DE10164164A1 - Luftkraftstoffverhältnisregelungssystem für einen Verbrennungsmotor und zugehöriges Regelungsverfahren - Google Patents

Luftkraftstoffverhältnisregelungssystem für einen Verbrennungsmotor und zugehöriges Regelungsverfahren

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Abstract

Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem für einen Verbrennungsmotor schätzt eine Sauerstoffspeichermenge eines Katalysators auf der Grundlage einer Aufzeichnung einer Sauerstoffspeichermenge und regelt ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage der geschätzten Sauerstoffspeichermenge. Der Katalysator ist in mehrere Abschnitte in eine Strömungsrichtung eines Abgases geteilt, wobei die Sauerstoffspeichermenge an einem bestimmten Abschnitt gemäß einem Verhalten eines Abgases an stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seiten der jeweiligen bestimmten Abschnitte geschätzt wird und wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage der geschätzten Sauerstoffspeichermenge an dem bestimmten Abschnitt geschätzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor und dessen Steuerungsverfahren.
Bei Verbrennungsmotoren sind ein Abgasemissionsreinigungskatalysator (Drei-Wege-Katalysator) zum Reinigen eines Abgases und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses an einem Abgasdurchgang angeordnet. Eine Rückführregelung wird auf der Grundlage des durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemisches ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, wobei dadurch Emissionen von Stickoxiden (NOx), von Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC) gleichzeitig verringert werden.
Die Durchführung der vorstehend erwähnten Rückführregelung mit einer ausreichenden Genauigkeit verbessert wirksam eine Reinigungsrate des durch die Verbrennungsmotoren emittierten Abgases. Ebenso verbessert das Steuern einer Sauerstoffadsorptionsfunktion des Abgasemissionsreinigungskatalysators wirksam die Reinigungsrate von NOx, CO und HC.
Untersuchungen wurden an einer Regelung zum wirksamen Verwenden einer Sauerstoffadsorptionsfunktion durchgeführt. Beispielsweise offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 5-195842 eine Bauart eines Regelungssystems, das die Sauerstoffadsorptionsfunktion regelt. Das Regelungssystem schätzt eine Sauerstoffmenge, die an einem gesamten Teil des Abgasemissionsreinigungskatalysators (Sauerstoffspeichermenge) adsorbiert werden kann, und regelt das Luft-Kraftstoff- Verhältnis so, dass die Sauerstoffspeicherung einer Sauerstoffmenge ein bestimmter Zielwert wird.
Das vorstehend genannte Regelungssystem führt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung auf der Grundlage der Sauerstoffspeichermenge durch, die unter der Annahme geschätzt wird, dass der Zustand des gesamten Abgasemissionsreinigungskatalysators einheitlich ist. Jedoch ist der Sauerstoffadsorptionszustand bei dem Abgasemissionsreinigungskatalysator nicht einheitlich. Daher gibt es für den Fall, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung unter der Annahme durchgeführt wird, dass der Sauerstoffadsorptionszustand bei dem Abgasemissionsreinigungskatalysator einheitlich ist, eine Möglichkeit, dass eine Schätzungsgenauigkeit sich zeitweilig verringert und die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung ungenau wird. Das erzeugt einen Nachteil dahingehend, dass eine Überschussmenge der Sauerstoffspeicherung sichergestellt werden muss und die Sauerstoffadsorptionskapazität nicht wirksam verwendet werden kann.
Es ist ein Gesichtspunkt der Erfindung, die Reinigungseffizienz eines Abgases durch wirksames Verwenden einer Sauerstoffadsorptionskapazität eines Katalysators zu verbessern.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung hat ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem für einen Verbrennungsmotor eine Regelungseinrichtung zum Schätzen einer Sauerstoffspeichermenge eines Katalysators, der an einem Abgasdurchgang eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist. Die Regelungseinrichtung regelt ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage der geschätzten Sauerstoffmenge. Die Regelungseinrichtung teilt den Katalysator in mehrere Abschnitte in einer Strömungsrichtung eines Abgases und berechnet eine Änderung der Sauerstoffspeichermenge an einem bestimmten Abschnitt von den mehreren Abschnitten eines Luft-Kraftstoff- Verhältnisses des Abgases, das in den Katalysator strömt. Die Regelungseinrichtung schätzt die Sauerstoffspeichermenge an dem bestimmten Abschnitt auf der Grundlage einer Aufzeichnung der Änderung der Sauerstoffspeichermenge. Die Regelungseinrichtung regelt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage der geschätzten Sauerstoffspeichermenge an dem bestimmten Abschnitt.
Des weiteren ist es ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungsverfahren für einen Verbrennungsmotor zu schaffen mit den Schritten des Teilens des Katalysators in mehrere Abschnitte in eine Strömungsrichtung eines Abgases des Berechnens einer Änderung der Sauerstoffspeichermenge an einem bestimmten Abschnitt von den mehreren Abschnitten auf der Grundlage des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses des in den Katalysator strömenden Abgases, des Schätzens der Sauerstoffspeichermenge an dem bestimmten Abschnitt auf der Grundlage einer Aufzeichnung der Änderung der Sauerstoffspeichermenge und Regeln des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses auf der Grundlage der geschätzten Sauerstoffspeichermenge an dem bestimmten Abschnitt.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Verbrennungsmotors mit einem Regelungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht die schematisch einen Abgasemissionsreinigungskatalysator des Regelungssystems gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 3 ist ein Flussdiagramm einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung bei dem Regelungssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4 ist ein Flussdiagramm einer Regelung zum Ermitteln einer Position eines bestimmten Abschnitts bei dem Regelungssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 5A, 5B, 5C und 5D sind Abbildungen, die für die in Fig. 4 gezeigte Regelung verwendet werden;
Fig. 6 ist ein Flussdiagramm einer Regelung zum Ermitteln einer Einheitslänge eines bestimmten Abschnitts bei dem Regelungssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 7A, 7B, 7C und 7D sind Abbildungen für die in Fig. 6 gezeigte Regelung;
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch den Abgasemissionsreinigungskatalysator des Regelungssystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
Fig. 9 ist ein Flussdiagramm der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung bei dem Regelungssystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 10A, 10B, 10C und 10D sind Grafiken, die Änderungen einer Sauerstoffspeichermenge an den jeweiligen bestimmten Abschnitten des Abgasemissionsreinigungskatalysators zeigen, die durch die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung bei dem Regelungssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten werden;
Fig. 11 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einem Lufteinlassvolumen und Konzentrationen von Kohlenmonoxid und Sauerstoff bei dem Abgasemissionsreinigungskatalysator zeigt;
Fig. 12 ist ein Flussdiagramm einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung durch das Regelungssystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 13A, 13B, 13C und 13D sind Grafiken, die Änderungen der Sauerstoffspeichermenge an jeweiligen bestimmten Abschnitten des Abgasemissionsreinigungskatalysators zeigen, die durch die Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Regelung bei dem Regelungssystem gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten werden.
Vor einer Beschreibung der beispielhaften Ausführungsbeispiele wird eine Sauerstoffadsorptionsfunktion eines Abgasemissionsreinigungskatalysators beschrieben.
Fig. 1 stellt einen Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 dar, der an einem Abgasdurchgang 7 vorgesehen ist. Mehrere Abgasemissionsreinigungskatalysatoren können an zumindest einem Abgasdurchgang vorgesehen sein. Der Abgasemissionsreinigungskatalysator kann in Reihe oder parallel an Abzweigungspunkten angeordnet sein. Beispielsweise kann bei einem Vier-Zylinder-Verbrennungsmotor ein Abgasemissionsreinigungskatalysator an einem Punkt vorgesehen sein, an dem ein Paar Abgasdurchgänge, die sich von einem Paar Zylindern erstrecken, zusammenlaufen, während ein anderer Katalysator an einem Punkt vorgesehen sein kann, an dem ein anderes Paar Abgasdurchgänge zusammenläuft. Jedoch ist bei dem beispielhaften Ausführungsbeispiel von Fig. 1 eine Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 an dem Abgasdurchgang 7 stromabwärts von einem Punkt vorgesehen, an dem sich von den jeweiligen Zylindern 3 erstreckende Abgasdurchgänge zusammenlaufen.
Bei dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein Drei-Wege-Katalysator, der Sauerstoff adsorbiert, als der Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 verwendet. Der Drei-Wege-Katalysator hat Bestandteile wie z. B. Ceria bzw. Ceroxid (CeO2), das zum Adsorbieren und Entnehmen des in dem Abgas enthaltenen Sauerstoffs vorgesehen ist. Ein Sauerstoffadsorptions-/-abgabebetrieb (Änderung der Sauerstoffspeicherung) dieses Drei-Wege-Katalysators ist zum Adsorbieren des Überschusssauerstoffs in dem Abgas vorgesehen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches sich in einem mageren Bereich befindet, und um den adsorbierten Sauerstoff abzugeben, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis sich in einem reichen bzw. fetten Bereich befindet. Der Drei-Wege-Katalysator reinigt das Abgas, das beispielsweise NOx, CO und HC aufweist, und deoxidiert bzw. reduziert NOx durch Adsorbieren des Überschusssauerstoffs, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist und oxidiert CO und HC durch Abgeben des adsorbierten Sauerstoffs, wenn es reich bzw. fett ist.
Der Ausdruck "Sauerstoffspeichermenge" ist als eine Menge des Sauerstoffs definiert, die durch einen Abgasemissionsreinigungskatalysator adsorbiert und gehalten wird (vor der Abgabe). Der Ausdruck "Sauerstoffspeichermenge" soll den Sauerstoff, der innerhalb des Katalysators gespeichert ist, und/oder den Sauerstoff, der an dem Katalysator anhaftet bzw. angebracht ist, abdecken. Gemäß dieser Erfindung wird Sauerstoff an dem Katalysator adsorbiert sowie von dem Katalysator wiederholt entfernt und der Sauerstoff, der zu einer vorbestimmten Zeit an dem Katalysator gespeichert oder gehalten ist, wird auf der Grundlage einer Aufzeichnung der Sauerstoffadsorptions-/-abgabemenge geschätzt.
Wenn jedoch der Drei-Wege-Katalysator schon den Sauerstoff bis zu der Grenze von seiner Sauerstoffadsorptionskapazität adsorbiert hat, wird das Reinigen des Abgases durch Oxidieren von NOx, das darin enthalten ist, unzureichend, da Sauerstoff adsorbiert wird, wenn ein Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines eintretenden Abgases mager ist. Wenn andererseits der Abgasemissionsreinigungskatalysator schon den gesamten Sauerstoff abgegeben hat und daher keinen Sauerstoff adsorbiert, wird die Reinigung des Abgases durch Reduzieren von CO und HC, das darin enthalten ist, unzureichend, da kein Sauerstoff abgegeben wird, wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des eintretenden Abgases reich bzw. fett ist. Aus diesem Grund schafft die Erfindung die Regelung der Sauerstoffspeichermenge, die wirksam ist, ob nun das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des eintretenden Abgases mager oder fett bzw. reich ist.
Da der Drei-Wege-Katalysator den Sauerstoff abhängig von dem Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis adsorbiert oder abgibt, wie vorstehend erwähnt ist, kann die Sauerstoffspeichermenge durch Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses geregelt werden. Bei den herkömmlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungen wird eine Basiskraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage eines Einlassluftvolumens und dergleichen berechnet und eine Abschlusskraftstoffeinspritzmenge durch Multiplizieren der Basiskraftstoffeinspritzmenge mit verschiedenartigen Korrekturkoeffizienten ermittelt (oder durch Addieren verschiedenartiger Korrekturkoeffizienten zu der Basiskraftstoffeinspritzmenge). Bei herkömmlichen Regelungen wird ein Korrekturkoeffizient zum Regeln der Sauerstoffspeichermenge gemäß der Sauerstoffspeichermenge ermittelt und die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung auf der Grundlage der Sauerstoffspeichermenge unter Verwendung des Koeffizienten durchgeführt.
Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung kann unabhängig von der Sauerstoffspeichermenge durchgeführt werden. Für diesen Fall wird der vorstehend genannte Korrekturkoeffizient auf der Grundlage der Sauerstoffspeichermenge nicht berechnet oder wird nicht bei einer tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung wiedergegeben, auch wenn er berechnet wird.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird eine Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Regelung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Fig. 1 zeigt einen Aufbau eines Verbrennungsmotors einschließlich eines Regelungssystems gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Das Regelungssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel regelt einen Verbrennungsmotor 1, insbesondere eine Brennkraftmaschine. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, erzeugt der Verbrennungsmotor 1 eine Antriebskraft durch Zünden von Luft-Kraftstoff-Gemischen in jeweiligen Zylindern 3 durch eine Zündkerze 2. Von außen eingelassene Luft bewegt sich durch den Lufteinlassdurchgang 4 und wird mit Kraftstoff gemischt, der durch eine Einspritzvorrichtung 5 eingespritzt wird, um ein Luft- Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird dann in den Zylinder 3 eingesogen. Ein Lufteinlassventil 6 ist zwischen dem Zylinder 3 und dem Lufteinlassdurchgang 4 vorgesehen, um die Verbindung dazwischen zu öffnen und zu schließen. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das in dem Zylinder 3 verbrannt wird, wird in den Abgasdurchgang 7 als Abgas ausgestoßen. Ein Ausstoßventil 8 ist zwischen dem Zylinder 3 und dem Abgasdurchgang 7 vorgesehen, um die Verbindung dazwischen zu öffnen und zu schließen.
Ein Drosselventil 9, dass das Lufteinlassvolumen der in die Zylinder 3 einzusaugenden Luft regelt, ist an dem Lufteinlassdurchgang 4 angeordnet. Ein Drosselpositionssensor 10 erfasst eine Drosselposition und ist mit dem Drosselventil 9 verbunden. Des weiteren ist ein Luftumleitungsventil 12 an dem Lufteinlassdurchgang 4 angeordnet. Das Luftumleitungsventil 12 steuert das Lufteinlassvolumen, das dem Zylinder 3 zugeführt werden soll, über einen Umleitungsdurchgang 11 während eines Leerlaufbetriebs (wenn das Drosselventil 9 an der vollständig geschlossenen Position ist). Außerdem ist ein Luftdurchflussmessgerät 13, das die Lufteinlassmenge erfasst, an dem Lufteinlassdurchgang 4 vorgesehen.
Ein Kurbelpositionssensor 14 erfasst eine Position einer Kurbelwelle und ist in einer Umgebung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 1 angeordnet. Eine Position eines Kolbens 15 in dem Zylinder 3 und eine Motordrehzahl NE kann auf der Grundlage einer Ausgabe des Kurbelpositionssensors 14 ermittelt werden. Der Verbrennungsmotor 1 hat auch einen Klopfsensor 16, der das Auftreten von Klopfen des Verbrennungsmotors 1 erfasst. Der Verbrennungsmotor 1 hat des weiteren einen Wassertemperatursensor 17 zum Erfassen einer Kühlmitteltemperatur.
Die Zündkerze 2, die Einspritzvorrichtung 5, der Drosselpositionssensor 10, das Luftumleitungsventil 12, das Luftdurchflussmessgerät 13, der Kurbelpositionssensor 14, der Klopfsensor 16, der Wassertemperatursensor 17 und andere Sensoren sind mit einer elektronischen Regelungseinheit (ECU) 18 verbunden, die eine Gesamtregelung des Betriebs des Verbrennungsmotors durchführt. Die vorstehend aufgelisteten Bauteile werden im Ansprechen auf Signale von der ECU 18 geregelt. Die Bauteile können auch Erfassungsergebnisse zu der ECU 18 übertragen. Ein Katalysatortemperatursensor 21 ermittelt eine Temperatur des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 und ist an dem Abgasdurchgang 7 angeordnet. Ein Ablassregelungsventil 24, das in dem Kraftstofftank verdampften Kraftstoff, der durch einen Aktivkohlebehälter 23 gesammelt wird, zu dem Lufteinlassdurchgang 4 zum Auslassen überführt, ist mit der ECU verbunden.
Des weiteren sind ein stromaufwärtiger Luft-Kraftstoff- Verhältnissensor 25, der stromaufwärts von dem Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 vorgesehen ist, und ein stromabwärtiger Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 26, der stromabwärts davon vorgesehen ist, mit der ECU 18 verbunden. Der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 25 ist ein linearer Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor, der linear das Abgas- Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß der Konzentration des Sauerstoffs in dem Abgas an der Position erfasst, an der der Sensor angeordnet ist. Der stromabwärtige Luft-Kraftstoff- Verhältnissensor 26 ist ein Sauerstoffsensor, der eine Ein-Aus-Erfassung des Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der Konzentration des Sauerstoffs in dem Abgas an der Position durchführt, an der der Sensor angeordnet ist. Diese Luft- Kraftstoff-Verhältnissensoren 25 und 26 können die Erfassung nicht genau durchführen, außer ihre Temperatur ist bis zu einer bestimmten Temperatur (Aktivierungstemperatur) erhöht, und sie werden daher durch eine durch die ECU 18 zugeführte elektrische Leistung erwärmt bzw. geheizt so dass die Aktivierungstemperatur in einem kurzen Zeitraum erreicht wird. Bei der ECU 18 ist eine CPU für Berechnungen, ein RAM, das verschiedene Informationen, wie z. B. Berechnungsergebnisse speichert, ein Backup-RAM, das unter Zuführung von Leistung von einer Batterie die gespeicherten Informationen behält, und ein ROM vorgesehen, das die jeweiligen Regelungsprogramme speichert. Die ECU 18 regelt den Betrieb des Verbrennungsmotors 1 auf der Grundlage des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses und berechnet die Sauerstoffspeichermenge des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19. Des weiteren führt die ECU 18 eine Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge durch, die durch die Einspritzvorrichtung 19 eingespritzt wird und ermittelt den Verschlechterungsgrad des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 auf der Grundlage einer Aufzeichnung der Sauerstoffspeichermenge. Kurz gesagt regelt die ECU 18 den Betrieb des Verbrennungsmotors 1 auf der Grundlage des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der berechneten Sauerstoffspeichermenge und dergleichen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird eine Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Rückführregelung auf der Grundlage einer Sauerstoffspeichermenge, die durch das vorstehend genannte Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem gemäß der Aufzeichnung einer Sauerstoffadsorptions-/-abgabemenge geschätzt wird, beschrieben. Insbesondere ist der Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 in mehrere Abschnitte in der Richtung der Abgasströmung geteilt, und die Sauerstoffspeichermenge in einem bestimmten Abschnitt (oder allen Abschnitten) wird auf der Grundlage des Verhaltens des Abgases stromaufwärts und stromabwärts von den jeweiligen Abschnitten geschätzt. Da demgemäß der Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 in mehrere Abschnitte geteilt ist, kann eine Sauerstoffspeichermenge O2 genau ermittelt werden. Als Folge kann eine geeignete Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Regelung durchgeführt werden, wobei dadurch die Effizienz der Abgasreinigung verbessert werden kann.
Fig. 2 stellt ein Verfahren zum Berechnen einer Sauerstoffspeichermenge O2i dar, die eine Sauerstoffmenge ist, die in einem bestimmten Abschnitt i von einer Anzahl n von geteilten Abschnitten des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 adsorbiert wird. Fig. 2 stellt schematisch einen katalytischen Wandler dar, der an einem Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 angeordnet ist.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Sauerstoffspeichermenge O2i in einem bestimmten Abschnitt i gemäß einem Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F geschätzt, welches ein Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases ist, das in den Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 einströmt, eines Lufteinlassvolumens Ga und einer Temperatur (Katalysator-Betttemperatur) Temp des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19. Obwohl das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F durch den stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 25 in diesem Ausführungsbeispiel erfasst wird, kann das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß den Verhaltensmodellen von Luft und Kraftstoff geschätzt werden. Das Lufteinlassvolumen Ga wird durch das Luftdurchflussmessgerät 13 erfasst. Des weiteren wird die Katalysator-Betttemperatur Temp gemäß dem Lufteinlassvolumen Ga, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Reaktionswärme des Abgasemissionsreinigungskatalysators geschätzt. Die Katalysator-Betttemperatur Temp in den jeweiligen Abschnitten (Katalysator-Betttemperatur Tempi für den bestimmten Abschnitt i) kann beispielsweise durch Temperatursensoren ermittelt werden, die direkt an den jeweiligen Abschnitten des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 vorgesehen sind, oder kann auf der Grundlage einer Ausgabe von einem Temperatursensor 21 ermittelt werden, der an dem Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 vorgesehen ist.
Das Symbol O2in(i) stellt eine Sauerstoffmenge in dem Abgas dar, das in den bestimmten Abschnitt i strömt und O2out(i) stellt eine Sauerstoffmenge in dem Abgas dar, das aus dem bestimmten Abschnitt i in Richtung einer stromabwärtigen Seite strömt. Außerdem wird O2ADi, das eine Abweichungsmenge der Sauerstoffspeichermenge 021 in dem bestimmten Abschnitt i darstellt (im folgenden Sauerstoffadsorptions-/-abgabemenge bezeichnet), als eine Funktion eines Lufteinlassvolumens O2in(i), einer Gasdiffusionsrate an einer Fläche des Katalysators, einer Sauerstoffadsofptions-/-abgabe-Reaktionsrate, eine Abweichung usw. ermittelt. Die Abweichung wird als eine Funktion einer maximal adsorbierbaren Sauerstoffmenge OSCi in dem bestimmten Abschnitt i ermittelt, und eine vorliegende Sauerstoffspeichermenge O2i in dem bestimmten Abschnitt i usw. Die Gasdiffusionstemperatur wird als eine Funktion einer Katalysator-Betttemperatur Tempi ermittelt, wie vorstehend genannt ist.
Unter Verwendung der Sauerstoffadsorptions-/-abgabemenge O2ADi, die in dem bestimmten Abschnitt i ermittelt wird, ergibt sich die folgende Gleichung:
O2out(i) = O2in(i)-O2ADi
Es ist auch möglich, die Sauerstoffspeichermenge O2i in dem bestimmten Abschnitt i durch Integrieren der Sauerstoffadsorptions-/-abgabemenge O2ADi zu schätzen. Des weiteren ist die Sauerstoffmenge O2out(i) in dem Abgas, das aus dem bestimmten Abschnitt i strömt, einer Sauerstoffmenge O2in(i+1) in dem Abgas gleich, das in den nächsten Abschnitt strömt, der an der stromabwärtigen Seite des bestimmten Abschnitts i gelegen ist.
O2out(i) = O2in(i+1)
Da die Sauerstoffmenge in dem Abgas, das in einen obersten stromaufwärtigen Abschnitt (i = 1) strömt, auf der Grundlage des Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, das in den Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 strömt, berechnet werden kann, ist es möglich, die Sauerstoffmenge in dem Abgas, das in die Abschnitte strömt, die an der stromabwärtigen Seite der jeweiligen Abschnitte gelegen sind, durch sequenzielles Berechnen der Sauerstoffmenge in dem Abgas zu berechnen, das aus den jeweiligen Abschnitten ausströmt.
Die Sauerstoffspeichermenge O2i in den bestimmten Abschnitten i kann für alle Abschnitte oder nur für den bestimmten Abschnitt i geschätzt werden. Zusätzlich kann eine gesamte Sauerstoffspeichermenge O2 oder eine gesamte Sauerstoffadsorptions-/-abgabemenge O2AD des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 durch Summieren der Sauerstoffspeichermengen oder der Sauerstoffadsorptions-/-abgabemengen in allen Abschnitten ermittelt werden. Demgemäß zeigt ein positiver Wert der Sauerstoffadsorptions-/-abgabemenge O2AD einen Zustand an, bei dem der Sauerstoff in dem Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 adsorbiert wird und somit die Sauerstoffspeichermenge O2 erhöht wird. Andererseits zeigt ein negativer Wert einen Zustand an, bei dem der Sauerstoff von dem Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 abgegeben wurde und somit die Sauerstoffspeichermenge O2 sich verringert.
Ein Wert der Sauerstoffspeichermengen O2 (oder der Sauerstoffspeichermenge O2i in den jeweiligen bestimmten Abschnitten) bewegt sich von 0 bis zu der maximal adsorbierbaren Sauerstoffmenge OSC (oder OSCi). Wenn die Sauerstoffspeichermenge O2 Null ist, adsorbiert der Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 keinen Sauerstoff. Wenn andererseits die Sauerstoffspeichermenge O2 der maximal adsorbierbaren Sauerstoffmenge OSC ist, dann hat der Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 den Sauerstoff schon bis zu dem Grenzwert adsorbiert. Die maximal adsorbierbare Sauerstoffmenge OSC ist nicht konstant und kann in Abhängigkeit von einer Bedingung bzw. einem Zustand des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 (Temperatur, Verschlechterung usw.) variieren. Daher wird die maximal adsorbierbare Sauerstoffmenge OSC auf der Grundlage eines Erfassungsergebnisses des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 26 aktualisiert.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Sauerstoffspeichermenge O2 (O2i) auf der Grundlage einer Basissauerstoffspeichermenge O2 zu einem bestimmten Zeitpunkt als ein Bezug berechnet (beispielsweise zu dem Zeitpunkt, wenn die Zündung eingeschaltet wird). Der Wert der Basissauerstoffspeichermenge O2 wird auf Null gesetzt und der Wert der Sauerstoffspeichermenge O2 variiert innerhalb des Bereiches, der sowohl die negativen als auch die positiven Seiten diesbezüglich abdeckt. Für einen solchen Fall kann ein oberer Grenzwert und ein unterer Grenzwert für die Sauerstoffspeichermenge O2 gemäß einer Bedingung des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 an einem bestimmten Zeitpunkt ermittelt werden und eine Differenz zwischen diesen Werten kann als ein Äquivalent zu der vorstehend genannten maximalen adsorbierbaren Sauerstoffmenge OSC herangezogen werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Sensor 25, die ECU 18 und dergleichen die Sauerstoffspeichermenge O2 (O2i) auf der Grundlage der Aufzeichnung der Sauerstoffadsorptions-/-abgabemenge O2AD (O2ADi) schätzen und die ECU 18, das Luftdurchflussmessgerät 13, die Einspritzvorrichtung 5 und dergleichen regeln das Luft- Kraftstoff-Verhältnis. Fig. 3 ist ein Flussdiagramm der Regelung dieses Ausführungsbeispiels. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird auf der Grundlage der Sauerstoffspeichermenge in dem bestimmten Abschnitt i geregelt, die auf die folgende Weise ermittelt wird. Zunächst wird ermittelt, ob eine geschätzte Sauerstoffspeichermenge O2i größer als ein Zielwert in Schritt S100 ist oder nicht.
Wenn in Schritt S100 ermittelt wird, dass die Sauerstoffspeichermenge O2i größer als ein Zielwert ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Schritten S110 geregelt, so dass es fett bzw. reich wird, um die Sauerstoffspeichermenge O2i in dem bestimmten Abschnitt i des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 zu verringern. Als Folge des Regelns des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf einen reichen bzw. fetten Zustand, wird das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in dem bestimmten Abschnitt i strömt, ebenso fett, und der in dem bestimmten Abschnitt i adsorbierte Sauerstoff wird abgegeben, wobei dadurch die Reinigung des fetten Abgases vorangetrieben wird.
Wenn alternativ ermittelt wird, dass die Sauerstoffspeichermenge O2i gleich oder kleiner als ein Zielwert in Schritt S100 ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so geregelt, dass es in Schritt S120 mager ist, um die Sauerstoffspeichermenge O2i in dem bestimmten Abschnitt i zu erhöhen. Als Folge des Regelns des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf einen mageren Zustand wird das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gases, das in den bestimmten Abschnitt i strömt, ebenso mager und ein Überschusssauerstoff in dem Abgas wird in dem bestimmten Abschnitt i adsorbiert.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird eine Regelung zum Auswählen eines Abschnitts, der als eine Referenz für eine Luft-Kraftstoff-Regelung zu verwenden ist, aus mehreren geteilten Abschnitten beschrieben. Bei einem Fall, bei dem der bestimmte Abschnitt i, der als eine Referenz für die Luft-Kraftstoff- Regelung verwendet werden soll, vordefiniert ist, wird die vorstehend beschriebene Regelung durchgeführt. Für einen Fall, bei dem der bestimmte Abschnitt i, der als eine Referenz für die Luft-Kraftstoff-Regelung verwendet werden soll, gemäß einem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors 1 geändert wird, wird alternativ die folgende Regelung durchgeführt. Durch Ändern des bestimmten Abschnitts i gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 kann die Luft-Kraftstoff-Regelung genau durchgeführt werden. Die folgende Beschreibung ist auf der Annahme gegründet, dass die Anzahl der Abschnitte, die in dem Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 geteilt ist (anders gesagt eine Einheitenlänge der jeweiligen Abschnitte L) unverändert bleibt.
Bei dieser Regelung wird eine Position des bestimmten Abschnitts i, der als eine Referenz für die Luft-Kraftstoff-Regelung auf der Grundlage der Sauerstoffspeichermenge O2i verwendet werden soll, auf der Grundlage des Lufteinlassvolumens Ga, der Katalysator-Betttemperatur Temp, des Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F und des Verschlechterungsgrades des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 ermittelt. Zunächst wird eine X-Achse parallel zu einer Strömungsrichtung des Abgases an dem Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 vorgesehen. Auch ein Ursprung der X-Achse (eine Referenzposition zum ermitteln eines bestimmten Abschnitts i) wird im voraus ermittelt und eine vorwärts gerichtete Richtung der X-Achse wird definiert, so dass sie die gleiche wie die Strömungsrichtung des Abgases ist, die sich von einer stromabwärtigen Seite zu einer stromaufwärtigen Seite davon erstreckt. Beispielsweise wird diese Bezugsposition an eine Mitte des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 in der vorstehend genannten Strömungsrichtung gesetzt. Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm zum ermitteln des bestimmten Abschnitts i.
Zunächst wird in Schritt S200 eine Lufteinlassvolumenkorrekturmenge α auf der Grundlage des Lufteinlassvolumens Ga ermittelt, das durch das Luftdurchflussmessgerät 13 erfasst wird. Fig. 5A zeigt eine Abbildung, die zum Ermitteln der Lufteinlassvolumenkorrekturmenge bzw. des Lufteinlassvolumenkorrekturbetrages α verwendet wird. Wie in Fig. 5A gezeigt ist, ist ein Wert des Lufteinlassvolumenkorrekturbetrages α negativ, wenn das Lufteinlassvolumen Ga klein ist und positiv, wenn das Lufteinlassvolumen groß ist und steigt an, wenn das Lufteinlassvolumen Ga ansteigt.
In Schritt S210 wird ein Temperaturkorrekturbetrag β auf der Grundlage der Katalysator-Betttemperatur Temp (eine Katalysator-Bettgesamttemperatur oder eine Katalysator-Betttemperatur an einem bestimmten Abschnitt des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19) ermittelt. Fig. 5B zeigt eine Abbildung, die zum Ermitteln des Temperaturkorrekturbetrages β verwendet wird. Wie in Fig. 5B gezeigt ist, ist ein Wert des Temperaturkorrekturbetrages β negativ, wenn die Katalysator-Betttemperatur Temp hoch ist und ist positiv, wenn die Katalysator-Betttemperatur niedrig ist, und verringert sich, wenn sich die Katalysator-Betttemperatur Temp verringert.
In Schritt S220 wird ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturbetrag γ auf der Grundlage des Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F ermittelt, das durch den stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 25 erfasst wird. Fig. 5C zeigt eine Abbildung, die zum Ermitteln des Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Korrekturbetrages γ verwendet wird. Wie in Fig. 5C gezeigt ist, ist ein Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturbetrages γ negativ, wenn ein absoluter Wert einer Abweichung (Abweichungsgrad) |ΔA/F| des erfassten Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F mit Bezug auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis klein ist und ist positiv, wenn der Abweichungsgrad |ΔA/F| groß ist, und steigt an, wenn der Abweichungsgrad |ΔA/F| ansteigt.
In Schritt S230 wird ein Verschlechterungsgrad-Korrekturbetrag δ auf der Grundlage des Verschlechterungsgrades des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 ermittelt. Der Verschlechterungsgrad des Katalysators 19 wird gemäß einer Ausgabe des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 25, der Sauerstoffspeichermenge O2 (O2i), der Sauerstoffadsorptions-/-abgabemenge O2AD (O2ADi), einer Ausgabe des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 26 und dergleichen ermittelt. Fig. 5D zeigt eine Abbildung, die zum Ermitteln des Verschlechterungsgradkorrekturbetrages δ verwendet wird. Wie in Fig. 5D gezeigt ist, ist ein Wert des Verschlechterungskorrekturbetrages δ negativ, wenn der Verschlechterungsgrad des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 klein ist, und ist positiv, wenn der Verschlechterungsgrad groß ist, und steigt an, wenn der Verschlechterungsgrad ansteigt.
In Schritt S240 wird eine X-Koordinate des bestimmten Abschnitts i, der als die Referenz für die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung verwendet werden soll, durch Substituieren der Werte der erhaltenen Korrekturbeträge α bis δ in die folgende Formel ermittelt.
X = α + β + γ + δ
Der bestimmte Abschnitt i zum Berechnen der Sauerstoffspeichermenge O2i, die für die Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Regelung verwendet werden soll, wird durch die so erhaltene X-Koordinate ermittelt. Wenn beispielsweise die erhaltene X-Koordinate gleich -0,5 oder größer, aber kleiner als 0,5 ist, kann ein Abschnitt an der X-Koordinate von 0 als der bestimmte Abschnitt i ausgewählt werden. Wenn alternativ die erhaltene X-Koordinate gleich 0,5 oder größer aber kleiner als 1,5 ist, kann ein Abschnitt an der X-Koordinate von 1 (ein Abschnitt, der in Richtung der stromaufwärtigen Seite um 1 von dem Abschnitt an der X-Koordinate von 0 verschoben ist) als der bestimmte Abschnitt i ausgewählt werden. Wenn jeder Wert der Korrekturbeträge α bis δ größer wird, wird der bestimmte Abschnitt an einer weiter stromaufwärtigen Position gesetzt. Andererseits wird, wenn jeder Wert der Korrekturbeträge kleiner wird, der bestimmte Abschnitt an eine weiter stromabwärtige Position gesetzt. Daher wird für einen Fall, bei dem ein "blow-by-Phänomen" einfach auftritt, der bestimmte Abschnitt i zum Berechnen der Sauerstoffspeichermenge O2i, der für die Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Regelung verwendet werden soll, an die stromaufwärtige Seite gesetzt. Dagegen wird für einen Fall, bei dem das "blow-by-Phänomen" kaum auftritt, der bestimmte Abschnitt i an der stromabwärtigen Seite gesetzt. Das "blow-by-Phänomen" ist ein Phänomen, bei dem auch dann, wenn der Abgaskatalysator 19 noch eine Kapazität zum Adsorbieren von Sauerstoff hat, der Sauerstoff in Richtung der stromabwärtigen Seite strömt, oder auch dann, wenn der Abgaskatalysator 9 Sauerstoff zum Oxidieren von HC, CO und dergleichen abgeben kann, derartige Elemente in Richtung der stromabwärtigen Seite strömen, ohne dass sie oxidiert werden.
Für einen solchen Fall, wenn das "blow-by-Phänomen" einfach auftritt, kann durch Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Grundlage eines stromaufwärtigen Teils des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19, d. h. durch Setzen des bestimmten Abschnitts i an der stromaufwärtigen Seite, eine frühe Rückführung erhalten werden, und das Auftreten des "blow-by-Phänomens" kann verhindert werden. Alternativ kann für einen Fall, bei dem das "blow-by-Phänomen" kaum auftritt, durch Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Grundlage eines stromabwärtigen Teils des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19, d. h. durch Setzen des bestimmten Abschnitts i an der stromabwärtigen Seite, eine bessere Regelung erhalten werden.
Wenn das Lufteinlassvolumen Ga groß ist, strömt ein größeres Volumen des Abgases in den Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 bei einem Stoß bzw. einer Explosion, und daher tritt das "blow-by-Phänomen" einfach auf. Wenn die Katalysator-Betttemperatur Temp niedrig ist, tritt das "blow-by-Phänomen" einfach auf, da die ausreichende Reaktion an dem Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 behindert ist. Wenn der Abweichungsgrad |ΔA/F| des Abgases, das in den Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 strömt, bezüglich des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses größer ist, findet eine verstärkte Oxidation oder Reduktion statt. Jedoch tritt das "blow-by-Phänomen" einfach auf, da Elemente einfach in Richtung der stromabwärtigen Seite strömen, bevor die Oxidation oder Reduktion ausreichend fertiggestellt ist. Wenn der Verschlechterungsgrad des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 größer ist, d. h., wenn sich der Katalysator weiter verschlechtert hat, tritt das "blow-by-Phänomen" einfach auf, da die Oxidation oder die Reduktion nicht ausreichend beendet werden kann.
Bei dem vorstehenden Beispiel ist eine Einheitslänge L der jeweiligen Abschnitte des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 (siehe beispielsweise Fig. 2) unverändert. Jedoch kann diese Einheitslänge L gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 geändert werden. Durch Ändern der Einheitslänge L gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1, wie vorstehend erwähnt ist, kann der Sauerstoffadsorptionszustand des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 genauer erfasst werden, und die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung auf der Grundlage der Sauerstoffspeichermenge O2i kann genau durchgeführt werden. Für einen derartigen Fall wird die Einheitslänge L zuerst durch eine nachstehend beschriebene Regelung ermittelt und der bestimmte Abschnitt i wird durch die vorstehend genannte Regelung zum Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Grundlage der Sauerstoffspeichermenge in dem bestimmten Abschnitt i ermittelt.
Bei dieser Regelung, ebenso wie bei der vorstehend genannten Regelung zum Ermitteln der Position des bestimmten Abschnitts i wird die Einheitslänge L, die die Einheitslänge der jeweiligen Abschnitte des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 ist, gemäß dem Lufteinlassvolumen Ga, der Katalysator-Betttemperatur Temp, dem Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F und dem Verschlechterungsgrad des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 ermittelt. Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm der Ermittlung der Einheitslänge L.
Zunächst wird in Schritt S300 ein Lufteinlassvolumenkorrekturbetrag α' auf der Grundlage des Lufteinlassvolumens Ga ermittelt, das durch das Luftdurchflussmessgerät 13 erfasst wird. Fig. 7A zeigt eine Abbildung, die zum Ermitteln des Lufteinlassvolumenkorrekturbetrages α' verwendet wird. Wie in Fig. 7A gezeigt ist, ist ein Wert des Lufteinlassvolumenkorrekturbetrages α' größer als 1, wenn das Lufteinlassvolumen Ga klein ist, und ist kleiner als 1 aber größer als 0, wenn das Lufteinlassvolumen Ga groß ist, und verringert sich, wenn sich das Lufteinlassvolumen Ga verringert. In Schritt S310 wird ein Temperaturkorrekturbetrag β' auf der Grundlage der Katalysator-Temperatur Temp (eine Katalysator-Bettgesamttemperatur oder eine Katalysator-Betttemperatur an einem bestimmten Abschnitt des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19) ermittelt. Fig. 7B zeigt eine Abbildung, die zum Ermitteln des Temperaturkorrekturbetrages β' verwendet wird. Wie in Fig. 7B gezeigt ist, ist ein Wert des Temperaturbetrages β' größer als 1, wenn die Katalysator-Betttemperatur hoch ist, und ist kleiner als 1 aber größer als 0, wenn die Katalysator-Betttemperatur Temp niedrig ist, und erhöht sich, wenn sich die Katalysator-Betttemperatur Temp erhöht.
In Schritt S320 wird der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturbetrag γ' auf der Grundlage des Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F ermittelt, das durch den stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 25 erfasst wird. Fig. 7C zeigt eine Abbildung, die zum Ermitteln des Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Korrekturbetrages γ' verwendet wird. Wie in Fig. 7C gezeigt ist, ist ein Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturbetrages γ' größer als 1, wenn ein absoluter Wert der Abweichung (Abweichungsgrad) |ΔA/F| des erfassten Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F bezüglich des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses klein ist, und ist kleiner als 1 aber größer als 0, wenn der Abweichungsgrad |ΔA/F| groß ist, und verringert sich, wenn der Abweichungsgrad |ΔA/F| sich erhöht. Des weiteren wird in Schritt S330 ein Verschlechterungsgradkorrekturbetrag δ' auf der Grundlage des Verschlechterungsgrades des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 ermittelt. Der Verschlechterungsgrad des Katalysators 19 wird gemäß der Ausgabe des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensors 25, der Sauerstoffspeichermenge O2 (O2i), der Sauerstoffadsorptions-/-abgabemenge O2AD (O2ADi) der Ausgabe des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 26 und dergleichen ermittelt. Fig. 7D zeigt eine Abbildung, die zum Ermitteln des Verschlechterungsgradkorrekturbetrages δ' verwendet wird. Wie in Fig. 7D gezeigt ist, ist ein Wert des Verschlechterungsgradkorrekturbetrages δ' größer als 1, wenn der Verschlechterungsgrad des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 klein ist, und ist kleiner als 1 aber größer als 0, wenn der Verschlechterungsgrad groß ist, und verringert sich, wenn sich der Verschlechterungsgrad verringert.
In Schritt S340 kann die Einheitslänge L der jeweiligen Abschnitte des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 durch Substituieren bzw. Einsetzen der Werte der so erhaltenen Korrekturbeträge α' bis δ' in die folgende Formel ermittelt werden.
L = LB × α' × β' × γ' × δ'
LB ist eine Bezugslänge. Wenn daher alle Werte der Korrekturbeträge α' bis δ' 1 sind, ist die Einheitslänge L gleich LB.
Die vorstehend genannten Korrekturbeträge α' bis δ' werden so gesetzt, dass die Regelfähigkeit und die Regelungsgenauigkeit der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung verbessert werden. Instabilität kann auftreten, wenn die Sauerstoffspeichermenge O2i an dem bestimmten Abschnitt i zu groß ist. Für einen derartigen Fall werden die Korrekturbeträge α' bis δ' geändert, so dass die Einheitslänge L klein wird und eine Änderung der Sauerstoffspeichermenge O2i pro bestimmtem Abschnitt i verringert wird, wodurch verhindert wird, dass die Änderung der Sauerstoffspeichermenge O2i in dem bestimmten Abschnitt i zu groß wird. Andererseits kann sich ein Ansprechen der Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Regelung verschlechtern, wenn die Änderung der Sauerstoffspeichermenge in dem bestimmten Abschnitt i zu klein ist. Für einen solchen Fall werden die Korrekturbeträge α' bis δ' geändert, so dass die Einheitslänge L große wird, wodurch verhindert wird, dass die Änderung der Sauerstoffspeichermenge O2i in dem bestimmten Abschnitt i zu klein wird.
Wenn das Lufteinlassvolumen Ga groß ist, neigt die Änderung der Sauerstoffspeichermenge O2i in dem bestimmten Abschnitt i dazu, leicht groß zu werden, und wenn das Lufteinlassvolumen Ga klein ist, neigt sie dazu, leicht klein zu werden. Wenn die Katalysator-Betttemperatur Temp niedrig ist, neigt die Änderung der Sauerstoffspeichermenge O2i in dem bestimmten Abschnitt i dazu, einfach groß zu werden, da eine ausreichende Reaktion in dem Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 behindert wird. Wenn der Abweichungsgrad |ΔA/F| des in den Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 strömenden Abgases bezüglich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses größer ist, findet mehr Oxidation oder Reduktion statt, und daher neigt die Änderung der Sauerstoffspeichermenge O2i in dem bestimmten Abschnitt i leicht dazu, groß zu werden. Wenn der Verschlechterungsgrad des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 größer ist, d. h. wenn sich der Katalysator mehr verschlechtert hat, neigt die Veränderung der Sauerstoffspeichermenge O2i in dem bestimmten Abschnitt i dazu, einfach groß zu werden. Bei dem vorstehend genannten Beispiel ist nur ein bestimmter Abschnitt vorgesehen, jedoch kann eine Vielzahl von bestimmten Abschnitten, die als eine Referenz für die Luft-Kraftstoff-Regelung auf der Grundlage der Sauerstoffspeichermenge verwendet werden sollen, vorgesehen sein. Durch Vorsehen einer Vielzahl der bestimmten Abschnitte kann der Sauerstoffadsorptionszustand an dem Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 genauer erfasst werden, und dadurch kann die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung auf der Grundlage der Sauerstoffspeichermenge genauer durchgeführt werden. Des weiteren kann durch Vorsehen einer Vielzahl von bestimmten Abschnitten eine Verteilung des Sauerstoffadsorptionszustands an dem Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 optimiert werden, und dadurch kann die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung durchgeführt werden, die eine weitergehende Verbesserung der Abgasreinigungseffizienz ermöglicht.
Fig. 8 stellt ein zweites Beispiel dar, bei dem drei bestimmte Abschnitte vorgesehen sind. Die Ermittlung der Einheitslänge des bestimmten Abschnitt, die Ermittlung (Auswahl) der Position des bestimmten Abschnitts und dergleichen sind bei diesem Beispiel die gleichen wie bei der vorstehend genannten Regelung auf der Grundlage eines bestimmten Abschnitts und wird daher nicht weiter beschrieben. Fig. 9 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiels dieser Regelung. Wie schematisch in der Fig. 10 dargestellt ist, führt diese Regelung die Sauerstoffspeichermengen an drei bestimmten Abschnitten zu einem Zielwert nachfolgend von der stromabwärtigen Seite zu der stromaufwärtigen Seite zusammen.
Zur Darstellung wird ein Beispiel im folgenden beschrieben. Für einen Fall, bei dem die jeweiligen Sauerstoffspeichermengen an drei bestimmten Abschnitten (bestimmter stromaufwärtiger Abschnitt, bestimmter Mittenabschnitt, bestimmter stromabwärtiger Abschnitt) so sind, wie in Fig. 10A gezeigt ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis geregelt, so dass es geringfügig mager ist, wodurch die Sauerstoffspeichermenge an dem bestimmten stromabwärtigen Abschnitt den Zielwert erfüllt. In diesem Zustand neigt die Sauerstoffadsorption dazu, dass sie einfacher an der stromaufwärtigen Seite stattfindet und demgemäß wird die Sauerstoffspeichermenge an der stromaufwärtigen Seite relativ groß. Daher wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert, so dass es wiederum geringfügig fett wird. Als Folge neigt die Sauerstoffabgabe dazu, einfacher an der stromaufwärtigen Seite stattzufinden und demgemäß verringert sich die Sauerstoffspeichermenge an der stromaufwärtigen Seite. - Somit wird die Sauerstoffspeichermenge an dem bestimmten Mittenabschnitt gesteuert, so dass sie den Zielwert erfüllt, wie in Fig. 10C gezeigt ist. Da zu diesem Zeitpunkt die Sauerstoffspeichermenge an der stromaufwärtigen Seite sich verringert, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis geregelt, so dass es geringfügig mager ist, wodurch die Sauerstoffspeichermenge an dem bestimmten stromaufwärtigen Abschnitt den Zielwert erfüllt.
Somit kann der Zielwert an allen drei bestimmten Abschnitten des Abgasemissionsreinigungskatalysators erfüllt werden. Zusätzlich sind bei diesem Beispiel die drei bestimmten Abschnitte als der stromaufwärtige, der zentrale und der stromabwärtige bestimmte Abschnitt vorgesehen. Daher ist es möglich, einen idealen Zustand zu erhalten, bei dem die Verteilung der Sauerstoffspeichermengen an dem Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 im wesentlichen einheitlich ist, dadurch dass der Zielwert an allen drei bestimmten Abschnitten erfüllt wird.
Wie in Fig. 11A und 11B gezeigt ist, verwendet diese Regelung eine Änderung der Verteilung des Abgases innerhalb des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 unter anderem gemäß dem Lufteinlassvolumen Ga. Wenn das Lufteinlassvolumen Ga klein ist, und daher eine Durchflussrate des Abgases niedrig ist, das in den Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 strömt, wie in Fig. 11A gezeigt ist, findet die Sauerstoffadsorption-/-abgabe hauptsächlich an der stromaufwärtigen Seite des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 statt. Wenn alternativ das Lufteinlassvolumen Ga groß ist und daher die Durchflussrate des Abgases hoch ist, wie in Fig. 11B gezeigt ist, findet die Sauerstoffadsorption-/-abgabe auch an der stromabwärtigen Seite des Abgasemissionsreinigungskatalysators 19 statt.
Gemäß Fig. 9 werden der bestimmte stromaufwärtige Abschnitt, der bestimmte zentrale Abschnitt und der bestimmte stromabwärtige Abschnitt als "ein erster Abschnitt", "ein zweiter Abschnitt" und "'ein dritter Abschnitt" zur Annehmlichkeit bezeichnet. In Fig. 9 wird zum Zusammenführen der Sauerstoffspeichermenge zu einem Zielwert von dem dritten bestimmten Abschnitt zunächst ermittelt, ob eine Abweichung der Sauerstoffspeichermenge an dem dritten Abschnitt bezüglich des Zielwerts größer als ein vorbestimmter Wert in Schritt S400 ist oder nicht. Wenn ermittelt wird, dass die Abweichung der Sauerstoffspeichermenge an dem dritten bestimmten Abschnitt bezüglich dem Zielwert größe r als ein vorbestimmter Wert ist und demgemäß die Sauerstoffspeichermenge an dem dritten bestimmten Abschnitt mit diesem Zielwert nicht konvergiert ist, wird die Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Regelung so durchgeführt, dass die Abweichung gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert in dem Schritt S410 wird.
Wenn alternativ ermittelt wird, dass die Abweichung der Sauerstoffspeichermenge an dem dritten bestimmten Abschnitt bezüglich dem Zielwert gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, und demgemäß die Sauerstoffspeichermenge an dem dritten bestimmten Abschnitt schon zu dem Zielwert konvergiert ist, wird ermittelt, ob die Sauerstoffspeichermenge an dem zweiten bestimmten Abschnitt bezüglich dem Zielwert größer als der vorbestimmte Wert in Schritt S420 ist oder nicht. Wenn ermittelt wird, dass die Abweichung der Sauerstoffspeichermenge in dem zweiten bestimmten Abschnitt bezüglich dem Zielwert größer als der vorbestimmte Wert ist und demgemäß die Sauerstoffspeichermenge in dem zweiten bestimmten Abschnitt nicht mit dem Zielwert konvergiert ist, wird die Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Regelung durchgeführt, so dass die Abweichung gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert in Schritt S430 wird.
Wenn in ähnlicher Weise ermittelt wird, dass die Abweichung der Sauerstoffspeichermenge an dem zweiten bestimmten Abschnitt bezüglich dem Zielwert gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist und demgemäß die Sauerstoffspeichermenge an dem zweiten bestimmten Abschnitt schon mit dem Zielwert konvergiert ist, wird ermittelt, ob die Sauerstoffspeichermenge an dem ersten bestimmten Abschnitt bezüglich dem Zielwert größer als der vorbestimmte Wert in Schritt S440 ist oder nicht. Wenn ermittelt wird, dass die Abweichung der Sauerstoffspeichermenge an dem ersten bestimmten Abschnitt bezüglich dem Zielwert größer als der vorbestimmte Wert ist und demgemäß die Sauerstoffspeichermenge an dem ersten bestimmten Abschnitt nicht mit dem Zielwert konvergiert ist, wird die Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Regelung so durchgeführt, dass die Abweichung gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert in Schritt S450 ist.
Wenn ermittelt wird, dass die Abweichung der Sauerstoffspeichermenge an dem ersten bestimmten Abschnitt bezüglich dem Zielwert gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist, wird ermittelt, dass der Zielwert für die Sauerstoffspeichermengen dem Zielwert in jedem von dem ersten, dem zweiten und dem dritten bestimmten Abschnitt konvergiert sind, und eine Regelung in dem Flussdiagramm von Fig. 9 wird beendet. Durch Wiederholen der Regelung des Flussdiagramms von Fig. 9 werden die Sauerstoffspeichermengen an jedem von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Abschnitt zu dem Zielwert konvergiert, und die Abweichung wird ermittelt, so dass sie gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert in Schritt S440 ist.
Bei der vorstehend genannten Regelung in dem Flussdiagramm in Fig. 9 werden die Sauerstoffspeichermengen von einem bestimmten Abschnitt an der stromabwärtigen Seite zu dem Zielwert konvergiert. Bei einer Regelung, die im folgenden beschrieben wird, werden die Sauerstoffspeichermengen zu den Zielwerten von einem bestimmten Abschnitt an der stromaufwärtigen Seite konvergiert. Fig. 12 ist ein Flussdiagramm dieser Regelung und Fig. 13 entspricht Fig. 10.
Durch die Darstellung wird im folgenden ein Beispiel beschrieben. Bei einem Fall, bei dem die jeweiligen Sauerstoffspeichermengen an drei bestimmten Abschnitten (bestimmter stromaufwärtiger Abschnitt, bestimmter zentraler Abschnitt, bestimmter stromabwärtiger Abschnitt) so sind, wie in Fig. 13A gezeigt ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis geregelt, so dass es geringfügig mager ist und die Sauerstoffspeichermengen an dem bestimmten stromaufwärtigen Abschnitt erfüllt den Zielwert, wie in Fig. 13D gezeigt ist. In diesem Zustand neigt die Sauerstoffadsorption dazu, einfacher an der stromaufwärtigen Seite stattzufinden, und demgemäß wird die Sauerstoffspeichermenge an der stromaufwärtigen Seite relativ groß. Daher wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter einer Bedingung geregelt, so dass es geringfügig mager ist, bei der das Lufteinlassvolumen Ga groß ist. Als Folge findet Sauerstoffadsorption auch an der stromabwärtigen Seite aufgrund des großen Lufteinlassvolumens Ga statt, was die Sauerstoffspeichermenge an der stromabwärtigen Seite erhöht. Zu dem Zeitpunkt tritt an der stromaufwärtigen Seite ein Phänomen ähnlich zu dem "blow-by-Phänomen" auf. Das heißt, dass Sauerstoff in Richtung der stromabwärtigen Seite strömt, ohne dass er adsorbiert wird. Daher verbleibt die Sauerstoffspeichermenge fast unverändert.
So kann der Zielwert in allen drei bestimmten Abschnitten des Abgasemissionsreinigungskatalysators getroffen werden, wie in Fig. 13C und in Fig. 13D gezeigt ist. Zusätzlich sind bei diesem Beispiel die drei bestimmten Abschnitte als die bestimmten stromaufwärtigen, zentralen und stromabwärtigen Abschnitte vorgesehen. Daher ist es möglich, einen idealen Zustand zu erhalten, bei dem die Verteilung der Sauerstoffspeichermengen in dem Abgasemissionsreinigungskatalysator 19 im wesentlichen dadurch einheitlich sind, dass die Zielwerte in allen drei bestimmten Abschnitten getroffen werden.
In Fig. 12 werden der bestimmte stromaufwärtige Abschnitt, der bestimmte zentrale Abschnitt und der bestimmte stromabwärtige Abschnitt als "erster Abschnitt", "zweiter Abschnitt" und "dritter Abschnitt" zur Annehmlichkeit bezeichnet. In diesem Beispiel wird zum Konvergieren der Sauerstoffspeichermenge an einen Zielwert von dem ersten bestimmten Abschnitt zunächst ermittelt, ob eine Abweichung der Sauerstoffspeichermenge an dem ersten Abschnitt bezüglich dem Zielwert größer als ein vorbestimmter Wert in Schritt S500 ist oder nicht. Wenn ermittelt wird, dass die Abweichung der Sauerstoffspeichermenge in dem ersten bestimmten Abschnitt bezüglich dem Zielwert größer als der vorbestimmte Wert ist und dass die Sauerstoffspeichermenge in dem dritten bestimmten Abschnitt nicht mit dem Zielwert konvergiert ist, wird die Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Regelung so durch geführt, dass die Abweichung dem vorbestimmten Wert in Schritt S510 gleich oder kleiner als dieser wird.
Wenn alternativ ermittelt wird, dass die Abweichung der Sauerstoffspeichermenge in dem ersten bestimmten Abschnitt bezüglich dem Zielwert gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist, und demgemäß die Sauerstoffspeichermenge in dem ersten bestimmten Abschnitt schon mit dem Zielwert konvergiert ist, wird ermittelt, ob die Sauerstoffspeichermenge an dem zweiten bestimmten Abschnitt bezüglich dem Zielwert größer als der vorbestimmte Wert in Schritt S520 ist oder nicht. Wenn ermittelt wird, dass die Abweichung der Sauerstoffspeichermenge in dem zweiten bestimmten Abschnitt bezüglich dem Zielwert größer als der vorbestimmte Wert ist und dass die Sauerstoffspeichermenge in dem zweiten bestimmten Abschnitt nicht mit dem Zielwert konvergiert ist, wird die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung durchgeführt, so dass die Abweichung gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert in Schritt S5530 wird.
Wenn in ähnlicher Weise ermittelt wird, dass die Abweichung der Sauerstoffspeichermenge in dem zweiten bestimmten Abschnitt bezüglich dem Zielwert gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist und dass die Sauerstoffspeichermenge in dem zweiten bestimmten Abschnitt schon mit dem Zielwert konvergiert ist, wird ermittelt, ob die Sauerstoffspeichermenge in dem dritten bestimmten Abschnitt bezüglich dem Zielwert größer als der vorbestimmte Wert in Schritt S540 ist oder nicht. Wenn ermittelt wird, dass die Abweichung der Sauerstoffspeichermenge in dem dritten bestimmten Abschnitt bezüglich dem Zielwert größer als der vorbestimmte Wert ist und dass die Sauerstoffspeichermenge in dem dritten bestimmten Abschnitt nicht mit dem Zielwert konvergiert ist, wird die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung durchgeführt, so dass die Abweichung gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert in Schritt S550 wird.
Für einen Fall, dass ermittelt wird, dass die Sauerstoffspeichermenge in dem dritten bestimmten Abschnitt bezüglich dem Zielwert größer als der vorbestimmte Wert ist, wird ermittelt, dass der Zielwert für die Sauerstoffspeichermengen in jedem von dem ersten, dem zweiten und dem dritten bestimmten Abschnitt erfüllt sind, und eine Regelung in dem Flussdiagramm von Fig. 12 wird beendet. Durch Wiederholen der Regelung in dem Flussdiagramm von Fig. 9 konvergieren dies Sauerstoffspeichermengen in jedem von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Abschnitt mit den Zielwerten und die Abweichung wird so ermittelt, dass sie gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert in den Schritten S540 ist.
Es ist anzumerken, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend genannten beispielhaften Ausführungsbeispiele zu beschränken ist. Beispielsweise kann der Zielwert der Sauerstoffspeichermenge O2 (O2i) entweder als feststehender oder als variabler Wert vorgesehen sein.
Gemäß den vorstehend genannten Ausführungsbeispielen der Erfindung kann ein Abgasemissionsreinigungskatalysator so betrachtet werden, dass er in mehrere Abschnitte geteilt ist, und eine Sauerstoffspeichermenge kann für einen bestimmten Abschnitt von mehreren Abschnitten geschätzt werden, und eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung kann auf der Grundlage der Sauerstoffspeichermenge in dem bestimmten Abschnitt durchgeführt werden. Daher kann die Sauerstoffadsorptionskapazität des Abgasemissionsreinigungskatalysators wirksam genutzt werden und die Bedingung des Abgasemissionsreinigungskatalysators wird an der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung genauer wiedergegeben, was die Reinigungseffizienz des Abgases verbessert. Außerdem kann die Bedingung bzw. der Zustand des Abgaskatalysators an der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung noch genauer durch Ändern der Einheitslänge oder der Position der bestimmten Abschnitte gemäß einem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors wiedergegeben werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Regler (die ECU 18) als ein programmierter Mehrzweckcomputer implementiert. Es ist für den Fachmann erkennbar, dass der Regler unter Verwendung eines integrierten Schaltkreises mit einem bestimmten Zweck (insbesondere einem ASIC) mit einem Haupt- oder Zentralprozessorabschnitt für eine Gesamt-, eine Systemniveauregelung und getrennte Abschnitte, die zum Durchführen verschiedener unterschiedlicher spezifischer Berechnungen, Funktionen und anderer Prozesse unter der Regelung des Zentralprozessorabschnitts implementiert werden kann. Der Regler kann eine Vielzahl von getrennten zugeteilten oder programmierbaren integrierten oder anderen elektronischen Schaltkreisen oder Vorrichtungen aufweisen (z. B. verdrahtete elektronische oder logische Schaltkreise, wie z. B. diskrete Elementschaltkreise, oder programmierbare logische Vorrichtungen, wie zum Beispiel PLDs, PLAs, PALs oder dergleichen). Der Regler kann unter Verwendung eines geeigneten programmierten Mehrzweckcomputers, z. B. eines Mikroprozessors, eines Mikrocontrollers oder einer anderen Prozessorvorrichtung (CPU oder MPU), entweder allein oder in Verbindung mit einer- oder mehreren Umgebungsdaten- und Signalverarbeitungsvorrichtungen implementiert sein (z. B. ein integrierter Schaltkreis). Im allgemeinen kann jede Vorrichtung oder Baugruppe von Vorrichtungen, an der eine "finite-state-Maschine", die in der Lage ist, die Prozeduren, die hier beschrieben sind, zu implementieren, als der Regler verwendet werden. Eine verteilte Prozessor-Architektur kann für eine maximale Daten-/Signalverarbeitungsfähigkeit und -geschwindigkeit verwendet werden.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben ist, ist es verständlich, dass die Erfindung nicht auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele oder Konstruktionen beschränkt ist. Dagegen ist mit der Erfindung beabsichtigt, dass sie verschiedenartige Abwandlungen und äquivalente Anordnungen abdeckt. Während außerdem die verschiedenartigen Elemente der bevorzugten Ausführungsbeispiele in verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen gezeigt sind, die beispielhaft sind, sind andere Kombinationen und Konfigurationen einschließlich mehr, weniger oder nur einem einzelnen Element ebenso innerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung.
Somit schätzt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem für einen Verbrennungsmotor schätzt Sauerstoffspeichermenge eines Katalysators auf der Grundlage einer Aufzeichnung einer Sauerstoffspeichermenge und regelt ein Luft-Kraftstoff- Verhältnis auf der Grundlage der geschätzten Sauerstoffspeichermenge. Der Katalysator ist in mehrere Abschnitte in eine Strömungsrichtung eines Abgases geteilt, wobei die Sauerstoffspeichermenge an einem bestimmten Abschnitt gemäß einem Verhalten eines Abgases an stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seiten der jeweiligen bestimmten Abschnitte geschätzt wird, und wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage der geschätzten Sauerstoffspeichermenge an dem bestimmten Abschnitt geschätzt wird.

Claims (20)

1. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem für einen Verbrennungsmotor, wobei das System eine Sauerstoffspeichermenge an einem Katalysator (19) schätzt, der an einem Abgasdurchgang (7) eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, und ein Luftkraftstoffverhältnis auf der Grundlage der Sauerstoffspeichermenge regelt, dadurch gekennzeichnet, dass das System folgendes aufweist:
eine Regelungseinrichtung (18) zum Teilen eines Katalysators, der an dem Abgasdurchgang (7) des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, in mehrere Abschnitte in eine Strömungsrichtung eines Abgases, zum Berechnen einer Änderung der Sauerstoffspeichermenge an einem bestimmten Abschnitt (i) von mehreren Abschnitten auf der Grundlage eines Luftkraftstoffverhältnisses eines Abgases, das in den Katalysator (19) strömt, zum Schätzen der Sauerstoffspeichermenge an dem bestimmten Abschnitt (i) von den mehreren Abschnitten auf der Grundlage einer Aufzeichnung der Änderung der Sauerstoffspeichermenge, und zum Regeln des Luftkraftstoffverhältnisses auf der Grundlage der geschätzten Sauerstoffspeichermenge.
2. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (18) eine stromaufwärtige Sauerstoffspeichermenge an einem stromaufwärtigen Abschnitt, der stromaufwärts von dem bestimmten Abschnitt (1) gelegen ist, auf der Grundlage des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in den Katalysator (19) einströmenden Abgases berechnet,
eine Sauerstoffmenge, die in jeweilige bestimmte Abschnitte einströmt, die stromabwärts von dem stromaufwärtigen Abschnitt liegen, aufeinanderfolgend auf der Grundlage der stromaufwärtigen Sauerstoffspeichermenge berechnet,
die Sauerstoffspeichermenge an dem bestimmten Abschnitt auf der Grundlage der Sauerstoffmenge schätzt, die in jeweilige Abschnitte strömt, die zwischen dem stromaufwärtigen Abschnitt und dem bestimmten Abschnitt (i) gelegen sind.
3. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (18) eine Position des bestimmten Abschnitts (i) gemäß einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors (1) ändert.
4. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (18, S200) die Position des bestimmten Abschnitts (i) zu einer weiter stromaufwärtigen Position ändert, wenn sich ein Lufteinlassvolumen erhöht.
5. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (18, S210) die Position des bestimmten Abschnitts (i) zu einer weiter stromaufwärtigen Position ändert, wenn eine Betttemperatur des Katalysators (19) sich verringert.
6. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (18, S220) die Position des bestimmten Abschnitts (1) zu einer weiter stromaufwärtigen Position ändert, wenn eine Abweichung eines Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Abgases, das in den Katalysator (19) einströmt, bezüglich eines stöchiometrischen Kraftstoff-Verhältnisses sich erhöht.
7. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (18, S230) die Position des bestimmten Abschnitts (i) zu einer weiter stromaufwärtigen Position ändert, wenn der Verschlechterungsgrad des Katalysators (19) sich erhöht.
8. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (18) eine Einheitslänge der jeweiligen bestimmten Abschnitte (i) gemäß einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors (1) ändert.
9. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (18, S300) die Einheitslänge der jeweiligen bestimmten Abschnitte (i) verringert, wenn ein Lufteinlassvolumen erhöht wird.
10. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (18, S310) die Einheitslänge der jeweiligen bestimmten Abschnitte (i) verringert, wenn eine Betttemperatur des Katalysators (19) verringert wird.
11. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (18, S320) die Einheitslänge der jeweiligen bestimmten Abschnitte (i) verringert, wenn eine Abweichung eines Luftkraftstoffverhältnisses eines in den Katalysator (19) einströmenden Abgases bezüglich eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erhöht wird.
12. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (18, S330) die Einheitslänge der jeweiligen bestimmten Abschnitte (1) verringert, wenn ein Verschlechterungsgrad des Katalysators (19) erhöht wird.
13. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von bestimmten Abschnitten ausgewählt sind und die Regelungseinrichtung (18, S410, S430, S450) das Luft-Kraftstoff- Verhältnis so regelt, dass Sauerstoffspeichermengen in der Vielzahl der bestimmten Abschnitte die jeweiligen Zielwerte erfüllen.
14. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (18, S510, S530, S550) das Luft- Kraftstoff-Verhältnis so regelt, dass die Sauerstoffspeichermengen in der Vielzahl der bestimmten Abschnitte einen Zielwert aufeinanderfolgend von einer stromabwärtigen Seite zu einer stromaufwärtigen Seite erfüllen.
15. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (18, S410, S430, S450) das Luft- Kraftstoff-Verhältnis so regelt, dass die Sauerstoffspeichermengen an der Vielzahl der bestimmten Abschnitte die Zielwerte aufeinanderfolgend von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite erfüllen.
16. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungsverfahren für einen Verbrennungsmotor, wobei das Verfahren die Sauerstoffspeichermenge an einem Katalysator (19), der an einem Abgasdurchgang (7) des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, schätzt und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage der Sauerstoffspeichermenge regelt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Teilen eines Katalysators (19), der an einem Abgasdurchgang (7) eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, in mehrere Abschnitte in eine Strömungsrichtung des Abgases,
Berechnen einer Änderung einer Sauerstoffspeichermenge an einem bestimmten Abschnitt (1) von den mehreren Abschnitten auf der Grundlage eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines in den Katalysator (19) strömenden Abgases,
Schätzen der Sauerstoffspeichermenge an dem bestimmten Abschnitt (i) auf der Grundlage einer Aufzeichnung der Änderung der Sauerstoffspeichermenge, und
Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Grundlage der geschätzten Sauerstoffspeichermenge.
17. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungsverfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass
die Sauerstoffspeichermenge an einem stromaufwärtigen Abschnitt, der stromaufwärts von dem bestimmten Abschnitt (i) gelegen ist, auf der Grundlage des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, das in den Katalysator (19) einströmt, in dem Berechnungsschritt berechnet wird, und
die Sauerstoffspeichermenge an dem bestimmten Abschnitt (i) auf der Grundlage einer Sauerstoffmenge, die in die jeweiligen Abschnitte einströmt, die stromabwärts von dem stromaufwärtigen Abschnitt gelegen sind, geschätzt wird, wobei die Sauerstoffmenge auf der Grundlage der Sauerstoffspeichermenge bei dem Schätzschritt berechnet wird.
18. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungsverfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des bestimmten Abschnitts (i) gemäß einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors bei dem Berechnungsschritt geändert wird.
19. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungsverfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheitslänge der jeweiligen Abschnitte (i) gemäß einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors bei dem Berechnungsschritt geändert wird.
20. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungsverfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von bestimmten Abschnitten ausgewählt sind und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so geregelt wird, dass die Sauerstoffspeichermengen an den jeweiligen bestimmten Abschnitten die jeweiligen Zielwerte treffen.
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