-/Kraft stoffverhältnis wird. Während des Magerbetriebs wird das NOx in dem NOx-Ein fangmittel 15 eingefangen. Wenn die NOx-Einfangmenge (bei einem vorgegebenen Zyklus) eine vorgegebene Menge wird, wird das Luft-/Kraftstoffverhältnis zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffver hältnis geschaltet, bei dem die Sauerstoffkonzentration niedrig ist, wobei das im NOx-Einfangmittel 15 kraft einer Adsorption, einer Absorption oder dergleichen eingefangene NOx abgegeben wird, um so durch HC oder CO im Abgas reduziert zu werden. Hierbei wird das Luft-/Kraftstoffverhältnis im Fall eines Motors des Typs mit zylinderinterner Einspritzung gemäß der vorliegenden Erfindung durch Betätigen der Drosselklappe 6 in Schließrichtung hauptsächlich mittels der Dros selklappen-Antriebseinrichtung 5 geändert, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffver hältnis geschaltet wird, der Aufbau ist jedoch nicht auf diese Verfahrensart be schränkt.

Das NOx-Einfangmittel 15 ist so beschaffen, daß es gewöhnlich eine sogenannte Dreiwegekatalysator-Funktion zur Sicherstellung der NOx-Einfangleistung während des Magerzustands und eine Abgasreinigungsleistung während des Zustands bei stöchiometrischem Luft-/Kraftstoffverhältnis besitzt. Beispielsweise wird als ein Träger Aluminiumoxid verwendet, während ein Alkalimetall wie etwa Natrium Na, Barium Ba oder dergleichen, ein Erdalkalimetall und ein Edelmetall wie etwa Platin Pt und Rhodium Rh getragen werden. Ferner existiert ein Aufbau, in dem Zer Ce mit einer Sauerstoffspeicherkapazität getragen wird, um die sogenannte Dreiwege katalysator-Leistung bei stöchiometrischem Luft-/Kraftstoffverhältnis zu verbes sern. Das NOx-Einfangmittel 15 fängt das NOx ein, wenn das Luft-/Kraft stoffverhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und gibt das eingefangene NOx ab oder reduziert es, wenn die Konzentration von Sauerstoff im Abgas ver ringert wird (beispielsweise in dem Fall, in dem das stöchiometrische Luft-/Kraft stoffverhältnis oder das fette Luft-/Kraftstoffverhältnis entsteht). Das abgegebene oder reduzierte NOx reagiert mit HC und CO im Abgas beispielsweise aufgrund der Katalysatorwirkung von Platin Pt, um so reduziert zu werden. In der oben beschrie benen Weise ist es möglich, eine Menge des NOx, das an die Umgebung abgegeben oder reduziert wird, zu verringern. Ferner ist es im stöchiometrischen Betrieb bei spielsweise aufgrund der Katalysatorwirkung von Platin Pt möglich, da HC und CO im Abgas oxidiert werden und darin vorhandenes NOx reduziert wird, diese schädlichen Komponenten zu verringern. In diesem Fall haben einige Arten an NOx-Einfangmitteln die Wirkung, einen Teil von NOx durch HC und CO im Abgas selbst dann zu reduzieren, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases mager ist.

Nun wird eine Beschreibung eines beispielhaften Verfahrens zur Berechnung der Einspritzmenge des dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffs gegeben. In dem Motor mit zylinderinterner Einspritzung wird eine Kraftstoffeinspritzmenge TF beispiels weise unter Verwendung der folgenden Formel berechnet.

TF = (QA/NE . 1/TGAF) . K ALPHA . RSA

In der obigen Formel ist QA eine Ansaugluftmenge, NE eine Motordrehzahl, TGAF ein Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis, K ein Korrekturmodul unter Berücksichtigung einer Charakteristik einer Einspritzeinrichtung oder dergleichen, ALPHA ein Rück kopplungskorrekturmodul und RFA ein Luft-/Kraftstoffverhältnis-Korrekturmodul bei des raschen Anstiegs des Kraftstoffanteils.

Das Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis TGAF ist ein Modul, das zum Zeitpunkt der Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des dem Zylinder zugeführten Gemi sches verwendet wird, wobei in dem Fall, in dem TGAF gleich 14,7 ist, das Luft- /Kraftstoffverhältnis, das dem Motorzylinder zugeführt wird, ein stöchiometrisches Luft-/Kraftstoffverhältnis ist. Wenn hingegen TGAF größer als 14,7 ist, weist das dem Motorzylinder zugeführte Gemisch im Vergleich zum stöchiometrischen Luft- /Kraftstoffverhältnis einen Luftüberschuß auf, so daß das Gemisch ein mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis wird. Ferner liegt dann, wenn TGAF kleiner als 14,7 ist, im Vergleich zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis in dem dem Motor zylinder zugeführten Gemisch ein Kraftstoffüberschuß vor, wobei das Gemisch ein fettes Luft-/Kraftstoffverhältnis wird. In diesem Fall kann das Soll-Luft-/Kraftstoff verhältnis TGAF durch Bezugnahme auf ein Kennfeld bestimmt werden, auf dessen Achsen die Motordrehzahl Ne und das Solldrehmoment TO wie in Fig. 4 gezeigt aufgetragen sind. Das Kennfeld der Fig. 4 ist im ROM 37 in der ECU 20 gespei chert.

Das Rückkopplungsmodul ALPHA wird verwendet, damit das Luft-/Kraftstoffver hältnis genau mit dem Sollwert auf der Grundlage des Ausgangssignals des Luft- /Kraftstoffverhältnis-Sensors 14 übereinstimmt, falls TGAF gleich 14,7 ist, d. h., falls das dem Motorzylinder zugeführte Gemisch genau auf das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffverhältnis gesetzt ist. Eine Beziehung zwischen einem Ausgangs wert des Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensors 14 und einem Ausgangswert von ALPHA kann wie in den Fig. 5(1) und 5(2) gezeigt ausgedrückt werden, wobei ALPHA dann, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensorausgangssignal fett wird, verringert wird, während ALPHA umgekehrt dann, wenn das Luft-/Kraftstoffver hältnis-Sensorausgangssignal mager wird, erhöht wird. In diesem Fall wird ein Wert von ALPHA auf 1 festgelegt, falls TGAF nicht gleich 14,7 ist. Das Luft- /Kraftstoffverhältnis-Korrekturmodul RSA wird auf einen Wert gesetzt, der etwas kleiner als 1 ist, wenn das Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis auf einen Wert gesetzt ist, der etwas fetter als das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffverhältnis ist, um das im NOx-Einfangmittel 15 eingefangene NOx direkt nach dem Schalten des Luft-/Kraft stoffverhältnisses vom mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zum fetten Luft-/Kraft stoffverhältnis effektiv zu reinigen, falls TGAF gleich 14,7 ist. Im folgenden wird ein Verfahren zum Setzen von RSA angegeben, zur normalen Zeit ist jedoch ein Wert von RSA gleich 1.

Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm, das einen Standard für den Beginn des Schichtla dungsbetrieb im Motor des Typs mit zylinderinterner Einspritzung zeigt, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases mager ist. In einem Schritt 601 wird beur teilt, ob ein Merker INFFLG, der angibt, ob sich das NOx-Einfangmittel 15 ver schlechtert hat, gleich 0 ist. Falls die Beziehung INFFLG = 0 gilt, hat sich das NOx- Einfangmittel 15 nicht verschlechtert, so daß der Schritt weitergeht zu einem Schritt 602. Falls die Beziehung INFFLG = 1 gilt, hat sich das NOx-Einfangmittel 15 verschlechtert, so daß für eine Sperrung des Schichtladungsbetriebs in einem Schritt 606 die Beziehung LENFLG = 0 gesetzt wird. Im Schritt 602 wird beurteilt, ob ein Merker CONFLG = 1 erfüllt ist oder nicht, wobei der Merker CONFLG angibt, ob der momentane Betriebszustand in einem Betriebsbereich, in dem der Schichtla dungsbetrieb ausgeführt werden kann, liegt oder nicht. Der Schichtladungsbetrieb kann im allgemeinen in einem Bereich mit niedriger Drehzahl und niedriger Last ausgeführt werden, es ist jedoch wünschenswert, als ein Verfahren für die Beurtei lung, ob die Beziehung CONFLG = 1 erfüllt ist oder nicht, ein Verfahren des Auftragens einer Motordrehzahl NE und eines Solldrehmoments TO auf Achsen und des Verwendens eines im ROM 37 gespeicherten Kennfeldes zu verwenden. Ein Beispiel des Kennfeldes ist in Fig. 7(1) gezeigt. In diesem Fall ist es, wie in Fig. 7(2) gezeigt ist, auch möglich, ein Verfahren zum Ändern eines Kennfeldes, auf das Bezug genommen wird, in Übereinstimmung damit, ob der momentane Be triebszustand ein Schichtladungsbetrieb ist oder nicht, zu verwenden. Falls die Beziehung CONFLG = 1 gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 603, wenn hingegen die Beziehung CONFLG = 0 gilt, wird die Beziehung LENFLG = 0 in einem Schritt 606 gesetzt, um den Schichtladungsbetrieb zu sperren. Im Schritt 603 wird beurteilt, ob die Beziehung PERFLG = 1 gilt oder nicht, wobei PERFLG ein Merker ist, der angibt, ob die einen Schichtladungsbetrieb zulassenden Bedingungen erfüllt sind oder nicht. Die einen Schichtladungsbetrieb zulassenden Bedingungen haben die Bedeutung einer notwendigen Bedingung, um im voraus zu verhindern, daß sich der Verbrennungszustand und das Abgas für die Ausführungsform des Schichtladungsbetriebs verschlechtern, etwa Bedingungen, daß ein Betrieb des AGR gut ist, die Wassertemperatur in einem geeigneten Bereich liegt, ein Betrieb des SCV gut ist und dergleichen, wobei diese selbstverständlich alle derartigen Bedin gungen umfassen. Falls die Beziehung PERFLG = 1 gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 604, wo beurteilt wird, ob die Beziehung PURFLG = 0 gilt, wobei PURFLG ein Merker ist, der angibt, ob eine Forderung zur Reinigung von NOx, das durch das NOx-Einfangmittel absorbiert wird, erzeugt worden ist oder nicht. Falls hingegen die Beziehung PERFLG = 0 gilt, geht der Schritt weiter zum Schritt 606, in dem die Beziehung LENFLG = 0 gesetzt wird, um den Schichtladungsbetrieb zu sperren. Falls im Schritt 604 die Beziehung PURFLG = 0 gilt, wird im Schritt 605 die Beziehung LENFLG = 1 gesetzt, um den Schichtladungsbetrieb zuzulassen. Falls hingegen im Schritt 604 die Beziehung PERFLG = 1 gilt, geht der Schritt weiter zum Schritt 605 und die Beziehung LENFLG = 0 wird gesetzt, um den Schichtladungsbetrieb zu sperren.

Fig. 8 zeigt Änderungen eines Luft-/Kraftstoffverhältnisses und dergleichen im Fall der Reinigung des in dem NOx-Einfangmittel 15 eingefangenen NOx. Da im allge meinen die NOx-Einfangleistung im NOx-Einfangmittel 15 verschlechtert wird, wenn der Betrieb im mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis fortgesetzt wird, wird die NOx-Reinigungsrate verschlechtert, wie in Fig. 8(2) gezeigt ist. Daher ist es, wie in Fig. 8(1) gezeigt ist, notwendig, das Luft-/Kraftstoffverhältnis in einem vorgegebe nen Zyklus vom mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zum stöchiometrischen Luft- /Kraftstoffverhältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis zu ändern. Im fol genden wird diese Steuerungsart als Steuerung raschen Anstiegs des Kraftstoffan teils genannt, wobei die Reinigungsraten von HC und NOx direkt nach der Aus führung der Steuerung raschen Anstiegs des Kraftstoffanteils in den Fig. 9(1) und 9(2) gezeigt sind. Zum Zeitpunkt der Ausführung der Steuerung raschen Anstiegs des Kraftstoffanteils ist es wünschenswert, das Luft-/Kraftstoffverhältnis fett zu setzen, um NOx zu reinigen, da die Reinigungsrate von NOx schlecht ist, wie in Fig. 9(2) gezeigt ist, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffverhältnis, d. h. auf 14,7, gesetzt ist. Wenn jedoch das Luft-/Kraft stoffverhältnis zu fett gemacht wird, wird umgekehrt die Reinigungsrate von HC schlecht, wie in Fig. 9(2) gezeigt ist. Daher ist es notwendig, das Soll-Luft-/Kraft stoffverhältnis zum Zeitpunkt der Steuerung mit raschem Anstieg des Kraftstoffan teils unter Berücksichtigung eines Gleichgewichts zwischen den Reinigungsraten von NOx und HC zu bestimmen. Ein optimaler Wert des Soll-Luft-/Kraftstoffver hältnisses unterscheidet sich en das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffverhältnis, d. h. auf 14,7, gesetzt ist. Wenn jedoch das Luft-/Kraftstoffverhältnis zu fett gemacht wird, wird umgekehrt die Reinigungsrate von HC schlecht, wie in Fig. 9(2) gezeigt ist. Daher ist es notwendig, das Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis zum Zeitpunkt der Steuerung raschen Anstiegs des Kraftstoffanteils unter Berücksichtigung eines Gleichgewichts zwischen den Reinigungsraten von NOx und HC zu bestimmen. Ein optimaler Wert des Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnisses unterscheidet sich entspre chend den Betriebsbedingungen, er beträgt jedoch im allgemeinen ungefähr 13 bis 13,5. Zu diesem Zeitpunkt liegt ein Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis-Korrekturmodul zum Zeitpunkt des raschen Anstiegs des Kraftstoffanteils zwischen 0,88 und 0,92.

Wenn jedoch das Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis zum Zeitpunkt der Steuerung raschen Anstiegs des Kraftstoffanteils auf 13 bis 13,5 wie oben erwähnt gesetzt ist, ist die Reinigung von NOx und HC ausgezeichnet und im guten Gleichgewicht, es ist jedoch nicht wünschenswert, die Reinigungsleistung des NOx-Einfangmittels 15 zu diagnostizieren. Der Grund hierfür wird mit Bezug auf die Fig. 10 und 11 beschrieben.

Zum Zeitpunkt der Ausführung der Steuerung mit raschem Anstieg des Kraftstoff anteils, wie in Fig. 10(1) gezeigt ist, werden die Ausgangssignale eines Luft-/Kraft stoffverhältnis-Sensors 14 (der auf der Einlaßseite des NOx-Einfangmittels ange bracht ist und im folgenden als ein vorderer Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor be zeichnet wird) und eines Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensors 15 (der auf der Aus laßseite des NOx-Einfangmittels angebracht ist und im folgenden als hinterer Luft- /Kraftstoffverhältnis-Sensor bezeichnet wird) durch Fig. 10(2) ausgedrückt. Da das Abgas direkt hinter dem Motor entsprechend der Steuerung mit raschem Anstieg des Kraftstoffanteils wie in Fig. 10(1) gezeigt sofort fett wird, zeigt auch das Aus gangssignal des vorderen Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensors ein fettes Ausgangs signal, das so der Steuerung mit raschem Anstieg des Kraftstoffanteils folgt, wie in Fig. 10(2) gezeigt ist. Hingegen ist das Ausgangssignal des hinteren Luft-/Kraft stoffverhältnis-Sensors aufgrund von O₂ (O₂-Speicherkomponente), der in einem Zeroxid-Abschnitt des NOx-Einfangmittels 15 gespeichert ist und abgegeben oder reduziert wird, und aufgrund von Sauerstoff O₂, der durch Abgeben und Reduzieren von NOx erhalten wird, das durch Na, Ba oder dergleichen, die einem (Erd-)Alkali metall entsprechen, eingefangen wird, ein vom Ausgangssignal des vorderen Luft- /Kraftstoffverhältnis-Sensors verschiedenes Ausgangssignal. Das heißt, daß ein Phänomen beobachtet wird, das aufgrund des Einflusses der O₂-Speicherkompo nente das Ausgangssignal des hinteren Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensors geringfü gig verzögert aufgebaut wird und aufgrund des Einflusses der NOx-Reinigungs komponente der Anstieg des Ausgangssignals vorübergehend anhält und danach erneut beginnt. In diesem Fall kann in einigen Fällen eines NOx-Einfangmittels 15 wie in Fig. 12 gezeigt der Fall erzeugt werden, daß keine deutliche Stufe auftritt, wenn das Ausgangssignal des hinteren Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensors anzustei gen beginnt und das Ausgangssignal gleichmäßig ansteigt.

Daher können ein Verfahren zur Diagnose einer Verschlechterung der Leistung des NOx-Einfangmittels 15 entsprechend einer Größe einer Zeitdauer TD (siehe Fig. 10 und 11 (2)), die nach dem Beginn der Steuerung mit raschem Anstieg des Kraft stoffanteils und bevor der Ausgangswert des hinteren Luft-/Kraftstoffverhältnis- Sensors einen vorgegebenen Wert VAF erreicht, erforderlich ist, oder ein Verfahren zur Diagnose einer Verschlechterung der Leistung des NOx-Einfangmittels 15 ent sprechend einer Größe einer Zeitdauer TTD (siehe Fig. 10 und 11(3)), die erfor derlich ist, nachdem der Ausgangswert des hinteren Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sen sors einen ersten vorgegebenen Wert VAF1 erreicht und bevor ein zweiter vorgege bener Wert VAF erreicht wird, verwendet werden.

Ferner ist es, wie in den Fig. 12(2) bis 12(4) gezeigt ist, möglich, ein Verfahren zur Diagnose einer Verschlechterung der Leistung des NOx-Einfangmittels 15 auf der Grundlage von Indizes wie etwa dem NOx stromabwärtig vom NOx-Einfangmittel (eine Zeit, die erforderlich ist, bevor nach der fetten Zacke der Minimalwert erreicht wird), dem HC (eine Zeit, die erforderlich ist, bevor nach dem raschem Anstieg des Kraftstoffanteils der Minimalwert erreicht wird), dem CO (eine Zeit, die erforder lich ist, bevor nach dem raschen Anstieg des Kraftstoffanteils der Maximalwert er reicht wird) und dergleichen zu verwenden. Wenn jedoch das Soll-Luft-/Kraftstoff verhältnis zum Zeitpunkt der fetten Zacke auf ungefähr 13 bis 13,5 gesetzt wird, wird die Abgabe oder die Reduktion von O₂ aufgrund der O₂-Speicherung und der NOx-Reinigung für eine kurze Zeitdauer beendet, mit dem Ergebnis, daß das Aus gangssignal des hinteren Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensors sofort ansteigt. In dem oben beschriebenen Fall wird fehlerhaft beurteilt, daß eine im NOx-Einfangmittel 15 eingefangene NOx-Menge entsprechend der Absorption oder der Adsorption gering ist. Daher wird in einem Zustand, in dem das im NOx-Einfangmittel 15 ein gefangene NOx nicht vollständig abgegeben und reduziert ist, zur Magerverbren nung zurückgekehrt, so daß die Gefahr besteht, daß das NOx an die Umgebungsluft abgegeben oder reduziert wird, wobei fehlerhaft beurteilt wird, daß sich das NOx- Einfangmittel 15 verschlechtert hat, obwohl das NOx-Einfangmittel 15 normal ist. Es ist notwendig, das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf der Einlaßseite des NOx-Ein fangmittels 15 zum Zeitpunkt des raschen Anstiegs des Kraftstoffanteils in die Nähe des stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnisses und auf einen vorgegebenen Wert zu setzen, da jedoch das obenerwähnte Luft-/Kraftstoffverhältnis nicht wirk lich rückkopplungsgeregelt wird, weicht das Luft-/Kraftstoffverhältnis vom Soll- Luft-/Kraftstoffverhältnis ab, so daß die Gefahr besteht, daß es unmöglich ist, die Leistung des NOx-Einfangmittels 15 genau zu diagnostizieren.

Um die obenerwähnten Probleme zu lösen, ist die Motorabgas-Reinigungsvorrich tung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des NOx-Einfang mittels 15 wirksam diagnostiziert werden kann, indem wenigstens einer der Werte: das Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis zum Zeitpunkt der Ausführung der Steuerung mit starkem Anstieg des Kraftstoffanteils die Periode, in der vorübergehend das Luft- /Kraftstoffverhältnis vom mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis geschaltet wird, und ein Term zum vorübergehenden Ändern des Luft-/Kraftstoffverhältnisses zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoff verhältnis variabel gesetzt werden und diese Parameter geeignet gesetzt werden. Im folgenden wird eine erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf ein in den Fig. 13 bis 15 gezeigtes Flußdiagramm beschrieben.

Der Ablaufplan in den Fig. 13 bis 15 zeigt ein Flußdiagramm zur Rückkopplungs regelung des Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnisses zur Zeit der Ausführung und der Steuerung mit raschem Anstieg des Kraftstoffanteils, so daß die Zeitdauer TD, nach der der Ausgangswert des Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensors nach dem Beginn der Steuerung mit raschem Anstieg des Kraftstoffanteils den vorgegebenen Wert VAF erreicht, gleich dem vorgegebenen Wert ist. Ferner hat ein Ablaufplan im Fall der Rückkopplungsregelung des Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnisses zur Zeit der Ausfüh rung der Steuerung mit raschem Anstieg des Kraftstoffanteils, derart, daß die Zeit differenz TDD, nachdem der Ausgangswert des hinteren Luft-/Kraftstoffverhältnis- Sensors den ersten vogegebenen Wert VAF1 erreicht und bevor der zweite vorge gebene Wert VAF2 erreicht wird, gleich dem vorgegebenen Wert ist, im wesentli chen den gleichen Aufbau. In diesem Fall zeigt das gezeigte Flußdiagramm bei spielhaft ein Flußdiagramm zur Diagnose der Leistung des NOx-Einfangmittels auf der Grundlage der Indizes des Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensors, es ist jedoch möglich, die gleiche Beschreibung auf den Fall der Diagnose auf der Grundlage der Indizes des Abgassensors wie etwa HC, CO, NOx und dergleichen anzuwenden.

In einem Schritt 101 wird geprüft, ob ein Wert des Merkers LENFLG, der angibt, ob der momentane Verbrennungszustand eine Schichtladung ist, 1 ist oder nicht. Falls die Beziehung LENFLG = 0 gilt, wird ein Programm zur Diagnose der Leistung des NOx-Einfangmittels beendet. Falls die Beziehung LENFLG = 1 gilt, wird in einem Schritt 102 die Beziehung LT = LT + ΔT gesetzt und die Fortset zungszeit für den Schichtladungsbetrieb wird erneuert. In einem Schritt 103 wird geprüft, ob die Fortsetzungszeit für den Schichtladungsbetrieb die vorgegebene Zeit LTC übersteigt. Falls die Fortsetzungszeit gleich oder größer als LTC ist, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 106, in dem die Beziehung LENFLG = 0 gesetzt wird und der Schichtladungsmagerbetrieb gesperrt wird und zum gleichmäßigen stöchiometrischen Betrieb geschaltet wird. Falls hingegen die Fortsetzungszeit den Wert LTC nicht übersteigt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 104 und die NOx-Einfangmenge NOXAB wird geschätzt. In einem Schritt 105 wird geprüft, ob der Wert NOXAB einen bestimmten Standardwert NC erreicht oder nicht. Falls der Wert NOXAB größer als der Standardwert NC ist, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 106 und die Steuerung mit raschem Anstieg des Kraftstoffanteils mit ausge führt. Falls der Wert NOXAB gleich oder kleiner als der Standardwert NC ist, geht der Schritt zurück zum Schritt 102 und der Schichtladungsmagerbetrieb wird beibe halten.

Im Schritt 106 wird die Beziehung PURFLG = 1 gesetzt, um eine Reinigung von NOx zu fordern, wobei der Schichtladungsmagerbetrieb gesperrt wird und zum gleichmäßigen stöchiometrischen Betrieb geschaltet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Beziehung zu der Beziehung TGAF = AFS ( = 14,7) geschaltet. In einem Schritt 107 wird ein Wert einer Variablen RT, die die verstrichene Zeit des raschen An stiegs des Kraftstoffanteils angibt, zurückgesetzt. In einem Schritt 108 wird geprüft, ob die Beziehung NOPFLG = 1 gilt oder nicht, wobei NOPFLG angibt, ob die momentane Betriebsart eine Diagnosebetriebsart ist oder nicht. Falls die Beziehung NOPFLG = 1 gilt, wird ein Wert einer Variable RSA, die das Soll-Luft-/Kraftstoff verhältnis-Korrekturmodul zum Zeitpunkt der fetten Zacke angibt, in einem Schritt 109 auf RSA1 gesetzt, wenn hingegen die Beziehung NOPFLG = 0 gilt, wird der Wert RSA in einem Schritt 110 auf RSA2 gesetzt.

In einem Schritt 111 wird geprüft, ob eine Variable TD, die eine Zeit zwischen dem Beginn der Steuerung mit raschem Anstieg des Kraftstoffanteils und dem Erreichen des vorgegebenen Wertes VAF durch den hinteren Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor angibt, gleich einem vorgegebenen Wert TTD ist, der vorher unter Berücksichtigung der Betriebsbedingung wie etwa der Motordrehzahl, des Drehmoments oder der gleichen oder des Parameters wie etwa der Abgastemperatur oder dergleichen innerhalb eines zulässigen Fehlers s bestimmt worden ist. Als ein Verfahren zum Bestimmen des zulässigen Fehlers s kann ein Verfahren zur Berücksichtigung des Wertes TTD oder dergleichen betrachtet werden. Falls im Schritt 111 beurteilt wird, daß der Wert TD gleich dem vorgegebenen Wert TTD ist, springt der Schritt zu einem Schritt 115. Falls hingegen im Schritt 111 beurteilt wird, daß der Wert TD nicht gleich dem vorgegebenen Wert TTD ist, wird eine Größe zwischen den Werten TD und TTD im Schritt 112 verglichen. Falls die Beziehung TD < TTD im Schritt 112 gilt, wird in einem Schritt 113 der Wert RSA um ΔA erhöht, um den Wert TD länger als den vorhergehenden zu machen, um so das Luft-/Kraftstoffver hältnis zum Zeitpunkt der Steuerung raschen Anstiegs des Kraftstoffanteils zu erhöhen und leicht zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis zurückzukeh ren. Falls hingegen im Schritt 112 die Beziehung TD < TTD gilt, wird im Schritt 114 der Wert RSA um AA verringert, um den Wert TD kürzer als den vorhergehen den zu machen, um das Luft-/Kraftstoffverhältnis bei der Steuerung mit raschem Anstieg des Kraftstoffanteils zu verringern. In diesem Fall kommt als Verfahren für die Bestimmung des Wertes DA ein Verfahren zur Berücksichtigung eines Abso lutwerts der Formel TD - TTD, beispielsweise durch Setzen des Absolutwerts (TD-TTD).c2 unter Verwendung einer Konstanten c2, in Betracht.

In einem Schritt 115 wird der Wert der Variablen TD zurückgesetzt. In einem Schritt 116 wird ermittelt, ob ein Ausgangswert MAF des vorderen Luft-/Kraft stoffverhältnis-Sensors zum momentanen Zeitpunkt kleiner als der vorgegebene Wert VAF ist. Falls die Beziehung MAF < VAF gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 117, wo die Beziehung RT = RT + ΔT gesetzt wird, der Luft-/Kraft stoffverhältnis-Sensor hinter dem NOx-Einfangmittel erneuert die dem vorgegebe nen Wert entsprechende Zeit RT und der Schritt kehrt wieder zum Schritt 116 zu rück. Falls die Beziehung UAF < VAG gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 118 und die Beziehung RT = RT + ΔT wird gesetzt. In einem Schritt 119 wird ermittelt, ob ein Ausgangswert UAF des hinteren Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensors zum momentanen Zeitpunkt kleiner als der vorgegebene Wert VAF ist. Falls die Beziehung UAF < VAG gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 120, wo die Beziehung TD = TD + ΔT gesetzt, die Zeit TD wird erneuert und der Schritt kehrt erneut zum Schritt 118 zurück. Falls die Beziehung UAF < VAF gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 121 und der hintere Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor ermittelt, ob der Wert RT größer als der der vorgegebenen Zeit entsprechende vorgegebene Wert DTC ist oder nicht. Falls die Beziehung RT < DTC gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 122, wenn hingegen die Beziehung RT £ DTC gilt, geht der Schritt zum Schritt 118 zurück. In einem Schritt 122 wird beurteilt, ob die Beziehung NOPFLG = 1 gilt oder nicht. Falls die Beziehung NOPFLG = 1 gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 123 und falls die Beziehung NOPFLG = 0 gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 127. Im Schritt 123 wird beurteilt, ob der Wert TD innerhalb des zulässigen Fehlers e gleich dem Wert TTD ist. Falls beurteilt wird, daß der Wert TD gleich dem Wert TTD ist, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 124, falls hingegen beurteilt wird, daß der Wert TD nicht gleich dem Wert TTD ist, geht der Schritt weiter zum Schritt 127. Im Schritt 127 wird beurteilt, ob das Luft-/Kraftstoffverhältnis-Korrekturmodul RSA zum Zeitpunkt der Steuerung raschen Anstiegs des Kraftstoffanteils niedriger als der Standardwert RSAC ist. Falls die Beziehung RSA < RSAC gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 125 und es wird beurteilt, ob sich das NOx-Einfangmittel verschlechtert hat. Danach wird eine Alarmlampe eingeschaltet, um dem Fahrer zu melden, daß sich das NOx- Einfangmittel verschlechtert hat und ein Programm zur Diagnose der Leistung des NOx-Einfangmittels wird beendet. Falls hingegen die Beziehung RSA ³ RSAC gilt, geht der Schritt weiter zum Schritt 127. Im Schrift 127 wird der NOx-Reinigungs anforderungsmerker PURFLG zurückgesetzt. In einem Schritt 128 wir die Bezie hung RSA1 = RSA gesetzt und wird das Programm zur Diagnose der Leistung des NOx-Einfangmittels beendet.

Für diesen Fall zeigen die Fig. 16(1) bis 16(3) einen Übergang der Zeit TD, bei der das Luft-/Kraftstoffverhältnis vor dem Katalysator, das Luft-/Kraftstoffverhältnis- Korrektursteuermodul und der Ausgangswert des hinteren Luft-/Kraftstoffverhält nisses zur Zeit der Diagnose der Leistung des NOx-Einfangmittels als Referenz vorgegebene Werte annehmen. In diesem Fall ist in Fig. 16(2) die Beziehung RSA1 < RSA2 erfüllt, da der Wert RSA2 ein Luft-/Kraftstoffverhältnis-Korrektur steuermodul im Normalbetrieb ist, in dem die Steuerung des NOx-Katalysators nicht ausgeführt wird, und der Wert RSA1 ein Luft-/Kraftstoffverhältnis-Korrektur steuermodul in der Diagnosebetriebsart ist, in der die Steuerung des NOx-Kataly sators ausgeführt wird. Fig. 16 zeigt, daß das Luft-/Kraftstoffverhältnis-Korrektur modul RSA zum Zeitpunkt der Steuerung mit raschem Anstieg des Kraftstoffanteils dann, wenn der Wert TD zum vorhergehenden Zeitpunkt der Steuerung mit raschem Anstieg des Kraftstoffanteils größer ist, nahe bei 1 liegt und das Luft-/Kraftstoffver hältnis zum Zeitpunkt der Steuerung mit raschem Anstieg des Kraftstoffanteils nahe bei 14,7 liegt, und daß der Wert RSA dann, wenn der Wert TD zum vorhergehenden Zeitpunkt der Steuerung mit raschem Anstieg des Kraftstoffanteils umgekehrt kleiner ist, klein gesetzt wird und das Luft-/Kraftstoffverhältnis zum Zeitpunkt der Steuerung mit raschem Anstieg des Kraftstoffanteils klein gesetzt wird.

Fig. 17 zeigt eine Einfangleistung des NOx-Einfangmittels, wenn der Standardwert TTD des Wertes TD und der Wert RSA gegeben sind. Das heißt, daß festgestellt werden kann, daß sich die Leistung des NOx-Einfangmittels auf einem Pegel, der gleich oder kleiner als ein bestimmter Pegel RSAC ist, wenn eine bestimmte TTD gegeben ist, verschlechtert hat. Fig. 17 zeigt, daß sich von den Katalysatoren A, B und C der Katalysator C am meisten verschlechtert hat.

Nun wird eine Beschreibung einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegen den Erfindung mit Bezug auf ein in den Fig. 18 bis 20 gezeigtes Flußdiagramm.

Das Flußdiagramm in den Fig. 18 bis 20 zeigt ein Flußdiagramm zur Rückkopp lungsregelung des Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnisses zu einem Zeitpunkt der Aus führung der Steuerung mit raschem Anstieg des Kraftstoffanteils, so daß die Zeit TD, zu der der Ausgangswert des Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensors den vorgege benen Wert VAF erreicht, nachdem die Steuerung mit raschem Anstieg des Kraft stoffanteils begonnen hat, gleich dem vorgegebenen Wert ist. Ferner hat ein Ab laufplan im Fall einer Rückkopplungsregelung des Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnisses zu einer Zeit der Ausführung der Steuerung mit raschem Anstieg des Kraftstoffan teils, so daß die Zeitdifferenz TTD, nachdem der Ausgangswert des hinteren Luft- /Kraftstoffverhältnis-Sensors den ersten vorgegebenen Wert VAF erreicht und bevor der zweite vorgegebene Wert VAF2 erreicht wird, gleich dem vorgegebenen Wert ist, im wesentlichen die gleiche Struktur. In diesem Fall stellt der gezeigte Ablauf plan beispielhaft einen Ablaufplan zur Diagnose der Leistung des NOx-Einfang mittels auf der Grundlage der Indizes des Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensors dar, es ist jedoch möglich, die gleiche Beschreibung auf den Fall der Diagnose auf der Grundlage der Indizes des Abgassensors wie etwa HC, CO, NOx und dergleichen anzuwenden.

In einem Schritt 201 wird geprüft, ob ein Wert des Merkers LENFLG, der angibt, ob der momentane Verbrennungszustand ein Schichtladungszustand ist, 1 ist oder nicht. Falls die Beziehung LENFLG = 0 gilt, wird ein Programm zur Diagnose der Leistung des NOx-Einfangmittels beendet. Falls die Beziehung LENFLG = 1 gilt, wird in einem Schritt 202 die Beziehung LT = LT + ΔT gesetzt und wird die Fortsetzungszeit des Schichtladungsbetriebs erneuert. In einem Schritt 203 wird geprüft, ob die Fortsetzungszeit des Schichtladungsbetriebs die vorgegebene Zeit LTC überschreitet. Falls die Fortsetzungszeit gleich oder größer als LTC ist, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 204, in dem die Beziehung PURFLG = 1 gesetzt wird, um die NOx-Reinigungsanforderung zu erzeugen, ferner wird der Schichtla dungsmagerbetrieb gesperrt und wird zum gleichmäßigen stöchiometrischen Betrieb geschaltet. Falls hingegen die Fortsetzungszeit den Wert LTC nicht übersteigt, kehrt der Schritt zum Schritt 202 zurück. In diesem Fall wird der Wert LTC für die Steuerung einer Einfangmenge von NOx in dem NOx-Einfangmittel während der Magerbetriebszeit verwendet, wenn das NOx-Einfangmittel diagnostiziert wird, es muß jedoch nicht betont werden, daß im allgemeinen die Einfangmenge für NOx auch durch die Ansaugluftmenge, eine Raumgeschwindigkeit und dergleichen, die in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl, dem Motordrehmoment und der gleichen definiert sind, beeinflußt wird. In diesem Fall wird eine Beschreibung unter der Annahme gegeben, daß sämtliche Betriebsbedingungen, die gemäß der Motor drehzahl, dem Motordrehmoment und dergleichen definiert sind, konstant sind.

Im Schritt 204 wird die Beziehung PURFLG = 0 gesetzt und wird der Schichtla dungsbetrieb gesperrt und wird zum gleichmäßigen stöchiometrischen Betrieb geschaltet. Zu diesem Zeitpunkt wird die Beziehung zu der Beziehung TGAF = AFS ( = 14,7) geschaltet. In einem Schritt 205 wird ein Wert einer Varia blen RT, die eine Durchgangszeit des raschen Anstiegs des Kraftstoffanteils angibt, zurückgesetzt. In einem Schritt 206 wird ermittelt, ob die Beziehung NOPFLG = 1 gilt oder nicht, wobei NOPFLG angibt, ob die momentane Betriebsart eine Diagno sebetriebsart ist. Falls die Beziehung NOPFLG = 1 gilt, wird ein Wert einer Varia blen RSA, die das Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis-Korrekturmodul zum Zeitpunkt des raschen Anstiegs des Kraftstoffanteils angibt, in einem Schritt 207 auf RSA1 gesetzt, wenn jedoch die Beziehung NOPFLG = 0 gilt, wird der Wert RSA in einem Schritt 208 auf RSA2 gesetzt.

In einem Schritt 209 wird der Wert der Variablen TD zurückgesetzt. In einem Schritt 210 wird ermittelt, ob ein Ausgangswert MAF des vorderen Luft-/Kraft stoffverhältnis-Sensors zum momentanen Zeitpunkt kleiner als der vorgegebene Wert VAF ist. Falls die Beziehung MAF < VAF gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 211, wo die Beziehung RT = RT + ΔT gesetzt wird, der Luft-/Kraft stoffverhältnis-Sensor hinter dem NOx-Einfangmittel den Zeitpunkt RT entspre chend dem vorgegebenen Wert erneuert und der Schritt wieder zum Schritt 210 zurückkehrt. Falls die Beziehung MAF ³ VAF gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 212 und wird die Beziehung RT = RT + ΔT gesetzt. In einem Schritt 213 wird ermittelt, ob ein Ausgangswert MAF des vorderen Luft-/Kraftstoffverhältnis- Sensors zum momentanen Zeitpunkt kleiner als der vorgegebene Wert VAF ist. Falls die Beziehung UAF < VAF gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 214, die Beziehung TD + AT wird gesetzt, die Zeit TD wird erneuert und der Schritt kehrt wieder zum Schritt 212 zurück. Falls die Beziehung UAF < VAF gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 215 und der hintere Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor ermittelt, ob der Wert RT giößer als der vorgegebene Wert DTC ist, der der vorge gebenen Zeit entspricht. Falls die Beziehung RT < DTC gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 216, während der Schritt dann, wenn die Beziehung RT ≧ DTC gilt, zum Schritt 212 zurückkehrt. In einem Schritt 216 wird beurteilt, ob die Bezie hung NOPFLG = 1 gilt oder nicht. Falls die Beziehung NOPFLG = 1 gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 218, falls hingegen die Beziehung NOPFLG = 0 gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 217. Im Schritt 217 wird die Beziehung LTC = LTC2 gesetzt und das Programm zur Diagnose der Leistung des NOx-Ein fangmittels ist beendet. Falls hingegen die Beziehung NOPFLG = 1 gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 218. Im Schritt 218 wird beurteilt, ob der Wert TD gleich dem Wert TTD innerhalb des zulässigen Fehlers e ist oder nicht. Falls beur teilt wird, daß der Wert TD gleich dem Wert TTD ist, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 219. Falls hingegen beurteilt wird, daß der Wert TD nicht gleich dem Wert TTD ist, geht der Schritt weiter zum Schritt 221 und die Beziehung LTC = LTC1 wird gesetzt. Falls im Schritt 219 die Beziehung LTC < LTCC gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 226, wird der NOx-Reinigungsanforde rungsmerker PURFLG zurückgesetzt und ist das Programm zur Diagnose der Leistung des NOx-Einfangmittels beendet. Falls hingegen die Beziehung LTC ≧ LTCC gilt, wird beurteilt, daß sich das NOx-Einfangmittel verschlechtert hat, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 220 und wird die Beziehung INFFLG = 1 gesetzt. Danach wird in einem Schritt 221 eine Alarmlampe einge schaltet, um dem Fahrer zu melden, daß sich das NOx-Einfangmittel verschlechtert hat, wobei ein Programm zur Diagnose der Leistung des NOx-Einfangmittels abgeschlossen ist. In einem Schritt 222 wird eine Größenbeziehung zwischen den Werten TD und TTD verglichen. Falls die Beziehung TD < TTD gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 223, um den Wert LTCC entsprechend einem Schwellenwert des Wertes LTC zu verringern und um die Beziehung LTCC = LTCC - ΔL zu setzen. Falls hingegen die Beziehung TD ≧ TTD gilt, geht der Schritt weiter zu einem Schritt 224, um den Wert LTCC entsprechend dem Schwellenwert des Wertes LTC zu erhöhen und die Beziehung LTCC = LTCC - ΔL zu setzen. Danach geht der Schritt weiter zu einem Schritt 226, der NOx-Reini gungsanforderungsmerker PURFLG wird zurückgesetzt und das Programm zur Diagnose der Leistung des NOx-Einfangmittels ist beendet.

Für diesen Fall zeigen die Fig. 21(1) bis 21(3) einen Übergang der Zeit TD, zu der das Luft-/Kraftstoffverhältnis vor dem Katalysator, das Luft-/Kraftstoffverhältnis- Korrektursteuermodul und der Ausgangswert des hinteren Luft-/Kraftstoffverhält nis-Sensors während der Diagnose der Leistung des NOx-Einfangmittels als Referenz die vorgegebenen Werte annehmen. In diesem Fall gilt in Fig. 21(2) die Beziehung LTS1 < LTS2, da der Wert LTS2 ein Steuerzyklus mit raschem Anstieg des Kraftstoffanteils in einem Normalbetrieb ist, in dem die Steuerung des NOx- Katalysators nicht ausgeführt wird, und der Wert LTS1 ein Steuerzyklus mit raschem Anstieg des Kraftstoffanteils in einer Diagnosebetriebsart ist, in der die Steuerung des NOx-Katalysators ausgeführt wird. Fig. 21 zeigt, daß der Wert LTS dann, wenn der Wert TD zum vorhergehenden Zeitpunkt der Steuerung mit raschem Anstieg des Kraftstoffanteils größer ist, groß gemacht wird, um die Einfangmenge des in dem NOx-Einfangmittel eingefangenen NOx zu erhöhen, und daß der Wert LTS dann, wenn der Wert TD zum vorhergehenden Zeitpunkt der Steuerung mit raschem Anstieg des Kraftstoffanteils umgekehrt kleiner ist, klein gemacht wird, um die Einfangmenge des im NOx-Einfangmittel eingefangenen NOx zu verringern.

Fig. 22 zeigt eine Einfangleistung des NOx-Einfangmittels, wenn der Standardwert TTD des Wertes TD und der Wert LTC gegeben sind. Das heißt, daß ermittelt werden kann, daß sich die Leistung des NOx-Einfangmittels auf einen Pegel verschlechtert hat, der gleich oder größer als ein bestimmter LTCC ist, wenn eine bestimmte TTD gegeben ist. Fig. 22 zeigt, daß von den Katalysatoren A, B und C der Katalysator C am schlechtesten ist.

Fig. 23 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Definieren der obener wähnten Werte RSA1 und LTC1 in Übereinstimmung mit dem Parameter, der durch die Betriebsbedingung wie etwa das Drehmoment, die Motordrehzahl und derglei chen oder die Temperatur des Abgases gegeben ist. In Fig. 23(1) und 23(2) sind die Werte RSA1 und LTC1 durch ein Kennfeld des Drehmoments und der Motordreh zahl gegeben, die Werte können jedoch durch die Indizes wie etwa die Ansaugluft menge, die Kraftstoffeinspritzimpulsbreite, den Drosselklappenöffnungsgrad und dergleichen gegeben sein. Ferner zeigt Fig. 23(3) ein Korrekturmodul in dem Fall, in dem die Temperatur des Abgases berücksichtigt wird, wobei vorzugsweise ein Verfahren zum Multiplizieren des durch Fig. 23(1) bestimmten Werts oder derglei chen verwendet wird. Das heißt, daß die Tatsache berücksichtigt wird, daß das NOx-Einfangmittel dann, wenn die Temperatur des Abgases unmittelbar vor dem NOx-Einfangmittel gleich oder größer als 250°C ist und auf ungefähr 400°C ansteigt, zu arbeiten beginnt, wobei das NOx-Einfangmittel um so stärker aktiviert wird, je höher die Temperatur des Abgases wird.

Wie oben erwähnt, werden die Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfin dung beispielhaft anhand eines Motors des Typs mit zylinderinterner Einspritzung (DI) beschrieben, die vorliegende Erfindung kann jedoch selbst in einer sogenann ten Magerverbrennungsmaschine des Typs mit Ansaugkrümmerrohreinspritzung verwirklicht werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Verschlechterungsgrad der NOx-Einfangleistung unter Verwendung der Indizes wie etwa des Ausgangswertes des Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensors hinter dem NOx-Einfangmittel durch Rück kopplungsregelung des Steuerparameters wie etwa des Luft-/Kraftstoffverhältnisses oder dergleichen vor dem NOx-Einfangmittel genauer zu erfassen.

Ferner ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Diagnose des NOx- Katalysators schnell auszuführen, indem der Parameter wie etwa das Luft-/Kraft stoffverhältnis bei der Steuerung mit raschem Anstieg des Kraftstoffanteils oder dergleichen auf der Grundlage des Betriebszustandes des Motors bestimmt wird, so daß der Schwellenwert, der für den Vergleich mit der Zeit der Beendigung der Abgabe oder der Reduktion des in dem NOx-Einfangmittel entsprechend der Ab sorption, der Adsorption oder dergleichen eingefangenen NOx verwendet wird, bestimmt werden kann.

Claims

1. Motorabgas-Reinigungsvorrichtung, mit:
einem in einem Abgaskanal angeordneten NOx-Einfangmittel, das NOx in einem Abgas entsprechend einer Absorption oder einer Adsorption einfängt, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis im Abgas mager ist, und NOx abgibt oder reduziert, wenn das Luft-IKlraftstoffverhältnis ein stöchiometrisches Luft- /Kraftstoffverhältnis oder das fette Luft-/Kraftstoffverhältnis ist;
einer Luft-/Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung, die das Luft-/Kraftstaff verhältnis des Abgases in einem vorgegebenen Zyklus vorübergehend vom ma geren Luft-/Kraftstoffverhältnis zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhält nis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis ändert;
einer Einrichtung zur Erfassung einer besonderen Komponente, die eine beson dere Komponente im Abgas hinter dem NOx-Einfangmittel erfaßt;
einer NOx-Abgabe- oder NOx-Reduktionsvollendungs-Beurteilungseinrichtung, die auf der Grundlage eines Erfassungsergebnisses der Einrichtung zur Erfas sung einer besonderen Komponente zum Zeitpunkt der vorübergehenden Ände rung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Abgases zum stöchiometrischen Luft- /Kraftstoffverhältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis durch die Luft- /Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung beurteilt, daß eine Abgabe oder Re duktion des durch das NOx-Einfangmittel eingefangenen NOx vollendet ist; und
einer NOx-Abgabezeit- oder NOx-Reduktionsvollendungszeit-Erfassungsein richtung, die eine Zeit erfaßt, die zum Reinigen des NOx erforderlich ist,
wobei ein Steuerparameter der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung auf der Grundlage eines Ergebnisses geändert wird, das durch Vergleichen einer durch die NOx-Abgabezeit- oder NOx-Reduktionsvollendungszeit-Erfassungs einrichtung erfaßten Zeit (TD) mit einem im voraus gesetzten vorbestimmten Wert (TTD) erhalten wird.

2. Motorabgas-Reinigungsvorrichtung, mit:
einem in einem Abgaskanal angeordneten NOx-Einfangmittel, das NOx in einem Abgas entsprechend einer Absorption oder einer Adsorption einfängt, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis im Abgas mager ist, und NOx abgibt oder reduziert, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis ein stöchiometrisches Luft-/Kraft stoffverhältnis oder das fette Luft-/Kraftstoffverhältnis ist;
einer Luft-/Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung, die das Luft-/Kraftstoff verhältnis des Abgases in einem vorgegebene Zyklus vorübergehend vom ma geren Luft-/Kraftstoffverhältnis zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhält nis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis ändert;
einer Einrichtung zur Erfassung einer besonderen Komponente, die eine beson dere Komponente im Abgas stromabwärts des NOx-Einfangmittels erfaßt;
einer NOx-Abgabe- oder NOx-Reduktionsvollendungs-Beurteilungseinrichtung, die auf der Grundlage eines Erfassungsergebnisses der Einrichtung zur Erfas sung einer besonderen Komponente zum Zeitpunkt der vorübergehenden Ände rung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Abgases zum stöchiometrischen Luft- /Kraftstoffverhältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis durch die Luft- /Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung beurteilt, daß eine Abgabe oder Re duktion des durch das NOx-Einfangmittel eingefangenen NOx vollendet ist; und
einer NOx-Abgabezeit- oder NOx-Reduktionsvollendungszeit-Erfassungsein richtung, die eine Zeit erfaßt, die zum Reinigen des NOx erforderlich ist,
wobei die Motorabgas-Reinigungsvorrichtung ferner eine NOx-Einfangmittel- Leistungsbeurteilungseinrichtung umfaßt, die eine Leistung des NOx-Einfang mittels auf der Grundlage eines Ergebnisses beurteilt, das durch Vergleichen einer Zeit (TD), die durch die NOx-Abgabezeit- oder NOx-Reduktionsvollen dungszeit-Erfassungseinrichtung erfaßt wird, mit einem im voraus festgesetzten vorbestimmten Wert (TTD) erhalten wird, und ein Steuerparameter der Luft- /Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung im voraus auf der Grundlage eines Parameters gesetzt wird, der einen Betriebszustand des Motors angibt.

3. Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Differenz zwischen den Werten TD und TTD zum Zeitpunkt der Änderung des Steuerpa rameters der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung auf der Grundlage des Ergebnisses des Vergleichs zwischen der erfaßten Zeit TD und dem vorge gebenen Wert TTD klein gemacht wird.

4. Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der eine Differenz zwischen den Werten TD und TTD zum Zeitpunkt der Änderung des Steuerpa rameters der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung auf der Grundlage des Ergebnisses des Vergleichs zwischen der erfaßten Zeit TD und dem vorge gebenen Wert TTD klein gemacht wird.

5. Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Steuerparame ter der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung so gesetzt ist, daß der vorgegebene Wert TTD ein fester Wert ohne Beziehung zu einem Betriebszu stand wird.

6. Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung zur Erfassung einer besonderen Komponente irgendeine der folgenden Konzen trationen erfaßt: Sauerstoff, NOx, HC und CO.

7. Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Einrichtung zur Erfassung einer besonderen Komponente irgendeine der folgenden Konzen trationen erfaßt: Sauerstoff, NOx, HC und CO.

8. Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der als Steuerparame ter der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung wenigstens einer der folgenden Werte variabel gemacht wird: ein Luft-/Kraftstoffverhältnis zum Zeitpunkt der vorübergehenden Änderung zum stöchiometrischen Luft-/Kraft stoffverhältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis, ein Zyklus zum vor übergehenden Ändern des Luft-/Kraftstoffverhältnisses vom mageren Luft- /Kraftstoffverhältnis zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis, und ein Term zum vorübergehenden Ändern des Luft-/Kraftstoffverhältnisses zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffver hältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis.

9. Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der als Steuerparame ter der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung wenigstens einer der folgenden Wert variabel gemacht wird: ein Luft-/Kraftstoffverhältnis zum Zeit punkt der vorübergehenden Änderung zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff verhältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis, ein Zyklus zum vorüber gehenden Ändern des Luft-/Kraftstoffverhältnisses vom mageren Luft-/Kraft stoffverhältnis zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder zum fet ten Luft-/Kraftstoffverhältnis, und ein Term zum vorübergehenden Ändern des Luft-/Kraftstoffverhältnisses zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis.

10. Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Zeitpunkt, zu dem der von der Einrichtung zur Erfassung einer besonderen Komponente er faßte Wert kleiner als der vorbestimmte Wert ist, als der NOx-Abgabezeitpunkt oder NOx-Reduktionsvollendungszeitpunkt definiert ist.

11. Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der ein Zeitpunkt, zu dem der von der Einrichtung zur Erfassung einer besonderen Komponente er faßte Wert kleiner als der vorbestimmte Wert ist, als der NOx-Abgabezeitpunkt oder NOx-Reduktionsvollendungszeitpunkt definiert ist.

12. Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Zeitpunkt, zu dem der von der Einrichtung zur Erfassung einer besonderen Komponente er faßte Wert kleiner als ein erster vorbestimmter Wert ist, als der NOx-Abgabe zeitpunkt oder NOx-Reduktionsvollendungszeitpunkt definiert ist.

13. Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der ein Zeitpunkt, zu dem der von der Einrichtung zur Erfassung einer besonderen Komponente er faßte Wert kleiner als ein erster vorbestimmter Wert ist, als der NOx-Abgabe zeitpunkt oder NOx-Reduktionsvollendungszeitpunkt definiert ist.

14. Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Verschlech terung des NOx-Einfangmittels auf der Grundlage des Wertes des Steuerpara meters der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Änderungseinrichtung erfaßt wird.

15. Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 14, ferner mit wenigstens einer Speichereinrichtung zum Speichern eines Codes, der eine Verschlechte rung des NOx-Einfangmittels angibt, wenn eine Verschlechterung des NOx- Einfangmittels gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, und mit einer Alarmerzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Alarms.

16. Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 14, bei der ein Magerbetrieb entsprechend der erfaßten Verschlechterung des NOx-Einfangmittels begrenzt wird.