DE102019006426A1 - Katalysator-Verschlechterungs-Diagnosesystem und Katalysator-Verschlechterungs-Diagnoseverfahren - Google Patents

Katalysator-Verschlechterungs-Diagnosesystem und Katalysator-Verschlechterungs-Diagnoseverfahren Download PDF

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Abstract

Ein Katalysator-Verschlechterungs-Diagnosesystem beinhaltet ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungselement und ein NOx-Erfassungselement auf einer stromabwärts gelegenen Seite in Bezug auf einen Katalysator und ein Steuerelement. Das Steuerelement bewirkt, dass ein Motor einen Diagnosebetrieb durchführt, der mit einer Abgastemperatur durchgeführt wird, die auf 600°C oder höher gehalten wird, so dass zu einem Zeitpunkt, zu dem ein stromabwärts gelegenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem mageren Betriebszustand einen Schwellenwert erreicht, der Motor in einen fetten Betriebszustand überführt wird, und zu einem Zeitpunkt, der eine vorbestimmte Zeitspanne ist, nachdem ein stromabwärts gelegenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem fetten Betriebszustand einen Schwellenwert erreicht, der Motor in einen mageren Betriebszustand überführt wird. Das Diagnoseelement vergleicht die NOx-Konzentration im fetten Betriebszustand mit einem Diagnoseschwellenwert, um so einen Verschlechterungsgrad der NOx-Reduktionsfähigkeit des Katalysators zu diagnostizieren.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren, mit dem ein Verschlechterungsgrad eines Katalysators diagnostiziert wird, insbesondere ein Diagnosesystem und ein Diagnoseverfahren für einen Katalysator, in den ein Abgas eines Verbrennungsmotors eingeleitet wird.
  • Technischer Hintergrund
  • Ein Benzinmotor, der in einem Fahrzeug (typischerweise einem Automobil) montiert ist, emittiert während des Betriebs ein giftige Substanzen enthaltendes Abgas, nämlich Stickoxid (NOx), Gesamtkohlenwasserstoff (THC) und Kohlenmonoxid (CO). Daher wird in vielen Fahrzeugen mit Benzinmotor ein Katalysator eingebaut, der diese drei enthaltenen Substanzen gemeinsam entfernt (ein Abgas reinigt), d.h. ein Dreiwegekatalysator (TWC).
  • Der Dreiwegekatalysator beinhaltet einen Teil aus Edelmetall, wie Palladium (Pd), Platin (Pt) und Rhodium (Rh), und einen Teil aus Keramik, der hauptsächlich Ceroxid (CeO2) enthält. Der aus Edelmetall gefertigte Teil übt die hauptsächliche katalytische Wirkung aus. Der aus Keramik gefertigte Teil dient als Promotor. Pd und Pt haben die Funktion, HC und CO in einem Abgas zu oxidieren, um Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) zu erzeugen. Weiterhin haben Pd und Rh eine Funktion der Reduktion von NOx in einem Abgas zur Erzeugung von Stickstoff (N2). Ceroxid hat die Funktion, die Absorption und Eliminierung von Sauerstoff (O2) zu bewirken. Im TWC wird beim Oxidieren von HC und CO der notwendige Sauerstoff aus dem Ceroxid freigesetzt, und wenn NOx reduziert wird, wird der erzeugte Sauerstoff in das Ceroxid aufgenommen (gespeichert).
  • Ein Benzinmotor hat sein Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) gleich einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder einen Wert nahe einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Hauptsächlich in einem stöchiometrischen Zustand betrieben, in dem der in einen Motorzylinder eingefüllte Kraftstoff vollständig verbrannt wird, abhängig von einem Zustand eines Fahrzeugs, wird der Betrieb mit einem Betriebszustand durchgeführt, der entsprechend auch in einen mageren Zustand übergeht, in dem der A/F höher als ein stöchiometrischer Zustand ist, oder in einen fetten Zustand, in dem der A/F niedriger als ein stöchiometrischer Zustand ist. Im stöchiometrischen Zustand aus diesen Zuständen kann ein TWC alle HC, CO und NOx mit einer hohen Entfernungsrate entfernen.
  • Genauer gesagt, ist die Entfernungsrate eines TWC in Bezug auf NOx im fetten Betrieb (in einer reduzierten Atmosphäre) und im stöchiometrischen Betrieb relativ hoch und im mageren Betrieb (in einer Atmosphäre mit zu viel Sauerstoff) relativ niedrig. Umgekehrt ist eine Entfernungsrate eines TWC in Bezug auf HC und CO im mageren Betrieb und im stöchiometrischen Betrieb relativ hoch und im fetten Betrieb relativ niedrig. Der Grund dafür ist, dass der Sauerstoffgehalt in einem Abgas im fetten Betrieb niedrig ist und somit NOx im fetten Betrieb leicht reduziert werden kann, und der Sauerstoffgehalt in einem Abgas im mageren Betrieb hoch ist und somit HC und CO im mageren Betrieb leicht oxidiert werden können.
  • Ein TWC wird durch den langfristigen Dauereinsatz verschlechtert. Ein TWC wird auf verschiedene Weise verschlechtert. Einige der wichtigsten Verschlechterungsmodi sind die allgemeine Verminderung der Entfernungseffizienz in einem fetten Zustand und einem mageren Zustand, die Verminderung der Entfernungseffizienz in einem mageren Zustand und die Verminderung der Entfernungseffizienz in einem fetten Zustand.
  • In der Zwischenzeit sind Automobile in den letzten Jahren gesetzlich verpflichtet, On-Board-Diagnosen (OBD) durchzuführen, und der TWC ist in einem ihrer Ziele enthalten.
  • OBD auf TWCs kann beispielsweise mit einem Sauerstoffspeicherfähigkeits-Verfahren (OSC) implementiert werden. Dies basiert auf der Annahme, dass die Entfernungsfähigkeit eines Dreiwegekatalysators höher ist, da die Sauerstoffabsorptionsfähigkeit (Sauerstoffspeichermenge) von Ceroxid höher ist, und die Verschlechterung eines TWC als Verschlechterung der Sauerstoffabsorptionsfähigkeit (Sauerstoffspeichermenge) von Ceroxid erscheint.
  • Ein Cmax-Verfahren als ein Aspekt eines OSC-Verfahrens ist bekannt (siehe z.B. Japanische Patentanmeldung Offenlegung Nr. 2006-17078 und Japanisches Patent Nr. 5835478 ).
  • Ein OSC-Verfahren, wie ein Cmax-Verfahren, erlaubt jedoch nur die Bewertung eines Verschlechterungsgrades der Sauerstoffabsorptionsfähigkeit von Ceroxid, das in einem TWC bereitgestellt wird, und das Verschlechterungsverhalten eines Edelmetallteils, das eine Oxidation und Reduktion in direktem Zusammenhang mit der Entfernung bewirkt, kann nicht direkt verstanden werden.
  • Darüber hinaus besteht auch ein Problem darin, dass eine in einem TWC bereitgestellte Sauerstoffabsorptionsmenge an Ceroxid eine geringe Korrelation mit Gaskomponenten aufweist, die in einem Motorabgas enthalten sind, wie HC, CO und NOx.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Diagnose eines Verschlechterungsgrades eines Katalysators, in den ein Abgas aus einem Verbrennungsmotor eingeleitet wird, und ist insbesondere auf ein Diagnosesystem und ein Diagnoseverfahren gerichtet.
  • Die vorliegende Erfindung ist auf ein System zur Diagnose eines Verschlechterungsgrades eines Katalysators gerichtet, der ein Abgas aus einem Verbrennungsmotor reinigt. Der Katalysator ist in einem Abgasweg für das Abgas des Verbrennungsmotors vorgesehen. Eine Seite am Katalysator in Bezug auf den Verbrennungsmotor ist definiert als eine stromaufwärts gelegene Seite in Bezug auf den Katalysator im Abgasweg. Eine Seite auf einer gegenüberliegenden Seite der stromaufwärts gelegenen Seite ist als eine stromabwärts gelegene Seite in Bezug auf den Katalysator im Abgasweg definiert. Das System beinhaltet ein stromabwärts gelegenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungselement, ein NOx-Erfassungselement, ein Betriebssteuerelement, ein Diagnoseelement und ein Speicherelement. Das stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungselement ist auf der stromabwärts gelegenen Seite im Abgasweg vorgesehen. Das NOx-Erfassungselement ist auf der stromabwärts gelegenen Seite im Abgasweg vorgesehen. Das Betriebssteuerelement ist konfiguriert, um den Lufteinlass und die Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsmotor zu steuern und damit einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu steuern. Das Diagnoseelement ist konfiguriert, um einen Verschlechterungsgrad des Katalysators zu diagnostizieren. Das Speicherelement ist konfiguriert, um im Voraus vorbestimmte Diagnoseschwellenwerte zu speichern. Das Betriebssteuerelement ist so konfiguriert, dass es den Verbrennungsmotor in die Lage versetzt, einen Diagnosebetrieb durchzuführen. Im Diagnosebetrieb, der durch das Betriebssteuerelement gesteuert wird, wird eine Temperatur des Abgases auf einer vorbestimmten Diagnosetemperatur von 600°C oder höher gehalten. Wenn sich der Verbrennungsmotor in einem mageren Betriebszustand befindet, wird der Verbrennungsmotor zu einem Zeitpunkt, zu dem ein stromabwärts gelegenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen vorbestimmten mageren Schwellenwert erreicht, in einen fetten Betriebszustand versetzt. Wenn sich der Verbrennungsmotor in einem fetten Betriebszustand befindet, wird der Verbrennungsmotor zu einem Zeitpunkt, der eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Zeitpunkt ist, zu dem ein stromabwärts gelegenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen vorbestimmten fetten Schwellenwert erreicht, in einen mageren Betriebszustand versetzt. Der magere Zustand ist ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des vom Verbrennungsmotor emittierten Abgases größer als ein stöchiometrischer Wert ist. Der fette Betriebszustand ist ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des vom Verbrennungsmotor emittierten Abgases kleiner als ein stöchiometrischer Wert ist. Das stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases am stromabwärts gelegenen Abgas, das basierend auf einem Erfassungsergebnis bestimmt wird, das durch das stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungselement erhalten wird. Das Diagnoseelement vergleicht die NOx-Konzentration auf der stromabwärts gelegenen Seite, die basierend auf einem Erfassungsergebnis, das das NOx-Erfassungselement während des fetten Betriebszustandes erhält, bestimmt wird, mit einem ersten Diagnoseschwellenwert der Diagnoseschwellenwerte, um dadurch einen Verschlechterungsgrad der NOx-Reduktionsfähigkeit des Katalysators zu diagnostizieren.
  • Gemäß der Erfindung kann eine Diagnose eines Verschlechterungsgrades bezüglich der NOx-Reduktionsfähigkeit einer Edelmetallkomponente eines Dreiwegekatalysators durchgeführt werden.
  • Vorzugsweise beinhaltet das Katalysator-Verschlechterungs-Diagnosesystem gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin ein stromaufwärts gelegenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungselement. Das stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungselement ist konfiguriert, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Abgaswegs zu erfassen. Das Diagnoseelement vergleicht weiterhin eine durchschnittliche Sauerstoffabsorptionsmenge des Katalysators, die als Durchschnittswert einer Sauerstoffabsorptionsmenge des Katalysators in einer Absorption und einer Sauerstofffreisetzungsmenge des Katalysators in einer Freisetzung berechnet wird, mit einem zweiten Diagnoseschwellenwert der Diagnoseschwellenwerte, um dadurch einen Verschlechterungsgrad der Sauerstoffabsorptionsfähigkeit des Katalysators zu diagnostizieren. Die Sauerstoffabsorptionsmenge wird berechnet, indem ein Differenzwert zwischen einem stromaufwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem stöchiometrischen Wert in Bezug auf die Zeit ab dem Zeitpunkt, ab dem das stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen stöchiometrischen Wert oder mehr aufweist, bis zum Zeitpunkt, ab dem das stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis den mageren Schwellenwert erreicht. Die Sauerstofffreisetzungsmenge wird berechnet, indem ein Differenzwert zwischen einem stromaufwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem stöchiometrischen Wert in Bezug auf die Zeit ab dem Zeitpunkt, ab dem das stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen stöchiometrischen Wert oder weniger aufweist, bis zum Zeitpunkt, ab dem das stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis den fetten Schwellenwert erreicht, integriert wird. Das stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf der stromaufwärts gelegenen Seite, das basierend auf einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungswert bestimmt wird, der durch das stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungselement erhalten wird.
  • Gemäß der Erfindung kann die Diagnose eines Verschlechterungsgrades auch hinsichtlich der Sauerstoffabsorptionsfähigkeit eines Dreiwegekatalysators sowie der NOx-Reduktionsfähigkeit gestellt werden. Darüber hinaus können diese Diagnosen parallel durchgeführt werden, und es gibt keinen Zusammenhang zwischen der Art und Weise der Verschlechterung sowohl der NOx-Reduktionsfähigkeit als auch der Sauerstoffabsorptionsfähigkeit. Daher kann im Vergleich zu einem bekannten Verfahren ein Verschlechterungszustand eines Dreiwegekatalysators genauer verstanden werden.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein System und ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein Verschlechterungsgrad einer Edelmetallkomponente eines TWC vorzugsweise diagnostiziert werden kann.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Fahrzeugs 1000 darstellt.
    • 2A und 2B sind zwei Sätze von Grafiken, die im Gegensatz dazu einen Steuermodus eines Motors 500, wenn eine Verschlechterungsdiagnose gemäß dieser Ausführungsform durchgeführt wird, und einen Steuermodus des Motors 500 in einem bekannten und allgemeinen Cmax-Verfahren darstellen.
    • 3A bis 3D sind Grafiken, in denen zeitabhängige Änderungen der NOx-Konzentration für die jeweiligen Abgastemperaturen organisiert sind, wenn jeweils vier TWCs 601 mit unterschiedlichem Verschlechterungsgrad im Fahrzeug 1000 montiert sind.
    • 4 ist eine Grafik, die einen Zusammenhang zwischen der hydrothermalen Alterungszeit und einem Maximalwert der NOx-Konzentration in einem fetten Betriebszustand in einem Fall zeigt, in dem die Abgastemperatur 600°C und 700°C beträgt.
    • 5A und 5B sind Grafiken, die einen Zusammenhang zwischen der hydrothermalen Alterungszeit und einer Sauerstoffabsorptionsmenge in Fällen zeigen, in denen die Abgastemperatur 600°C bzw. 700°C beträgt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • <Konfiguration des Systems>
  • 1 ist ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Fahrzeugs (Systems) 1000 gemäß dieser Ausführungsform darstellt. In dieser Ausführungsform ist das Fahrzeug 1000 ein von einem Fahrer DR angetriebenes Automobil.
  • Das Fahrzeug 1000 beinhaltet hauptsächlich einen Benzinmotor (im Folgenden einfach als Motor bezeichnet) 500, der eine Art Verbrennungsmotor ist und als Energiequelle dient, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 501, die Kraftstoff in das Innere (Brennkammer) des Motors 500 einspritzt, eine Lufteinlasseinheit 401, die dem Motor 500 Luft zuführt, einen Dreiwegekatalysator (TWC) 601, der ein vom Motor 500 abgegebenes Abgas reinigt, eine elektronische Steuervorrichtung (ECU) 100, die den Betrieb jedes Teils des Fahrzeugs 1000 steuert, einen Anzeigeteil 200, wie ein Armaturenbrett, um dem Fahrer DR verschiedene Informationen über das Fahrzeug 1000 zu präsentieren, und ein Gaspedal 300, das eines von mehreren vom Fahrer DR betätigten Betriebsteilen ist, wenn der Fahrer DR das Fahrzeug 1000 bedient. Zu beachten ist, dass weitere Beispiele für die Betriebsteile ein Lenkrad, einen Schalthebel (Wahlschalter) für ein Getriebe und ein Bremspedal (von denen keines dargestellt ist) beinhalten.
  • Die Lufteinlasseinheit 401 und der TWC 601 sind mit dem Motor 500 über entsprechende Rohre P verbunden. Ein Weg für ein Gas von der Lufteinlasseinheit 401 zum Motor 500 wird im Folgenden als Zulaufseite oder Lufteinlassweg bezeichnet, während ein Weg für ein Gas vom Motor 500 zum TWC 601 als Abgasseite oder Abgasweg bezeichnet wird. Weiterhin wird eine Seite am Motor 500 in Bezug auf die TWC 601 als stromaufwärts gelegene Seite bezeichnet, während eine Seite auf der gegenüberliegenden Seite des Motors 500 in Bezug auf die TWC 601 als stromabwärts gelegene Seite bezeichnet wird, basierend auf einem Abgasstrom, bei dem ein Abgas vom Motor 500 abgegeben wird, in die TWC 601 eingeleitet wird und weiter von der TWC 601 emittiert wird.
  • Um eine kurze Beschreibung zu geben, wird im Fahrzeug 1000 auf folgende Weise Energie erzeugt. Ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, das ein Gemisch aus Luft (Ansaugluft) ist, die von außen durch die Lufteinlasseinheit 401 entnommen wird und Kraftstoff aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 501 eingespritzt wird, wird im Motor 500 komprimiert. Das Druckluft-Kraftstoff-Gemisch wird mit einer Zündkerze gezündet (nicht dargestellt). Die Zündung bewirkt, dass das Druckluft-Kraftstoff-Gemisch explodiert und verbrannt und ausgedehnt wird. Der zu diesem Zeitpunkt erzeugte Druck bewegt einen Kolben (nicht dargestellt), um so Energie zu erzeugen. Anschließend wird ein nach einer solchen Energieerzeugung erzeugtes Gas als Abgas in den Abgasweg abgegeben, so dass das Abgas durch den TWC 601 gereinigt wird.
  • Das Abgas enthält giftige Stoffe, nämlich Stickoxide (NOx), Gesamtkohlenwasserstoff (THC) und Kohlenmonoxid (CO). Der TWC 601 ist in der Lage, diese drei enthaltenen Substanzen (Reinigung eines Abgases) mit entsprechend hohen Abscheideraten kollektiv zu entfernen.
  • Der TWC 601 beinhaltet einen Teil aus Edelmetall, wie Palladium (Pd), Platin (Pt) und Rhodium (Rh), und einen Teil aus Keramik, der hauptsächlich Ceroxid (CeO2) enthält. Das aus Edelmetall gefertigte Teil übt die hauptsächliche katalytische Wirkung aus. Das aus Keramik gefertigte Teil dient als Promotor. Pd und Pt haben die Funktion, HC und CO in einem Abgas zu oxidieren, um Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) zu erzeugen. Pd und Rh haben die Funktion, NOx in einem Abgas zu reduzieren, um Stickstoff (N2) zu erzeugen. Ceroxid hat die Funktion, die Absorption und Eliminierung von Sauerstoff (O2) zu bewirken. Beim TWC 601 wird beim Oxidieren von HC und CO der notwendige Sauerstoff aus dem Ceroxid freigesetzt, und beim Reduzieren von NOx wird der erzeugte Sauerstoff in das Ceroxid absorbiert (gespeichert).
  • In dieser Ausführungsform ist der TWC 601 im Normalzustand ohne Verschlechterung in der Lage, die folgende Funktion zu erfüllen. Insbesondere wenn sich der Motor 500 in einem stöchiometrischen Zustand (Zustand, in dem ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases einen stöchiometrischen Wert (ungefähr 14,7) aufweist) oder einem fetten Zustand (Zustand, in dem ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases einen Wert kleiner als der stöchiometrische Wert aufweist) befindet, entfernt der TWC 601 NOx mit einer hohen Entfernungsrate von 90% oder mehr (reduziert NOx zu N2). Befindet sich der Motor 500 in einem stöchiometrischen Zustand oder mageren Zustand (Zustand, in dem ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases einen Wert größer als der stöchiometrische Wert hat), entfernt der TWC 601 HC und CO mit einer hohen Entfernungsrate von 90% oder mehr (oxidiert HC und CO zu H2O bzw. CO2).
  • Das Fahrzeug 1000 beinhaltet weiterhin eine stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 701, eine stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 702 und eine NOx-Erfassungseinrichtung 703. Die stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 701 ist auf dem Rohr P vorgesehen, das sich auf einer stromaufwärts gelegenen Seite in Bezug auf den TWC 601 befindet und den Motor 500 und den TWC 601 verbindet. Die stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 702 und die NOx-Erfassungseinrichtung 703 sind auf dem Rohr P vorgesehen, das sich auf einer stromabwärts gelegenen Seite in Bezug auf den TWC 601 befindet. Zu beachten ist, dass in 1 die stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 702 und die NOx-Erfassungseinrichtung 703 separat dargestellt sind. Beide Einrichtungen können jedoch integral miteinander ausgebildet sein. Darüber hinaus kann eine einzelne Erfassungseinrichtung in der Lage sein, die Erfassung in beiden Einrichtungen parallel durchzuführen.
  • Die stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 701 und die stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 702 sind angeordnet, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases auf einer stromaufwärts gelegenen bzw. einer stromabwärts gelegenen Seite des TWC 601 zu messen. Die NOx-Erfassungseinrichtung 703 ist zum Messen der NOx-Konzentration in einem Abgas auf einer stromabwärts gelegenen Seite des TWC 601 angeordnet. Die Ausgänge dieser Erfassungseinrichtung werden zum Zwecke der Fahrsteuerung des Fahrzeugs 1000 verwendet. In dieser Ausführungsform werden die Ausgänge neben dem Zweck der Fahrsteuerung auch verwendet, wenn ein Verschlechterungsgrad der Entfernungsfähigkeit (katalytische Fähigkeit) des TWC 601 diagnostiziert wird.
  • Insbesondere beinhaltet in dieser Ausführungsform ein Katalysator-Verschlechterungs-Diagnosesystem DS1 zur Diagnose eines Verschlechterungsgrades des TWC 601 als Hauptkomponenten die stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 701, die stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 702 und die vorstehend beschriebene NOx-Erfassungseinrichtung 703 sowie die ECU 100. Einzelheiten einer Diagnose, die mit dem Katalysator-Verschlechterungs-Diagnosesystem DS1 durchgeführt wurde, werden später beschrieben.
  • Die ECU 100 beinhaltet eine elektronische Schaltung mit mindestens einer integrierten Schaltung (IC). Die elektronische Schaltung beinhaltet mindestens einen Prozessor (nicht dargestellt). Jede Funktion der ECU 100 kann durch den Prozessor implementiert werden, der die Software ausführt. Die Software wird als Programm beschrieben und im Speicher abgelegt (nicht dargestellt). Der Speicher zum Speichern des Programms kann in die ECU 100 integriert werden. So ist der Speicher beispielsweise ein nichtflüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher.
  • Die ECU 100 beinhaltet als funktionale Komponenten einen stromaufwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsteil 110A, einen stromabwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsteil 110B, eine Kraftstoffeinspritzsteuerung 120, eine Lufteinlasssteuerung 130, eine Integral-Steuerung 140, eine Diagnosebetriebssteuerung 150, einen NOx-Konzentration-Erfassungsteil 160, einen Sauerstoff-Absorptionsmengen-Berechnungsteil 170, einen Diagnoseteil 180 und einen Speicher 190.
  • Der stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsteil 110A und der stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsteil 110B erfassen ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissignal von der stromaufwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 701 bzw. der stromabwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 702. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnissignal muss nicht unbedingt als Luft-Kraftstoff-Verhältnis selbst erfasst werden und kann als Spannungs- oder Stromwert entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis erfasst werden.
  • Im Folgenden wird ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einer stromaufwärts gelegenen Seite des TWC 601, das basierend auf einem Erfassungsergebnis, das durch die stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 701 erhalten wurde, bestimmt wird, als stromaufwärts A/F bezeichnet, und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einer stromabwärts gelegenen Seite des TWC 601, das basierend auf einem Erfassungsergebnis, das durch die stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 702 erhalten wurde, als stromabwärts gelegenes A/F bezeichnet.
  • Die Kraftstoffeinspritzsteuerung 120 steuert die Kraftstoffeinspritzung aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 501 gemäß einem Steuerbefehl der Integral-Steuerung 140 gemäß einem Betriebszustand des Gaspedals 300, das beispielsweise vom Fahrer DR betätigt wird.
  • Die Lufteinlasssteuerung 130 steuert den Lufteinlass aus dem Lufteinlassteil 401 gemäß einem Steuerbefehl der Integral-Steuerung 140 gemäß einem Betriebszustand des beispielsweise vom Fahrer DR betätigten Gaspedals 300.
  • Die Integral-Steuerung 140 gibt jeder Steuerung der ECU 100 einen Steuerbefehl, entsprechend einem Betriebszustand, den der Fahrer DR an Betriebsteilen wie dem Gaspedal 300 durchführt. Auf diese Weise steuert die Integral-Steuerung 140 den gesamten Betrieb des Fahrzeugs 1000 integral.
  • Die Diagnosebetriebssteuerung 150 steuert das Fahren des Fahrzeugs 1000, wenn eine Verschlechterungsdiagnose (die später beschrieben wird) des TWC 601 gemäß einem Ausführungsbefehl der Integral-Steuerung 140 ausgeführt wird.
  • Der NOx-Konzentration-Erfassungsteil 160 erfasst ein NOx-Konzentrationssignal von der NOx-Erfassungseinrichtung 703. Ein Wert (NOx-Konzentrationssignalwert), der durch das NOx-Konzentrationssignal angezeigt wird, muss nicht unbedingt ein Konzentrationswert selbst sein und kann ein Spannungs- oder Stromwert entsprechend dem Konzentrationswert sein. Im Folgenden wird die NOx-Konzentration auf einer stromabwärts gelegenen Seite des TWC 601, die basierend auf einem von der NOx-Erfassungseinrichtung 703 erhaltenen Erfassungsergebnis bestimmt wird, einfach als NOx-Konzentration (eines Abgases) bezeichnet.
  • Der Sauerstoff-Absorptionsmengen-Berechnungsteil 170 berechnet eine Absorptionsmenge an Sauerstoff im TWC 601, gesteuert durch die Diagnosebetriebssteuerung 150. Die Berechnung erfolgt auf der Grundlage des Luft-Kraftstoff-Verhältnissignals, das von der stromaufwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 701 ausgegeben wird.
  • Der Diagnoseteil 180 diagnostiziert einen Verschlechterungsgrad des TWC 601, der von der Diagnosebetriebssteuerung 150 gesteuert wird. Die Diagnose wird basierend auf dem NOx-Konzentrationssignal, das durch den NOx-Konzentration-Erfassungsteil 160 erfasst wird, und der Absorptionsmenge an Sauerstoff in dem TWC 601, die durch den Sauerstoff-Absorptionsmengen-Berechnungsteil 170 berechnet wird, durchgeführt.
  • Der Speicher 190 speichert verschiedene Informationen, wie beispielsweise verschiedene Programme und Stücke von Daten, die während der Fahrt des Fahrzeugs 1000 benötigt werden, sowie einen Fahrzustand und einen Diagnoseschwellenwert zum Zeitpunkt einer Verschlechterungsdiagnose.
  • Im Fahrzeug 1000 kann ein zusätzlicher Katalysator 602 auf einer weiteren stromabwärts gelegenen Seite der stromabwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 702 und der NOx-Erfassungseinrichtung 703 vorgesehen sein. So ist beispielsweise der zusätzliche Katalysator 602 ein anderer TWC, ein Benzinteilchenfilter (GPF) oder ein Katalysator für die selektive katalytische Reduktion (SCR). In diesem Fall wird ein Abgas aus dem Motor 500 vorzugsweise gereinigt.
  • <Verschlechterungsdiagnose vom TWC>
  • Anschließend wird eine in dieser Ausführungsform durchgeführte Verschlechterungsdiagnose des TWC 601 beschrieben. 2A und 2B sind zwei Sätze von Grafiken, die im Gegensatz dazu einen Steuermodus des Motors 500 bei Durchführung einer Verschlechterungsdiagnose gemäß dieser Ausführungsform und einen Steuermodus des Motors 500 bei einem bekannten und allgemeinen Cmax-Verfahren (im Folgenden einfach als Cmax-Verfahren bezeichnet) darstellen.
  • Insbesondere zeigt 2A eine zeitabhängige Änderung eines Steuersollwerts von stromaufwärts gelegenem A/F, eines Messwertes von stromabwärts gelegenem A/F und eines Messwertes der NOx-Konzentration bei einem Cmax-Verfahren. 2B zeigt eine zeitabhängige Änderung dieser Werte in einer Verschlechterungsdiagnose gemäß dieser Ausführungsform.
  • Zunächst wird eine Beschreibung für einen Cmax gegeben. In einem Cmax-Verfahren wird eine aktive Steuerung zum Steuern eines Betriebszustands des Motors 500 in einer Weise durchgeführt, dass sich ein Steuersollwert des stromaufwärts gelegenen A/F zwischen einem Sollwert AFa in einem mageren Zustand und einem eingestellten Wert AFb in einem fetten Zustand schrittweise ändert, wie in 2A dargestellt. In diesem Fall wird eine Abgastemperatur auf eine vorbestimmte Temperatur eingestellt, bei der die aktive Steuerung in einem Bereich von 600°C oder höher durchgeführt werden kann (in einer Ist-Situation ist eine Temperaturspanne von ungefähr 30°C höher oder niedriger als die vorstehend genannte Temperatur zulässig). Dennoch ist es zumindest unter den gegebenen Umständen schwierig, eine aktive Steuerung durchzuführen, wenn eine Abgastemperatur über 900°C liegt. So beträgt im Wesentlichen ein oberer Grenzwert einer Abgastemperatur 900°C.
  • Ein Betriebszustand des Motors 500 mit einem Steuersollwert von stromaufwärts gelegenem A/F, der auf AFa eingestellt ist, wird im Folgenden als magerer Betrieb bezeichnet, und ein Betriebszustand des Motors 500 mit einem Steuersollwert von stromaufwärts gelegenem A/F, der auf AFb eingestellt ist, wird als fetter Betriebszustand bezeichnet.
  • Genauer gesagt, wird überschüssiger Sauerstoff, der in einem Abgas des Motors 500 enthalten ist, von Ceroxid, das in der TWC 601 bereitgestellt wird, für einen bestimmten Zeitraum absorbiert, nachdem ein Betriebszustand in einen mageren Betriebszustand überführt wurde. Folglich wird das stromabwärts gelegene A/F in einem fetten Zustand gehalten. Danach, wenn eine Sauerstoffabsorptionsmenge von Ceroxid gesättigt ist, wird der in einem Abgas enthaltene Sauerstoff nicht mehr von Ceroxid absorbiert und strömt auf eine stromabwärts gelegene Seite des TWC 601. Dementsprechend wird ein Messwert des stromabwärts gelegenen A/F schrittweise erhöht. Dann wird zu Zeiten, in denen der Messwert des stromabwärts gelegenen A/F einen mageren Schwellenwert THa erreicht (Zeitpunkte ta1, ta2, ta3, --- angezeigt durch die nicht unterbrochenen Pfeile AR1 in 2A), ein Steuersollwert des stromaufwärts gelegenen A/F auf AFb gesetzt und der Betriebszustand geht in einen fetten Betriebszustand über.
  • Diesmal wird eine in einem Abgas aus dem Motor 500 enthaltene Sauerstoffmenge weniger reduziert als eine Menge, die einen stöchiometrischen Zustand erreicht. Dementsprechend wird in dem TWC 601 der in Ceroxid aufgenommene Sauerstoff freigesetzt. Folglich wird das stromabwärts gelegene A/F für einen bestimmten Zeitraum in einem mageren Zustand gehalten. Schließlich, wenn der gesamte Sauerstoff aus dem Ceroxid freigesetzt wird, wird der einmal erhöhte Messwert des stromabwärts liegenden A/F allmählich vermindert.
  • Dann, zu Zeiten, in denen der Messwert des stromabwärts gelegenen A/F einen fetten Schwellenwert THb erreicht (Zeitpunkte tb1, tb2, tb3, --- angezeigt durch die Ein-Punkt-Ein-Strich-Pfeile AR2 in 2A), wird der Steuersollwert des stromaufwärts gelegenen A/F wieder auf AFa gesetzt, und der Betriebszustand geht in einen mageren Betriebszustand über.
  • Es ist zu beachten, dass in 2A zur Vereinfachung der Grafiken die Zeitspanne von einem Messwert von stromabwärts gelegenem A/F den mageren Schwellenwert THa erreicht, bis der Messwert den fetten Schwellenwert THb erreicht (tb1 - ta1, tb2 - ta2, tb3 - ta2, tb3 - ta3, ---) und die Zeitspanne von dem Messwert den fetten Schwellenwert THb erreicht, bis der Messwert den mageren Schwellenwert THa erreicht (ta2 - tb1, ta3 - tb2, ---), gleich sind. In Wirklichkeit können sich diese Zeitspannen jedoch voneinander unterscheiden. In der Regel beträgt jede dieser Zeitspannen höchstens etwa mehrere Sekunden.
  • Danach werden bei Bedarf ein magerer Betriebszustand und ein fetter Betriebszustand wiederholt. Anschließend wird basierend auf einem Messwert des stromaufwärts gelegenen A/F, der nach einem mageren Betriebszustand und einem fetten Betriebszustand erhalten wurde, eine vorbestimmte Anzahl von Wiederholungen durchgeführt oder für einen vorbestimmten Zeitraum wiederholt, wie vorstehend beschrieben (basierend auf einem Zeitintegrationswert in Bezug auf eine vorbestimmte, spezifische Zeit), eine Sauerstoffabsorptionsmenge von Ceroxid, die in dem TWC 601 bereitgestellt wird, wird geschätzt. Anschließend wird basierend auf einem Wert der erhaltenen Sauerstoffabsorptionsmenge ein Verschlechterungsgrad des TWC 601 diagnostiziert. Mit anderen Worten, bei einem Cmax-Verfahren wird die Diagnose gestellt, dass die Funktion des gesamten TWC 601 beeinträchtigt ist, basierend auf der Tatsache, dass die Sauerstoffaufnahmefähigkeit von Ceroxid vermindert ist.
  • Anschließend wird eine Verschlechterungsdiagnose gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Die Verschlechterungsdiagnose gemäß dieser Ausführungsform wird mit dem im Fahrzeug 1000 vorgesehenen Katalysator-Verschlechterungs-Diagnosesystem DS1 durchgeführt.
  • Die Verschlechterungsdiagnose gemäß dieser Ausführungsform ist ähnlich wie die Verschlechterungsdiagnose eines bekannten Cmax-Verfahrens in einem Punkt, in dem ein magerer Betriebszustand und ein fetter Betriebszustand wiederholt werden und in einer Art und Weise des Übergangs von einem mageren Betriebszustand zu einem fetten Betriebszustand, hat aber seine Eigenschaft im Übergang von einem fetten Betriebszustand zu einem mageren Betriebszustand. Die Steuerung des Motors 500 zum Zeitpunkt dieser Diagnose erfolgt durch die Diagnosebetriebssteuerung 150. Auch in der Verschlechterungsdiagnose gemäß dieser Ausführungsform wird eine Abgastemperatur auf eine vorbestimmte Temperatur von 600°C oder höher eingestellt (in einer Ist-Situation ist eine Temperaturspanne ungefähr 30°C, höher oder niedriger als die vorstehend genannte Temperatur, zulässig). Eine Temperatur eines Abgases zum Zeitpunkt dieser Verschlechterungsdiagnose wird als Diagnosetemperatur bezeichnet. Zumindest unter den gegebenen Umständen ist, wie vorstehend beschrieben, die Durchführung einer aktiven Steuerung schwierig, wenn eine Abgastemperatur über 900°C liegt. So beträgt im Wesentlichen, wie auch bei der Diagnosetemperatur, ein oberer Grenzwert einer Abgastemperatur 900°C.
  • Insbesondere, wie in 2B dargestellt, wird in Bezug auf den Übergang von einem mageren Betriebszustand in einen fetten Betriebszustand, ähnlich wie bei einem bekannten Cmax-Verfahren, zu Zeiten, in denen ein Messwert des stromabwärts gelegenen A/F einen mageren Schwellenwert THa erreicht (Zeitpunkte tc1, tc2, --- angezeigt durch nicht unterbrochene Pfeile AR3 in 2B), ein Steuersollwert des stromaufwärts gelegenen A/F auf AFb gesetzt, und ein Betriebszustand geht in einen fetten Betriebszustand über.
  • Bezüglich eines Messwertes von stromabwärts gelegenem A/F kann der stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsteil 110B den Messwert, der in der stromabwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 702 berechnet wurde, aus seinem Erfassungswert erfassen und dann den erfassten Wert an die Diagnosebetriebssteuerung 150 weiterleiten. Alternativ kann der stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsteil 110B einen Erfassungswert in der stromabwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 702 erfassen, den Messwert berechnen und dann den berechneten Wert an die Diagnosebetriebssteuerung 150 übergeben. Oder es kann ein dem Messwert entsprechendes Luft-Kraftstoff-Verhältnissignal von der stromabwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 702 über den stromabwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsteil 110B an die Diagnosebetriebssteuerung 150 bereitgestellt werden, und die Diagnosebetriebssteuerung 150 kann den Signalwert als einen dem Messwert entsprechenden Wert verarbeiten.
  • Während ein fetter Betriebszustand fortgesetzt wird, wird schließlich, ähnlich wie bei einem Cmax-Verfahren, der gesamte in Ceroxid absorbierte Sauerstoff freigesetzt, und zu bestimmten Zeiten (Zeitpunkte td1, td2, --- in 2B) erreicht der Messwert des stromabwärts gelegenen A/F einen fetten Schwellenwert THb. Bei der Verschlechterungsdiagnose gemäß dieser Ausführungsform geht der Betriebszustand jedoch zu diesen Zeitpunkten noch nicht in einen mageren Betriebszustand über (diese werden durch die Zeichen × CR in 2B angezeigt). Stattdessen geht der Betriebszustand zu Zeiten, die eine vorbestimmte Zeitspanne Δt nach diesen Zeitpunkten sind (Zeitpunkte te1, te2, --- angezeigt durch die Ein-Punkt-Ein-Strich-Pfeile AR4 in 2B), in einen mageren Betriebszustand über. Danach werden ebenfalls ein magerer Betriebszustand und ein fetter Betriebszustand wiederholt. Hier ist die Zeitspanne Δt ein im Voraus experimentell ermittelter Wert und wird auf etwa 1 Sekunde bis 5 Sekunden eingestellt.
  • Auf diese Weise, wenn ein fetter Betriebszustand länger fortgesetzt wird als bei einem bekannten Cmax-Verfahren, wie in der untersten Grafik von 2B dargestellt, variiert der Übergang der NOx-Konzentration, während ein fetter Betriebszustand fortgesetzt wird, abhängig von einem einzelnen TWC 601. Einige TWCs 601 können den Übergang im Wesentlichen auf Null halten, wie durch eine durchgezogene Linie angezeigt. Andere TWCs 601 können eine Tendenz zeigen, dass die NOx-Konzentration im Laufe der Zeit allmählich zunimmt, wie durch eine gestrichelte Linie, eine Ein-Punkt-Ein-Strich-Linie und eine Zwei-Punkt-Ein-Strich-Linie angezeigt. Darüber hinaus kann ein NOx-Konzentrationswert, wie in den Fällen, die durch die Ein-Punkt-Ein-Strich-Linie und die Zwei-Punkt-Ein-Strich-Linie angezeigt werden, unmittelbar nach dem Übergang in einen fetten Betriebszustand einen positiven Wert aufweisen.
  • Augenscheinlich wird das von der NOx-Erfassungseinrichtung 703 erfasste NOx im TWC 601 nicht entfernt und zu einer stromabwärts gelegenen Seite abgelassen. Nach eingehender Prüfung durch den Erfinder der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass bei gleicher Abgastemperatur die Tendenz besteht, dass ein Wert der NOx-Konzentration größer ist, wenn der TWC 601 sich weiter verschlechtert, wie durch einen Pfeil AR5 angezeigt. Dies bedeutet, dass es einen Zusammenhang zwischen der NOx-Konzentration in einem fetten Betriebszustand und einem Verschlechterungsgrad der NOx-Reduktionsfähigkeit des TWC 601 gibt.
  • Im Gegensatz dazu wurde auch bestätigt, dass hinsichtlich der NOx-Konzentration in einem mageren Betriebszustand, auch wenn ein magerer Betriebszustand auch nach Erreichen des mageren Schwellenwerts THa durch einen Messwert des stromabwärts gelegenen A/F fortgesetzt wird, kein besonderer Zusammenhang mit einem Verschlechterungsgrad des TWC 601 besteht.
  • In dieser Ausführungsform wird auf der Grundlage der vorstehend genannten Ergebnisse ein Verschlechterungsgrad der NOx-Reduktionsfähigkeit des TWC 601 (wobei das Edelmetall Pd und Rh sind, um genauer zu sein) basierend auf der NOx-Konzentration diagnostiziert, die in einer Zeitspanne erfasst wurde, in der ein Betriebszustand von einem mageren Betriebszustand in einen fetten Betriebszustand übergeht, bis hin zu einem Zeitpunkt, in dem der Betriebszustand wieder in einen mageren Betriebszustand übergeht, in dem im Fahrzeug 1000 bereitgestellten Katalysator-Verschlechterungs-Diagnosesystem DS1.
  • Insbesondere wird in dem Katalysator-Verschlechterungs-Diagnosesystem DS1 zunächst unter der Steuerung der Diagnosebetriebssteuerung 150 eine Temperatur eines Abgases auf einer Diagnosetemperatur in einem Bereich zwischen 600°C und 900°C gehalten, und wie vorstehend beschrieben, wird der Übergang von einem mageren Betriebszustand in einen fetten Betriebszustand zu Zeiten, in denen ein Messwert des stromabwärts gelegenen AF den mageren Schwellenwert THa erreicht, und der Übergang von einem fetten Betriebszustand in einen mageren Betriebszustand zu Zeiten, die eine vorbestimmte Zeitspanne Δt darstellen, wiederholt. Die auf die vorstehende Weise ausgeführte Steuerung (aktive Steuerung) des Motors 500 wird als Diagnosebetrieb bezeichnet.
  • Parallel dazu erfasst der NOx-Konzentration-Erfassungsteil 160, wenn sich der Motor 500 in einem Diagnosebetriebszustand befindet, zumindest während eines fetten Betriebszustandes des Diagnosebetriebszustandes ein NOx-Konzentrationssignal von der NOx-Erfassungseinrichtung 703 und stellt einen Signalwert davon dem Diagnoseteil 180 zur Verfügung.
  • Der Diagnoseteil 180 vergleicht den bereitgestellten NOx-Konzentrationssignalwert und einen im Speicher 190 im Voraus gespeicherten Schwellenwert (erster Schwellenwert). Wenn der Wert des NOx-Konzentrationssignals den Schwellenwert überschreitet, diagnostiziert der Diagnoseteil 180, dass eine Verschlechterung über einen zulässigen Grenzwert hinaus in der NOx-Reduktionsfähigkeit des TWC 601 auftritt. Wenn der Wert des NOx-Konzentrationssignals gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist, diagnostiziert der Diagnoseteil 180, dass eine Verschlechterung über einen zulässigen Grenzwert hinaus nicht in der NOx-Reduktionsfähigkeit des TWC 601 auftritt. Der Schwellenwert wird in einem Format und einem Wert entsprechend einem Format des NOx-Signalwerts beschrieben, der dem Diagnoseteil 180 bereitgestellt wird. Zu beachten ist, dass ein Durchschnittswert der NOx-Konzentrationssignalwerte, die jedes Mal erfasst werden, wenn ein Betriebszustand einen fetten Betriebszustand erreicht, mit dem Schwellenwert verglichen werden kann. Alternativ können Schwellenwerte stufenweise eingestellt und entsprechende Schwellenwerte und NOx-Konzentrationswerte miteinander verglichen werden. Auf diese Weise kann ein Verschlechterungsgrad der NOx-Reduktionsfähigkeit des TWC 601 als Diagnoseziel schrittweise diagnostiziert werden.
  • Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, liegt ein deutlicher Unterschied zwischen einem Cmax-Verfahren und einer Verschlechterungsdiagnose gemäß dieser Ausführungsform in einem Zeitraum, in dem der Motor 500 in einem fetten Betriebszustand gehalten wird. Unter der Voraussetzung, dass ein Verschlechterungsgrad der NOx-Reduktionsfähigkeit im TWC 601 gleich ist, sollte daher auch in einem Fall, in dem die Dauer eines fetten Betriebszustandes kurz ist, wie bei einem Cmax-Verfahren, in Wirklichkeit ein NOx-Strom vom TWC 601 zu einer stromabwärts gelegenen Seite auftreten. Dementsprechend kann es in einem Aspekt so aussehen, als ob eine Verschlechterungsdiagnose durchgeführt werden kann, indem ein Betriebszustand des Motors 500 mit einem Cmax-Verfahren gesteuert und die NOx-Konzentration gemessen wird.
  • Angesichts eines kurzen Zeitraums eines fetten Betriebszustandes und der Reaktions- und Erkennungsfehler der NOx- Erfassungseinrichtung 703 besteht jedoch eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die NOx-Konzentration in einem fetten Betriebszustand in der Regel im Wesentlichen Null sein kann oder einen Wert nahe Null haben kann, wie in der untersten Grafik von 2A dargestellt, es sei denn, die NOx-Reduktionsfähigkeit des TWC 601 wird in erheblichem Maße beeinträchtigt. Selbst wenn ein Betriebszustand des Motors 500 ähnlich wie bei einem Cmax-Verfahren gesteuert wird, ist es daher schwierig, die NOx-Reduktionsfähigkeit genau zu diagnostizieren.
  • Im Gegensatz dazu wird bei der Verschlechterungsdiagnose dieser Ausführungsform, ähnlich wie bei einem Cmax-Verfahren, eine in dem TWC 601 bereitgestellte Sauerstoffabsorptionsmenge an Ceroxid geschätzt, und basierend auf einem Wert der Schätzung kann auch ein Verschlechterungsgrad der Sauerstoffabsorptionsfähigkeit von Ceroxid diagnostiziert werden.
  • Im Einzelnen wird folgendes verwendet. Ein Wert, der durch Integrieren eines Differenzwertes zwischen einem Messwert von stromaufwärts gelegenem A/F, wenn sich der Motor 500 in einem Diagnosebetriebszustand befindet, der durch eine gestrichelte Linie in der obersten Grafik von 2B angezeigt wird, und einem stöchiometrischen Wert (ungefähr 14,7), bezogen auf die Zeit, während sich der Motor 500 in einem mageren Betriebszustand befindet, erhalten wird, entspricht einer Sauerstoffabsorptionsmenge von Ceroxid, die in dem TWC 601 in einer Absorption vorgesehen ist. Genauer gesagt, wird der Differenzwert ab dem Zeitpunkt integriert, zu dem der Messwert des stromaufwärts gelegenen A/F einen stöchiometrischen Wert oder mehr nach einem Steuersollwert des stromaufwärts gelegenen A/F auf einen mageren eingestellten Wert AFa übergeht, bis zum Zeitpunkt, zu dem der Messwert des stromaufwärts gelegenen A/F auf einen fetten eingestellten Wert AFb übergeht (bis zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Messwert des stromabwärts gelegenen A/F einen mageren Schwellenwert THa erreicht). Ein Absolutwert eines Wertes, der durch Integrieren des Differenzwertes in Bezug auf die Zeit ab dem Zeitpunkt erhalten wird, ab dem der Messwert von stromaufwärts gelegenem A/F einen stöchiometrischen Wert oder weniger aufweist, bis zu dem Zeitpunkt, ab dem der Messwert von stromabwärts gelegenem A/F einen fetten Schwellenwert THb erreicht, während sich der Motor 500 in einem fetten Betriebszustand befindet, entspricht einer Sauerstofffreisetzungsmenge in einer Freisetzung. So entspricht beispielsweise eine Fläche eines schraffierten Teils M1 aus 2B einer Sauerstoffabsorptionsmenge in einer Absorption und ein Absolutwert einer Fläche eines schraffierten Teils M2 einer Sauerstofffreisetzungsmenge in einer Freisetzung.
  • Dann werden jedes Mal, wenn die Umkehrung zwischen einem mageren Betriebszustand und einem fetten Betriebszustand wiederholt wird, während ein Diagnosebetrieb fortgesetzt wird, Flächenwerte berechnet, die dieser Sauerstoffabsorptionsmenge entsprechen, und eine durchschnittliche Sauerstoffabsorptionsmenge, die ein Durchschnittswert aller erhaltenen Berechnungswerte ist, wird als eine Sauerstoffabsorptionsmenge betrachtet, die die Sauerstoffabsorptionsfähigkeit von Ceroxid anzeigt, das in dem TWC 601 bereitgestellt wird.
  • Eine auf die vorstehend beschriebene Weise berechnete Sauerstoffabsorptionsmenge entspricht der in einem bekannten Cmax-Verfahren berechneten Sauerstoffabsorptionsfähigkeit.
  • Daher berechnet der Sauerstoff-Absorptionsmengen-Berechnungsteil 170 in dem von der Diagnosebetriebssteuerung 150 gesteuerten Katalysator-Verschlechterungs-Diagnosesystem DS1, wenn der Motor 500 parallel zur Erfassung von NOx-Konzentrationssignalen im vorstehend beschriebenen NOx-Konzentration-Erfassungsteil 160 in einen Diagnosebetriebszustand übergeht, wiederholt eine Sauerstoffabsorptionsmenge und eine Sauerstofffreisetzungsmenge von Ceroxid in der vorstehend beschriebenen Weise basierend auf Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Signalen von der stromaufwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 701, berechnet eine durchschnittliche Sauerstoffabsorptionsmenge, die ein Durchschnittswert davon ist, und stellt den Durchschnittswert für den Diagnoseteil 180 bereit.
  • Parallel zur vorstehend beschriebenen Diagnose der NOx-Reduktionsfähigkeit vergleicht der Diagnoseteil 180 die angegebene durchschnittliche Sauerstoffabsorptionsmenge und einen im Speicher 190 im Voraus gespeicherten Schwellenwert (zweiter Schwellenwert). Liegt die durchschnittliche Sauerstoffabsorptionsmenge unter dem Schwellenwert, diagnostiziert der Diagnoseteil 180, dass eine Verschlechterung der Sauerstoffabsorptionsfähigkeit des TWC 601 über eine zulässige Grenze hinaus auftritt. Wenn die durchschnittliche Sauerstoffabsorptionsmenge gleich oder größer als der Schwellenwert ist, diagnostiziert der Diagnoseteil 180, dass eine Verschlechterung über einen zulässigen Grenzwert hinaus nicht in der Sauerstoffabsorptionsfähigkeit des TWC 601 auftritt. Alternativ können die Schwellenwerte in Verbindung mit einem Verschlechterungsgrad der Sauerstoffaufnahmekapazität stufenweise festgelegt werden, und entsprechende Schwellenwerte und eine durchschnittliche Sauerstoffaufnahmemenge können miteinander verglichen werden. Auf diese Weise kann ein Verschlechterungsgrad der Sauerstoffaufnahmekapazität des TWC 601 als Diagnoseziel schrittweise diagnostiziert werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann im Katalysator-Verschlechterungs-Diagnosesystem DS1 gemäß dieser Ausführungsform als Verschlechterungsdiagnose des TWC 601 eine Diagnose der NOx-Reduktionsfähigkeit und eine Diagnose der Sauerstoffabsorptionsfähigkeit ähnlich denen in einem bekannten Verfahren parallel durchgeführt werden. Darüber hinaus wird durch eine eingehende Untersuchung des Erfinders der vorliegenden Erfindung bestätigt, dass nicht unbedingt eine Korrelation zwischen beiden Diagnoseergebnissen besteht. Dies bedeutet, dass ein Verschlechterungszustand des TWC 601 bei einer Verschlechterungsdiagnose, die im Katalysator-Verschlechterungs-Diagnosesystem DS1 gemäß dieser Ausführungsform durchgeführt wird, besser verstanden werden kann als bei einer Verschlechterungsdiagnose mit einem Cmax-Verfahren, bei dem nur die Sauerstoffabsorptionsfähigkeit als Index verwendet wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, werden gemäß dieser Ausführungsform, ähnlich wie bei einem bekannten Cmax-Verfahren, ein magerer Betriebszustand und ein fetter Betriebszustand abwechselnd in einem Motor wiederholt, und der Übergang von einem fetten Betriebszustand zu einem mageren Betriebszustand erfolgt nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne, da ein Messwert eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf einer stromabwärts gelegenen Seite eines TWC einen fetten Schwellenwert erreicht, und in diesem Zustand wird NOx auf einer stromabwärts gelegenen Seite des TWC während eines fetten Betriebszustandes erfasst, und die auf der Grundlage der Erfassung bestimmten NOx-Konzentrationswerte werden mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen. Auf diese Weise kann hinsichtlich der NOx-Reduktionsfähigkeit des TWC ein Verschlechterungsgrad diagnostiziert werden.
  • Darüber hinaus wird eine Sauerstoffabsorptionsmenge des TWC basierend auf einem Wert berechnet, der durch Zeitintegration eines Messwertes eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf einer stromaufwärts gelegenen Seite des TWC erhalten wird, und der berechnete Wert wird mit einem Schwellenwert verglichen. Auf diese Weise kann auch hinsichtlich der Sauerstoffabsorptionsfähigkeit des TWC ein Verschlechterungsgrad diagnostiziert werden.
  • Darüber hinaus können diese Diagnosen der NOx-Reduktionsfähigkeit und der Sauerstoffabsorptionsfähigkeit parallel durchgeführt werden, und es gibt keinen Zusammenhang zwischen der Art und Weise der Verschlechterung sowohl der NOx-Reduktionsfähigkeit als auch der Sauerstoffabsorptionsfähigkeit. Daher kann gemäß dieser Ausführungsform im Vergleich zu einem bekannten Cmax-Verfahren ein Verschlechterungszustand eines TWC genauer verstanden werden.
  • [Beispiele]
  • (Beispiel 1)
  • Es wurden vier TWCs 601 mit unterschiedlichem Verschlechterungsgrad hergestellt und jeweils in einem realen Fahrzeug 1000 montiert. Der aktive Steuerungsbetrieb des Motors 500 wurde durchgeführt und das Verhalten der NOx-Konzentration auf einer stromabwärts gelegenen Seite wurde für jeden der TWCs 601 analysiert.
  • Als Fahrzeug 1000 wurde ein Benzinfahrzeug mit einem Motor 500 mit 4,6-Liter-Motor (V8-Motor nicht-turbo) verwendet. Wie der TWC 601 wurde ein neues Produkt (im Folgenden auch als ein Frisches oder frisches Produkt bezeichnet) und drei hydrothermale Alterungsprodukte, die durch eine hydrothermale Alterung von frischen Produkten für 2 Stunden, 4 Stunden und 10 Stunden bei 1000°C erhalten wurden, hergestellt, um einen Verschlechterungszustand in verschiedenen Stufen zu simulieren. Ein TWC 601, der einer längeren hydrothermalen Alterungszeit ausgesetzt ist, entspricht einem TWC mit einem deutlicheren Verschlechterungsgrad. Die hydrothermale Alterung wurde in einer Atmosphäre durchgeführt, die 2% O2, 10% H2O und den Rest von N2 enthielt.
  • Weiterhin wurden bekannte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren als stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 701 und stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 702 und ein Massenanalysator als NOx-Erfassungseinrichtung 703 verwendet.
  • Der aktive Steuerungsbetrieb wurde unter der Bedingung durchgeführt, dass eine Motordrehzahl des Motors 500 bei 2000 U/min gehalten wurde und ein magerer Betriebszustand mit einem Luftüberschussverhältnis λ = 1,04 und ein fetter Betriebszustand mit einem Luftüberschussverhältnis λ = 0,96 abwechselnd für 30 Sekunden in jedem Zustand wiederholt wurden. Insbesondere AFa = 1,04 × 14,7 ≈ 15,29 und AFb = 0,96 × 14,7 ≈ 14,11. Die Temperaturen eines Abgases wurden in vier verschiedenen Stufen von 400°C, 500°C, 600°C und 700°C variiert. Um jede Abgastemperatur zu erreichen, wurde eine Kraftstoffeinspritzungsmenge aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 501 und die Ansaugluft aus der Lufteinlasseinheit 401 variabel gesteuert.
  • 3A bis 3D sind Grafiken, in denen zeitabhängige Änderungen der NOx-Konzentration für die jeweiligen Abgastemperaturen organisiert sind, wenn die vier TWCs 601 jeweils im Fahrzeug 1000 montiert sind.
  • Wie in 3A bis 3D dargestellt, wurde, wenn eine Abgastemperatur 600°C betrug, eine hohe NOx-Konzentration in einem mageren Betriebszustand unabhängig von der Differenz der TWCs festgestellt und NOx wurde auch in einem fetten Betriebszustand mit Ausnahme eines frischen Produkts festgestellt. Weiterhin wurde auch bei einer Abgastemperatur von 700°C eine Spur von NOx in einem fetten Betriebszustand festgestellt. Im Gegensatz dazu wurde bei einer Abgastemperatur von 400°C und 500°C NOx im fetten Betriebszustand nicht erkannt, selbst wenn TWCs mit hydrothermaler Alterung verwendet wurden.
  • 4 ist eine Grafik, die einen Zusammenhang zwischen der hydrothermalen Alterungszeit („Katalysator-Alterungszeit“ in 4) und einem Maximalwert der NOx-Konzentration in einem fetten Betriebszustand in einem Fall zeigt, in dem eine Abgastemperatur 600°C und 700°C beträgt. Zu beachten ist, dass Daten, wenn die „Katalysator-Alterungszeit“ 0 Stunden (0 h) beträgt, Daten eines frischen Produkts sind.
  • Unter Bezugnahme auf 4 lässt sich feststellen, dass in jedem Fall die Tendenz besteht, dass die NOx-Konzentration größer ist als die hydrothermale Alterungszeit.
  • Solche Ergebnisse deuten darauf hin, dass, wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, eine Diagnose der NOx-Reduktionsfähigkeit eines TWC möglich ist, indem eine Periode eines fetten Betriebszustandes in aktiver Steuerung eingestellt wird, in der ein magerer Betriebszustand und ein fetter Betriebszustand abwechselnd wiederholt werden, um ausreichend länger (30 Sekunden in dieser Ausführungsform) zu sein, als eine Periode (höchstens etwa mehrere Sekunden), um in einem fetten Betriebszustand in aktiver Steuerung in einem üblichen Cmax-Verfahren zu sein.
  • (Beispiel 2)
  • Die vier Arten von TWCs 601 mit einem (simulierten) unterschiedlichen Verschlechterungszustand, der im Beispiel 1 verwendet wird, wurden im gleichen Fahrzeug 1000 wie im Beispiel 1 montiert, und mit einem bekannten Cmax-Verfahren wurde eine Sauerstoffabsorptionsmenge von Fällen gemessen, in denen eine Abgastemperatur auf 600°C und 700°C eingestellt wurde. Der aktive Steuerungsbetrieb wurde unter der Bedingung durchgeführt, dass eine Motordrehzahl des Motors 500 auf 2000 U/min gehalten wurde. Um jede Abgastemperatur zu erreichen, wurde eine Kraftstoffeinspritzungsmenge aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 501 und die Ansaugluft aus der Lufteinlasseinheit 401 variabel gesteuert. Weiterhin wurden jeweils 10 mal ein magerer Betriebszustand und ein fetter Betriebszustand durchgeführt, ein Durchschnittswert der Sauerstoffabsorptionsmengen oder der Sauerstofffreisetzungsmengen nach insgesamt 20 mal Sauerstoffabsorption oder Sauerstofffreisetzung wurde als Sauerstoffabsorptionsmenge jedes TWC angesehen. Die Dauer der einzelnen Betriebszustände betrug ungefähr 3 Sekunden.
  • 5A und 5B sind Grafiken, die einen Zusammenhang zwischen der hydrothermalen Alterungszeit („Katalysatoralterungszeit“ in 5A und 5B) und einer Sauerstoffabsorptionsmenge („OSC“ in 5A und 5B) in Fällen zeigen, in denen eine Abgastemperatur 600°C bzw. 700°C beträgt.
  • In beiden Fällen, in denen eine Abgastemperatur von 5A 600°C und eine Abgastemperatur von 5B 700°C beträgt, hatte nur ein frisches Produkt eine größere Sauerstoffabsorptionsmenge als die anderen drei hydrothermalen Alterungsprodukte, und es wurde kein bemerkenswerter Unterschied zwischen den drei hydrothermalen Alterungsprodukten beobachtet. Solche Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich eine Sauerstoffabsorptionsmenge des TWC 601 in relativ kurzer Zeit nach Beginn der Verwendung des TWC 601 verringert und sich danach nicht wesentlich ändert.
  • Weiterhin wird bestimmt, dass eine solche Änderung einer Sauerstoffabsorptionsmenge keinen Zusammenhang mit der in 4 dargestellten Änderung der NOx-Konzentration aufweist. Dies deutet darauf hin, dass ein Verschlechterungsgrad des TWC 601 nur mit der bisher durchgeführten Bewertung der Sauerstoffabsorptionsfähigkeit nicht unbedingt richtig beurteilt werden kann und dass eine Diagnosetechnik der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, mit der die Sauerstoffabsorptionsfähigkeit und die NOx-Reduktionsfähigkeit parallel bewertet werden können, einen Verschlechterungszustand des TWC 601 genauer diagnostizieren kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 200617078 [0009]
    • JP 5835478 [0009]

Claims (4)

  1. System zur Diagnose eines Verschlechterungsgrades eines Katalysators, der ein von einem Verbrennungsmotor emittiertes Abgas reinigt, wobei der Katalysator in einem Abgasweg für das Abgas aus dem Verbrennungsmotor vorgesehen ist, wobei eine Seite am Katalysator in Bezug auf den Verbrennungsmotor als stromaufwärts gelegene Seite in Bezug auf den Katalysator im Abgasweg definiert ist, wobei eine Seite auf einer gegenüberliegenden Seite der stromaufwärts gelegenen Seite als stromabwärts gelegene Seite in Bezug auf den Katalysator im Abgasweg definiert ist, wobei das System umfasst: ein stromabwärts gelegenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungselement, das auf der stromabwärts gelegenen Seite im Abgasweg vorgesehen ist; ein NOx-Erfassungselement, das auf der stromabwärts gelegenen Seite im Abgasweg vorgesehen ist; ein Betriebssteuerelement, das konfiguriert ist, um den Lufteinlass und die Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsmotor zu steuern, um dadurch einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu steuern; ein Diagnoseelement, das konfiguriert ist, um einen Verschlechterungsgrad des Katalysators zu diagnostizieren; und ein Speicherelement, das konfiguriert ist, um im Voraus bestimmte Diagnoseschwellenwerte zu speichern, wobei das Betriebssteuerelement konfiguriert ist, um bewirken zu können, dass der Verbrennungsmotor einen Diagnosebetrieb durchführt, wobei im Diagnosebetrieb, gesteuert durch das Betriebssteuerelement, eine Temperatur des Abgases auf einer vorbestimmten Diagnosetemperatur von 600°C oder höher gehalten wird, wenn sich der Verbrennungsmotor in einem mageren Betriebszustand befindet, zu einem Zeitpunkt, zu dem ein stromabwärts gelegenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen vorbestimmten mageren Schwellenwert erreicht, der Verbrennungsmotor veranlasst wird, in einen fetten Betriebszustand überzugehen, und wenn sich der Verbrennungsmotor in einem fetten Betriebszustand befindet, zu einem Zeitpunkt, der eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Zeitpunkt ist, zu dem ein stromabwärts gelegenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen vorbestimmten fetten Schwellenwert erreicht, der Verbrennungsmotor veranlasst wird, in einen mageren Betriebszustand überzugehen, der magere Zustand ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors ist, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des vom Verbrennungsmotor emittierten Abgases größer als ein stöchiometrischer Wert ist, der fette Betriebszustand ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors ist, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des vom Verbrennungsmotor emittierten Abgases kleiner als ein stöchiometrischer Wert ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromabwärts, basierend auf einem Erfassungsergebnis, erhalten durch das stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungselement, ist, und das Diagnoseelement die NOx-Konzentration auf der stromabwärts gelegenen Seite, basierend auf einem Erfassungsergebnis, das durch das NOx-Erfassungselement während des fetten Betriebszustandes erhalten wurde, mit einem ersten Diagnoseschwellenwert der Diagnoseschwellenwerte vergleicht, um dadurch einen Verschlechterungsgrad der NOx-Reduktionsfähigkeit des Katalysators zu diagnostizieren.
  2. Katalysator-Verschlechterungs-Diagnosesystem nach Anspruch 1, weiter umfassend ein stromaufwärts gelegenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungselement, das konfiguriert ist, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Abgasweges zu erfassen, wobei das Diagnoseelement weiter eine durchschnittliche Sauerstoffabsorptionsmenge des Katalysators vergleicht, die als Durchschnittswert einer Sauerstoffabsorptionsmenge des Katalysators in einer Absorption und einer Sauerstofffreisetzungsmenge des Katalysators in einer Freisetzung mit einem zweiten Diagnoseschwellenwert der Diagnoseschwellenwerte berechnet wird, um dadurch einen Verschlechterungsgrad der Sauerstoffabsorptionsfähigkeit des Katalysators zu d iag nostizieren, die Sauerstoffabsorptionsmenge berechnet wird, indem ein Differenzwert zwischen einem stromaufwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem stöchiometrischen Wert in Bezug auf die Zeit, ab der das stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen stöchiometrischen Wert oder mehr aufweist, bis zu dem das stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis den mageren Schwellenwert erreicht, integriert wird, die Sauerstofffreisetzungsmenge berechnet wird, indem ein Differenzwert zwischen einem stromaufwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem stöchiometrischen Wert in Bezug auf die Zeit ab dem Zeitpunkt, ab dem das stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen stöchiometrischen Wert oder weniger aufweist, bis zum Zeitpunkt, ab dem das stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis den fetten Schwellenwert erreicht, integriert wird, und das stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf der stromaufwärts gelegenen Seite ist, das basierend auf einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungswert bestimmt wird, der durch das stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungselement erhalten wird.
  3. Verfahren zur Diagnose eines Verschlechterungsgrades eines Katalysators, der ein von einem Verbrennungsmotor emittiertes Abgas reinigt, wobei der Katalysator in einem Abgasweg für das Abgas des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, wobei eine Seite am Katalysator in Bezug auf den Verbrennungsmotor als stromaufwärts gelegene Seite in Bezug auf den Katalysator definiert ist, wobei eine Seite auf einer gegenüberliegenden Seite der stromaufwärts gelegenen Seite als stromabwärts gelegene Seite in Bezug auf den Katalysator definiert ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a) Verwenden eines vorbestimmten Steuerelements zum Steuern des Lufteinlasses und der Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsmotor, um dadurch den Verbrennungsmotor zu veranlassen, einen Diagnosebetrieb durchzuführen; und b) Diagnostizieren eines Verschlechterungsgrades des Katalysators, wobei in dem Schritt a), eine Temperatur des Abgases auf einer vorbestimmten Diagnosetemperatur von 600°C oder höher gehalten wird, wenn sich der Verbrennungsmotor in einem mageren Betriebszustand befindet, zu einem Zeitpunkt, zu dem ein stromabwärts gelegenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf der stromabwärts gelegenen Seite ist, einen vorbestimmten mageren Schwellenwert erreicht, der Verbrennungsmotor veranlasst wird, in einen fetten Betriebszustand überzugehen, und wenn sich der Verbrennungsmotor in einem fetten Betriebszustand befindet, zu einem Zeitpunkt, der eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Zeitpunkt ist, zu dem das stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen vorbestimmten fetten Schwellenwert erreicht, der Verbrennungsmotor veranlasst wird, in einen mageren Betriebszustand überzugehen, der magere Zustand ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors ist, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des vom Verbrennungsmotor emittierten Abgases größer als ein stöchiometrischer Wert ist, der fette Betriebszustand ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors ist, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des von dem Verbrennungsmotor emittierten Abgases kleiner als ein stöchiometrischer Wert ist, und in dem Schritt b) die Konzentration von NOx im Abgas auf der stromabwärts gelegenen Seite während des fetten Betriebszustands mit einem ersten Diagnoseschwellenwert verglichen wird, der im Voraus in einem vorbestimmten Speicherelement gespeichert ist, um dadurch einen Verschlechterungsgrad der NOx-Reduktionsfähigkeit des Katalysators zu diagnostizieren.
  4. Katalysator-Verschlechterungs-Diagnoseverfahren nach Anspruch 3, wobei in dem Schritt b) eine durchschnittliche Sauerstoffabsorptionsmenge des Katalysators, die als ein Durchschnittswert einer Sauerstoffabsorptionsmenge des Katalysators in einer Absorption und einer Sauerstofffreisetzungsmenge des Katalysators in einer Freisetzung berechnet wird, weiter mit einem zweiten Diagnoseschwellenwert verglichen wird, der im Voraus in dem vorbestimmten Speicherelement gespeichert ist, um dadurch einen Verschlechterungsgrad der Sauerstoffabsorptionsfähigkeit des Katalysators zu diagnostizieren, die Sauerstoffabsorptionsmenge berechnet wird, indem ein Differenzwert zwischen einem stromaufwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der stromaufwärts gelegenen Seite ist, und einem stöchiometrischen Wert in Bezug auf die Zeit, von der das stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen stöchiometrischen Wert oder mehr aufweist, bis zu dem das stromabwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis den mageren Schwellenwert erreicht, integriert wird, und die Sauerstofffreisetzungsmenge berechnet wird, indem ein Differenzwert zwischen dem stromaufwärts gelegenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem stöchiometrischen Wert in Bezug auf die Zeit, ab der das stromaufwärts gelegene Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen stöchiometrischen Wert oder weniger aufweist, bis zu dem das stromabwärts liegende Luft-Kraftstoff-Verhältnis den fetten Schwellenwert erreicht, integriert wird.
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