DE102018107664A1 - Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors - Google Patents

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Kimikazu Yoda
Keiichiro Aoki
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Abstract

Ein Abgasreinigungssystem umfasst einen Abgasreinigungskatalysator 20, einen NO-Sensor 46, einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 stromabwärts von dem Katalysator 20 und eine Steuerungsdiagnosevorrichtung. Die Vorrichtung stellt abwechselnd ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis und ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein und schaltet das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis um, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Sensors ein fett bestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder weniger wird. Die Vorrichtung diagnostiziert eine Anomalie des Katalysators auf der Grundlage der Ausgabe des NO-Sensors. Es diagnostiziert eine Anomalie des Katalysators, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Abgasreinigungskatalysator einströmenden Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, diagnostiziert aber keine Anomalie des Katalysators, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator einströmenden Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors.
  • Technischer Hintergrund
  • Aus dem Stand der Technik ist ein Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors bekannt, welches einen Abgasreinigungskatalysator bezüglich einer Anomalie (eines Grads der Verschlechterung) auf der Grundlage einer Ausgabe eines in der Abgasströmungsrichtung stromabwärts von dem Abgasreinigungskatalysator angeordneten NOx-Sensors diagnostiziert. Als ein derartiges Abgasreinigungssystem ist beispielsweise eines bekannt, welches beurteilt, dass der Abgasreinigungskatalysator anormal ist, wenn, falls das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem Abgasreinigungskatalysator ausströmenden Abgases nahe bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, die Ausgabe des NOx-Sensors ein Bezugswert oder mehr ist (siehe beispielsweise die Druckschrift JP 2002-138821 A ).
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Bei dem in der vorstehend erwähnten Druckschrift JP 2002-138821 A beschriebenen Abgasreinigungssystem wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Abgasreinigungskatalysator einströmenden Abgases abwechselnd auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (im Folgenden auch als ein „fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis“ bezeichnet), und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, welches magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (im Folgenden auch als „mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis“ bezeichnet). Bei diesem Abgasreinigungssystem wird, sogar wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, der in dem Abgasreinigungskatalysator gespeicherte Sauerstoff freigegeben und das unverbrannte Gas bzw. der unverbrannte Kraftstoff durch den Abgasreinigungskatalysator entfernt, wodurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem Abgasreinigungskatalysator ausströmenden Gases im Wesentlichen das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. Ähnlich dazu ist, sogar wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, da in dem Abgasreinigungskatalysator Sauerstoff gespeichert ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem Abgasreinigungskatalysator ausströmenden Abgases im Wesentlichen das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Bei dem in der Druckschrift JP 2002-138821 A beschriebenen Abgasreinigungssystem wird jedoch, wie vorstehend beschrieben, eine Anomalie in dem Abgasreinigungskatalysator diagnostiziert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem Abgasreinigungskatalysator strömenden Abgases nahe bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Daher wird bei dem in der JP 2002 - 138821 A beschriebenen Abgasreinigungssystem eine Anomalie in dem Abgasreinigungskatalysator sowohl dann diagnostiziert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Abgasreinigungskatalysator strömenden Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, als auch, wenn es ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
  • Wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis jedoch auf einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Zustand gehalten wird, bei dem die Sauerstoffspeichermenge des Abgasreinigungskatalysators niedrig ist und kein Sauerstoff freigegeben werden kann, sammeln sich Kohlenwasserstoffe (HC) etc. manchmal um die auf dem Abgasreinigungskatalysator aufgebrachten bzw. getragenen Katalysatoredelmetalle herum an. Wenn sich HC etc. derart um die Katalysatoredelmetalle anlagern, fällt die Oxidierungswirkung der Katalysatoredelmetalle ab (HC-Vergiftung). Wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Abgasreinigungskatalysator strömenden Abgases in einem derartigen Zustand auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist, kann, da der Abgasreinigungskatalysator durch HC vergiftet wird, der Abgasreinigungskatalysator fälschlicherweise bei der Anomalie-Diagnose des Abgasreinigungskatalysators als anormal beurteilt werden, obwohl sich der Abgasreinigungskatalysator selbst nicht stark verschlechtert hat.
  • Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des vorstehenden Problems gemacht und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, das Auftreten einer Fehlbeurteilung zu verhindern, wenn eine Anomalie in dem Abgasreinigungskatalysator auf der Grundlage der Ausgabe eines NOx-Sensors diagnostiziert wird.
  • Lösung des Problems
  • Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung des vorstehenden Problems gemacht und der Kerngedanke der Erfindung besteht im Folgenden:
    1. (1) Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors, mit: einem Abgasreinigungskatalysator, welcher in einer Abgaspassage des Verbrennungsmotors vorgesehen ist und ein Katalysatoredelmetall trägt; einem NOx-Sensor, welcher in dem Abgasreinigungskatalysator oder in der Abgaspassage in der Strömungsrichtung des Abgases stromabwärts von dem Abgasreinigungskatalysator vorgesehen ist; einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, welcher in der Abgaspassage in der Strömungsrichtung des Abgases stromabwärts von dem Abgasreinigungskatalysator vorgesehen ist; und einer Steuerungsvorrichtung zur Steuerung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, welches in den Abgasreinigungskatalysator strömt, und zum Schätzen eines Zustands des Abgasreinigungskatalysators auf der Grundlage einer Ausgabe des NOx-Sensors, wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis abwechselnd auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches fetter als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis einzustellen, welches magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis umzuschalten, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasst ist, gleich oder weniger als ein fett beurteiltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, welches fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, bei einer ersten Verschlechterungsgradschätzungssteuerung einen Grad der irreversiblen Verschlechterung des Abgasreinigungskatalysators, welche mit einem Sintern des Katalysatoredelmetalls einhergeht, zu schätzen, und zwar nicht basierend auf der Ausgabe des NOx-Sensors, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Abgasreinigungskatalysator strömenden Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, sondern auf der Grundlage der Ausgabe des NOx-Sensors, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Abgasreinigungskatalysator strömenden Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
    2. (2) Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors gemäß Aspekt (1), wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, auf der Grundlage eines Grads der irreversiblen Verschlechterung eine Anomalie in dem Abgasreinigungskatalysator zu diagnostizieren, und in dem Abgasreinigungskatalysator eine Anomalie zu diagnostizieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Abgasreinigungskatalysator strömenden Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und in dem Abgasreinigungskatalysator keine Anomalie zu diagnostizieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Abgasreinigungskatalysator einströmenden Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
    3. (3) Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors gemäß Aspekt (1) oder Aspekt (2), wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, bei der ersten Verschlechterungsgradschätzungssteuerung einen Grad der irreversiblen Verschlechterung des Abgasreinigungskatalysators auf der Grundlage der Ausgabe des NOx-Sensors in einer mittleren Zeitperiode bzw. einer Mittelzeitperiode zu schätzen, welche von dem Umschaltzeitpunkts des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in der Zeitperiode beabstandet ist, in der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Abgasreinigungskatalysator strömenden Abgases das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, von einem Umschalten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis bis zu einem Umschalten auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
    4. (4) Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors gemäß einem der Aspekte (1) bis (3), wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, bei einer zweiten Verschlechterungsgradschätzungssteuerung ohne Verwendung der Ausgabe des NOx-Sensors einen Grad der gesamten Verschlechterung des Abgasreinigungskatalysators zu schätzen, welcher die irreversible Verschlechterung und die reversible Verschlechterung aufgrund einer Schwefelvergiftung des Abgasreinigungskatalysators umfasst, und die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, einen Grad der reversiblen Verschlechterung des Abgasreinigungskatalysators auf der Grundlage eines Grads der gesamten Verschlechterung, welcher durch die zweite Verschlechterungsgradschätzungssteuerung geschätzt worden ist, und einem Grad der irreversiblen Verschlechterung, welcher durch die erste Verschlechterungsgradschätzungssteuerung geschätzt worden ist, zu schätzen.
    5. (5) Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors gemäß Aspekt (3), wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, bei einer zweiten Verschlechterungsgradschätzungssteuerung ohne Verwendung der Ausgabe des NOx-Sensors einen Grad der gesamten Verschlechterung des Abgasreinigungskatalysators, welcher die irreversible Verschlechterung und die reversible Verschlechterung aufgrund einer Schwefelvergiftung des Abgasreinigungskatalysators umfasst, zu schätzen, und die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, einen Vergiftungsbezugswert auf der Grundlage eines Grads der irreversiblen Verschlechterung, welche durch die erste Verschlechterungsgradschätzungssteuerung geschätzt worden ist, derart einzustellen, dass er größer wird, wenn der Grad der irreversiblen Verschlechterung größer wird, und zu beurteilen, dass der Abgasreinigungskatalysator durch Schwefel vergiftet ist, wenn der Grad der gesamten Verschlechterung, welche durch die zweite Verschlechterungsgradschätzungssteuerung geschätzt worden ist, der Vergiftungsbezugswert oder mehr geworden ist.
    6. (6) Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors gemäß Aspekt (4) oder Aspekt (5), ferner mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, welcher in der Abgaspassage in der Strömungsrichtung des Abgases stromabwärts von dem Abgasreinigungskatalysator angeordnet ist, wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, bei der zweiten Verschlechterungsgradschätzungssteuerung einen Grad der gesamten Verschlechterung des Abgasreinigungskatalysators zu schätzen, und zwar auf der Grundlage einer in dem Abgasreinigungskatalysator gespeicherten Sauerstoffmenge von einem Zeitpunkt, wenn ein ausgegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder weniger ist, welches als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches als fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, beurteilt wird, bis zu einem Zeitpunkt, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, welches ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, welches als magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis beurteilt wird, oder auf der Grundlage eines Werts eines Parameters, welcher sich in Übereinstimmung mit dieser Sauerstoffmenge verändert, oder auf der Grundlage einer Sauerstoffmenge, welche von dem Abgasreinigungskatalysator von einem Zeitpunkt, zu dem ein ausgegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors ein mager beurteiltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder mehr ist, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein fett beurteiltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder weniger wird, freigegeben wird, oder eines Werts eines sich in Übereinstimmung mit der Sauerstoffmenge verändernden Parameters.
    7. (7) Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors gemäß Aspekt (4) oder Aspekt (5), ferner mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, welcher in der Abgaspassage in der Strömungsrichtung des Abgases stromabwärts von dem Abgasreinigungskatalysator vorgesehen ist, wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis umzuschalten, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasst wird, gleich oder weniger als ein fett beurteiltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, welches fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, bei der zweiten Verschlechterungsgradschätzungssteuerung einen Grad der gesamten Verschlechterung des Abgasreinigungskatalysators zu schätzen, und zwar auf der Grundlage von zumindest einem Teil des Verhaltens des ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, nachdem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet worden ist und bevor das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht.
    8. (8) Abgasreinigungssystem des Verbrennungsmotors gemäß Aspekt (4), wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, einen Schwefelgehalt des dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffs auf der Grundlage eines Trends in dem Grad der reversiblen Verschlechterung des Abgasreinigungskatalysators bezogen auf eine Zeit oder eine Veränderung des kumulierten Werts einer Ansaugluftmenge bei der Gehaltschätzungssteuerung zu schätzen.
    9. (9) Abgasreinigungssystem des Verbrennungsmotors gemäß Aspekt (8), wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, eine Schwefeldesorptionsverarbeitung zum Desorbieren der bei dem Abgasreinigungskatalysator gespeicherten Schwefelkomponente durchzuführen, und die Gehaltschätzungssteuerung nach der Vollendung der Schwefeldesorptionsverarbeitung gestartet wird.
  • Vorteilhafter Effekt der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, welches ein Auftreten von Fehlbeurteilungen verhindern kann, wenn eine Anomalie in einem Abgasreinigungskatalysator auf der Grundlage der Ausgabe eines NOx-Sensors diagnostiziert wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Ansicht, welche schematisch einen Verbrennungsmotor zeigt, bei dem ein Abgasreinigungssystem gemäß einer Ausführungsform verwendet wird.
    • 2 ist eine Ansicht, welche eine Beziehung zwischen einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases um einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor und einem ausgegebenen Strom des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors zeigt.
    • 3 ist ein Zeitdiagramm, welches eine Veränderung einer Sauerstoffspeichermenge eines stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators etc. zu dem Zeitpunkt des Betriebs eines Verbrennungsmotors zeigt.
    • 4 ist ein Flussdiagramm, welches eine Steuerungsroutine der Steuerung zur Einstellung einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge zeigt.
    • 5 ist eine Ansicht, welche eine Beziehung zwischen einer Ansaugluftmenge und einer durch einen NOx-Sensor erfassten NOx-Konzentration zeigt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
    • 6 ist eine Ansicht, welche eine Beziehung zwischen einer Ansaugluftmenge und einer durch einen NOx-Sensor erfassten NOx-Konzentration zeigt, wenn ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
    • 7 ist ein Zeitdiagramm, welches ähnlich wie 3 Veränderungen der Sauerstoffspeichermenge des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators etc. zeigt, wenn in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator eine Anomalie diagnostiziert wird.
    • 8 ist ein Flussdiagramm, welches eine Steuerungsroutine einer Anomaliediagnosesteuerung zur Diagnose einer Anomalie in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator zeigt.
    • 9 ist ein Zeitdiagramm, welches ähnlich wie 7 Veränderungen in der Sauerstoffspeichermenge des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators etc. zeigt, wenn in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator eine Anomalie diagnostiziert wird.
    • 10 ist ein Flussdiagramm, welches eine Steuerungsroutine einer Anomaliediagnosesteuerung zur Diagnose einer Anomalie in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
    • 11 ist Zeitdiagramm, welches ähnlich wie 7 Veränderungen in der Sauerstoffspeichermenge des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators etc. zeigt, wenn in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator eine Anomalie diagnostiziert wird.
    • 12 ist eine Ansicht, welche ähnlich wie 5 eine Beziehung zwischen einer Ansaugluftmenge und einer durch einen NOx-Sensor erfassten NOx-Konzentration in dem Fall zeigt, in dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
    • Die 13A und 13B sind Querschnittansichten, welche schematisch die Umgebung der Oberfläche eines Abgasreinigungskatalysators zeigen.
    • 14 ist eine Ansicht, welche eine Beziehung zwischen einer Ansaugluftmenge, einer durch den NOx-Sensor erfassten NOx-Konzentration und einem Verschlechterungsgrad aufgrund einer irreversiblen bzw. permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators zeigt.
    • 15 ist ein Flussdiagramm, welches eine Steuerungsroutine der Steuerung zur Schätzung eines Verschlechterungsgrads zeigt, welcher den Grad der Verschlechterung aufgrund einer permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators wiedergibt.
    • 16 ist ein Zeitdiagramm der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge, etc. in dem Fall der Ausführung einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung, welche der in 11 gezeigten dritten Ausführungsform ähnlich ist.
    • 17 ist eine Ansicht, welche eine Beziehung einer Ansaugluftmenge, einer Sauerstoffspeicherkapazität und einem Verschlechterungsgrad aufgrund einer S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators zeigt.
    • 18 ist eine Ansicht, welche eine Beziehung einer Ansaugluftmenge und einer Sauerstoffspeicherkapazität und einem Verschlechterungsgrad aufgrund einer S-Vergiftungsspeicherung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators zeigt.
    • 19 ist ein Flussidagramm, welches eine Steuerungsroutine der Steuerung zur Beurteilung der S-Vergiftung zeigt, welche einen Grad der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators bestimmt.
    • 20 ist ein Zeitdiagramm der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge, etc. im Fall der Ausführung der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung.
    • 21 ist ein Flussdiagramm, welches eine Steuerungsroutine der Steuerung zur Beurteilung der S-Vergiftung zeigt, welche einen Grad der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators bei einem Abgasreinigungssystem gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt.
    • 22 ist ein Flussidagramm des Verschlechterungsgrads aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators.
    • 23 ist ein Flussidagramm, welches eine Steuerungsroutine der Steuerung zur Berechnung eines Verschlechterungsgrads aufgrund der S-Vergiftung zeigt, welcher den Verschlechterungsgrad aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators wiedergibt.
    • 24 ist ein Flussdiagramm, welches eine Steuerungsroutine der Steuerung zur Schätzung eines Gehalts einer Schwefelkomponente zeigt, welche den Gehalt der Schwefelkomponente in dem der Brennkammer zugeführten Kraftstoff schätzt.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Im Folgenden werden mit Bezugnahme auf die Figuren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass bei der folgenden Erklärung ähnliche Komponenten bzw. Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind.
  • Erste Ausführungsform
  • Erklärung des Verbrennungsmotors im Allgemeinen
  • 1 ist eine Ansicht, welche schematisch einen Verbrennungsmotor zeigt, bei dem ein Abgasreinigungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Mit Bezug auf 1 bezeichnet 1 einen Motorkörper, 2 einen Zylinderblock, 3 einen Kolben, welcher sich innerhalb des Zylinderblocks 2 hin und her bewegt, 4 einen Zylinderkopf, welcher an dem Zylinderblock 2 angebracht ist, 5 eine Brennkammer, welche zwischen dem Kolben 3 und dem Zylinderkopf 4 ausgeformt ist, 6 ein Einlassventil, 7 einen Ansaugkanal, 8 ein Auslassventil und 9 einen Abgaskanal. Das Einlassventil 6 öffnet und schließt den Ansaugkanal 7, während das Auslassventil 8 den Abgaskanal 9 öffnet und schließt.
  • Wie in 1 gezeigt, ist eine Zündkerze 10 in einem zentralen Abschnitt einer inneren Wandoberfläche des Zylinderkopfs 4 angeordnet, und ein Kraftstoffeinspritzventil 11 ist an einem Seitenabschnitt der inneren Wandoberfläche des Zylinderkopfs 4 angeordnet. Die Zündkerze 10 ist dazu ausgelegt, in Übereinstimmung mit einem Zündsignal einen Funken zu erzeugen. Weiterhin spritzt das Kraftstoffeinspritzventil 11 in Übereinstimmung mit einem Einspritzsignal eine vorbestimmte Kraftstoffmenge in die Brennkammer 5 ein. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass das Kraftstoffeinspritzventil 11 auch derart angeordnet sein kann, dass es Kraftstoff in den Ansaugkanal 7 einspritzt. Weiterhin wird bei der vorliegenden Ausführungsform Benzin mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 14,6 als Kraftstoff verwendet. Jedoch kann der Verbrennungsmotor, welcher das Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung verwendet, auch einen anderen Kraftstoff als Benzin oder einen mit Benzin vermischten Kraftstoff verwenden.
  • Der Ansaugkanal 7 eines jeden Zylinders ist mit einem Ausgleichstank 14 über ein entsprechendes Saugrohr 13 verbunden und der Ausgleichstank 14 ist mit einem Luftreiniger 16 über eine Ansaugleitung 15 verbunden. Der Ansaugkanal 7, das Saugrohr 13, der Ausgleichstank 14 und die Ansaugleitung 15 bilden einen Ansaugtrakt bzw. eine Ansaugpassage. Weiterhin ist innerhalb der Ansaugleitung 15 ein Drosselventil 18 angeordnet, welches durch einen Drosselventilantriebsaktuator 17 angetrieben wird. Das Drosselventil 18 kann durch den Drosselventilantriebsaktuator 17 betätigt werden, um somit den Öffnungsbereich der Ansaugpassage zu verändern.
  • Der Abgaskanal 9 eines jeden Zylinders ist mit einem Abgaskrümmer 19 verbunden. Der Abgaskrümmer 19 hat eine Mehrzahl von Kanälen, welche mit den Abgaskanälen 9 verbunden sind, und einen Kopfbereich, in dem diese Kanäle gesammelt bzw. gebündelt werden. Der Kopfbereich des Abgaskrümmers 19 ist mit einem stromaufwärtigen Gehäuse 21 verbunden, in welchem ein stromaufwärtiger Abgasreinigungskatalysator 20 untergebracht ist. Das stromaufwärtige Gehäuse 21 ist über eine Abgasleitung 22 mit einem stromabwärtigen Gehäuse 23 verbunden, in welchem ein stromabwärtiger Abgasreinigungskatalysator 24 aufgenommen ist. Die Abgasöffnung 9, der Abgaskrümmer 19, das stromaufwärtige Gehäuse 21, die Abgasleitung 22 und das stromabwärtige Gehäuse 23 bilden eine Abgaspassage.
  • Die elektronische Steuerungseinheit (ECU) 31 besteht aus einem digitalen Computer, welcher mit Komponenten, wie z. B. einem RAM (Random Access Memory) 33, ROM (Read Only Memory) 34, CPU (Mikroprozessor) 35, Eingangsanschluss 36 und Ausgangsanschluss 37 ausgestattet ist, welche miteinander über einen bidirektionalen Bus 32 verbunden sind. Bei der Ansaugleitung 15 ist ein Luftflussmessgerät 39 angeordnet, um die Flussrate von Luft zu erfassen, welche durch die Ansaugleitung 15 fließt. Die Ausgabe des Luftflussmessgeräts 39 wird über einen entsprechenden AD-Wandler 38 in den Eingangsanschluss 36 eingegeben. Weiterhin ist bei dem Kopfabschnitt des Abgaskrümmers 19 ein stromaufwärtiger Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40 angeordnet, welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases erfasst, welches durch das Innere des Abgaskrümmers 19 strömt (das heißt, des Abgases, welches in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 strömt). Zusätzlich ist in der Abgasleitung 22 ein stromabwärtiger Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 angeordnet, welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases erfasst, welches durch das Innere der Abgasleitung 22 strömt (das heißt, des Abgases, welches aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 und in den stromabwärtigen Abgasreinigungskatalysator 24 strömt). Die Ausgaben der Luft-Kraftstoff-Sensoren 40 und 41 werden über die entsprechenden AD-Wandler 38 ebenfalls in den Eingangsanschluss 36 eingegeben.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform werden Luft-Kraftstoff-Sensoren vom Grenzstromtyp als Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren 40 und 41 verwendet. Daher sind die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren 40 und 41, wie in 2 gezeigt, derart ausgelegt, dass die Ausgabeströme der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren 40 und 41 größer werden, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases um die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren 40 und 41 herum höher wird (das heißt, magerer wird). Insbesondere sind die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren 40 und 41 gemäß der vorliegenden Ausführungsform derart ausgelegt, dass die Ausgabeströme sich bezogen auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases um die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren 40 und 41 linear (proportional) verändern. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass bei der vorliegenden Ausführungsform Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren vom Grenzstromtyp als die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren 40 und 41 verwendet werden, aber auch andere Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren als Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren vom Grenzstromtyp verwendet werden können, solange sich die Ausgabe der Sensoren in Übereinstimmung mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases verändert. Derartige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren umfassen beispielsweise einen Sauerstoffsensor, welcher seine Ausgabe nahe bei dem stöchiometrischen Verhältnis abrupt verändert ohne eine Spannung zwischen den sensorbildenden Elektroden anzulegen, etc.
  • Weiterhin ist bei dem Abgasreinigungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein NOx-Sensor 46, welcher die NOx-Konzentration des durch das Innere der Abgasleitung 22 strömenden Abgases erfasst, in der Abgasleitung 22 vorgesehen. Der NOx-Sensor 46 ist in der Strömungsrichtung des Abgases stromabwärts des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 angeordnet und erfasst die NOx-Konzentration des aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 strömenden und in den stromabwärtigen Abgasreinigungskatalysator 24 strömenden Abgases. Der NOx-Sensor 46 ist derart ausgelegt, dass seine Ausgabe größer ist, wenn die NOx-Konzentration in dem Abgas höher wird. Die Ausgabe des NOx-Sensors 46 wird über einen entsprechenden AD-Wandler 38 in den Eingangsanschluss 36 eingegeben. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass der NOx-Sensor 46 auch dazu ausgelegt sein kann, an dem stromaufwärtigen Gehäuse 21 angebracht zu sein, um die NOx-Konzentration in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 zu erfassen. Weiterhin kann der NOx-Sensor 46 auch integral mit dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 ausgebildet sein.
  • Weiterhin ist ein Lastsensor 43, welcher eine Ausgangsspannung erzeugt, die proportional zu der Durchtretmenge des Gaspedals 42 ist, mit dem Gaspedal 42 verbunden. Die Ausgangsspannung des Lastsensors 43 wird über einen entsprechenden AD-Wandler 38 in den Eingangsanschluss 36 eingegeben. Der Kurbelwinkelsensor 44 erzeugt beispielsweise jedes Mal einen Ausgabepuls, wenn sich die Kurbelwelle um 15° dreht. Dieser Ausgabepuls wird in den Eingangsanschluss 36 eingegeben. Bei der CPU 35 wird aus dem Ausgabepuls des Kurbelwinkelsensors 44 die Motordrehzahl errechnet. Auf der anderen Seite ist der Ausgangsanschluss 37 über entsprechende Treiberschaltkreise 45 mit den Zündkerzen 10, Kraftstoffeinspritzventilen 11 und dem Drosselventilantriebsaktuator 17 verbunden. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass die ECU 31 als eine Steuerungs-/Diagnosevorrichtung zum Steuern des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, welches in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmt, und zur Diagnose einer Anomalie in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 auf der Grundlage der Ausgabe des NOx-Sensors 46 fungiert.
  • Der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 und der stromabwärtige Abgasreinigungskatalysator 24 sind Dreiwegekatalysatoren, welche eine Sauerstoffspeicherfähigkeit aufweisen. Insbesondere sind die Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 Dreiwegekatalysatoren, welche einen aus Keramik gefertigten Träger aufweisen, auf welchem ein Edelmetall (beispielsweise Platin Pt), welches einen katalytischen Effekt bzw. Katalysatoreffekt aufweist, und eine Substanz mit einer Sauerstoffspeicherfähigkeit (beispielsweise Cerdioxid CeO2) aufgebracht sind. Ein Dreiwegekatalysator hat die Funktion, gleichzeitig unverbranntes HC, CO und NOx zu reinigen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Dreiwegekatalysator einströmenden Abgases auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird. Zusätzlich werden, wenn die Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 einen gewissen Sauerstoffgehalt speichern, das unverbrannte HC, CO und NOx sogar dann gleichzeitig gereinigt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in die Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 einströmenden Abgases zu einem gewissen Grad von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der mageren oder fetten Seite hin abweicht.
  • Demgemäß wird, wenn die Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 eine Sauerstoffspeicherfähigkeit haben, das heißt, wenn die Sauerstoffspeichermenge der Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 weniger als die maximale Sauerstoffspeichermenge ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in die Abgasreinigungskatalysatoren 20, 24 einströmenden Abgases etwas magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, der in dem Abgas enthaltene überschüssige Sauerstoff in den Abgasreinigungskatalysatoren 20, 24 gespeichert. Daher werden die Oberflächen der Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten. Infolgedessen werden auf der Oberfläche der Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 unverbranntes HC, CO und NOx gleichzeitig gereinigt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus den Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 ausströmenden Abgases das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Wenn andererseits die Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 Sauerstoff freigeben können, das heißt, die Sauerstoffspeichermenge der Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 größer als null ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in die Abgasreinigungskatalysatoren 20, 24 einströmenden Abgases etwas fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wird der Sauerstoff, welcher für die Reduktion der unverbrannten HC und CO, welche in dem Abgas enthalten sind, nicht ausreicht, von den Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 abgegeben. Daher werden die Oberflächen der Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten. Infolgedessen werden auf den Oberflächen der Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 gleichzeitig unverbranntes HC, CO und NOx gereinigt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus den Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 ausströmenden Abgases das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Wenn auf diese Weise die Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 eine bestimmte Menge bzw. einen bestimmten Gehalt an Sauerstoff sogar dann speichern, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in die Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 einströmenden Gases etwas von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der fetten Seite oder der mageren Seite abweicht, werden unverbranntes HC, CO und NOx gleichzeitig gereinigt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus den Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 ausströmenden Gases ist das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Allgemeine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung
  • Als Nächstes wird die allgemeine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung bei dem Abgasreinigungssystem des Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Ausführungsform zusammengefasst. Bei der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Regelung auf der Grundlage des ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 ausgeführt, um die Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils 11 derart zu steuern, dass das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. Das heißt, bei der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Regelung auf der Grundlage des ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 derart ausgeführt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass der Begriff „ausgegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis“ das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bezeichnet, welches dem Ausgangswert bzw. Ausgabewert des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors entspricht.
  • Weiterhin wird bei der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage des ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 etc. eingestellt. Insbesondere wird, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Infolgedessen wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Gases das mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis. In diesem Fall ist das „mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis“ ein vorbestimmtes konstantes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches zu einem gewissen Grad magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (das als Steuerungszentrum dienende Luft-Kraftstoff-Verhältnis) ist, und beispielsweise 14,65 bis 20, vorzugsweise 14,65 bis 18, und weiter vorzugsweise 14,65 bis 16 oder ähnlich ist. Zudem kann das mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis auch als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgedrückt werden, welches durch das Addieren einer positiven Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge zu einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches als Steuerungszentrum dient (bei der vorliegenden Ausführungsform das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis), erhalten wird. Zusätzlich wird bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 ein als fett beurteiltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis (von beispielsweise 14,55) wird, welches ein wenig fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder weniger ist, beurteilt, dass das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis geworden ist.
  • Wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, wird der Sauerstoff-Überschuss/Mangel des Abgases, welches in den Stromabgasreinigungskatalysator 20 einströmt, kumulativ addiert. Der Begriff „Sauerstoff-Überschuss/Mangel“ bezeichnet eine Sauerstoffmenge, welche überschüssig ist, oder eine Sauerstoffmenge, welche nicht ausreichend ist (übermäßiges HC, HCO etc. (im Folgenden als unverbranntes Gas bezeichnet)), wenn versucht wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmt, auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu bringen. Insbesondere, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis das mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, weist das in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmende Abgas übermäßig viel Sauerstoff auf. Dieser überschüssige Sauerstoff wird in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 gespeichert. Daher kann gesagt werden, dass der kumulative Wert des Sauerstoff-Überschusses/Mangels (im Folgenden auch der „kumulative Sauerstoff-Überschuss/Mangel“) den geschätzten Wert der Sauerstoffspeichermenge des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 wiedergibt.
  • Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass der Sauerstoff-Überschuss/Mangel auf der Grundlage des ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 und des geschätzten Werts der Ansaugluftmenge in das Innere der Brennkammer 50, welcher auf der Grundlage der Ausgabe des Luftflussmessgeräts 39 berechnet wird, etc., oder der Kraftstoffzufuhrmenge des Kraftstoffeinspritzventils 11 etc. berechnet wird. Insbesondere wird der Sauerstoff-Überschuss/Mangel OED beispielsweise durch die folgende Formel (1) berechnet: OED=0 ,23 × Qi × ( AFup-AFR )
    Figure DE102018107664A1_0001
    wobei 0,23 die Sauerstoffkonzentration in der Luft anzeigt, Qi die eingespritzte Kraftstoffmenge anzeigt, AFup das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 anzeigt und AFR ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, welches als ein Steuerungszentrum dient (bei der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis).
  • Wenn der kumulative Sauerstoff-Überschuss/Mangel, welcher durch das kumulative Addieren des derartig berechneten Sauerstoff-Überschusses/Mangels erhalten wird, einen vorbestimmten Umschaltbezugswert erreicht (welcher einer vorbestimmten Umschaltbezugsspeichermenge Cref entspricht) oder mehr wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches bis dahin das mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis war, auf das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches zu einem gewissen Grad fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches als Steuerungszentrum dient) ist, und ist beispielsweise 12 bis 14,58, vorzugsweise 13 bis 14,57, mehr vorzugsweise 14 bis 14,55 oder Ähnliches. Weiterhin kann das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgedrückt werden, welches durch das Addieren einer negativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge zu einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches als ein Steuerungszentrum dient (bei der vorliegenden Erfindung bzw. Ausführungsform das stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis) erhalten wird. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass bei der vorliegenden Ausführungsform die Differenz des fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Grad der Fettheit bzw. fetter Grad) auf die Differenz des mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Grad der Magerkeit bzw. magerer Grad) oder weniger eingestellt wird.
  • Wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 wieder das als fett beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder weniger wird, wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wieder auf das mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis gebracht. Dann wird ein ähnlicher Betrieb wiederholt. Auf diese Weise wird bei der vorliegenden Ausführungsform das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases abwechselnd und wiederholt auf das mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis und das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. In anderen Worten wird bei der vorliegenden Ausführungsform das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases abwechselnd zwischen einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet.
  • Erklärung der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung unter Verwendung eines Zeitdiagramms
  • Mit Bezugnahme auf 3 wird der vorstehend erklärte Betrieb im Detail erklärt. 3 ist ein Zeitdiagramm der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC, des ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AFup des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40, der Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20, des kumulativen Sauerstoff-Überschusses/Mangels ΣOED und des ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41, wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird.
  • Es ist zu Kenntnis zu nehmen, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC eine Korrekturmenge bezüglich des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 strömenden Abgases ist. Wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC 0 ist, wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, welches gleich wie das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, welches als Steuerungszentrum dient (im Folgenden auch als „Steuerungszentrums-Luft-Kraftstoff-Verhältnis“ bezeichnet), bei der vorliegenden Ausführungsform das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC ein positiver Wert ist, ist das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches magerer als das Steuerungszentrums-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (bei der vorliegenden Ausführungsform das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis) ist, während, wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC ein negativer Wert ist, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, welches fetter als das Steuerungszentrums-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (bei der vorliegenden Ausführungsform das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis) ist. Weiterhin bezeichnet der Begriff „Steuerungszentrums-Luft-Kraftstoff-Verhältnis“ das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, zu dem die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC in Übereinstimmung mit dem Motorbetriebszustand addiert wird, das heißt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches die Bezugsgröße ist, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Übereinstimmung mit der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC verändert wird.
  • Bei dem in 5 gezeigten Beispiel wird in dem Zustand vor dem Zeitpunkt t1 die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC auf die fett eingestellte Korrekturmenge AFCfett eingestellt (entspricht dem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis). Das heißt, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Damit einhergehend wird das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Unverbranntes Gas etc., welches im dem in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgas enthalten ist, wird in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 gereinigt bzw. entfernt. Damit einhergehend nimmt die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 allmählich ab. Da aufgrund der Reinigung in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 kein unverbranntes Gas etc. in dem aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmenden Abgas enthalten ist, ist das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 im Wesentlichen das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Da das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmt, ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, ist die NOx-Abgabemenge des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 gering.
  • Wenn die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 2 allmählich abnimmt, nähert sich die Sauerstoffspeichermenge OSA null an. Damit einhergehend beginnt ein Teil des unverbrannten Gases, welches in den stromaufwärtigen Reinigungskatalysator 20 strömt, auszuströmen, ohne durch den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 gereinigt worden zu sein. Infolgedessen fällt das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 allmählich ab, und zu dem Zeitpunkt t1 erreicht das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 das als fett beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFfett.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 das fett beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFfett oder weniger wird, um die Sauerstoffspeichermenge OSA zu erhöhen, die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC auf die mager eingestellte Korrekturmenge AFCmager eingestellt (entspricht dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis). Weiterhin wird zu diesem Zeitpunkt der kumulierte Sauerstoff-Überschuss/Mangel ΣOED auf null zurückgesetzt.
  • Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass bei der vorliegenden Ausführungsform die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC umgeschaltet wird, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 das fett beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFfett erreicht. Dies rührt daher, dass, sogar dann, wenn die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 nicht ausreichend ist, manchmal das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmenden Abgases geringfügig von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweicht. Im Umkehrschluss wird das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, welches das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases des aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator ausströmende Abgas niemals erreicht, wenn die Sauerstoffspeichermenge des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 ausreichend ist.
  • Wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem Zeitpunkt t1 auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird, verändert sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases von dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Wenn sich zu dem Zeitpunkt t1 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases zu dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert, nimmt die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 zu. Weiterhin nimmt einhergehend damit der kumulative Sauerstoff-Überschuss/Mangel ΣOED ebenfalls allmählich zu.
  • Daher verändert sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmenden Abgases auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 kehrt zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zurück. Zu diesem Zeitpunkt ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmende Abgases das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis, aber es besteht noch ausreichend Spiel bei der Sauerstoffspeicherfähigkeit des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 und daher wird der in dem einströmenden Abgas enthaltene Sauerstoff in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 gespeichert und NOx durch Reduktion entfernt. Daher ist die NOx- Abgabe des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators gering.
  • Wenn die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 zu dem Zeitpunkt t2 zunimmt, erreicht die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators die Umschaltbezugsspeichermenge Cref. Somit erreicht der kumulierte Sauerstoff-Überschuss/Mangel ΣOED den Umschaltbezugswert OEDref, welcher der Umschaltreferenzspeichermenge Cref entspricht. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn der kumulative Sauerstoff-Überschuss/Mangel ΣOED der Umschaltbezugswert OEDref oder mehr wird, die Sauerstoffspeicherung in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 durch das Umschalten der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC auf die fett eingestellte Korrekturmenge AFCfett unterbrochen. Daher wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Zudem wird zu diesem Zeitpunkt der kumulative Sauerstoff-Überschuss/Mangel ΣOED auf 0 zurückgesetzt. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass die Umschaltbezugsspeichermenge Cref auf einen Wert eingestellt wird, welcher ausreichend klein ist, sodass die Sauerstoffspeichermenge OSA nicht die maximale speicherbare Sauerstoffmenge Cmax erreicht, sogar wenn eine unerwünschte Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aufgrund einer abrupten Beschleunigung des Fahrzeugs etc. auftritt. Beispielsweise wird die Umschaltbezugsspeichermenge Cref auf 3/4 oder weniger, vorzugsweise auf 1/2 oder weniger, weiter vorzugsweise 1/5 oder weniger der maximalen speicherbaren Sauerstoffmenge Cmax eingestellt, bevor der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 verwendet wird. Infolgedessen wird die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC auf die fett eingestellte Korrekturmenge AFCfett umgeschaltet, bevor das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 ein mager beurteiltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht, welches geringfügig magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (beispielsweise 14,65, ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis, bei dem die Differenz zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis fast dieselbe wie die Differenz zwischen dem fett beurteilten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist).
  • Zu dem Zeitpunkt t2 verändert sich, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases von dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Da das in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 strömende Abgas unverbranntes Gas etc. enthält, verringert sich die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 allmählich. Zu diesem Zeitpunkt ist die von dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 abgegebene NOx-Menge klein.
  • Die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 nimmt allmählich ab, und zu dem Zeitpunkt t4 erreicht ähnlich wie zum Zeitpunkt t1 das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 das fett beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFfett. Aufgrunddessen wird die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC auf die mager eingestellte Korrekturmenge AFCmager eingestellt. Dann wird der Zyklus der vorstehend genannten Zeitpunkte t1 bis t4 wiederholt.
  • Wie sich aus der vorstehenden Erklärung ergibt, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Abgabemenge von NOx aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 konstant unterdrückt werden. Weiterhin ist die kumulative Zeitperiode, in der der kumulative Sauerstoff-Überschuss/Mangel ΣOED berechnet wird, kurz, wodurch verglichen mit dem Fall, in dem die Werte über einen langen Zeitverlauf kumulativ addiert werden, das Auftreten eines Berechnungsfehlers verhindert werden kann. Aus diesem Grund wird verhindert, dass ein Berechnungsfehler des kumulativen Sauerstoff-Überschusses/Mangels ΣOED dazu führt, dass NOx abgegeben wird.
  • Weiterhin fällt im Allgemeinen, wenn die Sauerstoffspeichermenge des Abgasreinigungskatalysators konstant gehalten wird, die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgasreinigungskatalysators ab. Das heißt, um die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgasreinigungskatalysators auf einem hohen Niveau zu halten, muss die Sauerstoffspeichermenge des Abgasreinigungskatalysators sich verändern bzw. fluktuieren. Im Gegensatz dazu fluktuiert gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie in 3 gezeigt, die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 konstant aufwärts und abwärts, wodurch verhindert wird, dass die Sauerstoffspeichermenge abfällt.
  • Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass bei der vorstehenden Ausführungsform während der Zeitpunkte t1 bis t2 die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC auf der mager eingestellten Korrekturmenge AFCmager gehalten wird. Während dieser Zeitperiode muss die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC jedoch nicht notwendigerweise konstant gehalten werden. Sie kann auch so eingestellt werden, dass sie fluktuiert und beispielsweise allmählich abnimmt. Ähnlich dazu wird bei der vorstehenden Ausführungsform während den Zeitpunkten t2 bis t3 die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC auf der fett eingestellten Korrekturmenge AFCfett gehalten. Während dieser Zeitperiode muss die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC jedoch nicht notwendigerweise konstant gehalten werden. Sie kann auch so eingestellt werden, dass sie fluktuiert und beispielsweise allmählich zunimmt.
  • Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC eingestellt wird, das heißt, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch die ECU 31 eingestellt wird. Daher stellt die ECU 31 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases auf ein mageres Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein, wenn das von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder weniger wird, und geschätzt wird, dass die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 die Umschaltbezugsspeichermenge Cref oder mehr geworden ist. Zusätzlich stellt die ECU 31 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein, wenn geschätzt worden ist, dass die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 die Umschaltbezugsspeichermenge Cref oder mehr geworden ist, bis das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches durch den stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 erfasst worden ist, das fett beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder weniger geworden ist, ohne, dass die Sauerstoffspeichermenge OSA die maximal speicherbare Sauerstoffmenge Cmax erreicht.
  • Einfacher gesagt, kann bei der vorliegenden Ausführungsform gesagt werden, dass die ECU 31 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (das heißt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases) auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis umschaltet, wenn das durch den stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis das fett beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder weniger wird, und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (das heißt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases) auf das fett Luft-Kraftstoff-Verhältnis einstellt, wenn die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 die Umschaltbezugsspeichermenge Cref oder mehr wird.
  • Flussdiagram der Steuerung zum Einstellen der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge
  • 4 ist ein Flussdiagramm, welches die Steuerungsroutine der Steuerung zum Einstellen der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC zeigt. Die in der Figur gezeigte Steuerungsroutine wird durch Unterbrechen mit einem bestimmten Zeitintervall (beispielsweise 4 Millisekunden) ausgeführt.
  • Wie in 4 gezeigt, wird zuerst in Schritt S11 beurteilt bzw. bestimmt, ob die Bedingung für die Berechnung der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC erfüllt ist. Der Fall, in dem die Bedingung für die Berechnung der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC erfüllt ist, ist beispielsweise ein Fall, in dem ein normaler Betrieb ausgeführt wird, indem eine Regelung ausgeführt wird, wie zum Beispiel in dem Fall, in dem keine Kraftstoffzufuhrunterbrechung ausgeführt wird. Wenn in Schritt S11 beurteilt wird, dass die Berechnungsbedingung der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC erfüllt ist, rückt die Routine zu Schritt S12 vor.
  • Als Nächstes wird in Schritt S12 bestimmt, ob das mager eingestellte Kennzeichen F1 auf AUS gesetzt ist. Das mager eingestellte Kennzeichen F1 ist ein Kennzeichen, welches auf AN gesetzt wird, wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC auf die mager eingestellte Korrekturmenge AFCmager eingestellt ist, und ist sonst auf AUS gesetzt. Wenn in Schritt S12 bestimmt wird, dass das mager eingestellte Kennzeichen F1 auf AUS gesetzt ist, rückt die Routine zu Schritt S13 vor. In Schritt S13 wird bestimmt, ob das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 das fett beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFfett oder weniger ist. Wenn beurteilt wird, dass das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFDwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 größer als das fett beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFfett ist, rückt die Routine zu Schritt 14 vor. In Schritt S14 wird die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC auf der fett eingestellten Korrekturmenge AFCfett gehalten und die Steuerungsroutine wird beendet.
  • Wenn andererseits die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 abnimmt und daher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmenden Abgases abnimmt, wird bei dem Schritt S13 bestimmt, dass das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 das fett beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFfett oder weniger ist. In diesem Fall rückt die Routine zu Schritt S15 vor und die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC wird auf die magere Korrekturmenge AFCmager eingestellt. Als Nächstes wird in Schritt S16 das mager eingestellte Kennzeichen F1 auf AN gesetzt und die Steuerungsroutine beendet.
  • Wenn das mager eingestellte Kennzeichen F1 auf AN gesetzt wird, wird bei der nächsten Steuerungsroutine in Schritt S12 beurteilt, dass das mager eingestellte Kennzeichen F1 nicht auf AUS gesetzt ist, und daher rückt die Routine zu Schritt S17 vor. In Schritt S17 wird bestimmt, ob der kumulative Sauerstoff-Überschuss/Mangel ΣOED von dem Zeitpunkt, wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC auf die mager eingestellte Korrekturmenge AFCmager umgeschaltet worden ist, niedriger als der Umschaltbezugswert OEDref ist. Wenn bestimmt wird, dass der kumulative Sauerstoff-Überschuss/Mangel ΣOED niedriger als der Umschaltbezugswert OEDref ist, rückt die Routine zu Schritt S18 vor und die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC wird auf die mager eingestellte Korrekturmenge AFCmager eingestellt und durchgehend gehalten. Dann wird die Steuerungsroutine beendet. Wenn andererseits die Sauerstoffspeichermenge des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 zunimmt, wird letztendlich in Schritt S17 beurteilt, dass der kumulative Sauerstoff-Überschuss/Mangel ΣOED gleich oder größer als der Umschaltbezugswert OEDref ist, und daher rückt die Routine zu Schritt S19 vor. In Schritt S19 wird die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC auf die fett eingestellte Korrekturmenge AFCfett umgeschaltet. Als Nächstes wird in Schritt S20 das mager eingestellte Kennzeichen F1 wieder auf AUS zurückgesetzt, und dann wird die Steuerungsroutine beendet.
  • Erfassung der Verschlechterung des Katalysators
  • Die wie vorstehend beschrieben konfigurierten Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 verschlechtern sich stark, wenn die Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 über lange Zeitperioden verwendet werden oder die Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 über lange Zeitperioden hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Insbesondere aggregiert das auf den Trägern der Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 aufgebrachte bzw. getragene und in einem Partikelzustand auf den Trägern verteilte Katalysatoredelmetall durch Sintern und fällt daher in seiner katalytischen Aktivität ab.
  • Wenn das Katalysatoredelmetall in seiner Aktivität aufgrund des Sinterns derart abfällt, können, sogar wenn unverbranntes HC, Sauerstoff oder NOx um das Katalysatoredelmetall vorliegen, diese Komponenten nicht mehr ausreichend reagieren. Das heißt, wenn sich die Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 stark verschlechtern, fällt die Fähigkeit, das in die Abgasreinigungskatalysatoren 20 und 24 strömende Abgas zu reinigen.
  • Da der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20, wie vorstehend beschrieben, eine Sauerstoffspeicherfähigkeit aufweist, kann, sowohl, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, als auch, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, die Abgabemenge des NOx von dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator unterdrückt werden.
  • Das heißt, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist und daher auch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, enthält das von dem Motorkörper 1 abgegebene Abgas große Mengen an unverbrannten HC und CO und kleine Mengen an NOx und Sauerstoff. Aus diesem Grund reagiert das in dem in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 strömenden Abgas enthaltene NOx aufgrund der Wirkung des Katalysatoredelmetalls mit dem unverbrannten HC und CO und wird daher reduziert und entfernt. Infolgedessen kann die NOx-Konzentration in dem aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 strömenden Abgas niedrig gehalten werden.
  • Wenn andererseits das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist und daher auch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, enthält das von dem Motorkörper 1 abgegebene Abgas große Mengen von Sauerstoff und NOx und kleine Mengen an unverbranntem HC und CO. Wenn das Abgas, welches große Mengen an Sauerstoff und NOx enthält, in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 strömt, wird der Sauerstoff in dem Abgas in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 gespeichert. Infolgedessen verbleibt NOx in dem Abgas. Das in dem Abgas verbleibende NOx reagiert aufgrund der Wirkung des Katalysatoredelmetalls mit dem in dem Abgas enthaltenen unverbrannten HC oder CO und wird daher reduziert und entfernt. Infolgedessen kann die NOx-Konzentration in dem von dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmenden Abgas niedrig gehalten werden.
  • Wenn sich jedoch der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 verschlechtert, das heißt, in seiner Aktivität aufgrund des Sinterns des Katalysatoredelmetalls abfällt, kann der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 das unverbrannte HC, CO und NOx in dem einströmenden Abgas nicht mehr ausreichend zur Reaktion bringen. Infolgedessen wird NOx aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmen, wenn sich der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 verschlechtert, sogar dann, wenn der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 Sauerstoff speichert, und, wenn das Soll- Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird und daher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. Ähnlich dazu wird sogar dann, wenn in einem Zustand, in welchem der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 Sauerstoff speichern kann, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird und daher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, NOx aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmen.
  • Im Umkehrschluss kann, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird und die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 nicht nahe bei null ist (das heißt, wenn aufgrund der Sauerstoffspeicherfähigkeit des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des von dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmenden Abgases nahe bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist), wenn die aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmende NOx-Menge groß ist, beurteilt werden, dass sich der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 stark verschlechtert. Ähnlich dazu kann, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird und die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 sich nicht nahe bei der maximalen Sauerstoffspeicherkapazität Cmax befindet (das heißt, wenn aufgrund der Sauerstoffspeicherfähigkeit des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmenden Abgases nahe bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist), wenn die aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmende NOx-Menge groß ist, beurteilt werden, dass sich der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 stark verschlechtert.
  • Beziehung zwischen der fetten Fehlfunktion und der Erfassung der Verschlechterung
  • Wie vorstehend beschrieben, wird bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn in dem Zustand des Einstellens des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdown des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 ein fett beurteiltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder weniger wird, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet (Zeitpunkt t1 oder t3 der 3). Daher wird, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird, die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 im Wesentlichen null. Zusätzlich dauert es eine bestimmte Zeitperiode von dem Zeitpunkt, zu dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem tatsächlich Abgas von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 strömt. Daher strömt von einem Zeitpunkt, zu dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem das Abgas von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator einströmt, in dem Zustand, in dem die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators im Wesentlichen null ist, vorübergehend Abgas von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches unverbranntes HC oder CO enthält, in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20.
  • Wenn in dem Zustand, in dem die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 im Wesentlichen null ist, Abgas von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorübergehend in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmt, sammeln sich unverbranntes HC oder CO auf dem Katalysatoredelmetall des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 an. Wenn sich unverbranntes HC oder CO auf dem Katalysatoredelmetall ansammelt, wird die Oberfläche des Katalysatoredelmetalls, welche eine katalytische Wirkung bereitstellen kann (bzw. die katalytisch wirksame Oberfläche) abnehmen und infolgedessen wird auch die katalytische Wirkung des Katalysatoredelmetalls abnehmen (im Folgenden wird ein derartiges Phänomen als „HC-Vergiftung“ bezeichnet). Daher fällt innerhalb einer bestimmten Periode von einem Zeitpunkt, zu dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird, die katalytische Wirkung des Katalysatoredelmetalls ab.
  • Dann reagiert das unverbrannte HC oder CO, welches sich auf der Oberfläche des Katalysatoredelmetalls abgelagert hat, mit dem Sauerstoff in dem Abgas und wird daher allmählich von dem Katalysatoredelmetall desorbiert, wenn weiterhin Abgas von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmt. Zusammen mit einer derartigen Desorption von unverbranntem HC oder CO von dem Katalysatoredelmetall wird die katalytische Wirkung des Katalysatoredelmetalls wiederhergestellt und dadurch wird die HC-Vergiftung wieder aufgehoben.
  • Wenn die vorstehend beschriebene HC-Vergiftung auftritt, fällt die katalytische Wirkung des Katalysatoredelmetalls ab, und daher ist, sogar wenn sich der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 nicht stark verschlechtert hat, die aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 strömende NOx-Menge groß. Daher kann, wie vorstehend beschrieben, wenn in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 in Übereinstimmung mit der NOx-Menge, welche aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmt, eine Anomalie diagnostiziert wird, beurteilt werden, dass sich der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 stark verschlechtert.
  • 5 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen einer Ansaugluftmenge und einer durch den NOx-Sensor 46 erfassten NOx-Konzentration in dem Fall zeigt, in dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (beispielsweise von dem Zeitpunkt t2 bis t3 in 3). Die quadratischen Zeichen in 5 zeigen die Beziehung in dem Fall, in dem der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 normal ist (Katalysator, welcher sich nicht derart verschlechtert, dass die Reinigungsleistung groß abfällt), während die kreisförmigen Zeichen die Beziehung in dem Fall zeigen, in dem der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 anormal ist (als „Kriteriumskatalysator“ bezeichnet, welcher sich zu einem derartigen Grad verschlechtert, dass die Reinigungsleistung stark abfällt).
  • Wie sich aus 5 ergibt, wird, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das heißt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, die durch den NOx-Sensor 46 erfasste NOx-Menge unabhängig von der Ansaugluftmenge größer sein, wenn der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 anormal ist, im Vergleich zu einem Fall, wenn er normal ist. Dies rührt daher her, dass, wie vorstehend beschrieben, wenn sich der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 stark verschlechtert, die aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator ausströmende NOx-Menge zunimmt. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass in dem Fall, in dem der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 anormal ist, die durch den NOx-Sensor 46 erfasste NOx -Konzentration zunimmt, wenn die Ansaugluftmenge zunimmt. Dies rührt daher her, dass das von dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 pro Zeiteinheit ausströmende NOx zusammen mit der Zunahme der Ansaugluftmenge zunimmt. Wenn andererseits der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 normal ist, wird das NOx durch den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 gereinigt und dadurch wird die durch den NOx-Sensor 46 erfasste NOx-Konzentration sogar dann niedrig gehalten, wenn die Ansaugluftmenge zunimmt.
  • 6 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen der Ansaugluftmenge und der durch NOx-Sensor 46 erfassten NOx-Konzentration in dem Fall zeigt, in dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (beispielsweise zwischen den Zeitpunkten t1 bis t2 in 3). Die quadratischen Zeichen in 6 zeigen die Beziehung in dem Fall, in dem der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 normal ist, während die kreisförmigen Zeichen die Beziehung in dem Fall zeigen, in dem der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 anormal ist. 6 zeigt die Beziehung zwischen der Ansaugluftmenge und der durch den NOx-Sensor 46 erfassten NOx-Konzentration, nachdem das durch den stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein fett beurteiltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder weniger wird, in dem Zustand, in dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wurde und daher das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird.
  • Wie sich aus 6 ergibt, verändert sich, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das heißt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmende Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und, wenn die Ansaugluftmenge klein ist, die durch den NOx-Sensor 46 erfasste NOx -Menge nicht viel, wenn der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 anormal bzw. normal ist. Dies rührt daher her, dass, wie vorstehend beschrieben, sogar wenn sich der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 stark verschlechtert, der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 durch HC zu dem Zeitpunkt vergiftet ist, wenn das Umschalten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis erfolgt. Daher wird, wenn eine Anomalie in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 auf der Grundlage der durch den NOX-Sensor 46 erfassten NOx-Konzentration diagnostiziert wird, sogar dann beurteilt, dass der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 anormal ist, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wenn der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 nicht stark verschlechtert ist.
  • Andererseits ist, wie sich aus 6 ergibt, sogar wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wenn die Ansaugluftmenge groß ist, die durch den NOx-Sensor 46 erfasste NOx-Menge größer, wenn der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 anormal ist, im Vergleich zu einem Fall, wenn er normal ist. Dies rührt schätzungsweise daher her, dass, wenn die Ansaugluftmenge groß ist, die in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 strömende Sauerstoffmenge ebenfalls groß ist, und infolgedessen eine HC-Vergiftung schnell aufgehoben wird. Daher kann, sogar wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und, wenn die Ansaugluftmenge groß ist, eine Anomalie in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 angemessen auf der Grundlage der durch den NOx-Sensor 46 erfassten NOx-Konzentration diagnostiziert werden.
  • Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Anomalie in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 auf der Grundlage der durch den NOx-Sensor 46 erfassten NOx-Konzentration diagnostiziert. Insbesondere wird bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn die durch den NOx-Sensor 46 erfasste NOx-Konzentration Cnox ein vorbestimmter Bestimmungsbezugswert Cnoxref oder mehr ist, bestimmt, dass der Verschlechterungsgrad des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20, der mit dem Sintern des Katalysatoredelmetalls (der irreversiblen Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20, im Folgenden auch als „permanente Verschlechterung“ bezeichnet) einhergeht, hoch und der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 anormal ist. Zusätzlich wird bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmenden Abgases das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, eine Anomalie in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 diagnostiziert, während, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 strömenden Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, keine Anomalie in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 diagnostiziert wird. In anderen Worten kann bei der vorliegenden Ausführungsform gesagt werden, dass der Grad der permanenten Verschlechterung nicht auf der Grundlage der Ausgabe des NOx-Sensors 46, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, sondern auf der Grundlage der Ausgabe des NOx-Sensors 46, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, geschätzt wird, wodurch eine Anomalie in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 diagnostiziert wird.
  • 7 ist ein Zeitdiagramm, welches ähnlich wie 3 die Veränderung der Sauerstoffspeichermenge des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 etc. zeigt, wenn eine Anomalie in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 diagnostiziert wird. Insbesondere gibt bezüglich der durch den NOx-Sensor 46 erfassten NOx-Konzentration die durchgezogene Linie in der Figur den Fall wieder, in dem der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 normal ist, während die gestrichelte Linie in der Figur den Fall zeigt, in dem der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 anormal ist. Zusätzlich zeigt 7 die NOx-Konzentration etc. in dem Fall an, in dem die Ansaugluftmenge relativ klein ist. Wie in 7 gezeigt, wird sogar dann, wenn in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 eine Anomalie diagnostiziert wird, eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung ähnlich wie in 3 gezeigt ausgeführt.
  • Wie in 7 durch die gestrichelte Linie gezeigt, ist, wenn der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 anormal ist (in der Figur die gestrichelte Linie), sowohl, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC ein negativer Wert ist) als auch, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC ein positiver Wert ist), die durch den NOx-Sensor 46 erfasste NOx -Konzentration größer als der Bestimmungsbezugswert Cnoxref.
  • Andererseits ist, wie in 7 durch die durchgezogene Linie gezeigt, wenn der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 normal ist, und, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC ein negativer Wert ist), die durch den NOx-Sensor 46 erfasste NOx -Konzentration ein niedriger Wert, welcher niedriger als der Bestimmungsbezugswert Cnoxref ist. Im Gegensatz dazu ist, wenn aufgrund des Effekts der vorstehenden HC-Vergiftung das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC ein positiver Wert ist), die durch den NOx-Sensor 46 erfasste NOx -Konzentration ein hoher Wert, welcher gleich oder höher als der Bestimmungsbezugswert Cnoxref ist.
  • Weiterhin wird, wie vorstehend beschrieben, bei der vorliegenden Ausführungsform eine Anomalie in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das heißt, nur während der Zeitperiode diagnostiziert, welche durch X1 in der Figur angezeigt wird. Wie sich aus 7 ergibt, ist während der Zeitperiode X1 in der Figur, wenn der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 anormal ist, die durch den NOx-Sensor 46 erfasste NOx-Konzentration der Bestimmungsbezugswert Cnoxref oder mehr. Andererseits ist während dieser Zeitperiode X1, wenn der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 normal ist, die durch den NOx-Sensor 46 erfasste NOx-Konzentration weniger als der Bestimmungsbezugswert Cnoxref. Daher kann durch die Diagnostizierung einer Anomalie in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 basierend darauf, ob die durch den NOx-Sensor 46 erfasste NOx-Konzentration während dieser Zeitperiode X1 der Bestimmungsbezugswert Cnoxref oder mehr ist, eine Anomalie des stromabwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 genau bzw. korrekt beurteilt werden.
  • Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass bei der vorstehenden Ausführungsform, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, unabhängig von der Ansaugluftmenge keine Anomalie in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 diagnostiziert wird. Wie sich aus den 5 und 6 ergibt, wird sogar dann, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wenn die Ansaugluftmenge groß ist, auf der Grundlage der durch den NOx-Sensor 46 erfassten NOx-Konzentration angemessen eine Anomalie in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 diagnostiziert. Daher kann sogar dann, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, eine Anomalie in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 diagnostiziert werden, wenn die Ansaugluftmenge an die Brennkammer 5 des Verbrennungsmotors gleich oder größer als eine vorbestimmte Luftmenge ist (beispielsweise 15 g/s).
  • Erklärung des Flussdiagramms
  • 8 ist ein Flussdiagramm, welches eine Steuerungsroutine einer AnomalieDiagnosesteuerung zur Diagnose einer Anomalie in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 zeigt. Die gezeigte Steuerungsroutine wird mit einem gleichbleibenden Zeitintervall ausgeführt.
  • Wie in 8 gezeigt, wird zuerst in Schritt S21 beurteilt, ob die Bedingung zur Ausführung der Anomalie-Diagnose erfüllt ist. Die Bedingung zur Ausführung der Anomalie-Diagnose ist beispielsweise erfüllt, wenn die Temperatur des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 die Aktivierungstemperatur oder mehr ist und die Temperaturen der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren 40 und 41 und des NOx-Sensors 46 die Aktivierungstemperatur oder mehr sind. Die Temperatur des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 wird beispielsweise durch einen Temperatursensor (nicht gezeigt) zur Erfassung der Temperatur des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 erfasst, oder auf der Grundlage der Ausgabe eines Temperatursensors (nicht gezeigt) zur Erfassung der Temperatur des Motorkühlwassers geschätzt. Wenn in Schritt S21 beurteilt wird, dass die Bedingung zur Ausführung einer Anomalie-Diagnose nicht erfüllt ist, wird die Steuerungsroutine beendet.
  • Wenn andererseits in Schritt S21 bestimmt wird, dass die Bedingung zur Ausführung der Anomalie-Diagnose erfüllt ist, rückt die Routine zu Schritt S22 vor. In Schritt S22 wird bestimmt, ob die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC ein positiver Wert ist, das heißt, ob das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Wenn in Schritt S22 bestimmt wird, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC ein positiver Wert ist, das heißt, wenn bestimmt wird, dass das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wird in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 keine Anomalie diagnostiziert und daher wird die Steuerungsroutine beendet. Wenn andererseits in Schritt S22 beurteilt wird, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC ein negativer Wert ist, das heißt, wenn beurteilt wird, dass das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, rückt die Routine zu Schritt S23 vor.
  • In Schritt S23 wird der Bestimmungsbezugswert Cnoxref auf der Grundlage der Temperatur des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 und der Ansaugluftmenge etc. berechnet. Der Bestimmungsbezugswert Cnoxref wird beispielsweise derart eingestellt, dass er zunimmt, wenn die Temperatur des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 abnimmt oder die Ansaugluftmenge zunimmt. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass der Bestimmungsbezugswert Cnoxref ein vorbestimmter konstanter Wert sein kann. In diesem Fall wird der Schritt S23 weggelassen.
  • Als Nächstes wird in Schritt S24 bestimmt, ob die durch den NOx-Sensor 46 erfasste NOx-Konzentration Cnox gleich oder größer als der Bestimmungsbezugswert Cnoxref ist, welcher in Schritt S23 berechnet worden ist. Wenn in Schritt S24 beurteilt wird, dass die erfasste NOx-Konzentration Cnox niedriger als der Bestimmungsbezugswert Cnoxref ist, ist der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 nicht anormal, und demgemäß wird die Steuerungsroutine beendet.
  • Wenn andererseits in Schritt S24 bestimmt wird, dass die erfasste NOx-Konzentration Cnox der Bestimmungsbezugswert Cnoxref oder mehr ist, rückt die Routine zu Schritt S25 vor. In Schritt S25 wird unter Bezugnahme auf vorherige Informationen der Steuerungsroutine beurteilt, ob der Zustand, in dem die erfasste NOx-Konzentration Cnox der Bestimmungsbezugswert Cnoxref oder mehr ist, bereits länger anhält bzw. mehrmals erfasst wurde. Dies ist ein Schritt, welcher verhindert, dass ein Rauschen des NOx-Sensors 46 etc., bewirkt, dass die erfasste NOx-Konzentration Cnox vorübergehend der Bestimmungsbezugswert Cnoxref oder mehr wird, und daher bewirkt, dass der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 fälschlicherweise als anormal beurteilt wird. Insbesondere, wenn beispielsweise mehrfach von Steuerungsroutinen beurteilt wurde, dass die in Schritt S24 erfasste NOx-Konzentration Cnox anhaltend der Bestimmungsbezugswert Cnoxref oder mehr ist, wird beurteilt, dass der Zustand, in dem die erfasste NOx-Konzentration Cnox der Bestimmungsbezugswert Cnoxref oder mehr ist, bereits länger anhält bzw. mehrmals erfasst wurde.
  • Wenn in Schritt S25 bestimmt wird, dass der Zustand, in dem die erfasste NOx-Konzentration Cnox der Bestimmungsbezugswert Cnoxref oder mehr ist, nicht länger anhält bzw. mehrmals erfasst wurde, wird die Steuerungsroutine beendet. Wenn andererseits in Schritt S25 bestimmt wird, dass der Zustand, in dem die erfasste NOx-Konzentration Cnox der Bestimmungsbezugswert Cnoxref oder mehr ist, wiederholt aufgetreten ist, rückt die Routine zu Schritt S26 vor. In Schritt S26 wird bestimmt, dass der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 anormal geworden ist und es wird beispielsweise eine Warnleuchte angeschaltet.
  • Zweite Ausführungsform
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 9 und 10 ein Abgasreinigungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform erklärt. Die Konfiguration und Steuerung gemäß dem Abgasreinigungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform sind im Wesentlichen dieselben wie die Konfiguration und Steuerung des Abgasreinigungssystems gemäß der ersten Ausführungsform. Daher werden hauptsächlich die Teile erklärt, welche sich von dem Abgasreinigungssystem gemäß der ersten Ausführungsform unterscheiden.
  • 9 ist ein Zeitdiagramm, welches ähnlich wie 7 Veränderungen der Sauerstoffspeichermenge des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 etc. zeigt, wenn eine Anomalie in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 diagnostiziert wird. In 9 gibt, ähnlich wie in 7 bezüglich der durch den NOx-Sensor 46 erfassten NOx-Konzentration die durchgezogene Linie in der Figur den Fall wieder, in dem der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 normal ist, während die gestrichelte Linie in der Figur den Fall zeigt, in dem der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 anormal ist.
  • In dieser Hinsicht verändert sich nahe bei dem Zeitpunkt des Umschaltens des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis (beispielsweise zum Zeitpunkt t1) oder nahe bei dem Zeitpunkt des Umschaltens des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis (beispielsweise zum Zeitpunkt t2) die Atmosphäre in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 sehr stark. Daher kann, zusammen mit der Veränderung der Atmosphäre des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20, NOx aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmen, obwohl der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 normal ist.
  • Daher wird bei dem Abgasreinigungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform eine Anomalie des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 nur während der Zeitperiode (Zeitperiode X2 in der Figur) diagnostiziert, welche von einem Zeitpunkt, zu dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird (beispielsweise zu dem Zeitpunkt t2), und, von einem Zeitpunkt, zu dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird (beispielsweise zum Zeitpunkt t3) innerhalb der Zeitperiode beabstandet ist, während der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist (beispielsweise die Zeitpunkte t2 bis t3). Das heißt, bei der vorliegenden Ausführungsform diagnostiziert das System eine Anomalie in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 nur in einer teilweisen Zeitperiode bzw. einem Ausschnitt der Zeitperiode im Zentrum bzw. der Mitte der Zeitperiode, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist (beispielsweise in der Zeitperiode um die Hälfte der gesamten Zeitperiode).
  • Insbesondere wird die der vorstehend genannten Zeitperiode X2 entsprechende Zeitperiode auf der Grundlage der Zeit eingestellt, welche ausgehend von einem Zeitpunkt, zu dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird (beispielsweise der Zeitpunkt t2), verstrichen ist. Eine Anomalie-Diagnose des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 wird gestartet, wenn die verstrichene Zeit von dem Zeitpunkt des Umschaltens des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine erste vorbestimmte Zeit oder mehr wird, während die Diagnose der Anomalie beendet wird, bevor sie eine zweite vorbestimmte Zeit erreicht. In dieser Hinsicht ist die erste vorbestimmte Zeit beispielsweise auf 1/8 bis 1/3, oder ähnliches der normalen Zeitdauer von einem Zeitpunkt des Umschaltens des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis bis zu einem Zeitpunkt des Umschaltens auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Weiterhin wird die zweite vorbestimmte Zeit beispielsweise auf 2/3 bis 7/8, oder ähnliches der normalen Zeitdauer von dem Zeitpunkt des Umschaltens des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis bis zu dem Zeitpunkt des Umschaltens auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Aufgrunddessen kann verhindert werden, dass der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 aufgrund des aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 zusammen mit dem Umschalten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausströmenden NOx fälschlicherweise als anormal beurteilt wird.
  • Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass bei dem vorstehend erwähnten Beispiel die Zeitperiode, welche der Zeitperiode X2 entspricht, auf der Grundlage der verstrichenen Zeit von einem Zeitpunkt des Umschaltens des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, diese aber auch beispielsweise auf der Grundlage des kumulativen Sauerstoffmangels etc. eingestellt werden kann. In diesem Fall wird die Anomalie-Diagnose des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 gestartet, wenn der kumulative Sauerstoffmangel von dem Zeitpunkt des Umschaltens des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine erste vorbestimmte Menge oder weniger wird, während die Anomalie-Diagnose beendet wird, bevor eine zweite vorbestimmte Menge erreicht wird. In dieser Hinsicht ist die erste vorbestimmte Menge beispielsweise auf 1/8 bis 1/3 oder ähnliches der Sauerstoffspeicherkapazität des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 eingestellt. Weiterhin ist die zweite vorbestimmte Menge beispielsweise auf 2/3 bis 7/8 oder ähnliches der Sauerstoffspeicherkapazität des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 eingestellt.
  • 10 ist ein Flussdiagramm einer Steuerungsroutine der AnomalieDiagnosesteuerung zur Diagnose einer Anomalie in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die gezeigte Steuerungsroutine wird mit einem gleichbleibenden Zeitintervall ausgeführt. Die Schritte S31 und S32 der 10 sind den Schritten S21 und S22 der 8 ähnlich, und weiterhin sind die Schritte S36 bis S37 der 10 den Schritten S23 bis S26 der 8 ähnlich, weswegen eine wiederholte Beschreibung dieser Schritte hier weggelassen wird.
  • Wenn in Schritt S32 bestimmt wird, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC ein negativer Wert ist, das heißt, wenn bestimmt wird, dass das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, rückt die Routine zu Schritt S33 vor. In Schritt S33 wird bestimmt, ob die aktuelle Zeit in eine bestimmte Zeitperiode fällt, welche der vorher erwähnten Zeitperiode X2 entspricht. Die Bestimmung, ob die aktuelle Zeit in eine bestimmte Zeitperiode fällt, wird auf der Grundlage der Zeitdauer von einem Zeitpunkt des Umschaltens des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder des kumulativen Sauerstoff-Überschusses/Mangels ΣOED ausgeführt. Wenn in Schritt S33 bestimmt wird, dass die aktuelle Zeit nicht in die vorstehend beschriebene Zeitperiode fällt, wird die Steuerungsroutine beendet. Wenn andererseits in Schritt S33 bestimmt wird, dass die aktuelle Zeit in die vorstehend beschriebene bestimmte Zeitperiode fällt, rückt die Routine zu Schritt S34 vor.
  • Dritte Ausführungsform
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 11 ein Abgasreinigungssystem gemäß einer dritten Ausführungsform erklärt. Die Konfiguration und Steuerung des Abgasreinigungssystems gemäß der dritten Ausführungsform sind im Wesentlichen dieselben wie die Konfiguration und Steuerung des Abgasreinigungssystems gemäß der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform. Daher werden hauptsächlich die Teile beschrieben, welche sich von den Abgasreinigungssystemen gemäß der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform unterscheiden.
  • Bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform und zweiten Ausführungsform werden bei der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 das fett beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFfett oder weniger ist, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet. Zusätzlich dazu wird, wenn der kumulierte Sauerstoff-Überschuss/Mangel ΣOED der Umschaltbezugswert OEDref oder mehr wird, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem ähnlichen Zeitpunkt umgeschaltet, das heißt, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 das als fett beuteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFfett oder weniger wird. Andererseits wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 das als mager beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFmager oder mehr wird.
  • Sogar im Fall einer derartigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung kann, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 durch HC vergiftet werden. Daher wird auch bei der vorliegenden Ausführungsform eine Anomalie bei dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 während der Zeitperiode diagnostiziert, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist (Zeitperiode X1 in 11) oder einer bestimmten Zeitperiode, welche einem Teil dieser Zeitperiode entspricht (entsprechend der bestimmten Zeitperiode der vorstehend genannten zweiten Ausführungsform). Vierte Ausführunsform
  • Als Nächstes wird mit Bezugnahme auf die 12 bis 15 ein Abgasreinigungssystem gemäß einer vierten Ausführungsform erklärt. Die Konfiguration und Steuerung des Abgasreinigungssystems gemäß der vierten Ausführungsform sind im Wesentlichen dieselben wie die Konfiguration und Steuerung der Abgasreinigungssysteme gemäß der ersten Ausführungsform bis dritten Ausführungsform. Daher werden hauptsächlich die Teile beschrieben, welche sich von den Abgasreinigungssystemen dieser Ausführungsformen unterscheiden.
  • Typen der Katalysatorverschlechterung
  • Die Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 umfasst zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Verschlechterung aufgrund des Sinterns der Katalysatoredelmetalle eine S-Vergiftungsverschlechterung, welche aufgrund dessen auftritt, dass die in dem Abgas enthaltene Schwefelkomponente in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 gespeichert wird.
  • Bei der Verschlechterung aufgrund des Sinterns der Katalysatoredelmetalle können, soweit das Sintern eine Aggregation der Katalysatoredelmetalle bewirkt, die aggregierten Katalysatoredelmetalle nicht in ihren Ursprungszustand zurückgeführt werden, wenn der Abgasreinigungskatalysator 20 in einem Fahrzeug eingebaut ist. Daher kann gesagt werden, dass die Verschlechterung aufgrund des Sinterns der Katalysatoredelmetalle eine irreversible Verschlechterung ist (wie vorstehend beschrieben wird eine derartige Verschlechterung auch als „permanente Verschlechterung“ bezeichnet).
  • Andererseits kann bei der S-Vergiftungsverschlechterung sogar dann, wenn der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator die Schwefelkomponente speichert, eine Desorption der gespeicherten Schwefelkomponente unter bestimmten Bedingungen (gemäß denen beispielsweise die Temperatur des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 eine bestimmte hohe Temperatur oder mehr ist und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 strömenden Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist) bewirkt werden. Daher kann gesagt werden, dass die S-Vergiftungsverschlechterung eine reversible bzw. reversible Verschlechterung ist.
  • Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass im Folgenden die Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20, welche diese permanente Verschlechterung und die S-Vergiftungsverschlechterung umfasst, als „Gesamtverschlechterung“ bzw. „gesamte Verschlechterung“ bezeichnet wird. Daher nimmt, wenn der Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 zunimmt, der Grad der gesamten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 zu, während gleichermaßen, wenn der Grad der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 zunimmt, der Grad der gesamten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 zunimmt.
  • Durch die Verschlechterungsschätzung geschätzte Verschlechterung
  • Wie vorstehend beschrieben, kann, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 strömenden Abgases auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird und die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 nicht nahe bei null ist (das heißt, wenn aufgrund der Sauerstoffspeicherfähigkeit des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des von dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmenden Abgases nahe bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist), wenn die NOx-Konzentration des aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmenden Abgases höher ist, bestimmt werden, dass die Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 größer ist. Weiterhin kann, wenn die HC-Vergiftung nicht in Betracht gezogen wird, sogar dann, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist und die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 nicht nahe bei der maximalen Sauerstoffspeicherkapazität Cmax ist (das heißt, wenn aufgrund der Sauerstoffspeicherfähigkeit des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmenden Abgases nahe bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist), wenn die NOx-Konzentration des aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmenden Abgases höher ist, bestimmt werden, dass die Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 größer ist. Das heißt, der Verschlechterungsgrad des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 kann auf der Grundlage der Konzentration des NOx, welches aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmt, geschätzt werden.
  • Der Verschlechterungsgrad des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20, welcher zu diesem Zeitpunkt geschätzt wird, wird als der Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung betrachtet. Das heißt, es wird angenommen, dass der Grad der Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20, welcher zu diesem Zeitpunkt geschätzt wird, der Verschlechterungsgrad des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 ist, bei dem der Effekt aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung von der gesamten Verschlechterung ausgenommen wurde. Im Folgenden wird erklärt, warum dies so angenommen wird.
  • 12 ist eine Ansicht, welche ähnlich wie 5 die Beziehung zwischen der Ansaugluftmenge und der durch den NOx-Sensor 46 erfassten NOx-Konzentration in dem Fall zeigt, in dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Die quadratischen Zeichen in 12 zeigen eine Beziehung in dem Fall, in dem der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 normal ist. Die kreisförmigen Zeichen in 12 zeigen die Beziehung in dem Fall, in dem der Abgasreinigungskatalysator 20 keine S-Vergiftungsverschlechterung, sondern eine permanente Verschlechterung erlitten hat, während die dreieckigen Zeichen die Beziehung in dem Fall zeigen, in dem der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator keine permanente Verschlechterung, sondern nur eine S-Vergiftungsverschlechterung erlitten hat.
  • Wie sich aus 12 ergibt, ist, wenn der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 eine permanente Verschlechterung erlitten hat, die durch den NOx-Sensor 46 erfasste NOx-Konzentration im Vergleich zu einem Fall, in dem der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 normal ist, erhöht. Dies rührt daher her, dass, wie vorstehend beschrieben, wenn der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 eine permanente Verschlechterung erleidet, die aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmende NOx-Menge zunimmt. Wenn andererseits der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 eine S-Vergiftungsverschlechterung erleidet, ist die durch den NOx-Sensor 46 erfasste NOx-Konzentration derselbe Grad bzw. genauso hoch wie in dem Fall, in dem der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 normal ist. Aufgrund dieser Ergebnisse wird angenommen, dass der Verschlechterungsgrad des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators, welcher auf der Grundlage der aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmenden NOx-Konzentration geschätzt wird, der Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung ist.
  • Der Mechanismus hinter dem Phänomen, dass die von dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmende NOx-Konzentration sich in Übereinstimmung mit dem Grad der Verschlechterung aufgrund der permanenten Verschlechterung verändert, sich aber in Übereinstimmung mit der S-Vergiftungsverschlechterung nicht verändert, wurde noch nicht erforscht. Es wird jedoch angenommen, dass ein derartiges Phänomen aufgrund des folgenden Mechanismus auftritt.
  • Die 13A und 13B sind Querschnittsansichten, welche schematisch die Umgebung der Oberfläche des Abgasreinigungskatalysators zeigen. Wie in der 13A gezeigt, sind auf der Oberfläche des Abgasreinigungskatalysators Palladium 51 und Rhodium 52 als Katalysatoredelmetalle auf dem Träger 50 aufgebracht bzw. getragen, welcher auch eine Substanz trägt, welche eine Sauerstoffspeicherfähigkeit hat. Wenn eine permanente Verschlechterung bei einem derartig ausgebildeten Abgasreinigungskatalysator auftritt, aggregieren die Partikel des Palladiums 51 und die Partikel des Rhodiums 52, welche auf dem Träger aufgebracht bzw. getragen sind, aufgrund des Sinterns. Infolgedessen werden die Oberflächenbereiche des Palladiums 51 und des Rhodiums 52 kleiner, und daher nimmt die katalytische Wirkung der Katalysatoredelmetalle ab.
  • 13B zeigt eine Querschnittsansicht zu dem Zeitpunkt, zu dem eine S-Vergiftungsverschlechterung auftritt. Wie in 13B gezeigt, tendiert die Schwefelkomponente 53 dazu, an der Oberfläche des Palladiums 51 zu adsorbieren und nur wenig an der Oberfläche des Rhodiums 52 zu adsorbieren. Daher nimmt, wenn eine S-Vergiftungsverschlechterung bei dem Abgasreinigungskatalysator auftritt, die katalytische Wirkung aufgrund des Palladiums 51 ab, aber die katalytische Wirkung des Rhodiums 52 nimmt nicht dermaßen stark ab. In dieser Hinsicht wird die Reduktion des NOx in dem Abgas hauptsächlich durch das Rhodium 52 ausgeführt bzw. unterstützt. Aus diesem Grund ist, sogar wenn in dem Abgasreinigungskatalysator die S-Vergiftungsverschlechterung auftritt, die Reduktion des NOx durch das Rhodium 52 nicht allzu stark eingeschränkt. Aufgrund eines derartigen Mechanismus, wie in 12 gezeigt, wird angenommen, dass sich die Konzentration des aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmenden NOx sogar, wenn eine S-Vergiftungsverschlechterung auftritt, nicht in Übereinstimmung mit der S-Vergiftungsverschlechterung verändert.
  • Steuerung der vierten Ausführungsform
  • Unter Berücksichtigung eines derartigen Phänomens kann der Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 auf der Grundlage der aus dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 ausströmenden NOx geschätzt werden. Wenn jedoch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, kann aufgrund der HC-Vergiftung, wie vorstehend beschrieben, der Verschlechterungsgrad des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators auf der Grundlage der NOx-Konzentration manchmal nicht genau geschätzt werden. Daher wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 nicht auf der Grundlage der Ausgabe des NOx-Sensors 46 geschätzt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, sondern auf der Grundlage der Ausgabe des NOx-Sensors 46 geschätzt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
  • 14 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen der Ansaugluftmenge und der durch den NOx-Sensor 46 erfassten NOx-Konzentration und dem Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 zeigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird diese Beziehung dazu verwendet, den Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 auf der Grundlage der Ansaugluftmenge und NOx-Konzentration zu schätzen. Wie in 14 gezeigt, wird der Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung in der Annahme geschätzt, dass die von dem NOx-Sensor 46 erfasste NOx-Konzentration höher ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist und der Grad der Verschlechterung aufgrund der permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 höher ist. Weiterhin wird, wie in 14 gezeigt, der Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung in der Annahme geschätzt, dass, wenn die Ansaugluftmenge innerhalb der Brennkammer 5 kleiner wird, der Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 höher wird.
  • Zusätzlich ist, wie in 14 gezeigt, wenn die durch den NOx-Sensor 46 erfasste NOx-Konzentration der Bestimmungsbezugswert Cnoxref oder mehr ist, der Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung extrem hoch, und daher wird bestimmt, dass der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 anormal ist. Der Bestimmungsbezugswert Cnoxref ist zu diesem Zeitpunkt beispielsweise gleich wie der Bestimmungsbezugswert Cnoxref bei der ersten Ausführungsform eingestellt. Daher wird der Bestimmungsbezugswert Cnoxref derart eingestellt, dass er größer wird, wenn die Ansaugluftmenge größer wird.
  • 15 ist ein Flussdiagramm, welches eine Steuerungsroutine der Verschlechterungsgradschätzungssteuerung zum Schätzen des Verschlechterungsgrads aufgrund der permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 zeigt. Die gezeigte Steuerungsroutine wird mit einem konstanten Zeitintervall ausgeführt.
  • Wie in 15 gezeigt, wird zuerst in Schritt S41 bestimmt, ob die Bedingung für die Ausführung der Verschlechterungsgradschätzungssteuerung erfüllt ist. Die Bedingung für die Ausführung der Verschlechterungsgradschätzungssteuerung ist beispielsweise ähnlich wie die Bedingung für die Ausführung der Anomalie-Diagnose in Schritt 21 der 8. Wenn in Schritt S41 bestimmt wird, dass die Bedingung für die Ausführung der Anomalie-Diagnose erfüllt ist, rückt die Routine zu Schritt S42 vor.
  • In Schritt S42 wird bestimmt, ob die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC ein positiver Wert ist, das heißt, ob das in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmende Abgas ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis hat. Wenn in Schritt S42 bestimmt wird, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC ein positiver Wert ist, wird der Verschlechterungsgrad nicht geschätzt und die Steuerungsroutine wird beendet. Wenn andererseits in Schritt S42 bestimmt wird, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC ein negativer Wert ist, rückt die Routine zu Schritt S43 vor.
  • In Schritt 43 wird beispielsweise die Ansaugluftmenge in eine Brennkammer 5 auf der Grundlage der Ausgabe des Luftflussmessgeräts 39 berechnet, während der Bestimmungsbezugswert Cnoxref auf der Grundlage der berechneten Ansaugluftmenge berechnet wird. Der Bestimmungsbezugswert Cnoxref wird, wie vorstehend beschrieben, derart berechnet, dass er größer wird, wenn die Ansaugluftmenge größer wird.
  • Als Nächstes wird in Schritt S44 beurteilt, ob die durch den NOx-Sensor 46 erfasste NOx-Konzentration Cnox gleich oder größer als der in Schritt S43 berechnete Bestimmungsbezugswert Cnoxref ist. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass die in Schritt S43 verwendete NOx-Konzentration Cnox auch der Durchschnittswert der durch den NOx-Sensor 46 berechneten NOx-Konzentration etc. während einer vorbestimmten Zeitperiode sein kann. Wenn in Schritt S43 bestimmt wird, dass die erfasste NOx-Konzentration geringer als der Bestimmungsbezugswert Cnoxref ist, rückt die Routine zu Schritt S45 vor.
  • In Schritt S45 wird der Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 auf der Grundlage der in Schritt S43 berechneten Ansaugluftmenge und der durch den NOx-Sensor 46 erfassten NOx-Konzentration Cnox unter Verwendung des in 14 gezeigten Kennfelds berechnet, woraufhin die Steuerungsroutine beendet wird.
  • Wenn andererseits in Schritt S44 bestimmt wird, dass die erfasste NOx-Konzentration Cnox der Bestimmungsbezugswert Cnoxref oder mehr ist, rückt die Routine zu Schritt S46 vor. In Schritt S46 wird bestimmt, dass der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 anormal ist und es wird beispielsweise eine Warnleuchte angeschaltet.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 16 bis 18 ein Abgasreinigungssystem gemäß einer fünften Ausführungsform erklärt. Die Konfiguration und Steuerung des Abgasreinigungssystems gemäß der fünften Ausführungsform sind im Wesentlichen dieselben wie die Konfiguration und Steuerung der Abgasreinigungssysteme gemäß der dritten und vierten Ausführungsform, weswegen im Folgenden hauptsächlich die Teile beschrieben werden, welche sich von den Abgasreinigungssystemen gemäß dieser Ausführungsformen unterscheiden.
  • Verfahren zur Abschätzung der S-Vergiftungsverschlechterung
  • Wie vorstehend beschrieben, kann die Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 grob in eine permanente Verschlechterung und eine S-Vergiftungsverschlechterung aufgeteilt werden. Bei diesen kann der Verschlechterungsgrad bezüglich der permanenten Verschlechterung durch das Verfahren gemäß der vierten Ausführungsform geschätzt werden. Jedoch kann gemäß dem Verfahren der vierten Ausführungsform der Verschlechterungsgrad aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung nicht geschätzt werden. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform ein Verfahren zum Schätzen des Verschlechterungsgrads aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung bereitgestellt.
  • 16 ist ein Zeitdiagramm der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge etc., wenn eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung ähnlich wie bei der in 11 gezeigten dritten Ausführungsform ausgeführt wird. Wie in 16 gezeigt, wird bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 das fett beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFfett oder weniger wird, die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC von der fett eingestellten Korrekturmenge AFCfett auf die mager eingestellte Korrekturmenge AFCmager umgeschaltet. Daher wird zu diesem Zeitpunkt das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet und demgemäß verändert sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases von dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Wenn andererseits bei der vorliegenden Ausführungsform das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 das mager beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFmager oder mehr wird, wird die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC von der mager eingestellten Korrekturmenge AFCmager auf die fett eingestellte Korrekturmenge AFCfett umgeschaltet. Daher wird zu diesem Zeitpunkt auch das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet, und demgemäß verändert sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • In dieser Hinsicht gibt die Sauerstoffmenge, welche in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 von einem Zeitpunkt, zu dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases sich auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Zustand verändert, in dem das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 das fett beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFfett oder weniger ist, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 das mager beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFmager oder mehr wird, gespeichert worden ist, die Sauerstoffmenge wieder, welche der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 speichern kann. Das heißt, in 16 gibt beispielsweise der kumulative Sauerstoff-Überschuss/Mangel ΣOED von dem Zeitpunkt t1 zu dem Zeitpunkt t2 (in der Figur ΣOED1) die Sauerstoffmenge wieder, welche der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 speichern kann.
  • Ähnlich dazu gibt die Sauerstoffmenge, welche von dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 von einem Zeitpunkt, zu dem sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Zustand verändert, in dem das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 das mager beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFmager oder mehr ist, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 auf das fett beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFfett oder darunter fällt, freigegeben wird, ebenfalls die Sauerstoffmenge wieder, welche der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 speichern kann. Das heißt, in 16 gibt beispielsweise der kumulative Sauerstoff-Überschuss/Mangel ΣOED von dem Zeitpunkt t2 zu dem Zeitpunkt t3 (in der Figur ΣOED2) ebenfalls die Sauerstoffmenge an, welche der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 speichern kann.
  • Weiterhin ist bekannt, dass sich die Sauerstoffspeicherkapazität des Abgasreinigungskatalysators in Übereinstimmung mit dem Grad der gesamten Verschlechterung des Abgasreinigungskatalysators verändert. Insbesondere wird, je höher der Grad der gesamten Verschlechterung des Abgasreinigungskatalysators ist, welche die vorstehend beschriebene permanente Verschlechterung und S-Vergiftungsverschlechterung umfasst, desto mehr die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgasreinigungskatalysators verringert. Daher nimmt, wie vorstehend beschrieben, die Sauerstoffspeicherkapazität des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20, welche auf der Grundlage des kumulierten Sauerstoff-Überschusses/Mangels ΣOED berechnet wird, ab, wenn der Grad der gesamten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 zunimmt. Daher kann die Sauerstoffspeicherkapazität des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20, wie vorstehend beschrieben, berechnet werden und der Grad der gesamten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 auf der Grundlage der berechneten Sauerstoffspeicherkapazität des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 geschätzt werden.
  • Weiterhin kann zusätzlich zu dem Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 der Grad der gesamten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators auf diese Weise ermittelt werden und der Verschlechterungsgrad aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 auf dieser Grundlage berechnet werden.
  • Steuerung bei der fünften Ausführungsform
  • Somit wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform zuerst bei einer Schätzungssteuerung des Grads der gesamten Verschlechterung bzw. einer Gesamtverschlechterungsgradschätzungsteuerung der Grad der gesamten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 geschätzt. Bei der Gesamtverschlechterungsgradschätzungssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Grad der gesamten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators geschätzt, und zwar auf der Grundlage der Sauerstoffspeicherkapazität des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 oder eines Parameters, welcher sich in Übereinstimmung mit der Sauerstoffspeicherkapazität verändert (beispielsweise des kumulativen Sauerstoff-Überschusses/Mangels). Die Sauerstoffspeicherkapazität des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 oder des Parameters, welcher sich in Übereinstimmung damit verändert, wird beispielsweise als der Wert des in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 gespeicherten Sauerstoffs berechnet (oder des Parameters, welcher sich in Übereinstimmung mit dieser Sauerstoffmenge verändert) von dem Zustand, in dem das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 das fett beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFfett oder weniger ist, bis zu dem Zustand, in dem es das mager beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFmager oder mehr ist, oder der Wert der Sauerstoffmenge, welche von dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 abgegeben wird (oder des Parameters, welcher sich in Übereinstimmung mit dieser Sauerstoffmenge verändert) von dem Zustand, bei dem das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 das mager beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFmager oder mehr ist, bis zu dem Zustand, bei dem es das fett beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFfett oder weniger ist.
  • Dann wird der Verschlechterungsgrad aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 berechnet, und zwar auf der Grundlage des Verschlechterungsgrads aufgrund der permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20, welcher auf der Grundlage der Ausgabe des NOx-Sensors 46 geschätzt worden ist, und dem Grad der gesamten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20, welcher auf der Grundlage der Sauerstoffspeicherkapazität des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 geschätzt worden ist.
  • Die 17 und 18 sind Ansichten, welche die Beziehung der Ansaugluftmenge, der Sauerstoffspeicherkapazität OSC und dem Verschlechterungsgrad aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 zeigen. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Verschlechterungsgrad aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 auf der Grundlage einer Ansaugluftmenge und Sauerstoffspeicherkapazität OSC unter Verwendung dieser Beziehung geschätzt. Insbesondere zeigt 17 die Beziehung in dem Fall, in dem der Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators niedrig ist, während 18 die Beziehung in dem Fall zeigt, in dem der Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 hoch ist. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass die gestrichelte Linie in 18 die Beziehung zeigt, wenn der Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 niedrig ist, das heißt, die Beziehung der 17.
  • Wie in den 17 und 18 gezeigt, wird der Verschlechterungsgrad aufgrund einer S-Vergiftungsverschlechterung unter der Annahme geschätzt, dass der Verschlechterungsgrad aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung niedriger wird, wenn die Sauerstoffspeicherkapazität OSC größer wird, das heißt, wenn der Grad der gesamten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 niedriger ist. Weiterhin wird, wie in den 17 und 18 gezeigt, der Verschlechterungsgrad aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung in der Annahme geschätzt, dass der Verschlechterungsgrad aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 höher wird, wenn die Ansaugluftmenge in die Brennkammer 5 kleiner wird.
  • Weiterhin wird, wie sich aus einem Vergleich der Beziehungen aus 17 und 18 ergibt, wenn der Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 hoch ist (18), im Vergleich zu einem Fall, in dem er niedrig ist (17), der Verschlechterungsgrad aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung bezogen auf die Sauerstoffspeicherkapazität OSC, das heißt, den Grad der gesamten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20, niedriger geschätzt. Daher wird, wenn der Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung hoch ist (18) im Vergleich zu einem Fall, in dem er niedrig ist (17), sogar dann, wenn die Sauerstoffspeicherkapazität OSC dieselbe ist, das heißt, sogar dann, wenn der Grad der gesamten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 derselbe ist, der Grad der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung als niedrig eingeschätzt.
  • Weiterhin wird bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Verschlechterungsgrad aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung eine bestimmte Menge oder mehr erreicht, bestimmt, dass die Schwefelvergiftung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 groß geworden ist. Insbesondere, wenn die Sauerstoffspeicherkapazität OSC die Vergiftungsbezugssauerstoffspeicherkapazität OSCref oder weniger wird, das heißt, wenn der Grad der gesamten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 der Vergiftungsbezugswert oder mehr wird, wird bestimmt, dass die Schwefelvergiftung bei dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 groß geworden ist. Die Vergiftungsbezugssauerstoffspeicherkapazität OSCref, das heißt, der Vergiftungsbezugswert wird auf der Grundlage des Verschlechterungsgrads aufgrund der permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 eingestellt. Insbesondere wird die Vergiftungsbezugssauerstoffspeicherkapazität OSCref derart eingestellt, dass sie kleiner wird, wenn der Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung größer wird. Daher wird der Vergiftungsbezugswert derart eingestellt, dass er größer wird, wenn der Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung größer wird.
  • Wenn bestimmt wird, dass die Schwefelvergiftung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 groß ist, wird die Schwefelkomponente von dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 durch eine Schwefeldesorptionsverarbeitung desorbiert. Weiterhin wird, um zu verhindern, dass weitere Schwefelkomponenten in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 gespeichert werden, eine Speicherungsunterdrückungsverarbeitung ausgeführt. Bei der Schwefeldesorptionsverarbeitung wird beispielsweise das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis gebracht, und die Temperatur des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators wird erhöht, um so die Schwefeldesorptionstemperatur zu erreichen oder darüber hinaus zu erhöhen. Weiterhin wird bei der Speicherungsunterdrückungssteuerung der vorstehend beschriebenen Grund-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung der Grad der Fettheit des fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses klein und der Grad der Magerkeit des mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses groß. Aufgrund dessen wird die Zeit, während der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmt, das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, relativ lang. Infolgedessen wird es schwieriger, dass in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 eine Schwefelkomponente gespeichert wird.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der Verschlechterungsgrad aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung unabhängig von der permanenten Verschlechterung und der gesamten Verschlechterung geschätzt werden. Daher kann eine Schwefeldesorptionsverarbeitung etc. ausgeführt werden, und zwar auf der Grundlage des Verschlechterungsgrads aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung, und daher kann die Schwefeldesorptionsverarbeitung zu einem angemessenen und passenden Zeitpunkt ausgeführt werden. Allerdings bewirkt die Schwefeldesorptionsverarbeitung eine Verschlechterung der Kraftstoffeffizienz, da es notwendig wird, die Temperatur des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 etc. zu erhöhen. Im Gegensatz dazu wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Schwefeldesorptionsverarbeitung (nur) zu einem passenden Zeitpunkt ausgeführt, und daher kann die Verschlechterung der Kraftstoffeffizienz aufgrund dessen, dass eine Schwefeldesorptionsverarbeitung mit einer unnötig hohen Frequenz ausgeführt wird, unterdrückt werden. Weiterhin kann verhindert werden, dass die Frequenz der Schwefeldesorptionsverarbeitung zu niedrig ist und die Reinigungsfähigkeit des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 abfällt.
  • 19 ist ein Flussdiagramm einer Steuerungsroutine der S-Vergiftungs-Beurteilungssteuerung zur Beurteilung des Grads der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20. Die gezeigte Steuerungsroutine wird mit einem konstanten Zeitintervall ausgeführt. Die Schritte S51 bis S56, welche in 19 gezeigt sind, sind den Schritten S41 bis S46 der 15 ähnlich, weswegen eine wiederholte Beschreibung hier weggelassen wird.
  • Wenn in Schritt S55 der Grad der Verschlechterung aufgrund der permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 berechnet wird, wird bei dem nächsten Schritt S57 die Vergiftungsbezugssauerstoffspeicherkapazität OSCref berechnet, und zwar auf der Grundlage der Ansaugluftmenge und dem Grad der Verschlechterung aufgrund der permanenten Verschlechterung unter Verwendung eines Kennfelds, wie beispielsweise eines in den 17 und 18 gezeigten Kennfelds. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass zu diesem Zeitpunkt der Grad der Verschlechterung aufgrund einer S-Vergiftungsverschlechterung unter Verwendung eines Kennfelds, wie es in den 17 und 18 gezeigt ist, berechnet werden kann.
  • Als Nächstes wird in Schritt S58 die Sauerstoffspeicherkapazität OSC auf der Grundlage des kumulierten Sauerstoff-Überschusses/Mangels ΣOED berechnet und es wird bestimmt, ob die berechnete Sauerstoffspeicherkapazität OSC gleich oder kleiner als die Vergiftungsbezugssauerstoffspeicherkapazität OSCref ist, welche in Schritt S57 berechnet worden ist. Wenn in Schritt S58 bestimmt wird, dass die Sauerstoffspeicherkapazität OSC größer als die Vergiftungsbezugssauerstoffspeichermenge OSCref ist, wird die Steuerungsroutine beendet. Wenn andererseits in Schritt S58 bestimmt wird, dass die Sauerstoffspeicherkapazität OSC die Vergiftungsbezugssauerstoffspeicherkapazität OSCref oder weniger ist, rückt die Routine zu Schritt S59 vor. In Schritt S59 wird eine Schwefeldesorptionsverarbeitung ausgeführt, um die Schwefelkomponente von dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 zu desorbieren. Weiterhin wird, wenn die Bedingung für die Ausführung der Schwefeldesorptionsverarbeitung nicht erfüllt ist, und daher die Schwefeldesorptionsverarbeitung nicht unmittelbar ausgeführt werden kann, eine Speicherungsunterdrückungsverarbeitung zum Unterdrücken des weiteren Speicherns der Schwefelkomponente bei dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator ausgeführt, bis die Bedingung zur Ausführung der Schwefeldesorptionsverarbeitung erfüllt ist.
  • Sechste Ausführungsform
  • Als Nächstes wird mit Bezugnahme auf die 20 und 21 ein Abgasreinigungssystem gemäß einer sechsten Ausführungsform beschrieben. Die Konfiguration und Steuerung des Abgasreinigungssystems gemäß der sechsten Ausführungsform sind im Wesentlichen dieselben wie die Konfiguration und Steuerung des Abgasreinigungssystems gemäß der fünften Ausführungsform. Daher werden im Folgenden hauptsächlich die Teile beschrieben, welche sich von dem Abgasreinigungssystem gemäß der fünften Ausführungsform unterscheiden.
  • Bei dem Abgasreinigungssystem gemäß der fünften Ausführungsform wird der Grad der gesamten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 auf der Grundlage der Sauerstoffspeicherkapazität des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 geschätzt. Jedoch kann der Grad der gesamten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 auch durch ein unterschiedliches Verfahren geschätzt werden. Daher wird bei dem Abgasreinigungssystem der sechsten Ausführungsform der Grad der gesamten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 durch ein Verfahren geschätzt, welches sich von dem Abgasreinigungssystem der fünften Ausführungsform unterscheidet.
  • 20 ist ein Zeitdiagramm der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge, der Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 und des ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 in dem Fall der Ausführung der vorstehend erwähnten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung. Bei dem in 20 gezeigten Beispiel wird vor dem Zeitpunkt t1 die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC auf die fett eingestellte Korrekturmenge AFCfett eingestellt, wodurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. Aus diesem Grund nimmt die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 allmählich ab.
  • Wenn die Sauerstoffspeichermenge OSA des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 kleiner wird, wird das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 zu dem Zeitpunkt t1 das fett beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFfett oder weniger. Wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 das fett beurteilte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFfett oder weniger wird, wird die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC von der fett eingestellten Korrekturmenge AFCfett auf die mager eingestellte Korrekturmenge AFCmager umgeschaltet und demgemäß wird auch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 einströmenden Abgases von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet.
  • Jedoch nimmt das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 sogar dann, wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC zu dem Zeitpunkt t1 umgeschaltet wird, nicht unmittelbar zu und fällt auch noch nach dem Zeitpunkt t1 ab. Dies rührt daher her, dass eine Distanz von dem Motorkörper 1 zu dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 besteht und sich daher sogar dann, wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC umgeschaltet wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator einströmenden Abgases nicht unmittelbar auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert. Weiterhin verändert sich zu diesem Zeitpunkt das Verhalten des ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 in Übereinstimmung mit dem Zustand des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20.
  • In 20 zeigt die durchgezogene Linie bei dem ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 den Fall an, bei dem der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 normal ist, die gestrichelte Linie zeigt den Fall an, in dem der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 sich aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung verschlechtert hat und die strichpunktierte Linie zeigt den Fall, in dem eine permanente Verschlechterung aufgetreten ist.
  • Wie durch die durchgezogene Linie in 20 gezeigt, ist, wenn der stromaufwärtige Abgasreinigungskatalysator 20 normal ist, der Minimalwert, den das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn erreicht, niedrig (AFdwn1 in der Figur). Weiterhin ist der kumulative Wert der Differenz des ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AFdwn von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Fläche des Abschnitts, welcher durch die durchgezogene Linien bei dem ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn begrenzt und 14,6 ist) groß. Andererseits ist, wie in 20 durch die gestrichelte Linie und die gestrichelt-punktierte Linie gezeigt, wenn die S-Vergiftungsverschlechterung oder die permanente Verschlechterung bei dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 auftritt, der Minimalwert, welchen das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn erreicht, relativ hoch (AFdwn2 in der Figur). Weiterhin ist auch der kumulative Wert der Differenz des ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AFdwn von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis relativ gering.
  • Ein derartiges Phänomen tritt aufgrund des Wasserstoffs in dem Abgas auf. Bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor vom Grenzstromtyp ist die Diffusionsgeschwindigkeit des Wasserstoffs in die Diffusionsregulierungsschicht des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors schnell, wodurch auch die Konzentration des Wasserstoffs in dem Abgas hoch ist und das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors sich von dem Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf die fette Seite verschiebt.
  • Andererseits wird in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20, wenn Abgas von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis einströmt, aufgrund der katalytischen Wirkung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 Wasserstoff erzeugt. Die erzeugte Wasserstoffmenge ist zu diesem Zeitpunkt größer, da die Aktivität des Katalysatoredelmetalls des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 höher ist. Daher wird, wenn keine permanente Verschlechterung oder S-Vergiftungsverschlechterung in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 auftritt, eine große Wasserstoffmenge erzeugt. Infolgedessen verschiebt sich das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 stark von dem Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf die fette Seite und demgemäß wird, wie durch die durchgezogene Linie in 20 gezeigt, der Minimalwert niedriger. Wenn andererseits eine S-Vergiftungsverschlechterung oder permanente Verschlechterung in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator auftritt, wird nur eine kleine Wasserstoffmenge erzeugt. Infolgedessen verschiebt sich das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 von dem Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases nur geringfügig zu der fetten Seite und demgemäß wird, wie durch die gestrichelte Linie oder die gestrichelt-punktierte Linie in 20 gezeigt, der Minimalwert nicht so niedrig.
  • Steuerung bei der sechsten Ausführungsform
  • Daher wird bei der Gesamtverschlechterungsgradschätzungssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, nachdem die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge AFC von dem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFCfett auf das mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFCmager umgeschaltet worden ist, das heißt, nachdem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird während der Konvergenzzeitperiode, bis das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht, der Grad der gesamten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 geschätzt, und zwar auf der Grundlage von zumindest einem Teil des Verhaltens des ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41. Insbesondere wird, wie vorstehend beschrieben, während der vorstehend beschriebenen Konvergenzzeitperiode der Grad der gesamten Verschlechterung auf der Grundlage des Minimalwerts des ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 in der Annahme geschätzt, dass, je niedriger der vorstehende Minimalwerts ist, desto niedriger der Grad der gesamten Verschlechterung ist. Alternativ wird auf der Grundlage des kumulativen Wertes die Differenz des ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AFdwn von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der vorstehend beschriebenen Konvergenzzeitperiode der Grad der gesamten Verschlechterung in der Annahme geschätzt, dass, je größer der vorstehende kumulierte Wert ist, desto größer der Grad der gesamten Verschlechterung ist.
  • Weiterhin wird auf dieselbe Weise wie bei dem Abgasreinigungssystem gemäß der vorstehenden fünften Ausführungsform der Grad der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 berechnet, und zwar auf der Grundlage des Grads der Verschlechterung aufgrund der permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20, welcher auf der Grundlage der Ausgabe des NOx-Sensors 46 geschätzt worden ist, und dem Grad der gesamten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20, welcher auf der Grundlage des Verhaltens des ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 geschätzt worden ist.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann auf dieselbe Weise wie bei der vorstehend beschriebenen fünften Ausführungsform der Verschlechterungsgrad aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung geschätzt werden, und zwar unabhängig von der permanenten Verschlechterung und der gesamten Verschlechterung. Aufgrund dessen wird es möglich, eine Schwefeldesorptionsverarbeitung zu einem passenden Zeitpunkt durchzuführen, und es kann verhindert werden, dass sich die Kraftstoffeffizienz verschlechtert und die Reinigungsfähigkeit des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 abnimmt.
  • 21 ist ein Flussdiagramm, welches eine Steuerungsroutine der Steuerung zur Bestimmung der S-Vergiftung zeigt, welche den Verschlechterungsgrad aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 bei dem Abgasreinigungssystem gemäß der sechsten Ausführungsform beurteilt. Die gezeigte Steuerungsroutine wird mit einem konstanten Zeitintervall ausgeführt. Die Schritte S61 bis S66, welche in 21 gezeigt sind, sind den Schritten S41 bis S46 der 15 ähnlich, weswegen eine wiederholte Beschreibung davon hier weggelassen wird.
  • Wenn in Schritt S65 der Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 berechnet wird, wird als Nächstes in Schritt S67 das Vergiftungs-Bezugs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFref berechnet, und zwar auf der Grundlage der Ansaugluftmenge und des Grads der Verschlechterung aufgrund der permanenten Verschlechterung. Das Vergiftungs-Bezugs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFref wird derart eingestellt, dass es niedriger wird (weiter auf der fetten Seite liegt), wenn die Ansaugluftmenge größer wird. Weiterhin wird das Vergiftungsbezugs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFref derart eingestellt, dass es höher wird (weiter auf der mageren Seite liegt), wenn der Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung größer wird. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass zu diesem Zeitpunkt der Verschlechterungsgrad aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung unter Verwendung eines Kennfelds berechnet werden kann, welches die Beziehung zwischen der Ansaugluftmenge, dem Verschlechterungsgrad aufgrund der permanenten Verschlechterung und dem Verschlechterungsgrad aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung zeigt.
  • Als Nächstes wird in Schritt 58 der Minimalwert AFdwnmin des ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 während der vorstehend beschriebenen Konvergenzzeitperiode berechnet und es wird bestimmt, ob der berechnete Minimalwert AFdwnmin gleich oder größer als der in Schritt S67 berechnete Vergiftungsbezugs-Luft-Kraftstoff-Verhältniswert AFref ist. Wenn in Schritt S68 bestimmt wird, dass der Minimalwert AFdwnmin weniger als das Vergiftungsbezugs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFref ist, wird die Steuerungsroutine beendet. Wenn andererseits in Schritt S68 bestimmt wird, dass der Minimalwert AFdwnmin der Vergiftungsbezugs-Luft-Kraftstoff-Verhältniswert AFref oder mehr ist, rückt die Routine zu Schritt S69 vor. In Schritt S69 werden die Schwefeldesorptionsverarbeitung und die Speicherungsunterdrückungsverarbeitung ausgeführt und die Steuerungsroutine wird beendet.
  • Siebte Ausführungsform
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 22 bis 23 ein Abgasreinigungssystem gemäß einer siebten Ausführungsform beschrieben. Die Konfiguration und Steuerung bei dem Abgasreinigungssystem gemäß der siebten Ausführungsform sind im Wesentlichen dieselbe wie die Konfiguration und die Steuerung des Abgasreinigungssystems gemäß der fünften Ausführungsform und der sechsten Ausführungsform. Daher werden hauptsächlich die Teile beschrieben, welche sich von dem Abgasreinigungssystem gemäß der fünften Ausführungsform und der sechsten Ausführungsform unterscheiden.
  • Beziehung zwischen dem Gehalt der Schwefelkomponente des Kraftstoffes und dem Verschlechterungsgrad aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung
  • Der Gehalt an Schwefelkomponenten in dem einem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoff unterscheidet sich je nach Kraftstoff. Wenn ein Kraftstoff mit einem hohen Gehalt an Schwefelkomponenten verwendet wird, tritt leicht eine S-Vergiftungsverschlechterung auf, während, wenn ein Kraftstoff mit einem, niedrigen Gehalt von Schwefelkomponenten verwendet wird, eine S-Vergiftungsverschlechterung nur schwer auftritt. Aus diesem Grund ist es erforderlich, um der Verschlechterung der Kraftstoffeffizienz und einem Abfallen der Reinigungsleistung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 entgegenzuwirken, die Steuerung des Verbrennungsmotors in Übereinstimmung mit dem Gehalt an Schwefelkomponenten zu verändern. Beispielsweise kann, wenn ein Kraftstoff mit einem hohen Gehalt an Schwefelkomponenten verwendet wird, im Vergleich zu einem Fall, wenn ein Kraftstoff mit einem niedrigen Gehalt an Schwefelkomponenten verwendet wird, in Betracht gezogen werden, den Grad der Fettheit des fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu erhöhen und den Grad der Magerkeit des mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu verringern. Um die Steuerung des Verbrennungsmotors in Übereinstimmung mit dem Gehalt der Schwefelkomponente in dem Kraftstoff auf diese Weise zu steuern, muss der Gehalt der Schwefelkomponente in dem Kraftstoff jedoch zuerst geschätzt werden.
  • 22 ist ein Zeitdiagramm des Grads der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20. In dem in 22 gezeigten Beispiel wird zu dem Zeitpunkt t1 dem Kraftstofftank (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors Kraftstoff zugeführt. Zu dem Zeitpunkt t2 wird eine Schwefeldesorptionsverarbeitung ausgeführt.
  • Wie sich aus 22 ergibt, nimmt der Grad der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators mit dem Verstreichen von Zeit zu. Dies rührt daher her, dass das von einer Brennkammer 5 abgegebene Abgas eine Schwefelkomponente enthält, welche dem Gehalt der Schwefelkomponente in dem der Brennkammer zugeführten Kraftstoff entspricht, und, wenn das Abgas den stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 passiert, diese Schwefelkomponente in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 gespeichert wird. Wenn der Gehalt der Schwefelkomponente in dem der Brennkammer 5 zugeführten Kraftstoff konstant ist, ist auch das Verhältnis der Zunahme des Grads der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung bezogen auf die Zeit im Wesentlichen konstant (genauer gesagt, ist die Zunahmerate des Grads der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung bezogen auf den kumulativen Wert der Ansaugluftmenge im Wesentlichen konstant). Daher wird, wie in 22 gezeigt, vor dem Zeitpunkt t1 die Zunahmerate des Verschlechterungsgrads aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung (das heißt, die Steigung in 22) im Wesentlichen konstant gehalten.
  • Wenn zu dem Zeitpunkt t1 dem Kraftstofftank Kraftstoff zugeführt wird, ist die Zunahmerate des Grads der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung nach dem Zeitpunkt t1 höher als vor dem Zeitpunkt t1. Dies rührt daher her, dass der Gehalt der Schwefelkomponente in dem zu dem Zeitpunkt t1 zugeführten Kraftstoff höher als der Gehalt der Schwefelkomponente in dem vor dem Zeitpunkt t1 zugeführten Kraftstoff ist.
  • Daraufhin wird zu dem Zeitpunkt t2 die Schwefeldesorptionsverarbeitung ausgeführt. Wenn die Schwefeldesorptionsverarbeitung ausgeführt wird, wird die in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 gespeicherte Schwefelkomponente desorbiert. Aus diesem Grund ist zu dem Zeitpunkt t2 der Grad der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung im Wesentlichen null. Wenn die Betriebszeit des Verbrennungsmotors länger wird, nimmt der Grad der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 allmählich wieder zu.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist die Zunahmemenge des Grads der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung pro Zeiteinheit (oder pro Menge der Zunahmeeinheit des kumulativen Werts der Ansaugluftmenge) (Zunahmerate des Grads der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung) zu dem Gehalt der Schwefelkomponente in dem der Brennkammer 5 zugeführten Kraftstoff proportional. Daher kann durch das Berechnen der Zunahmerate des Grads der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung pro Zeiteinheit der Gehalt der Schwefelkomponente in dem Kraftstoff berechnet werden.
  • Insbesondere, wenn dem Kraftstofftank Kraftstoff zugeführt worden ist, wird auch der Gehalt der Schwefelkomponente in dem einer Brennkammer 5 zugeführten Kraftstoff verändert und daher wird der Gehalt der Schwefelkomponente in dem Kraftstoff vorzugsweise auf der Grundlage der Zunahmerate des Grads der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung pro Zeiteinheit unmittelbar, nachdem der Kraftstoff dem Kraftstofftank zugeführt worden ist, berechnet. Daher wird, wenn die Schwefeldesorptionsverarbeitung ausgeführt wird, die in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 gespeicherte Schwefelkomponente im Wesentlichen null. Daher kann der Verschlechterungsgrad aufgrund der S-Verschlechterungsbestimmung zu diesem Zeitpunkt mit einer großen Genauigkeit geschätzt werden. Daher ist es bevorzugt, den Gehalt der Schwefelkomponente in dem Kraftstoff auf der Grundlage der Zunahmerate des Grads der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung pro Zeiteinheit unmittelbar nach der Beendung der Schwefeldesorptionsverarbeitung zu berechnen.
  • Steuerung bei der siebten Ausführungsform
  • Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform eine Gehaltschätzungssteuerung zum Schätzen des Gehalts der Schwefelkomponente in dem dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoff ausgeführt und zwar basierend auf dem Trend des Verschlechterungsgrads aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 bezogen auf die Zeit oder die Veränderung des kumulativen Werts der Ansaugluftmenge. Insbesondere wird in der Annahme, dass, je größer die Veränderung des Grads der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 bezogen auf die Zeit oder die Veränderung des kumulativen Werts der Ansaugluftmenge ist (je höher die Zunahmerate des Verschlechterungsgrads aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung), desto höher der Gehalt der Schwefelkomponente in dem Kraftstoff geschätzt.
  • Weiterhin wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Gehaltschätzungssteuerung nach dem Ende der Schwefeldesorptionsverarbeitung zur Desorption der in dem stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysator 20 gespeicherten Schwefelkomponente gestartet. Alternativ wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Gehaltschätzungssteuerung gestartet, nachdem die Zufuhr von Kraftstoff an den Kraftstofftank beendet worden ist.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der Gehalt der Schwefelkomponente in dem Kraftstoff angemessen geschätzt werden, und zwar auf der Grundlage des Trends in dem Grad der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20. Weiterhin kann durch die Ausführung der Gehaltschätzungssteuerung unmittelbar nach der Vollendung der Schwefeldesorptionsverarbeitung der Gehalt der Schwefelkomponente in dem Kraftstoff genauer geschätzt werden.
  • 23 ist ein Flussdiagramm, welches eine Steuerungsroutine der S-Vergiftungsverschlechterungsgrad-Berechnungssteuerung zum Berechnen eines Grads der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 zeigt. Um den Gehalt der Schwefelkomponente in dem Kraftstoff zu berechnen, muss der Grad der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators berechnet werden, weswegen die vorliegende Steuerung ausgeführt wird. Die gezeigte Steuerung wird mit einem konstanten Zeitintervall ausgeführt. Die in der 23 gezeigten Schritte S71 bis S76 sind ähnlich zu den Schritten S41 bis S46 der 15, weswegen eine doppelte Beschreibung hier weggelassen wird.
  • Wenn in Schritt S75 der Grad der Verschlechterung aufgrund der permanenten Verschlechterung des stromaufwärtigen Abgasreinigungskatalysators 20 berechnet wird, wird bei dem nächsten Schritt S77 der Verschlechterungsgrad aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung unter Verwendung eines Kennfelds berechnet, wie es beispielsweise in den 17 und 18 gezeigt ist, und die Steuerungsroutine wird beendet.
  • 24 ist ein Flussdiagramm, welches eine Schwefelkomponentengehaltschätzungssteuerung zum Schätzen des Gehalts der Schwefelkomponente in einem der Brennkammer 5 zugeführten Kraftstoff zeigt. Die gezeigte Steuerungsroutine wird mit einem konstanten Zeitintervall ausgeführt.
  • Zuerst wird in Schritt S81 bestimmt, ob das Schätzungskennzeichen F auf AN gesetzt ist. Das Schätzungskennzeichen F ist ein Kennzeichen, welches während der Abschätzung des Gehalts der Schwefelkomponente auf AN gesetzt wird und sonst auf AUS gesetzt ist. Wenn in Schritt S81 bestimmt wird, dass der Gehalt der Schwefelkomponente nicht geschätzt wird, und daher das Schätzungskennzeichen F auf AUS gesetzt ist, rückt die Routine zu Schritt S82 vor.
  • In Schritt S82 wird bestimmt, ob eine Schwefeldesorptionsverarbeitung ausgeführt worden ist, während in Schritt S83 bestimmt wird, ob dem Kraftstofftank Kraftstoff zugeführt worden ist. Die Zufuhr von Kraftstoff an den Kraftstofftank wird beispielsweise durch einen Sensor zur Erfassung der Kraftstoffmenge in dem Kraftstofftank erfasst, welcher anzeigt, dass sich die Kraftstoffmenge erhöht hat, oder durch einen Deckelsensor, welcher das Öffnen/Schließen des Deckels eines Kraftstofftanks erfasst und anzeigt, dass ein Tankdeckel geöffnet worden ist. Wenn in Schritt S82 bestimmt wird, dass die Schwefeldesorptionsverarbeitung nicht ausgeführt wird, und bei dem Schritt S83 bestimmt wird, dass kein Kraftstoff dem Kraftstofftank zugeführt wird, wird die Steuerungsroutine beendet. Wenn andererseits in Schritt S82 bestimmt wird, dass die Schwefeldesorptionsverarbeitung ausgeführt worden ist, oder wenn in Schritt S83 bestimmt worden ist, dass dem Kraftstofftank Kraftstoff zugeführt worden ist, rückt die Routine zu Schritt S84 vor. In Schritt S84 wird das Schätzungskennzeichen F auf AN gesetzt und der Zähler T wird auf null zurückgesetzt.
  • Wenn das Schätzungskennzeichen F auf AN gesetzt wird, wird bei der nächsten Steuerungsroutine in Schritt S81 bestimmt, dass das Schätzungskennzeichen F auf AN gesetzt ist, und die Routine rückt zu Schritt S85 vor. In Schritt S85 wird der Wert des Zählers T plus 1 als der neue Wert des Zählers T eingestellt. Als Nächstes wird in Schritt S86 der Verschlechterungsgrad aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung erfasst, welcher in Schritt S77 der 23 berechnet worden ist.
  • Als Nächstes wird in Schritt S87 bestimmt, ob der Wert des Zählers T, welcher in Schritt S85 berechnet worden ist, ein vorbestimmter Referenzwert Tref oder mehr ist. Wenn in Schritt S87 bestimmt worden ist, dass der Wert des Zählers T weniger als der Bezugswert Tref ist, wird die Steuerungsroutine beendet. Wenn andererseits in Schritt S87 bestimmt wird, dass der Wert des Zählers T der Bezugswert Tref oder mehr ist, rückt die Routine zu Schritt S88 vor.
  • In Schritt S88 wird die Veränderungsmenge des Grads der Verschlechterung aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung, nachdem das Schätzungskennzeichen F auf AN gesetzt worden ist, dividiert durch die Zeit, welche dem Referenzwert Tref des Zählers entspricht, als die Veränderungsrate des Veränderungsgrads aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung pro Zeiteinheit berechnet. Als Nächstes wird bei dem Schritt S89 der Gehalt der Schwefelkomponente in dem Kraftstoff auf der Grundlage der Veränderungsrate des Verschlechterungsgrads aufgrund der S-Vergiftungsverschlechterung pro Zeiteinheit berechnet, welcher in Schritt S88 berechnet worden ist. Als Nächstes wird in Schritt S90 das Schätzungskennzeichen F auf AUS gesetzt und die Steuerungsroutine beendet.
  • Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass bei all den vorstehenden Ausführungsformen als die Grund-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wiederholt abwechselnd auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis und ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird. Jedoch ist eine derartige Steuerung nicht zwingend erforderlich. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis muss nicht wiederholt eingestellt werden, solange es zumindest einmal jeweils auf ein fett eingestelltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis und ein mager eingestelltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird.
  • Ein erfindungsgemäßes Abgasreinigungssystem umfasst somit einen Abgasreinigungskatalysator 20, einen NOx-Sensor 46, einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 stromabwärts des Katalysators 20 und eine Steuerungsdiagnosevorrichtung. Die Vorrichtung stellt abwechselnd ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis und ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein und schaltet das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis um, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Sensors ein fett beurteiltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder weniger wird. Die Vorrichtung diagnostiziert eine Anomalie des Katalysators auf der Grundlage der Ausgabe des NOx-Sensors. Die Vorrichtung diagnostiziert eine Anomalie des Katalysators, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Abgasreinigungskatalysator einströmenden Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, diagnostiziert aber keine Anomalie des Katalysators, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator einströmenden Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Motorkörper
    5
    Brennkammer
    7
    Ansaugkanal
    9
    Abgaskanal
    19
    Abgaskrümmer
    20
    Stromaufwärtiger Abgasreinigungskatalysator
    24
    Stromabwärtiger Abgasreinigungskatalysator
    31
    ECU
    40
    Stromaufwärtiger Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
    41
    Stromabwärtiger Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
    46
    NOx-Sensor
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2002138821 A [0002, 0003, 0004]
    • JP 2002 [0004]
    • JP 138821 A [0004]

Claims (9)

  1. Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors mit: einem Abgasreinigungskatalysator (20), welcher in einer Abgaspassage des Verbrennungsmotors vorgesehen ist und ein Katalysatoredelmetall trägt; einem NOx-Sensor (46), welcher in dem Abgasreinigungskatalysator (20) oder in der Abgaspassage auf einer in der Strömungsrichtung des Abgases stromabwärtigen Seite des Abgasreinigungskatalysators (20) vorgesehen ist; einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (41), welcher in der Abgaspassage auf der in der Strömungsrichtung des Abgases stromabwärtigen Seite des Abgasreinigungskatalysators (20) vorgesehen ist; und einer Steuerungsvorrichtung zum Steuern des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in den Abgasreinigungskatalysator (20) einströmenden Abgases und zum Schätzen eines Zustands des Abgasreinigungskatalysators (20) auf der Grundlage einer Ausgabe des NOx-Sensors (46), wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, abwechselnd das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches fetter als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis einzustellen, welches magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis umzuschalten, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (41) erfasst worden ist, gleich oder weniger als ein fett bestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, welches fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, bei einer ersten Verschlechterungsgradschätzungssteuerung einen Grad der irreversiblen Verschlechterung des Abgasreinigungskatalysators (20), welche mit dem Sintern des Katalysatoredelmetalls einhergeht, zu schätzen, und zwar nicht auf der Grundlage der Ausgabe des NOx-Sensors (46), wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Abgasreinigungskatalysator (20) einströmenden Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, sondern auf der Grundlage der Ausgabe des NOx-Sensors (46), wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Abgasreinigungskatalysator (20) einströmenden Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
  2. Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1, wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, eine Anomalie in dem Abgasreinigungskatalysator (20) auf der Grundlage eines Grads der irreversiblen Verschlechterung zu diagnostizieren und in dem Abgasreinigungskatalysator (20) eine Anomalie zu diagnostizieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Abgasreinigungskatalysator (20) einströmenden Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, aber in dem Abgasreinigungskatalysator (20) keine Anomalie zu diagnostizieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Abgasreinigungskatalysator (20) einströmenden Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
  3. Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, bei der ersten Verschlechterungsgradschätzungssteuerung einen Grad der irreversiblen Verschlechterung des Abgasreinigungskatalysators (20) zu schätzen, und zwar auf der Grundlage der Ausgabe des NOx-Sensors (46) in einer mittleren Zeitperiode, welche von dem Umschaltzeitpunkt des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses innerhalb der Zeitperiode beabstandet ist, in der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches in den Abgasreinigungskatalysator (20) einströmt, ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, von einem Zeitpunkt des Umschaltens des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis bis zu einem Zeitpunkt des Umschaltens auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  4. Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, bei einer zweiten Verschlechterungsgradschätzungssteuerung einen Grad der gesamten Verschlechterung des Abgasreinigungskatalysators (20), welcher die irreversible Verschlechterung und die reversible Verschlechterung aufgrund einer Schwefelvergiftung des Abgasreinigungskatalysators (20) umfasst, ohne Verwendung der Ausgabe des NOx-Sensors (46) zu schätzen, und die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, einen Grad der reversiblen Verschlechterung des Abgasreinigungskatalysators (20) auf der Grundlage eines Grads der gesamten Verschlechterung, welcher durch die zweite Verschlechterungsgradschätzungssteuerung geschätzt worden ist, und eines Grads der irreversiblen Verschlechterung, welcher durch die erste Verschlechterungsgradschätzungssteuerung geschätzt worden ist, zu schätzen.
  5. Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 3, wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, bei einer zweiten Verschlechterungsgradschätzungssteuerung einen Grad der gesamten Verschlechterung des Abgasreinigungskatalysators (20), welcher die irreversible Verschlechterung und die reversible Verschlechterung aufgrund einer Schwefelvergiftung des Abgasreinigungskatalysators (20) umfasst, ohne Verwendung der Ausgabe des NOx-Sensors (46) zu schätzen, und die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, einen Vergiftungsbezugswert auf der Grundlage des Grads der irreversiblen Verschlechterung, welche durch die erste Verschlechterungsgradschätzungssteuerung geschätzt worden ist, derart einzustellen, dass er größer wird, wenn der Grad der irreversiblen Verschlechterung größer wird, und zu beurteilen, dass der Abgasreinigungskatalysator (20) durch Schwefel vergiftet ist, wenn der Grad der gesamten Verschlechterung, welche durch die zweite Verschlechterungsgradschätzungssteuerung geschätzt worden ist, der Vergiftungsbezugswert oder mehr geworden ist.
  6. Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 4 oder 5, ferner mit: einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (41), welcher in der Abgaspassage in der Richtung des Flusses des Abgases stromabwärts des Abgasreinigungskatalysators (20) vorgesehen ist, wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, bei der zweiten Verschlechterungsgradschätzungssteuerung einen Grad der gesamten Verschlechterung des Abgasreinigungskatalysators (20) zu schätzen, und zwar auf der Grundlage einer Sauerstoffmenge, welche in dem Abgasreinigungskatalysator (20) gespeichert ist, von einem Zeitpunkt, wenn ein ausgegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors (41) ein fett bestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, welches fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, oder weniger ist, bis zu einem Zeitpunkt, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein mager bestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, welches magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, oder eines Wert eines Parameters, welcher sich in Übereinstimmung mit der Sauerstoffmenge verändert, oder auf der Grundlage einer Sauerstoffmenge, welche von dem Abgasreinigungskatalysator (20) freigegeben worden ist, von einem Zeitpunkt, zu dem ein ausgegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors (41) ein mageres bestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder mehr ist, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein fett bestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder weniger wird, oder eines Werts eines Parameters, welcher sich in Übereinstimmung mit der Sauerstoffmenge verändert.
  7. Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 4 oder 5, ferner mit: einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (41), welcher in der Abgaspassage in der Strömungsrichtung des Abgases stromabwärts von dem Abgasreinigungskatalysator (20) vorgesehen ist, wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis umzuschalten, wenn das Luft-Kraftsoff-Verhältnis des Abgases, welches durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (41) erfasst worden ist, gleich oder niedriger als ein fett bestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, welches fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, bei der zweiten Verschlechterungsgradschätzungssteuerung einen Grad der gesamten Verschlechterung des Abgasreinigungskatalysators (20) auf der Grundlage von zumindest einem Teil des Verhaltens des ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors (41) zu schätzen, nachdem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet worden ist und bevor das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors (41) das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht.
  8. Abgasreinigungssystem des Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 4, wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, einen Schwefelgehalt eines dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffes auf der Grundlage eines Trends des Grads der reversiblen Verschlechterung des Abgasreinigungskatalysators (20) bezogen auf eine Zeit oder eine Veränderung eines kumulativen Werts einer Ansaugluftmenge bei einer Gehaltschätzungssteuerung zu schätzen.
  9. Abgasreinigungssystem des Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 8, wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, eine Schwefeldesorptionsverarbeitung zur Desorption der Schwefelkomponente durchzuführen, welche in dem Abgasreinigungskatalysator (20) gespeichert ist, und die Gehaltschätzungssteuerung nach der Vollendung der Schwefeldesorptionsverarbeitung gestartet wird.
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