DE102007000537A1

DE102007000537A1 - Diagnosevorrichtung eines Abgasreinigungskatalysators

Info

Publication number: DE102007000537A1
Application number: DE102007000537A
Authority: DE
Inventors: Masakuni Kariya Yokoyama; Jyun Kariya Kawamura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2027-10-20
Also published as: US20080092524A1; JP2008101562A; US7886521B2; JP4730277B2; DE102007000537B4

Abstract

Eine Abgasreinigungskatalysatordiagnosevorrichtung zum Diagnostizieren eines Grads einer Leistungsverschlechterung eines NOX-Katalysators (21), der in einem Auslasssystem eines Verbrennungsmotors (10) zur Abgasreinigung vorgesehen ist, hat ein Programm (S14), das bestimmt, ob die Temperatur des NOX-Katalysators (21) vor einem Katalysatordiagnoseprozess innerhalb eines vorbestimmten Diagnosezulässigkeitsbereichs ist, und ein Programm (S142, S21, S22, S23, S24), das die Temperatur des NOX-Katalysators (21) in den Diagnosezulässigkeitsbereich vor dem Katalysatordiagnoseprozess steuert, falls bestimmt wird, dass die Temperatur des NOX-Katalysators (21) außerhalb des Diagnosezulässigkeitsbereichs ist. Somit kann die Abgasreinigungskatalysatordiagnosevorrichtung den Katalysatordiagnoseprozess häufig mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Genauigkeit durchführen, während eine geeignete Emission aufrecht erhalten wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Diagnosevorrichtung eines Abgasreinigungskatalysators, wie eines NOx-Okklusions-Reduktionskatalysators.
In vergangenen Jahren hat eine Vorrichtung, die einen NOx-Okklusions-Reduktionskatalysator verwendet, das heißt einen NOx-Katalysator, Aufmerksamkeit als eine von Abgasreinigungsvorrichtungen zum Reinigen von in einem Abgas enthaltenen NOx (Stickoxiden) erregt. Der NOx-Katalysator, der in der Vorrichtung verwendet wird, besteht beispielsweise aus einem erdalkalischen Material (Okklusionsmaterial) und Platin. Der NOx-Katalysator hat die Charakteristik des Okkludierens des NOx in dem Abgas, wenn die Atmosphäre des Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (d.h. ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, das niedriger als das stöchiometrische Luft- Kraftstoff-Verhältnis ist) und des Reduzierens und Entfernens des okkludierten NOx mit Reduktionskomponenten, wie HC und CO, die in dem Abgas enthalten sind, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist (das heißt ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, das höher als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist). Diese Vorrichtung verwendet eine derartige Charakteristik des Katalysators. Die Vorrichtung reinigt das NOx, das in dem Abgas enthalten ist, und reduziert die NOx-Emissionsmenge durch Wiederholen der Okklusion und der Reduktion (Abgabe) des NOx mit dem Katalysator.
Jedoch gibt es auch in einer derartigen Vorrichtung eine Grenze der Okklusionsfähigkeit des NOx-Katalysators. Deshalb, falls der Katalysator fortlaufend in der Umgebung benutzt wird, wo die NOx-Reduktionsmenge (NOx-Abgabemenge) die NOx-Okklusionsmenge übersteigt, und die NOx-Okklusionsmenge sich der Okklusionsgrenze nähert, fällt die NOx-Reinigungsleistung des Katalysators signifikant ab. Deshalb wird herkömmlich als ein Prozess (Katalysatorwiederherstellungsprozess) zum Wiederherstellen beziehungsweise Erholen von dem Abfall der NOx-Reinigungsleistung (zeitweise Leistungsverschlechterung korrespondierend zur NOx-Okklusionsmenge) ein Reduktionsentfernen des in dem NOx-Katalysator okkludierten NOx periodisch durchgeführt. Beispielsweise ist eine Diagnosevorrichtung eines Abgasreinigungskatalysators, die einen Grad einer Leistungsverschlechterung (beispielsweise ein Vorhanden sein oder nicht Vorhanden sein einer Schwefelvergiftung) eines NOx-Katalysators, die von einer Schwefelkomponente (S) und dergleichen resultiert, die in einem Verbrennungsmotorkraftstoff und dergleichen enthalten sind, während eines Katalysatorwiederherstellungsprozesses diagnostiziert, auch bekannt, wie zum Beispiel in dem Japanischen Patentblatt Nr. 2692380 beschrieben ist. Als Nächstes wird mit Bezug auf 9 ein kurzer Überblick des Katalysatordiagnoseprozesses gegeben, der derzeit durch herkömmliche und allgemeine Vorrichtungen einschließlich der vorstehend beschriebenen Vorrichtung durchgeführt wird. Um eine Wiederherstellung und eine Diagnose des NOx-Katalysators durchzuführen, der in einem Verbrennungsmotorabgassystem vorgesehen ist, sieht die Vorrichtung ein LNT-System (Mager-NOx-Fangsystem) vor, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeitweise fett macht, um das okkludierte NOx durch Durchführen einer Überzufuhr des Kraftstoffs zur Verbrennung zu reduzieren (das heißt durch Durchführen einer fetten Spülung). Hier wird ein Beispiel erklärt, in dem die Vorrichtung auf ein Abgasreinigungssystem für einen Fahrzeugdieselmotor angewendet ist, der einen stetigen Betrieb durch eine magere Verbrennung durchführt.
9 ist ein Zeitdiagramm, das zeigt, ob die fette Spülung durchgeführt wird, und das die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse A/F (äquivalent zu Sauerstoffkonzentrationen in dem Abgas) stromaufwärts und stromabwärts des NOx-Katalysators bezüglich einer Strömungsrichtung des Abgases zeigt. Das stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F (Sauerstoffkonzentration) und das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F (Sauerstoffkonzentration) können jeweils erfasst werden, beispielsweise mit A/F-Sensoren (Sauerstoffkonzentrationssensoren), die stromaufwärts bzw. stromabwärts des NOx-Katalysators bezüglich der Strömungsrichtung des Abgases vorgesehen sind.
Die Vorrichtung führt die fette Spülung als den Katalysatorwiederherstellungsprozess periodisch durch (das heißt bei jedem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit). Das heißt die Überzufuhr des Kraftstoffs zu dem Verbrennungsmotor, um die fette Spülung zu starten, wird bspw. bei einer Zeit t51 durchgeführt, wie in 9 gezeigt ist. Dann wird, wie in 9 gezeigt ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F stromaufwärts des NOx-Katalysators mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Abgases zeitweise fett. Somit wird das okkludierte NOx mit HC, CO und dergleichen, die in dem Abgas enthalten sind, reduziert und entfernt, so dass das okkludierte NOx von dem Katalysator abgegeben wird. Wie durch eine durchgehende Linie L51a in 9 gezeigt ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F stromabwärts des NOx-Katalysators bezüglich der Abgasströmung bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F0 während eines Reduktionsentfernens (Abgabe) des okkludierten NOx aufrecht gehalten.
In dem Beispiel, das in 9 gezeigt ist, endet das Reduktionsentfernen (Abgabe) des okkludierten NOx bei einer Zeit t52. Die Endzeit kann auf Basis einer Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F stromabwärts des NOx-Katalysators bezüglich der Strömungsrichtung des Abgases erfasst werden. Im Detail, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F0 zu der fetten Seite verschiebt und unter einen vorbestimmten Beendigungsbestimmungswert (Schwellenwert TH1) zu der fetteren Seite abfällt, wird bestimmt, dass die Abgabe des okkludierten NOx endet, und die fette Spülung wird beendet (gestoppt), wie in 9 gezeigt ist. Somit kehrt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F zu dem mageren Zustand des stetigen Betriebs zurück. Der Schwellenwert TH1 ist geringfügig fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F0 eingestellt. Falls die fette Spülung andauert, obwohl die Abgabe des okkludierten NOx endet, gibt es eine Wahrscheinlichkeit, dass die Emission durch die Abgabe des unverbrannten Kraftstoffs (das heißt fettes Abgas) verschlechtert ist. Der Schwellenwert TH1 ist so eingestellt, dass die fette Spülung gestoppt (beendet) werden kann, unmittelbar nachdem das Ende der Abgabe des okkludierten NOx bestimmt ist. Mit solch einer Einstellung kann jedoch, wie durch eine gestrichelte Linie L51b in 9 gezeigt ist, das okkludierte NOx nicht vollkommen abgegeben werden, und eine gewisse Menge des okkludierten NOx verbleibt, wie durch einen Bereich R1 in 9 gezeigt ist (der Bereich R1 entspricht einer verbleibenden Menge).
Die Vorrichtung führt periodisch die fette Spülung als den Katalysatorwiederherstellungsprozess durch, um im Wesentlichen das gesamte okkludierte NOx zu reduzieren und zu entfernen. Somit stellt die Vorrichtung die Reinigungsleistung (Abgasreinigungsleistung) des NOx-Katalysators periodisch wieder her.
Die Vorrichtung diagnostiziert den Grad der Leistungsverschlechterung des Katalysators auf Basis der NOx-Menge, die durch den Katalysator pro Zeiteinheit okkludiert wird, das heißt der NOx-Menge (NOx-Okklusionsmenge pro Zeiteinheit), die von der Zeit an, wenn die vorherige fette Spülung durchgeführt wird, bis zu der Zeit unmittelbar vor der Durchführung der gegenwärtigen fetten Spülung okkludiert wird. Wenn die NOx-Okklusionsmenge gering ist, wird bestimmt, dass der Grad der Leistungsverschlechterung des Katalysators hoch ist und es wird beispielsweise ein geeigneter Wiederherstellungsprozess durchgeführt. Der NOx-Katalysator ist nur unter einer Reinigungsbedingung (Umgebung, die eine Abgabe des okkludierten NOx ermöglicht) eingestellt, während die fette Spülung durchgeführt wird. Deshalb kann die NOx-Okklusionsmenge pro Zeiteinheit (NOx-Okklusionsmenge vor einem Beginn einer fetten Spülung) auf Basis einer Zeitlänge (Zeiteinheit t51–t52) von der Zeit t51, bei der die fette Spülung begonnen wird, zu der Zeit t52 geschätzt werden, bei der das Reduktionsentfernen (Abgabe) des okkludierten NOx endet. Es kann bestimmt werden, dass sich die NOx-Okklusionsmenge erhöht, wenn sich die Zeitlänge t51–t52 vergrößert. Zu dieser Zeit tritt ein gewisser Schätzfehler aufgrund des restlichen NOx auf, der ungefähr dem Bereich R1 in 9 entspricht. Deshalb ist es wünschenswert, den Schätzfehler durch geeignete Berechung oder dergleichen zu korrigieren.
Somit kann der Katalysator periodisch wieder hergestellt werden, selbst mit der herkömmlichen Vorrichtung, einschließlich der Vorrichtung, die in dem Japanischen Patentblatt Nr. 2692380 beschrieben ist. Die Vorrichtung kann die Verschlechterung des Katalysators in einem frühen Stadium erfassen und den Wiederherstellungsprozess, der die Schwefelvergiftung und dergleichen betrifft, durch Durchführen der Verschlechterungsdiagnose durchführen, wenn der Wiederherstellungsprozess durchgeführt wird. Jedoch wird die Reinigungsleistung des Katalysators durch eine Umgebungstemperatur signifikant beeinflusst. Gewöhnlich nimmt die Reinigungsleistung des Katalysators ab und die Reduktionsgeschwindigkeit des NOx verringert sich, falls die Temperatur des Katalysators höher oder geringer als eine geeignete Temperatur ist. Wenn der Katalysatorwiederherstellungsprozess und der Katalysatordiagnoseprozess in solch einer Temperaturumgebung durchgeführt werden, fällt deshalb das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F stromabwärts des NOx-Katalysators bezüglich der Abgasströmungsrichtung unter die vorbestimmte Beendigungsbestimmung (Schwellenwert TH1) zu der fetteren Seite ab, und die fette Spülung wird in einem frühen Stadium (beispielsweise bei einer Zeit t53) beendet (gestoppt), wo eine restliche NOx-Menge noch immer groß ist, wie durch eine Zweistrichlinie L52a in 9 gezeigt ist. Aufgrund des vielen restlichen NOx, das im Wesentlichen durch einen Bereich R2 in 9 gezeigt ist (Bereich R2 korrespondiert zu einer verbleibenden Menge), ist die Schätzgenauigkeit der NOx-Okklusionsmenge (NOx-Okklusionsmenge vor einem Starten einer fetten Spülung) verschlechtert. Falls ein derartig großer Fehler auftritt, kann eine genaue Korrektur nicht durchgeführt werden, selbst wenn die geeignete Korrekturberechnung, beispielsweise gemäß der Katalysatortemperatur, durchgeführt wird. Demzufolge ist die Verschlechterung der Diagnosegenauigkeit des Katalysatordiagnoseprozesses unvermeidbar.
Um eine derartige Verschlechterung der Diagnosegenauigkeit zu vermeiden beziehungsweise zu hemmen, kann ein Schema des Änderns des Schwellenwerts TH1 zu der fetteren Seite (beispielsweise zu dem Schwellenwert TH2 in 9) verwendet werden, um die restliche NOx-Menge zu dem Ende der fetten Spülung zu reduzieren. Jedoch gibt es in diesem Fall Bedenken hinsichtlich der Verschlechterung der Emission, wie vorstehend erwähnt ist. Deshalb ist schwierig, dass die Vorrichtung, die im Japanischen Patentblatt Nur. 2692380 beschrieben ist, den Katalysatorprozess mit hoher Zuverlässigkeit und Genauigkeit auszuführt, während eine gute Emission aufrechterhalten wird.
Es gibt eine weitere Vorrichtung, die den Katalysatorprozess nur dann durchführt, wenn die Katalysatortemperatur innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist. Jedoch gibt es Bedenken, dass die Vorrichtung den Katalysatordiagnoseprozess nicht über eine lange Zeitspanne in Abhängigkeit der Temperaturumgebung des Katalysators durchführen kann, so dass es schwierig ist, die Verschlechterung des Katalysators in einem frühen Stadium mit hoher Zuverlässigkeit zu erfassen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Diagnosevorrichtung eines Abgasreinigungskatalysators vorzusehen, die einen Katalysatordiagnoseprozess häufig mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Genauigkeit durchführen kann, während eine gute Emission aufrechterhalten wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Abgasreinigungskatalysatordiagnosevorrichtung zum Diagnostizieren eines Grads einer Leistungsverschlechterung eines Katalysators, der in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors zur Abgasreinigung vorgesehen ist, eine Katalysatortemperaturbestimmungsvorrichtung, die bestimmt, ob eine Temperatur des Katalysators vor dem Diagnoseprozess des Katalysators in einem vorbestimmten Diagnosezulässigkeitsbereich ist, und eine Katalysatorsteuerungsvorrichtung, die die Temperatur des Katalysators vor dem Diagnoseprozess des Katalysators in den Diagnosezulässigkeitsbereich steuert, wenn die Katalysatortemperaturbestimmungsvorrichtung bestimmt, dass die Temperatur des Katalysators außerhalb des Diagnosezulässigkeitsbereichs ist.
Mit einem derartigen Aufbau kann durch das Zusammenarbeiten der Katalysatortemperaturbestimmungsvorrichtung und der Katalysatortemperatursteuervorrichtung die Temperatur des Katalysators vor dem Diagnoseprozess (Katalysatordiagnoseprozess) des Katalysators in den vorbestimmten Diagnosezulässigkeitsbereich (beispielsweise ein Bereich, wo die Reinigungsleistung des Katalysators stabil und hoch ist, das heißt ein Aktivierungstemperaturbereich) gesteuert werden. Demzufolge wird der Katalysatordiagnoseprozess durchgeführt, während die Katalysatortemperatur in dem vorbestimmten Bereich ist (Diagnosezulässigkeitsbereich). Als eine Folge kann der Diagnoseprozess mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Genauigkeit durchgeführt werden, während eine gute Emission aufrechterhalten wird. Darüber hinaus kann der Katalysatordiagnoseprozess mit höherer Frequenz beziehungsweise Häufigkeit durchgeführt werden, indem die Katalysatortemperatur aktiv in den vorbestimmten Bereich (Diagnosezulässigkeitsbereich) gebracht wird, das heißt indem die Temperaturumgebung eingerichtet wird.
Als die Katalysatortemperatursteuervorrichtung können zusätzlich zu der Vorrichtung, die die fette Spülung (engl.: „rich purge") durchführt, oder einer Vorrichtung, die andere beliebige Heizvorrichtungen, wie einen Heizer, steuert, andere Vorrichtungen, wie eine Vorrichtung, die eine beliebige Kühlvorrichtung steuert, gemäß der Verwendung oder dergleichen verwendet werden.
Als die Katalysatortemperaturbestimmungsvorrichtung kann zusätzlich zu einer Vorrichtung, die direkt auf Basis der durch eine beliebige Vorrichtung oder ein beliebiges Verfahren gemessenen Katalysatortemperatur bestimmt, ob die Temperatur des Katalysators in dem Diagnosezulässigkeitsbereich ist, eine Vorrichtung verwendet werden, die indirekt auf der Basis des Verbrennungsmotorbetriebsmodus oder dergleichen bestimmt, ob die Temperatur des Katalysators in dem Diagnosezulässigkeitsbereich ist. Beispielsweise kann automatisch bestimmt werden, dass die Katalysatortemperatur unmittelbar nach dem Verbrennungsmotorstart niedriger als der Diagnosezulässigkeitsbereich ist, und die Temperaturerhöhungssteuerung kann gestartet werden, ohne die Temperatur zu messen (oder ohne die Temperatur als einen Messwert zu erhalten).
Darüber hinaus kann der Diagnosezulässigkeitsbereich ein Bereich sein, der einen zu entfernenden Bereich oder zu entfernende Bereiche kennzeichnet, beispielsweise ein Bereich mit nur einer oberen Grenze oder einer unteren Grenze. Der Diagnosezulässigkeitsbereich kann nur mit der oberen Grenze eingestellt sein, wenn es vorab bekannt ist, dass der Katalysator von dem gekühlten Zustand erwärmt wird, beispielsweise vor einem Motor warmlaufen (d.h. unmittelbar nach einem Starten).
Merkmale und Vorteile einer Ausführungsform genauso wie Betriebsverfahren und die Funktion der zugehörigen Teile, werden von einem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung, der angehängten Ansprüche und der Zeichnungen klar, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden.
1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verbrennungsmotorsteuersystem zeigt, das eine Abgasreinigungskatalysatordiagnosevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat;
2 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines Prozesses zeigt, der eine Ausführungsbedingung des Katalysatordiagnoseprozesses gemäß der Ausführungsform betrifft;
3 ist ein Flussdiagramm, das Inhalte eines Prozesses einer Temperatursteuerung in dem Katalysatordiagnoseprozess gemäß der Ausführungsform zeigt;
4A ist ein Graph, der eine Sauerstoffmenge in einem Abgas, eine Sauerstoffmenge, die durch ursprünglich in dem Abgas vorhandenes HC verbraucht wird, und eine Sauerstoffmenge zeigt, die reagieren kann;
4B ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem oberen Grenzüberwachungswert und einer Abgastemperatur gemäß der Ausführungsform zeigt;
5A ist ein Diagramm, das eine Zielkatalysatortemperatur, eine derzeitige Katalysatortemperatur, einen Temperaturerhöhungsgrad und eine Zusatztemperaturerhöhung gemäß der Ausführungsform zeigt;
5B ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer erforderten Zusatzmenge und einer Abgasströmungsrate gemäß der Ausführungsform zeigt;
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines Katalysatorwiederherstellungsprozesses gemäß der Ausführungsform zeigt;
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf des Katalysatordiagnoseprozesses gemäß der Ausführungsform zeigt;
8 ist ein Graph, der ein Kennfeld zeigt, das für den Katalysatordiagnoseprozess gemäß der Ausführungsform verwendet wird; und
9 ist ein Zeitdiagramm, das einen Prozessmodus eines Katalysatordiagnoseprozesses zeigt, der durch eine Abgasreinigungskatalysatordiagnosevorrichtung eines Stands der Technik durchgeführt wird.
Nun wird eine Diagnosevorrichtung eines Abgasreinigungskatalysators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen erklärt. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sieht ein LNT-System (Mager-NOx-Fangsystem), das okkludiertes NOx reduziert, indem ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromaufwärts des Katalysators bezüglich einer Strömungsrichtung des Abgases zeitweise fett gemacht wird, in einem Verbrennungsmotorsteuersystem vor, wie die Vorrichtung, die in 9 gezeigt ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Vorrichtung auf ein Fahrzeug (Dieselfahrzeug) angewendet, das einen Dieselmotor (Brennkraftmaschine) als eine Energiequelle hat. Mit Bezug auf 1 wird zuerst ein Detail des Verbrennungsmotorsystems erklärt, auf das die Vorrichtung (Katalysatordiagnosevorrichtung) angewendet ist.
1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Fahrzeugverbrennungsmotorsteuersystem zeigt, das die Katalysatordiagnosevorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat. Ein Mehrzylinderkolbenmotor wird als ein Verbrennungsmotor in der vorliegenden Ausführungsform angenommen. Zur besseren Erklärung ist in 1 nur ein Zylinder dargestellt. Wie in 1 gezeigt ist, hat das System die Brennkraftmaschine 10 als einen Dieselmotor. Das System hat auch verschiedene Sensoren, eine ECU 30 (elektronische Steuereinheit) und dergleichen zum Steuern des Verbrennungsmotors 10. Nachstehend werden Komponenten, die das System bilden, einschließlich des Verbrennungsmotors 10 als ein Steuerobjekt, detailliert erklärt. Der Verbrennungsmotor 10 hat Injektoren 11 einer elektromagnetisch angetriebenen Bauart (oder beispielsweise Piezoangetriebenen Bauart) in den jeweiligen Zylindern. Ein Kraftstoffeinspritzen von den Injektoren 11 in Brennkammern der jeweiligen Zylinder wird gemäß einer vorbestimmten Verbrennungsreihenfolge durchgeführt.
Ein Common Rail-Kraftstoffzuführsystem wird als ein Kraftstoffzuführsystem verwendet, das den Kraftstoff zuführt. Eine Hochdruckpumpe 14 komprimiert den Kraftstoff (Leichtöl) der von einem Kraftstoffbehälter 13 angesaugt wird, und pumpt den Kraftstoff zu einer Common Rail 15 als ein Druckspeicherrohr. Der Kraftstoff in der Common Rail 15 wird durch das Pumpen des Kraftstoffs von der Hochdruckpumpe 14 in dem Hochdruckzustand gehalten. Der Hochdruckkraftstoff in der Common Rail 15 wird zu den Injektoren 11 zugeführt, und der Hochdruckkraftstoff wird in die jeweiligen Zylinder des Verbrennungsmotors 10 durch den Ventilöffnungsvorgang der Injektoren 11 eingespritzt und zugeführt. Ein Einlassrohr 17 und ein Auslassrohr 18 sind mit dem Verbrennungsmotor 10 verbunden. Falls ein Einlassventil 17a öffnet, wird Luft durch das Einlassrohr 17 in die Zylinder eingeleitet (angesaugt). Falls ein Auslassventil 18a öffnet, wird Abgas, das durch Verbrennung des Kraftstoffs erzeugt wird, durch das Auslassrohr 18 hindurch abgegeben.
Ein DPF 20 (Dieselpartikelfilter) zum Sammeln von Partikeln, die in dem Abgas enthalten sind, und ein Katalysator 21 (NOx-Katalysator) einer NOx-Okklusions-Reduktions-Bauart zum Reinigen von in dem Abgas enthaltenem NOx sind als ein Abgasnachbehandlungssystem zum Durchführen einer Abgasreinigung in dem Auslassrohr 18 vorgesehen und bilden ein Abgassystem des Verbrennungsmotors 10. In der vorliegenden Ausführungsform ist der DPF 20 in einem stromaufwärtigen Abschnitt des Auslassrohrs 18 vorgesehen und der NOx-Katalysator 21 ist in einem stromabwärtigen Abschnitt des Auslassrohrs 18 bezüglich der Strömungsrichtung des Abgases vorgesehen.
Der DPF 20 ist ein kontinuierlich regenerierbarer Partikel entfernender Filter zum Sammeln der Partikel, die in dem Abgas enthalten sind. Der DPF 20 kann durch wiederholtes Verbrennen und Entfernen der gesammelten Partikel (als Regenerationsprozess) beispielsweise durch eine Nacheinspritzung, die nach einer Haupteinspritzung durchgeführt wird, die hauptsächlich zu der Verbrennung beiträgt, kontinuierlich verwendet werden. Der DPF 20 stützt einen Oxidationskatalysator von einer Platinfamilie bzw. -gruppe (nicht gezeigt) ab, und kann HC und CO und auch einen löslichen organischen Bestandteil (SOF) als eine der Partikelkomponenten entfernen.
Der NOx-Katalysator 21 ist eine Art von einem allgemein und weitläufig verwendeten NOx-Katalysator, der beispielsweise aus einem erdalkalischen Material (Okklusionsmaterial) und Platin besteht. Der NOx-Katalysator 21 hat die Charakteristik des Okkludierens des NOx in dem Abgas, wenn die Atmosphäre des Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, das niedriger als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist) und des Reduzierens und Eliminierens des okkludierten NOx mit Hilfe von Reduktionskomponenten, wie HC und CO, die in dem Abgas enthalten sind, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett wird (Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, das höher als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist).
Ein Kraftstoffzusatzventil 25, das aus einem geeigneten Injektor und dergleichen besteht, ist in dem Auslassrohr 18 nahe einem stromaufwärtigen Einlass des DPF 20 vorgesehen. Ein Teil des Niederdruckkraftstoffs (Leichtöl), der von dem Kraftstoffbehälter 13 angesaugt wird, wird zu dem Kraftstoffzusatzventil 25 zugeführt. Durch einen Ventilöffnungsvorgang des Kraftstoffzusatzventils 25 wird der Verbrennungsmotorkraftstoff (Leichtöl) in der Umgebung des stromaufwärtigen Einlasses des DPF 20 zusetzt (durch Einspritzung zugeführt). Ein Abgastemperatursensor 27a zum Erfassen einer Abgastemperatur ist nahe dem stromaufwärtigen Einlass des DPF 20 vorgesehen.
Ein A/F-Sensor 23a bzw. 23b und ein Abgastemperatursensor 27b bzw. 27c sind stromaufwärts bzw. stromabwärts des NOx-Katalysators 21 vorgesehen (im Detail nahe einem Einlass und einem Auslass des NOx-Katalysators 21). Der stromaufwärtige und der stromabwärtige A/F-Sensor 23a, 23b sind Sauerstoffkonzentrationssensoren, die Sauerstoffkonzentrationserfassungssignale entsprechend gegenwärtigen Sauerstoffkonzentrationen in dem Abgas ausgeben. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird fortlaufend auf Basis der Sauerstoffkonzentrationserfassungssignale berechnet. Im Allgemeinen ist eine Einstellung derart gemacht, dass sich das Sauerstoffkonzentrationserfassungssignal als die Sensorausgabe (Sauerstoffkonzentrationserfassungssignal) von jedem der A/F-Sensoren 23a, 23b linear gemäß der Sauerstoffkonzentration ändert. Wie der Abgastemperatursensor 27a erfassen der stromaufwärtige und der stromabwärtige Abgastemperatursensor 27b, 27c die Abgastemperatur. Somit kann die Temperatur des NOx-Katalysators 21 auf Basis der Ausgaben der Sensoren geschätzt (berechnet) werden.
Die ECU 30 ist der Hauptabschnitt, der eine Verbrennungsmotorsteuerung als eine elektronische Steuereinheit in dem System durchführt. Zusätzlich zu den Sensorausgaben (Erfassungssignale) der A/F-Sensoren 23a, 23b und der Abgastemperatursensoren 27a bis 27c, werden Erfassungssignale von verschiedenen Sensoren, wie einem Drehzahlsensor 31 für ein Erfassen einer Verbrennungsmotordrehzahl NE und ein Beschleunigersensor 32 für ein Erfassen eines Beschleunigerbetätigungsbetrags ACCP (Beschleunigerposition), die durch einen Benutzer (Fahrer) vorgesehen bzw. verursacht werden, fortlaufend in die ECU 30 eingegeben. Die ECU 30 betreibt die verschiedenen Stellglieder, wie die Injektoren 11, in gewünschten Moden auf Basis der Erfassungssignale der verschiedenen Sensoren zum Erfassen des Betriebszustands des Verbrennungsmotors 10 und der Anfrage des Benutzers, um verschiedene Steuerungsarten des Verbrennungsmotors 10, wie eine Kraftstoffeinspritzsteuerung, durchzuführen.
Genauer gesagt hat die ECU 30 einen Mikrocomputer (nicht gezeigt). Grundsätzlich besteht der Mikrocomputer aus verschiedenen Arten von Berechnungseinheiten, Speichervorrichtungen, Kommunikationsvorrichtungen und dergleichen, wie einer CPU (grundlegende Verarbeitungseinheit), die verschiedene Arten von Berechnungen durchführt, einem RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) als ein Hauptspeicher, der Daten in der Mitte der Berechnung, Berechnungsergebnisse und dergleichen zeitweise speichert, einem ROM (Nur-Lesespeicher) als ein Programmspeicher, einem EEPROM (elektrisch wieder beschreibbarer, nicht flüchtiger Speicher) als ein Speicher für eine Datenspeicherung, einem Sicherungs-RAM (RAM, der durch eine Sicherungsenergiequelle, wie einer im Fahrzeug eingebauten Batterie, mit Energie versorgt wird), und Eingabe-/Ausgabeanschlüssen zum Eingeben/Ausgeben von Signalen zu bzw. von einer Außenseite. Verschieden Arten von Programmen, Steuerkennfeldern und dergleichen, die die Verbrennungsmotorsteuerung betreffen, einschließlich des Programms, das die Abgasreinigungssteuerung betrifft, sind im Voraus in dem ROM gespeichert, und die verschiedenen Arten von Steuerungsdaten, einschließlich der Konstruktionsdaten des Verbrennungsmotors 10 sind im Voraus in dem Datenspeicher (EEPROM) gespeichert.
Das System gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet die Charakteristik des NOx-Katalysators 21, die vorstehend beschrieben ist, und wiederholt die Okklusion und die Reduktion (Abgabe) des NOx mit dem NOx-Katalysator 21, wie die Vorrichtung, die in 9 gezeigt ist. Somit reinigt das System das in dem Abgas enthaltene NOx und reduziert die NOx-Emissionsmenge. Das System führt einen Prozess zum fortlaufenden Reduzieren und Entfernen des okkludierten NOx von dem NOx-Katalysator 21 (Katalysatorwiederherstellungsprozess) auf Basis einer vorbestimmten Ausführungsbedingung durch, um den NOx-Katalysator von einem temporären Abfall der NOx-Reinigungsleistung zu erholen beziehungsweise diesen wieder herzustellen, die gemäß der NOx-Okklusionsmenge verursacht wird. Das System gemäß der vorliegenden Ausführungsform führt auch den Katalysatorwiederherstellungsprozess durch, indem eine Überzufuhr des Kraftstoffs zur Verbrennung (das heißt eine fette Spülung) durchgeführt wird. Wenn der Katalysatorwiederherstellungsprozess durchgeführt wird, wird der Grad der Leistungsverschlechterung des NOx-Katalysators 21 (beispielsweise ein Vorhanden sein oder nicht Vorhanden sein einer Schwefelvergiftung), die von der Schwefelkomponente und dergleichen resultiert, die in dem Verbrennungsmotorkraftstoff (Leichtöl) enthalten sind, diagnostiziert, wie in der Vorrichtung, die in 9 beschrieben ist. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform steuert die Temperatur des NOx-Katalysators 21 vor dem Diagnoseprozess (Katalysatordiagnoseprozess) in einen vorbestimmten Temperaturbereich (Diagnosezulässigkeitsbereich). Somit kann der Katalysatordiagnoseprozess häufig mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Genauigkeit durchgeführt werden, während die gute Emission aufrechterhalten wird.
Als Nächstes wird der Katalysatordiagnoseprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Detail mit Bezug auf 1 bis 8 erklärt. Die Erklärung wird unter Verwendung eines allgemeinen Betriebsmodus des Dieselmotors als ein Beispiel gegeben, das heißt ein Fall, wo der stetige Betrieb des Verbrennungsmotors 10 durch eine magere Verbrennung durchgeführt wird. 2, 3, 6 und 7 sind Flussdiagramme, die einen Ablauf des Katalysatordiagnoseprozesses zeigen, der durch die Vorrichtung (ECU 30) gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird. Die ECU 30 führt die Programme aus, die in dem ROM gespeichert sind, um die Prozesse durchzuführen, die in den Flussdiagrammen gezeigt sind. Werte von verschiedenen Parametern, die in den in den jeweiligen Flussdiagrammen gezeigten Prozessen verwendet werden, sind zu jeder Zeit in den in der ECU 30 eingebauten Speichervorrichtungen, wie dem RAM und dem EEPROM, gespeichert, und werden dann zu einer Zeit aktualisiert, wenn es notwendig ist. Die Prozesse von 2, 6 und 7 werden fortlaufend bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel oder in einem Zyklus einer vorbestimmten Zeitspanne durchgeführt. Der erste Schritt des Prozesses, der in 6 und 7 gezeigt ist, bestimmt, ob die Ausführungsbedingung erfüllt ist. Das heißt in dem Prozess von 6 oder 7 ist gemeint, dass die Ausführungsbedingung erfüllt ist, wenn ein Flag F1 oder F2 auf 1 eingestellt ist. Es wird wiederholt bestimmt, ob die Ausführungsbedingung erfüllt ist, bis die Ausführungsbedingung erfüllt ist. Falls die Ausführungsbedingung erfüllt ist, geht der Prozess weiter zu dem nächsten Schritt. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Anfangswerte der Flags F1 und F2 auf 0 eingestellt. Deshalb schreitet am Anfang nur der Prozess von 2 fort.
Als Nächstes wird der Prozess von 2 erklärt. Wie in 2 gezeigt ist, berechnet (zählt zusammen) in einer Abfolge des Prozesses zuerst Schritt S11 eine Einleitungs-NOx-Menge S durch Integrieren einer Einleitungs-NOx-Menge, die durch das Auslassrohr 18 pro Zeiteinheit in den NOx-Katalysator 21 eingeleitet wird, über die Zeiteinheit beziehungsweise Zeit Δt. Die Einleitungs-NOx-Menge ist ein Produkt aus einer Abgasströmungsrate G und einer Einleitungs-NOx-Konzentration D. Beispielsweise wird die Einleitungs-NOx-Menge S durch eine Formel: S = Σ G·D·Δt berechnet. Die Einleitungs-NOx-Konzentration D kann beispielsweise auf Basis des Verbrennungsmotorbetriebszustands (Betriebsmodus) zu jeder Zeit berechnet werden. Das heißt eine Verbrennungstemperatur kann auf Basis der Verbrennungsmotordrehzahl NE, einer Last (Beschleunigerbetätigungsbetrag ACCP) und dergleichen berechnet werden, und die Einleitungs-NOx-Konzentration D kann auf Basis der Verbrennungstemperatur geschätzt werden. Die Einleitungs-NOx-Konzentration D kann auch durch Vorsehen eines NOx-Sensors in dem Auslassrohr 18 und durch direktes Erfassen der NOx-Konzentration in dem Abgas berechnet werden. Die Abgasströmungsrate G kann beispielsweise durch Vorsehen eines Luftmengenmessers oder dergleichen in einem Einlasssystem erfasst werden. Die Abgasströmungsrate G kann auf Basis des Verbrennungsmotorbetriebsbereichs mit der Hilfe eines Kennfelds oder einer Formel berechnet werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Abgasströmungsrate G mit dem Luftmengenmesser (nicht gezeigt) erfasst.
Als Nächstes bestimmt Schritt S12, ob die Einleitungs-NOx-Menge S, die in Schritt S11 berechnet wird, „gleich wie oder größer als" ein vorbestimmter Schwellenwert K1 (Parameter, der sich auf das Ausführungsintervall eines Katalysatorwiederherstellungsprozesses bezieht) ist. Falls bestimmt wird, dass die Einleitungs-NOx-Menge S geringer als der Schwellenwert K1 ist (S < K1), wird bestimmt, dass die Ausführung der fetten Spülung zu dieser Zeit nicht notwendig ist. Dann stellt der folgende Schritt S13 das Ausführungsflag F1 zurück (F1 = 0), und dann wird diese Abfolge des Prozesses beendet.
Wenn bestimmt wird, dass die Einleitungs-NOx-Menge S gleich wie oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert K1 ist (S ≥ K1), geht der Prozess weiter zu Schritt S14. Schritt S14 bestimmt, ob die Temperatur TC des NOx-Katalysators 21 in einem Bereich (Diagnosezulässigkeitsbereich) ist, der gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert K21 und gleich wie oder geringer als ein vorbestimmter Schwellenwert K22 ist (K22 ≥ TC ≥ K21). Der Diagnosezulässigkeitsbereich ist beispielsweise auf den Bereich von 350°C bis 450°C eingestellt. Die Reinigungsleistung des allgemeinen NOx-Okklusions-Reduktionskatalysators ist in dem Temperaturbereich von 350°C bis 450°C stabil und hoch. Das heißt der Temperaturbereich von 350°C bis 450°C ist im Allgemeinen ein Aktivierungstemperaturbereich des allgemeinen NOx-Okklusions-Reduktionskatalysators. Die Temperatur des NOx-Katalysators 21 (beispielsweise eine Temperatur der Katalysatormitte) kann beispielsweise auf Basis der Ausgabewerte der Abgastemperatursensoren 27b, 27c geschätzt (berechnet) werden, die nahe dem Einlass und dem Auslass des NOx-Katalysators 21 vorgesehen sind.
Falls Schritt S14 bestimmt, dass die Temperatur TC des NOx-Katalysators 21 außerhalb des Diagnosezulässigkeitsbereichs ist (das heißt TC < K21 oder TC > K22), stellt der folgende Schritt S141 das Ausführungsflag F1 zurück (F1 = 0), und der darauf folgende Schritt S142 steuert die Temperatur TC des NOx-Katalysators 21 in den Diagnosezulässigkeitsbereich (der in Schritt S14 gezeigt ist).
Als Nächstes werden die Inhalte der Temperatursteuerung in Schritt S142 im Detail mit Bezug auf 3 erklärt. Hier wird eine Erklärung unter der Annahme des Falls als ein Beispiel gegeben, wo ein Kaltbetrieb unmittelbar nach dem Verbrennungsmotorstart durchgeführt wird (Betrieb vor einem Warmlaufen, während der Katalysator noch kalt ist). Zuerst wird in der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Temperatursteuerung durchgeführt wird, ein Zusatzbetrieb des Kraftstoffzusatzventils 25 gesteuert, um mehr unverbrannte Komponenten (hauptsächlich HC) in das Abgas, das von dem Verbrennungsmotor 10 abgegeben wird, zusätzlich zu den unverbrannten Komponenten (hauptsächlich HC) in dem Abgas hinzu zu setzen. Die Temperatur des NOx-Katalysators 21 wird mit der Reaktionswärme angehoben, die erzeugt wird, wenn die unverbrannten Komponenten in dem Abgas und der Sauerstoff in dem Abgas an dem NOx-Katalysator 21 reagieren, beispielsweise durch folgende exotherme Reaktion: HC + O₂ → H₂O + CO₂.
Zu dieser Zeit wird, falls die Menge der unverbrannten Komponenten in dem Abgas erhöht wird, um die Temperatur TC des NOx-Katalysators 21 zu erhöhen, die Abgabe des okkludierten NOx von dem NOx-Katalysator 21 begonnen. Als eine Folge erhöht sich ein Diagnosefehler des Katalysatordiagnoseprozesses, der nach der Temperatursteuerung durchgeführt wird. Das heißt die Diagnosegenauigkeit wird verschlechtert. Deshalb wird in der vorliegenden Ausführungsform die Katalysatortemperatur TC in den Diagnosezulässigkeitsbereich (der bei Schritt S14 gezeigt ist) durch variables Steuern der Menge der unverbrannten Komponenten in dem Abgas mit dem Kraftstoffzusatzventil 25 innerhalb des Bereichs gesteuert, wo das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das die Abgabebedingung (Reinigungsbedingung) des okkludierten NOx ist, nicht erreicht wird.
Das heißt in dieser Abfolge des Prozesses berechnet, wie in 3 gezeigt ist, Schritt S21 zuerst eine obere Zulässigkeitsgrenze Qmax, die einen Kraftstoffzusatzzulässigkeitsbereich der Kraftstoffzusatzmenge (Zuführmenge) des Kraftstoffzusatzventils 25 bestimmt. Im Detail wird beispielsweise die obere Zulässigkeitsgrenze Qmax auf Basis der HC-Menge in dem Abgas, der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas und der Abgastemperatur TE durch einen folgenden Ausdruck berechnet: Qmax = f(HC, O₂, TE).
Als Nächstes wird der Berechnungsprozess der oberen Zulässigkeitsgrenze Qmax weiter mit Bezug auf 4A und 4B erklärt. 4A ist ein Graph, der die Sauerstoffmenge Q1 (Sauerstoffkonzentration) in dem Abgas, die Sauerstoffmenge Q2, die in der Reaktion mit dem HC verbraucht wird, das in dem Abgas seit der Zeit vor dem Kraftstoffzusetzen enthalten war, und die Sauerstoffmenge Q3 zeigt, die aus dem Sauerstoff in dem Abgas reagieren kann. Wie in 4A gezeigt ist, kann die Sauerstoffmenge Q3, die aus dem in dem Abgas enthaltenem Sauerstoff (O₂) reagieren kann, von der Beziehung zwischen den Sauerstoffmengen Q1, Q2 abgeleitet werden. Die Sauerstoffmenge Q3 kann als die Differenz zwischen den Mengen Q1 und Q2 berechnet werden (das heißt Q3 = Q1 – Q2). Die Zusatzmenge Qmax1, die mit dem Sauerstoff in dem Abgas reagieren kann, kann auf Basis der Sauerstoffmenge Q3 berechnet werden, die reagieren kann. Die Sauerstoffmenge Q1 in dem Abgas kann beispielsweise auf Basis der Sensorausgabe (Erfassungssignal) des A/F-Sensors 23a erfasst werden, der nahe dem Einlass des NOx-Katalysators 21 vorgesehen ist. Die Sauerstoffmenge Q2, die in der Reaktion mit dem HC in dem Abgas verbraucht wird, kann von der HC-Menge in dem Abgas berechnet werden, die auf der Basis des Verbrennungsmotorbetriebszustands berechnet wird (beispielsweise Verbrennungsmotordrehzahl NE und Last). Die HC-Menge in dem Abgas und die Sauerstoffmenge Q2, die durch das HC verbraucht wird, können auch durch Vorsehen eines HC-Sensors in dem Auslassrohr 18 und direktes Erfassen der HC-Konzentration in dem Abgas berechnet werden.
Falls eine große Menge des Kraftstoffs von dem Kraftstoffzusatzventil 25 eingespritzt wird, gibt es eine Möglichkeit, dass der eingespritzte Kraftstoff nicht richtig zerstäubt werden kann und ein Teil des eingespritzten Kraftstoffs an dem Rohr (Auslassrohr 18) anhaftet. Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Anhaftmenge des eingespritzten Kraftstoffs im Allgemeinen von der Abgastemperatur abhängt, und genauer gesagt, dass der eingespritzte Kraftstoff eine geringere Neigung zur Anhaftung hat (das heißt eine Anhaftungsmenge verringert sich), wenn sich die Abgastemperatur erhöht. Deshalb ist in der vorliegenden Ausführungsform ein oberer Überwachungsgrenzwert Qmax2 der Kraftstoffzusatzmenge (Zuführmenge) auf Basis der Abgastemperatur TE eingestellt. Der obere Überwachungsgrenzwert Qmax2 ist beispielsweise unter Verwendung eines Kennfelds eingestellt, das in 4B gezeigt ist. Das heißt der obere Überwachungsgrenzwert Qmax2 wird höher eingestellt, wenn die Abgastemperatur TE zunimmt. Die Abgastemperatur TE kann beispielsweise auf Basis der Sensorausgabe (Erfassungssignal) des Abgastemperatursensors 27a geschätzt (berechnet) werden, der nahe dem Kraftstoffzusatzventil 25 vorgesehen ist.
S21 in 3 berechnet eine obere Zulässigkeitsgrenze Qmax der Kraftstoffzusatzmenge (Zuführmenge), die durch das Kraftstoffeinspritzventil 25 eingespritzt werden soll, auf Basis der Zusatzmenge Qmax1, die reagieren kann, und dem oberen Überwachungsgrenzwert Qmax2. Im Speziellen wird der kleinere Wert von der Zusatzmenge Qmax1, die reagieren kann, und dem oberen Grenzwert Qmax2 als die obere Zulässigkeitsgrenze Qmax (Kraftstoffzusatzzulässigkeitsbereich) eingestellt (das heißt Qmax = MIN(Qmax1, Qmax2)). Somit ist das Kraftstoffzusetzen (Kraftstoffzusetzen durch das Kraftstoffzusatzventil 25) der Menge verboten, die über der oberen Zulässigkeitsgrenze Qmax liegt.
In dem Prozess von 3 berechnet nach dem Schritt S21 der Schritt S22 eine erforderte Kraftstoffzusatzmenge zum Steuern der Temperatur TC des NOx-Katalysators 21 in den Diagnosezulässigkeitsbereich (der in Schritt S14 gezeigt ist). Die erforderte Kraftstoffzusatzmenge ist eine erforderte Zusatzmenge Qreq (Kraftstoff, der durch das Kraftstoffzusatzventil 25 zugesetzt wird), die zum Erhöhen der Temperatur TC auf eine Zielkatalysatortemperatur TTC notwendig ist (beispielsweise 400°C). Beispielsweise wird die erforderte Zusatzmenge Qreq auf Basis der Zielkatalysatortemperatur TTC, der derzeitigen Katalysatortemperatur TC, der HC-Menge in dem Abgas und der Strömungsrate G des Abgases berechnet (das heißt Qreq = f(TTC, TC, HC, G)).
Als Nächstes wird der Berechnungsprozess der erforderten Zusatzmenge Qreq mit Bezug auf 5A und 5B beschrieben. 5A ist ein Graph, der die Zielkatalysatortemperatur TTC, die derzeitige Katalysatortemperatur L1, einen Temperaturerhöhungsgrad L2 gemäß der HC-Menge in dem Abgas und eine Zusatztemperaturerhöhung L3 zeigt, die durch das Kraftstoffzusetzen erhöht ist. Wie in 5A gezeigt ist, wird die Zusatztemperaturerhöhung L3 von der Beziehung zwischen den Parametern bestimmt und kann durch einen folgenden Ausdruck berechnet werden: L3 = TTC – (L1 + L2). Die erforderte Zusatzmenge Qreq, die zum Erhöhen der Temperatur TC auf die Zielkatalysatortemperatur TTC notwendig ist, kann auf Basis der Zusatztemperaturerhöhung L3 berechnet werden.
Des Weiteren wird in der vorliegenden Ausführungsform die erforderte Zusatzmenge Qreq auf Basis der Abgasströmungsrate G korrigiert. Die Erfinder haben heraus gefunden, dass sich der Wärmefreisetzbetrag bzw. Wärmeabgabebetrag durch den NOx-Katalysator 21 erhöht, wenn sich die Abgasströmungsrate G (die äquivalent zu einer Abgasmenge ist, die durch den NOx-Katalysator 21 hindurch geht) erhöht, und dass sich der Temperaturerhöhungsbetrag des NOx-Katalysators 21 verringert, wenn sich die Abgasströmungsrate G erhöht. Deshalb wird in der vorliegenden Ausführungsform die erforderte Zusatzmenge Qreq auf Basis der Abgasströmungsrate G korrigiert. Die erforderte Zusatzmenge Qreq wird beispielsweise mit der Verwendung eines Kennfelds korrigiert, das in 5B gezeigt ist. Das heißt die erforderte Zusatzmenge Qreq wird korrigiert, um größer zu sein, wenn sich die Abgasströmungsrate G erhöht. Somit berechnet Schritt S22 (in 3) die erforderte Zusatzmenge Qreq.
In dem Prozess, der in 3 gezeigt ist, berechnet nach dem Schritt S22 der Schritt S23 eine Zielzusatzmenge Qad als einen Steuerzielwert. Der kleinere Wert von der oberen Zulässigkeitsgrenze Qmax und der erforderten Zusatzmenge Qreq wird als die Zielzusatzmenge Qad eingestellt (Qad = MIN(Qmax, Qreq)). Der folgende Schritt S24 führt das Kraftstoffzusetzen mit dem Kraftstoffzusatzventil 25 auf Basis der Zielzusatzmenge Qad durch, die in Schritt S23 berechnet wird.
Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform die Kraftstoffzusatzmenge (Zuführmenge) des Kraftstoffzusatzventils 25 variabel auf die Zielzusatzmenge Qad gesteuert, so dass die Temperatur TC des NOx-Katalysators 21 mit der Zielkatalysatortemperatur TTC übereinstimmt (oder sich an diese annähert). Falls die obere Zulässigkeitsgrenze Qmax einen ausreichenden Steuerbereich vorsieht (Bereich, der eine Temperaturerhöhung auf eine Zieltemperatur ermöglicht), wird die Temperatur TC des NOx-Katalysators 21 durch das Kraftstoffzusetzen (in Schritt S24) in den Diagnosezulässigkeitsbereich (der in Schritt S14 gezeigt ist) gesteuert. Eine Abfolge des Prozesses, der die Temperatursteuerung betrifft, endet mit dem Prozess von Schritt S24.
Falls Schritt S142 von 2 (das heißt der Prozess, der in 3 gezeigt ist) endet, bestimmt der folgende Schritt S143 wieder, ob die Temperatur TC des NOx-Katalysators 21 innerhalb des Diagnosezulässigkeitsbereichs ist (wie in Schritt S14). Falls Schritt S143 bestimmt, dass die Temperatur TC des NOx-Katalysators 21 innerhalb des Diagnosezulässigkeitsbereichs ist, stellt der folgende Schritt S15 das Ausführungsflag F1 auf 1 ein (F1 = 1). Somit ist die Ausführungsbedingung des Prozesses von 6 erfüllt. Wenn die obere Zulässigkeitsgrenze Qmax (3) nicht den ausreichenden Steuerbereich vorsieht, bestimmt Schritt S143, dass die Temperatur TC des NOx-Katalysators 21 außerhalb des Diagnosezulässigkeitsbereichs ist. In diesem Fall führt Schritt S142 wiederholt die Temperatursteuerung durch, die in 3 und 4 gezeigt ist, bis Schritt S143 bestimmt, dass die Temperatur TC des NOx-Katalysators 21 innerhalb des Diagnosezulässigkeitsbereichs ist.
Als Nächstes wird der Prozess von 6 erklärt. Der Prozess, der in 6 gezeigt ist, betrifft den Katalysatorwiederherstellungsprozess (fette Spülung), der vorstehend erwähnt ist. In einer Abfolge des Prozesses, der in 6 gezeigt ist, bestimmt zuerst Schritt S31, ob die Ausführungsbedingung erfüllt ist. Falls die Bedingung erfüllt ist, geht der Prozess weiter zu Schritt S32. Schritt S32 schaltet das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem mageren Zustand zu dem fetten Zustand (falls das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gewesen ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gehalten). In der vorliegenden Ausführungsform wird die Überzufuhr des Kraftstoffs zu dem NOx-Katalysator 21 (das heißt die fette Spülung) beispielsweise bei dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von ungefähr 12,0 durchgeführt. Es kann auf Basis des Erfassungssignals des A/F-Sensors 23a, der stromaufwärts des NOx-Katalysators 21 vorgesehen ist, bestimmt werden, ob die fette Spülung durchgeführt wird (das heißt ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist während der Ausführung der fetten Spülung fett). Falls die Reduktion und das Entfernen des okkludierten NOx voran schreiten, wird die zugeführte Reduktionskomponente (Reduktionsmittel) durch die Reduktion und das Entfernen selbst während der Ausführung der fetten Spülung verbraucht. Deshalb sieht, im Gegensatz zu dem Erfassungssignal des stromaufwärtigen A/F-Sensors 23a, der A/F-Sensor 23b, der stromabwärts des NOx-Katalysators 21 vorgesehen ist, das Erfassungssignal vor, das das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt (wie Verläufe von Parametern, die in 9 durch durchgehende Linien dargestellt sind).
In dem Zustand, wo die fette Spülung auf diese Weise durchgeführt wird, berechnet der folgende Schritt S33 die Menge des Reduktionsmittels, das durch die Steuerung der fetten Spülung verbraucht wird (Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF), durch Integrieren der Reduktionsmittelmenge, die pro Zeiteinheit Δt verbraucht wird (durch Zeitintegration). Die Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF wird jedes Mal zurück gestellt, wenn das Flag F1 von 0 zu 1 geändert wird. Die Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF wird auf Basis der Sensorausgaben (Erfassungssignale) der A/F-Sensoren 23a, 23b, die stromaufwärts und stromabwärts des NOx-Katalysators vorgesehen sind, und der Abgasströmungsrate G berechnet und aktualisiert. Beispielsweise wird die Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF durch eine folgende Formel: ΔAF = Σ[(1/AFf) – (1/AFr)]·G·Δt berechnet und aktualisiert, während der Anfangswert und der vorherige Wert ausgelesen werden. AFf ist die Sensorausgabe des A/F-Sensors 23a stromaufwärts des NOx-Katalysators 21 und AFr ist die Sensorausgabe des A/F-Sensors 23b stromabwärts des NOx-Katalysators.
Der folgende Schritt S34 bestimmt, ob im Wesentlichen ein gesamter Anteil des in dem NOx-Katalysator 21 okkludierten NOx durch die fette Spülung reduziert und entfernt ist. Im Speziellen wird auf der Basis des Erfassungssignals des stromabwärtigen A/F-Sensors 23b bestimmt, ob das Reduktionsentfernen des okkludierten NOx beendet ist. Das heißt, falls das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch den A/F-Sensor 23b erfasst wird, wird bestimmt, dass das Reduktionsentfernen des okkludierten NOx beendet ist. Wie vorstehend erwähnt ist, wird das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch den A/F-Sensor 23b erfasst, bis das Reduktionsentfernen beendet ist. Der Schwellenwert (Schwellenwert TH1), der beispielsweise in 9 gezeigt ist, ist geringfügig fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F0 eingestellt, so dass die fette Spülung gestoppt (beendet) werden kann, unmittelbar nachdem das Ende der Abgabe des okkludierten NOx bestimmt ist. Bis Schritt S34 bestimmt, dass im Wesentlichen der gesamte Anteil des okkludierten NOx reduziert und entfernt ist (das heißt ein Reduktionsentfernen des okkludierten NOx beendet ist) wird die fette Spülung fortlaufend auf den NOx-Katalysator 21 angewendet, und die Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF wird kontinuierlich in Schritt S33 integriert.
Falls in Schritt S34 bestimmt wird, dass im Wesentlichen der gesamte Anteil des okkludierten NOx reduziert und entfernt ist, stellt der folgende Schritt S35 die Einleitungs-NOx-Menge S zurück (S = 0). Dann schaltet der folgende Schritt S36 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem fetten Zustand wieder zu dem mageren Zustand (Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stetigen Betriebs). Somit wird der Katalysatorwiederherstellungsprozess (fette Spülung) beendet. Der folgende Schritt S37 stellt dann das Ausführungsflag F1 auf 0 zurück, und der folgende Schritt S38 stellt das Ausführungsflag F2 auf 1 ein. Somit ist die Ausführungsbedingung des Prozesses von 6 nicht erfüllt, und die Ausführungsbedingung des Prozesses von 7 ist erfüllt.
Als Nächstes wird der Prozess erklärt, der in 7 beschrieben ist. Der Prozess, der in 7 gezeigt ist, betrifft im Speziellen die Diagnose in dem vorstehend beschriebenen Katalysatordiagnoseprozess. In einer Abfolge des Prozesses, der in 7 gezeigt ist, bestimmt zuerst Schritt S41, ob die Ausführungsbedingung erfüllt ist. Falls die Bedingung erfüllt ist, geht der Prozess weiter zu Schritt S42. Schritt S42 berechnet die NOx-Okklusionsmenge Qnox (äquivalent zu einem Verschlechterungsgrad des NOx-Katalysators 21) auf Basis der Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF, die in Schritt S33 von 6 berechnet wird. Im Detail wird die NOx-Okklusionsmenge Qnox auf Basis der Beziehung zwischen der Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF und der NOx-Okklusionsmenge Qnox berechnet, wie in 8 gezeigt ist, das heißt auf Basis eines Kennfelds, das durch Experimente oder dergleichen im Voraus erhalten wurde und in dem ROM gespeichert ist. Grundsätzlich gibt es, wie in 8 gezeigt ist, eine Beziehung (in dem Beispiel von 8 eine im Wesentlichen proportionale Beziehung), dass sich die NOx-Okklusionsmenge Qnox erhöht, wenn sich die Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF1 erhöht.
Dann führt der folgende Schritt S43 eine Verschlechterungsdiagnose durch Bestimmen durch, ob die NOx-Okklusionsmenge Qnox (Verschlechterungsgrad der Leistung des NOx-Katalysators 21), die in Schritt S42 berechnet (gemessen) wird, „gleich wie oder geringer als" ein vorbestimmter Schwellenwert K3 ist. Falls bestimmt wird, dass die NOx-Okklusionsmenge Qnox größer als der Schwellenwert K3 ist (Qnox > K3), wird bestimmt, dass der NOx-Katalysator 21 nicht verschlechtert ist (Verschlechterung = NEIN). Dann führt der folgende Schritt S431 einen vorbestimmten Prozess als einen Prozess der Nichtverschlechterung durch (beispielsweise wird ein Bestimmungsergebnis in dem EEPROM gespeichert). Falls bestimmt wird, dass die NOx-Okklusionsmenge Qnox gleich wie oder geringer als der Schwellenwert K3 ist (Qnox ≤ K3), wird bestimmt, dass der NOx-Katalysator 21 verschlechtert ist (Verschlechterung = JA, das heißt eine Leistungsverschlechterung aufgrund eines anderen Faktors als der NOx-Okklusionsmenge tritt auf). Dann führt der folgende Schritt S432 einen vorbestimmten Prozess als den Prozess der Verschlechterung durch (beispielsweise einen Schwefelvergiftungswiederherstellungsprozess). In dem Fall, wo der Schwefelvergiftungswiederherstellungsprozess durchgeführt wird, wird die fette Spülung für eine lange Zeitspanne durchgeführt (beispielsweise 20 bis 30 Minuten, um den Zustand der hohen Temperatur und des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aufrecht zu erhalten. Somit wird das SOx abgegeben, das an dem NOx-Katalysator 21 anhaftet, und die Reinigungsleistung des NOx-Katalysators 21 wird wieder hergestellt. Das heißt der NOx-Katalysator 21 wird von der Schwefelvergiftung durch Durchführen des Schwefelvergiftungswiederherstellungsprozesses befreit bzw. wieder hergestellt. Jedoch gibt es einige Fälle, wo der NOx-Katalysator 21 aufgrund von anderen Faktoren, wie einer Wärmeverschlechterung, nicht vollständig wieder hergestellt wird (Reinigungsleistung wird nicht wieder hergestellt), selbst wenn der Schwefelvergiftungswiederherstellungsprozess durchgeführt wird. In derartigen Fällen wird ein vorbestimmter Failsafe-Prozess gemäß der Situation zu jeder Zeit durchgeführt. Beispielsweise wird die Situation dem Benutzer angezeigt bzw. berichtet, um ihn zu einer geeigneten Handlung zu drängen, beispielsweise durch Anschalten einer Warnleuchte (MIL-Leuchte).
Ungeachtet des Auftretens oder Nichtauftretens der Verschlechterung, wird das Ausführungsflag F2 bei Schritt S44, der Schritt S431 oder Schritt S432 folgt, auf 0 eingestellt. Somit ist die Ausführungsbedingung des Prozesses von 7 nicht erfüllt, und die Abfolge des Prozesses der Katalysatordiagnose wird beendet.
Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform die Temperatur des NOx-Katalysators 21 vor dem Katalysatordiagnoseprozess (der in 7 gezeigt ist) in den vorbestimmten Temperaturbereich (Diagnosezulässigkeitsbereich) gesteuert (in Schritt S142 von 2 und in dem Prozess, der in 3 gezeigt ist).
Somit wird die Katalysatortemperatur (im Speziellen die Betttemperatur) jedes Mal aktiv in den vorbestimmten Bereich (Diagnosezulässigkeitsbereich) gebracht, das heißt eine Temperaturumgebung wird reguliert. Somit wird die Leistungsverschlechterung des Katalysators gehemmt, die von dem vorstehend erwähnten Temperaturzustand resultiert (Zustand einer übermäßig niedrigen oder einer übermäßig hohen Temperatur). Als eine Folge wird der Zustand des Katalysators (Reinigungsleistung) aufrechterhalten, der durch die durchgehende Linie in 9 gezeigt ist. Demzufolge kann das Katalysatordiagnosesystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Katalysatordiagnoseprozess mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Genauigkeit häufig durchführen, während eine gute Emission aufrechterhalten wird.
Die vorliegende Ausführungsform, die vorstehend beschrieben ist, übt die folgenden Effekte aus.

(1) Die Abgasreinigungskatalysatordiagnosevorrichtung zum Diagnostizieren des Leistungsverschlechterungsgrads des NOx-Katalysators 21, der in dem Abgassystem des Verbrennungsmotors 10 zur Abgasreinigung vorgesehen ist, hat das Programm (Katalysatortemperaturbestimmungsvorrichtung, S14 von 2), das bestimmt, ob die Temperatur des NOx-Katalysators 21 innerhalb des vorbestimmten Diagnosezulässigkeitsbereichs ist, bevor (im Detail unmittelbar davor) der Katalysatordiagnoseprozess (7) ausgeführt wird, und das Programm (Katalysatortemperatursteuervorrichtung, 3), das die Temperatur des NOx-Katalysators 21 vor (im Detail unmittelbar vor) dem Katalysatordiagnoseprozess (7) in den Diagnosezulässigkeitsbereich steuert, falls Schritt S14 bestimmt, dass die Temperatur des NOx-Katalysators 21 außerhalb des Diagnosezulässigkeitsbereichs ist. Demzufolge kann das Katalysatordiagnosesystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Katalysatordiagnoseprozess mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Genauigkeit häufig durchführen, während eine gute Emission aufrechterhalten wird.
(2) Der NOx-Okklusions-Reduktionskatalysator (NOx-Katalysator 21), der das in dem Abgas enthaltene NOx (Stickoxide) okkludiert, und der die Reduktionsreinigung des NOx durchführt, ist ein Objekt beziehungsweise Ziel der Diagnose. Somit ist das Abgasreinigungssystem mit hoher Reinigungsleistung hinsichtlich des NOx vorgesehen.
(3) Der Diagnosezulässigkeitsbereich ist zwischen 350°C und 450°C eingestellt. Mit dieser Einstellung wird die hohe Reinigungsleistung des Katalysators kontinuierlich erhalten, wenn der Katalysatordiagnoseprozess durchgeführt wird.
(4) Das System hat das Programm (Schritt S11 von 2), das die NOx-Menge zu jeder Zeit (NOx-Okklusionsmenge) schätzt, die von dem NOx-Katalysator 21 okkludiert ist, und das Programm (Schritt S12 von 2), das den Zustand, bei dem die NOx-Okklusionsmenge (Einleitungs-NOx-Menge S), die durch Schritt S11 geschätzt wird, gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert (Schwellenwert K1) wird, als eine der Ausführungsbedingungen des Katalysatorwiederherstellungsprozesses verwendet. Somit wird der Katalysatorwiederherstellungsprozess effizient durchgeführt, und der Kraftstoffverbrauch (Kraftstoffverbrauchsrate) ist verbessert, weil ein verschwenderischer Kraftstoffverbrauch unterdrückt ist.
(5) Das System hat das Programm (Okklusionsmengenschätzvorrichtung, S42 von 7), das die NOx-Menge schätzt (NOx-Okklusionsmenge pro Zeiteinheit), die durch den NOx-Katalysator 21 pro Zeiteinheit okkludiert wird (Ausführungsintervall einer fetten Spülung), und das Programm (Katalysatordiagnosevorrichtung, S43 von 7), das den Diagnoseprozess des NOx-Katalysators 21 auf Basis der NOx-Okklusionsmenge durchführt, die durch Schritt S42 geschätzt wird. Somit kann der Grad der Leistungsverschlechterung des NOx-Katalysators 21 in geeigneter Weise auf Basis der NOx-Okklusionsmenge pro Zeiteinheit diagnostiziert werden, die beispielsweise auf Basis des Kennfelds geschätzt wird, das in 8 gezeigt ist.
(6) Das System hat das Programm (Reduktionskomponentenzuführvorrichtung, S32 von 6), das die fette Spülung durchführt, das heißt das die NOx Reduktionskomponente (Leichtöl als Kohlenwasserstoffverbrennungsmotorkraftstoff, der hauptsächlich aus HC besteht) zu dem NOx-Katalysator 21 zum Durchführen der Reduktionsreinigung des in dem Katalysator 21 okkludierten NOx durchführt, das Programm (Abgabestartschätzvorrichtung, S33 von 6), das die Startzeit der Abgabe des okkludierten NOx von dem NOx-Katalysator 21 auf Basis der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Änderung (Änderung von einem mageren Zustand zu einem fetten Zustand) des Abgases stromaufwärts des NOx-Katalysators 21 aufgrund der fetten Spülung schätzt, das Programm (Abgabeendeschätzvorrichtung, Schritt S34 von 6), das die Endzeit der Abgabe des okkludierten NOx von dem NOx-Katalysator 21 auf Basis der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Änderung (Änderung von einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder einem mageren Zustand zu einem fetten Zustand) des Abgases stromabwärts des NOx-Katalysators 21 aufgrund der Abgabe des NOx von dem NOx-Katalysator 21 schätzt, und das Programm (Okklusionsmengenschätzvorrichtung, S42 von 7), das die NOx-Okklusionsmenge vor dem Start der fetten Spülung auf Basis der Integrationsverbrauchsmenge (Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF) der NOx-Reduktionskomponente in der Zeitspanne von der Abgabestartzeit, die durch Schritt S33 geschätzt wird, zu der Abgabeendzeit schätzt, die durch Schritt S34 geschätzt wird. Somit kann die NOx-Okklusionsmenge pro Zeiteinheit, die die NOx-Reinigungsleistung des NOx-Katalysators 21 anzeigt, geeigneter geschätzt werden.
(7) Als ein Verfahren zum Berechnen der Verbrauchsmenge (Reduktionsmittelverbrauchsmenge) der NOx Reduktionskomponenten (HC, CO und dergleichen) in dem NOx-Katalysator 21 wird das Verfahren zum Berechnen der Reduktionsmittelverbrauchsmenge auf Basis der Sensorausgaben der Sauerstoffkonzentrationssensoren (A/F-Sensoren 23a, 23b), die stromaufwärts beziehungsweise stromabwärts des Katalysators 21 vorgesehen sind, und des Luftmengenmessers, der in dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors 10 als dem Objekt bzw. dem Gegenstand der Abgasreinigung vorgesehen ist, verwendet (Schritt S33 von 6). Somit können die Reduktionsmittelverbrauchsmenge und der Verschlechterungsgrad des NOx-Katalysators 21 mit höherer Präzision berechnet werden.
(8) Das System hat das Programm (S432 von 7), das den Prozess (Schwefelvergiftungswiederherstellungsprozess) zum Wiederherstellen der Abgasreinigungsleistung des Katalysators 21 durchführt, der durch die Schwefelvergiftung verschlechtert ist, wenn Schritt S43 bestimmt, dass der Verschlechterungsgrad des Katalysators 21, der in Schritt S42 von 7 berechnet (geschätzt) wird, groß ist, das heißt wenn Schritt S43 bestimmt, dass die NOx-Okklusionsmenge gleich wie oder geringer als der vorbestimmte Schwellenwert K3 ist. Somit wird die Abgasreinigungsleistung des NOx-Katalysators 21 noch sicherer auf einem hohen Niveau gehalten.
(9) Der vorbestimmte Failsafe-Prozess (beispielsweise ein Anschalten einer Warnleuchte) wird durchgeführt, wenn der Katalysator 21 nicht vollständig wieder hergestellt ist, selbst falls der Schwefelvergiftungswiederherstellungsprozess in Schritt S432 von 7 durchgeführt wird. Somit wird der Failsafe-Prozess zum Bewältigen des Wiederherstellungsfehlers beziehungsweise zum Aufmerksam machen auf den Wiederherstellungsfehler automatisch durchgeführt.
(10) Das System hat das Programm (Temperaturerhöhungsvorrichtung, Schritt S24 von 3), das die Temperaturerhöhungskomponente (Leichtöl als Kohlenwasserstoffverbrennungsmotorkraftstoff, der hauptsächlich aus HC besteht) zu dem Katalysator 21 zum Erhöhen der Temperatur des NOx-Katalysators 21 unter Verwendung der Reaktionswärme zuführt, die beispielsweise an dem Katalysator 21 auftritt. In dem Prozess von 3 wird die Temperatur des NOx-Katalysators 21 durch variables Steuern der Zufuhrmenge der Temperaturerhöhungskomponente in den Diagnosezulässigkeitsbereich gesteuert. Somit kann die Temperatur des Katalysators, die niedriger als die Aktivierungstemperatur ist, vor dem Katalysatordiagnoseprozess (7) leicht in den Diagnosezulässigkeitsbereich gesteuert werden.
(11) In dem Prozess von Schritt S22 von 3 wird die Kraftstoffzusatzmenge, die durch das Kraftstoffzusatzventil 25 zugesetzt wird, variabel auf der Basis der Abgasströmungsrate des Verbrennungsmotors 10 gesteuert (siehe 5B). Die Zielkatalysatortemperatur wird variabel auf Basis der Abgasströmungsrate zu jeder Zeit eingestellt, die auf Basis der Frischluftmenge berechnet wird. Die Kraftstoffzusatzmenge, die durch das Kraftstoffzusatzventil 25 zugesetzt wird, wird variabel gesteuert, damit die Temperatur des NOx-Katalysators 21 der Zielkatalysatortemperatur entspricht (oder sich an diese annähert). Somit kann die Temperatur des NOx-Katalysators 21 geeignet gesteuert werden.
(12) In dem Prozess von 3 wird die Kraftstoffzusatzmenge, die durch das Kraftstoffzusatzventil 25 zugesetzt wird, variabel innerhalb des Bereichs gesteuert, in dem sich die Bedingung, die die Okklusion und die Reinigung des NOx-Katalysators 21 betrifft, nicht von der Okklusionsbedingung (mageres oder stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis) zu der Reinigungsbedingung (fettes oder stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis) ändert. Somit wird die Abgabe des okkludierten NOx, die während des Temperaturerhöhungsprozesses (3) auftreten kann, gehemmt, und der nachfolgende Katalysatordiagnoseprozess (7) kann mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden.
(13) Das System hat das Programm (Zuführbereicheinstellvorrichtung, S21 von 3), das die obere Zulässigkeitsgrenze Qmax (Zulässigkeitszuführbereich, der die Zufuhrmenge der Temperaturerhöhungskomponente betrifft) als den Bereich variabel einstellt, wo die Bedingung, die die Okklusion und die Reinigung des NOx-Katalysators 21 betrifft, sich nicht von der Okklusionsbedingung zu der Reinigungsbedingung ändert. In dem Prozess von 3 wird die Kraftstoffzusatzmenge, die durch das Kraftstoffzusatzventil 25 zugesetzt wird, variabel innerhalb des Kraftstoffzusatzzulässigkeitsbereichs gesteuert (gleich oder unter einer oberen Zulässigkeitsgrenze Qmax, der durch Schritt S21 eingestellt ist. Somit kann der Bereich, der für die Situation von jeder Zeit beziehungsweise bei jedem Mal geeignet ist, automatisch als der Kraftstoffzusatzzulässigkeitsbereich eingestellt werden. Als eine Folge wird die Abgabe des okkludierten NOx, die während des Temperaturerhöhungsprozesses (3) auftreten kann, geeigneter gehemmt. Der Kraftstoffverbrauch (Kraftstoffverbrauchsrate) kann verbessert werden, da der verschwenderische Kraftstoffverbrauch gehemmt beziehungsweise unterdrückt ist.
(14) In Schritt S21 von 3 wird die obere Zulässigkeitsgrenze Qmax (obere Grenze des Zulässigkeitszuführbereichs) variabel auf der Basis der Sauerstoffkonzentration des Abgases stromaufwärts des NOx-Katalysators 21 eingestellt (4A). Somit kann der Kraftstoffzusatzzulässigkeitsbereich (Zulässigkeitszuführbereich, der die Zufuhrmenge der Temperaturerhöhungskomponente betrifft) geeigneter eingestellt werden.
(15) In Schritt S21 von 3 wird die obere Zulässigkeitsgrenze Qmax (obere Grenze des Zulässigkeitszuführbereichs) variabel auf der Basis der Temperatur des Abgases eingestellt, das von dem Verbrennungsmotor 10 abgegeben wird (4B). Somit kann die obere Zulässigkeitsgrenze Qmax (obere Grenze des Zulässigkeitszuführbereichs) zu dem Ausmaß, dass die Anhaftung des eingespritzten Kraftstoffs (Temperaturerhöhungskomponente) nicht auftritt, auf Basis der Abgastemperatur zu jeder Zeit eingestellt werden. Als eine Folge kann die Temperatur des NOx-Katalysators 21 und dergleichen mit höherer Genauigkeit gesteuert werden.
(16) Das Kraftstoffzusatzventil 25 ist vorgesehen, um den Verbrennungsmotorkraftstoff (Leichtöl) in den Raum stromabwärts des Verbrennungsmotors 10 und stromaufwärts des NOx-Katalysators 21 bezüglich der Abgasströmungsrichtung zuzusetzen. Der Zusatzbetrieb des Kraftstoffzusatzventils 25 wird in Schritt S24 von 3 gesteuert. Somit kann die Temperaturerhöhungskomponente (Verbrennungsmotorkraftstoff) zugeführt werden, während der Einfluss des Verbrennungsmotorbetriebs reduziert wird. Als eine Folge kann die Zufuhr der Temperaturerhöhungskomponente mit hoher Flexibilität unabhängig von dem Verbrennungsmotorbetriebszustand durchgeführt werden.
(17) Die Zusatzmenge der Temperaturerhöhungskomponente (Verbrennungsmotorkraftstoff), die durch das Kraftstoffzusatzventil 25 zugesetzt wird, wird auch gemäß der Menge der unverbrannten Komponenten in dem Abgas (hauptsächlich HC) variabel gesteuert, das heißt durch Subtrahieren der Menge der unverbrannten Komponenten von der Zielzufuhrmenge (Siehe 4A). Somit kann die Temperatur des NOx-Katalysators 21 mit höherer Genauigkeit gesteuert werden.
(18) Die Katalysatordiagnosevorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist auf das Fahrzeug angewendet, das den Dieselmotor hat. Es ist bekannt, dass die Abgastemperatur des Dieselmotors vergleichsweise niedrig ist (Abgastemperatur während eines stetigen Betriebs ist ungefähr 200°C bis 300°C). Auch in dem Fall, wo die Diagnosevorrichtung auf den Dieselmotor angewendet ist, kann die Temperatur des NOx-Katalysators 21 durch eine Abfolge des Prozesses von 3 (Katalysatortemperaturerhöhungsprozess, der das Kraftstoffzusatzventil 25 verwendet) sicherer in den Diagnosezulässigkeitsbereich gesteuert werden.
(19) Somit wird das Dieselfahrzeug realisiert, das eine höhere Abgasreinigungsleistung, eine höhere Zuverlässigkeit der Abgasreinigungsleistung und sauberere Emissionen erreicht.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform kann beispielsweise wie folgt modifiziert werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Temperatursteuerung, die in 3 gezeigt ist, wiederholt ausgeführt, bis Schritt S143 von 2 bestimmt, dass die Temperatur des NOx-Katalysators 21 innerhalb des Diagnosezulässigkeitsbereichs ist. Die Ausführungsbedingung der Temperatursteuerung (3) kann beliebig modifiziert werden. Beispielsweise kann eine Zulässigkeit/ein Verbot der Ausführung auf Basis des Verbrennungsmotorbetriebszustands eingestellt werden. Ein Schema des Unterbrechens der Temperatursteuerung bis sich der Verbrennungsmotorbetriebszustand ändert (das heißt bis ein geeigneter Zustand eintritt) kann verwendet werden, wenn sich die Temperatur des Katalysators nicht erhöht, selbst wenn die Temperatursteuerung (3) für eine vorbestimmte Zeit ausgeführt wird. Ein beliebiges Schema kann verwendet werden, solange die Temperatursteuerung vor dem Katalysatordiagnoseprozess (7) durchgeführt wird.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Zielzusatzmenge durch den Prozess von Schritt S21 bis S24 von 3 berechnet und eingestellt. Anstelle des Verwendens der Sauerstoffkonzentration stromaufwärts des Katalysators bezüglich der Abgasströmungsrichtung (und schließlich einer Zusatzmenge Qmax1, die mit Sauerstoff in dem Abgas reagieren kann) beim Einstellen des Kraftstoffzulässigkeitsbereichs (obere Zulässigkeitsgrenze Qmax), kann die Sauerstoffkonzentration bei dem Einstellen der Zielzusatzmenge Qad oder die Zielkatalysatortemperatur TTC verwendet werden. Darüber hinaus kann der Kraftstoffzusatzzulässigkeitsbereich (obere Zulässigkeitsgrenze Qmax) als ein fixierter Wert gemäß einer Verwendung eingestellt sein, um beispielsweise die Steuerung zu vereinfachen.
Das Einstellen des Kraftstoffzusatzzulässigkeitsbereichs ist kein unverzichtbares Element. Beispielsweise kann ein Kennfeld bereit gestellt sein, das optimale Einspritzmuster (beispielsweise optimale Muster, die im Voraus durch Experimente erhalten werden) entsprechend jeweiligen Betriebszuständen hat, die durch zugehörige Parameter bestimmt werden, wie die Verbrennungsmotordrehzahl, die Verbrennungsmotorlast, die Abgastemperatur, die Sauerstoffkonzentration und die Abgasströmungsrate, und die Zielzusatzmenge kann auf Basis des Kennfelds eingestellt werden. Mit einem derartigen Schema wird eine Berechnungslast zu jeder Zeit reduziert, nachdem die ECU montiert worden ist, obwohl sich die Zeit und der Aufwand zum Anfertigen des Kennfelds (Erfassen von Anpassungswerten) erhöhen, bevor die ECU montiert wird.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird direkt auf Basis der Katalysatortemperatur, die durch den Sensor gemessen wird (S14 von 2), bestimmt, ob die Temperatur des Katalysators in dem Diagnosezulässigkeitsbereich ist. Alternativ kann indirekt auf Basis des Verbrennungsmotorbetriebsmodus und dergleichen bestimmt werden, ob die Temperatur des Katalysators innerhalb des Diagnosezulässigkeitsbereichs ist. Beispielsweise kann automatisch bestimmt werden, dass die Katalysatortemperatur unmittelbar nach dem Verbrennungsmotorstart niedriger als der Diagnosezulässigkeitsbereich ist, und die Temperaturerhöhungssteuerung kann ohne Messen der Temperatur (oder ohne Erhalten der Temperatur als einen Messwert) gestartet werden.
Der Diagnosezulässigkeitsbereich kann ein Bereich sein, der einen zu entfernenden Bereich definiert (das heißt ein Bereich, der mit entweder einer oberen Grenze oder einer unteren Grenze definiert ist). Beispielsweise kann der Diagnosezulässigkeitsbereich nur mit der unteren Grenze eingestellt sein, wenn es im Voraus bekannt ist, dass der Katalysator von dem gekühlten Zustand erwärmt wird, beispielsweise vor dem Verbrennungsmotorwarmlaufen (das heißt unmittelbar nach einem Start).
Eine Vorrichtung (beispielsweise eine Umgebungsluftpassage oder dergleichen) zum Zusetzen des Sauerstoffs zu dem Katalysator kann vorgesehen sein, um die Reaktion mit der Temperaturerhöhungskomponente (Verbrennungsmotorkraftstoff) zu fördern bzw. zu beschleunigen, die durch das Kraftstoffzusatzventil 25 zugesetzt wird. In diesem Fall sollte vorzugsweise auch ein Prozess gemäß der zugeführten Sauerstoffmenge als ein Prozess entsprechend Schritt S21 von 3 durchgeführt werden (siehe auch 4A).
Die Art der Temperaturerhöhungskomponente zum Erhöhen der Temperatur des Katalysators kann beliebig gemäß der Art des Katalysators und dergleichen geändert werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Temperatur des NOx-Katalysators 21 mit Hilfe des Kraftstoffzusatzventils 25 erhöht. Alternativ kann die Temperatur des NOx-Katalysators 21 beispielsweise durch Durchführen einer Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung (fette Spülung) zum Erhöhen der unverbrannten Komponenten (hauptsächlich HC) in dem von dem Verbrennungsmotor 10 abgegebenen Abgas, erhöht werden, wie in dem Katalysatorwiederherstellungsprozess (6). In diesem Fall kann als eine Erweiterung der Kraftstoffeinspritzsteuerung, die den normalen Betrieb betrifft, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches, das in der Verbrennung in dem Verbrennungsmotor verwendet wird, zu dem fetten Zustand geändert werden. Alternativ kann die Kraftstoffeinspritzung bei einer Zeit durchgeführt werden, die zu solch einem Ausmaß verzögert ist, dass das Kraftstoffeinspritzen nicht zu der Verbrennung in dem Verbrennungsmotor beiträgt. Das heißt eine spätere Einspritzung (beispielsweise ein Nachspritzen oder eine Posteinspritzung beziehungsweise Nacheinspritzung) kann nach einer Haupteinspritzung durchgeführt werden, um eine mehrstufige Einspritzung derart durchzuführen, dass die Temperatur des Katalysators durch den unverbrannten Kraftstoff erhöht wird, der durch die spätere Einspritzung zugeführt wird. Zusätzlich kann ein Programm oder dergleichen zum Steuern einer beliebigen Heizvorrichtung, wie ein Heizer, verwendet werden. Des Weiteren kann anstelle der Temperaturerhöhungssteuerung ein Programm zum Steuern einer beliebigen Kühlvorrichtung (beispielsweise ein Ventilator oder dergleichen zum Kühlen des Katalysators) verwendet werden, und die Temperatur des Katalysators kann durch die Kühlsteuerung gesteuert werden. Darüber hinaus können diese Verfahren kombiniert werden. Beispielsweise kann eines von diesen oder die Kombination von diesen ausgewählt und gemäß der Temperatur des Katalysators oder dem Betriebsbereich des Verbrennungsmotors ausgeführt werden. Ein beliebiges Schema kann verwendet werden, solange die Temperatur des Katalysators in den vorbestimmten Bereich gesteuert werden kann.
Der Prozessmodus des Katalysatorwiederherstellungsprozesses (6) kann geeignet gemäß der Verwendung und dergleichen geändert werden. Beispielsweise kann der Katalysatorwiederherstellungsprozess periodisch (in einem festen Zeitzyklus) nicht auf Basis der NOx-Okklusionsmenge durchgeführt werden. Somit ist die Steuerung vereinfacht und die Steuerbarkeit ist verbessert. Darüber hinaus kann das Reduktionsmittel zu dem NOx-Katalysator 21 durch das Kraftstoffzusatzventil 25 wie in dem Fall der Temperatursteuerung zugeführt werden.
Der Prozessmodus des Katalysatordiagnoseprozesses (7) kann auch geeignet gemäß der Verwendung und dergleichen geändert werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird in dem Katalysatordiagnoseprozess von 7 der Verschlechterungsgrad des NOx-Katalysators 21 auf Basis der Menge des Reduktionsmittels gemessen, das in der Reduktion des okkludierten NOx erfordert ist (Reduktionsmittelverbrauchsmenge) (Schritt S42 von 7). Alternativ kann die Messung beispielsweise auf Basis der Zeitspanne (erforderte Reduktionszeitspanne) durchgeführt werden, die bei der Reduktion des okkludierten NOx erfordert ist (wie in der Vorrichtung, die in 9 gezeigt ist). In diesem Fall gibt es Bedenken hinsichtlich einer Antwortverzögerung der A/F-Sensoren 23a, 23b. Um die Genauigkeit der Messung und der Verschlechterungsdiagnose zu verbessern, ist es deshalb wirksam, den Fettheitsgrad (Luft-Kraftstoff-Verhältnis) der fetten Spülung gemäß dem Leistungsverschlechterungsgrad des NOx-Katalysators 21 zu ändern. In diesem Fall kann der Leistungsverschlechterungsgrad einfach ohne Verwenden des Erfassungssignals des A/F-Sensors 23a stromaufwärts des Katalysators gemessen werden. Das heißt die Zeitspanne, bis die fette Komponente durch den A/F-Sensor 23b stromabwärts des Katalysators erfasst wird, kann als die erforderte Reduktionszeitspanne auf Basis der Startzeit der fetten Spülung (NOx-Reduktionssteuerung) berechnet werden. In diesem Fall kann der A/F-Sensor nur stromabwärts des NOx-Katalysators 21 vorgesehen sein.
Der Prozess von 7 kann nur unter einer Bedingung durchgeführt werden, dass angenommen wird, dass die Reinigungsleistung des NOx-Katalysators 21 verringert ist. Beispielsweise kann eine Bedingung, dass die Fahrleistung des Fahrzeugs eine vorbestimmte Fahrleistung (beispielsweise 10000 km) erreicht, oder eine Gesamtmenge der Kraftstoffeinspritzmenge, die durch den Injektor 11 eingespritzt wird (Integrationswert von jeder Kraftstoffeinspritzmenge), eine vorbestimmte Menge erreicht, als die Ausführungsbedingung verwendet werden, und der Katalysatorverschlechterungsdiagnoseprozess kann nur ausgeführt werden, wenn die Ausführungsbedingung erfüllt ist (beispielsweise kann ein Ausführungsflag F2 auf 1 eingestellt sein).
Das Objekt beziehungsweise das Ziel der Katalysatordiagnosevorrichtung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das System gemäß der Ausführungsform beschränkt, sondern kann beliebig sein. Das heißt das Schema kann in geeigneter Weise gemäß der Verwendung oder dergleichen geändert sein. Beispielsweise kann das Kraftstoffzusatzventil 25 nahe dem Einlass (stromaufwärtige Seite) des NOx-Katalysators 21 vorgesehen sein. Beispielsweise können die Lagepositionen des DPF 20 und des NOx-Katalysators 21 umgekehrt sein. Eine Reinigungsvorrichtung, in der der DPF 20 und der NOx-Katalysator 21 integriert sind, kann in dem Auslassrohr 18 vorgesehen sein. Des Weiteren kann ein Aufbau ohne den DPF 20 wirksam in Abhängigkeit von der Verwendung verwendet werden. Ein Oxidationskatalysator oder dergleichen kann zusätzlich stromabwärts des NOx-Katalysators 21 vorgesehen sein. Anstelle für jeden der A/F-Sensoren 23a, 23b, kann ein O2-Sensor einer Quellenspannung ausgebenden Bauart verwendet werden, der ein binäres Quellenspannungssignal ausgibt, das sich gemäß dem fetten/mageren Zustand des Abgases ändert.
Obwohl das typische Beispiel des NOx-Katalysators in der Ausführungsform gezeigt ist, ist die Art des NOx-Katalysators 21 beliebig. Derzeit ist eine Anwendung der vorliegenden Erfindung auf den NOx-Katalysator hauptsächlich gefordert. Die vorliegende Erfindung kann auf andere Verwendungen eines Aufbaus in gleicher Weise angewendet werden, falls der Aufbau eine ähnliche Temperaturcharakteristik hat.
In der Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung auf das Common Rail-System des Fahrzeugdieselmotors als ein Beispiel angewendet. Grundsätzlich kann die vorliegende Erfindung auch auf einen Ottomotor (im Speziellen einen Direkteinspritzmotor) in gleicher Weise angewendet werden.
In der Ausführungsform und den Modifikationen wird angenommen, dass verschiedene Arten von Software (Programmen) verwendet werden, wenn die Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung realisiert wird. Alternativ kann dieselbe Funktion durch Hardware, wie ein bestimmter Schaltkreis, realisiert sein.
Die vorliegende Erfindung sollte nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt werden, sondern kann auf viele andere Arten umgesetzt werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist.
Eine Abgasreinigungskatalysatordiagnosevorrichtung zum Diagnostizieren eines Grads einer Leistungsverschlechterung eines NOX-Katalysators (21), der in einem Auslasssystem eines Verbrennungsmotors (10) zur Abgasreinigung vorgesehen ist, hat ein Programm (S14) das bestimmt, ob die Temperatur des NOX-Katalysators (21) vor einem Katalysatordiagnoseprozess innerhalb eines vorbestimmten Diagnosezulässigkeitsbereichs ist, und ein Programm (S142, S21, S22, S23, S24), das die Temperatur des NOX-Katalysators (21) in den Diagnosezulässigkeitsbereich vor dem Katalysatordiagnoseprozess steuert, falls bestimmt wird, dass die Temperatur des NOX-Katalysators (21) außerhalb des Diagnosezulässigkeitsbereichs ist. Somit kann die Abgasreinigungskatalysatordiagnosevorrichtung den Katalysatordiagnoseprozess häufig mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Genauigkeit durchführen, während eine geeignete Emission aufrecht erhalten wird.

Claims

Abgasreinigungskatalysatordiagnosevorrichtung zum Diagnostizieren eines Grads einer Leistungsverschlechterung eines Katalysators (21), der in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors (10) zur Abgasreinigung vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine Katalysatortemperaturbestimmungsvorrichtung (S14), die bestimmt, ob die Temperatur des Katalysators (21) vor dem Diagnoseprozess des Katalysators (21) in einem vorbestimmten Diagnosezulässigkeitsbereich ist; und eine Katalysatortemperatursteuerungsvorrichtung (S142, S21, S22, S23, S24), die die Temperatur des Katalysators (21) vor dem Diagnoseprozess des Katalysators (21) in den Diagnosezulässigkeitsbereich steuert, wenn die Katalysatortemperaturbestimmungsvorrichtung (S14) bestimmt, dass die Temperatur des Katalysators (21) außerhalb des Diagnosezulässigkeitsbereichs ist.
Diagnosevorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Katalysator (21) ein NOx-Okklusions-Reduktionskatalysator ist, der in dem Abgas enthaltenes NOx okkludiert, und der die Reduktionsreinigung des NOx durchführt.
Diagnosevorrichtung gemäß Anspruch 2, des Weiteren mit einer Okklusionsmengenschätzvorrichtung (S42), die eine Menge des durch den Katalysator (21) pro Zeiteinheit okkludierten NOx schätzt; und einer Katalysatordiagnosevorrichtung (S43), die den Diagnoseprozess des Katalysators (21) auf Basis der Stickstoffokklusionsmenge durchführt, die durch die Okklusionsmengenschätzvorrichtung (S42) geschätzt wird.
Diagnosevorrichtung gemäß Anspruch 3, des Weiteren mit einer Abgabestartschätzvorrichtung (S33), die eine Startzeit der Abgabe des okkludierten NOx von dem Katalysator (21) schätzt; und einer Abgabeendeschätzvorrichtung (S34), die eine Endzeit der Abgabe des okkludierten NOx von dem Katalysator (21) schätzt, wobei die Okklusionsmengenschätzvorrichtung (S42) die NOx-Okklusionsmenge auf Basis der Abgabestartzeit und der Abgabeendzeit schätzt, die durch die Abgabestartschätzvorrichtung (S33) bzw. die Abgabeendeschätzvorrichtung (S34) geschätzt werden.
Diagnosevorrichtung gemäß Anspruch 4, des Weiteren mit einer Reduktionskomponentenzuführvorrichtung (S32), die eine NOx-Reduktionskomponente zu dem Katalysator (21) zum Durchführen einer Reduktionsreinigung des durch den Katalysator (21) okkludierten NOx zuführt, wobei die Abgabestartschätzvorrichtung (S33) die Startzeit der Abgabe des okkludierten NOx von dem Katalysator (21) auf Basis einer Luft-Kraftstoff-Verhältnisänderung des Abgases stromaufwärts des Katalysators 21 aufgrund der Zufuhr der NOx-Reduktionskomponente schätzt, die Abgabeendeschätzvorrichtung (S34) die Endzeit der Abgabe des okkludierten NOx von dem Katalysator (21) auf Basis einer Luft-Kraftstoff-Verhältnisänderung des Abgases stromabwärts des Katalysators (21) aufgrund der Abgabe des NOx von dem Katalysator (21) schätzt, und die Okklusionsmengenschätzvorrichtung (S42) die NOx-Okklusionsmenge zu einer Zeit vor einem Start der Zufuhr der NOx-Reduktionskomponente auf Basis eines Integrationswerts einer Verbrauchsmenge der NOx-Reduktionskomponente während einer Zeitspanne von der Abgabestartzeit, die durch die Abgabestartschätzvorrichtung (S33) geschätzt wird, zu der Abgabeendzeit schätzt, die durch die Abgabeendeschätzvorrichtung (S34) geschätzt wird.
Diagnosevorrichtung gemäß Anspruch 4, des Weiteren mit einer Reduktionskomponentenzuführvorrichtung (S32), die eine NOx-Reduktionskomponente zu dem Katalysator (21) zum Durchführen einer Reduktionsreinigung des durch den Katalysator (21) okkludierten NOx zuführt, wobei die Abgabestartschätzvorrichtung (S33) die Startzeit der Abgabe des okkludierten NOx von dem Katalysator (21) auf Basis einer Luft-Kraftstoff-Verhältnisänderung des Abgases stromaufwärts des Katalysators (21) aufgrund der Zufuhr der NOx-Reduktionskomponente schätzt, die Abgabeendeschätzvorrichtung (S34) die Endzeit der Abgabe des okkludierten NOx von dem Katalysator (21) auf Basis einer Luft-Kraftstoff-Verhältnisänderung des Abgases stromabwärts des Katalysators (21) aufgrund der Abgabe des NOx von dem Katalysator (21) schätzt, und die Okklusionsmengenschätzvorrichtung (S42) die NOx-Okklusionsmenge zu einer Zeit vor einem Start der Zufuhr der NOx-Reduktionskomponente auf Basis einer Zeitspanne von der Abgabestartzeit, die durch die Abgabestartschätzvorrichtung (S33) geschätzt wird, zu der Abgabeendzeit schätzt, die durch die Abgabeendeschätzvorrichtung (S34) geschätzt wird.
Diagnosevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, des Weiteren mit einer Temperaturerhöhungsvorrichtung (S24), die eine Temperaturerhöhungskomponente zu dem Katalysator (21) zum Erhöhen der Temperatur des Katalysators (21) mit der Hilfe von Reaktionswärme zuführt, wobei die Katalysatortemperatursteuerungsvorrichtung (S142, S21, S22, S23, S24) die Temperatur des Katalysators (21) durch variables Steuern einer Zuführmenge der durch die Temperaturerhöhungsvorrichtung (S24) zugeführten Temperaturerhöhungskomponente in den Diagnosezulässigkeitsbereich steuert.
Diagnosevorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Temperaturerhöhungskomponente die Temperatur des Katalysators (21) durch eine Reaktion mit Sauerstoff erhöht, und die Katalysatortemperatursteuerungsvorrichtung (S142, S21, S22, S23, S24) die Zuführmenge der Temperaturerhöhungskomponente, die durch die Temperaturerhöhungsvorrichtung (S24) zugeführt wird, auf Basis einer Sauerstoffkonzentration des Abgases stromaufwärts des Katalysators (21) variabel steuert.
Diagnosevorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Katalysatortemperatursteuerungsvorrichtung (S142, S21, S22, S23, S24) die Zuführmenge der Temperaturerhöhungskomponente, die durch die Temperaturerhöhungsvorrichtung (S24) zugeführt wird, auf Basis einer Abgasströmungsrate des Verbrennungsmotors (10) variabel steuert.
Diagnosevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Katalysator (21) eine spezifische Komponente, die in dem Abgas enthalten ist, unter einer Okklusionsbedingung okkludiert und die okkludierte Abgaskomponente unter einer Reinigungsbedingung reinigt und abgibt, die Temperaturerhöhungskomponente eine Bedingung, die die Okklusion und die Reinigung des Katalysators (21) betrifft, von der Okklusionsbedingung zu der Reinigungsbedingung schaltet, falls sich die Zuführmenge der Temperaturerhöhungskomponente erhöht, und die Katalysatortemperatursteuerungsvorrichtung (S142, S21, S22, S23, S24) die Zuführmenge der Temperaturerhöhungskomponente, die durch die Temperaturerhöhungsvorrichtung (S24) zugeführt wird, in einem Bereich variabel steuert, in dem sich die Bedingung, die die Okklusion und die Reinigung des Katalysators (21) betrifft, nicht von der Okklusionsbedingung zu der Reinigungsbedingung ändert.
Diagnosevorrichtung gemäß Anspruch 10, des Weiteren mit einer Zuführbereicheinstellvorrichtung (S21), die einen Zulässigkeitszuführbereich, der die Zuführmenge der Temperaturerhöhungskomponente betrifft, variabel als fen Bereich einstellt, in dem sich die Bedingung, die die Okklusion und die Reinigung des Katalysators (21) betrifft, nicht von der Okklusionsbedingung zu der Reinigungsbedingung ändert, wobei die Katalysatortemperatursteuerungsvorrichtung (S142, S21, S22, S23, S24) die Zuführmenge der Temperaturerhöhungskomponente, die durch die Temperaturerhöhungsvorrichtung (S24) zugeführt wird, in dem Zulässigkeitszuführbereich variabel steuert, der durch die Zuführbereicheinstellvorrichtung (S21) eingestellt ist.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei die Temperaturerhöhungskomponente die Temperatur des Katalysators (21) durch eine Reaktion mit Sauerstoff erhöht, und die Zuführbereicheinstellvorrichtung (S21) eine obere Grenze des Zulässigkeitszuführbereichs auf Basis einer Sauerstoffkonzentration des Abgases stromaufwärts des Katalysators (21) einstellt.
Diagnosevorrichtung gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Zuführbereicheinstellvorrichtung (S21) eine obere Grenze des Zulässigkeitszuführbereichs auf Basis der Temperatur des von dem Verbrennungsmotor (10) abgegebenen Abgases variabel einstellt.
Diagnosevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei die Temperaturerhöhungsvorrichtung (S24) einen Zusatzbetrieb eines Kraftstoffzusatzventils (25) steuert, das Verbrennungsmotorkraftstoff als die Temperaturerhöhungskomponente zu einem Bereich bezüglich einer Strömung des Abgases stromabwärts des Verbrennungsmotors (10) und stromaufwärts des Katalysators (21) zuführt.
Diagnosevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 14, wobei der Verbrennungsmotor (10) ein Dieselmotor ist.