DE102021115523A1

DE102021115523A1 - Verschlechterungsdiagnosevorrichtung für einen abgassteuerungskatalysator

Info

Publication number: DE102021115523A1
Application number: DE102021115523.1A
Authority: DE
Inventors: Norihisa Nakagawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-06-26
Filing date: 2021-06-16
Publication date: 2021-12-30
Also published as: JP7264120B2; US20210404368A1; US11225896B1; CN113847127B; JP2022007483A; CN113847127A

Abstract

Eine Verschlechterungsdiagnosevorrichtung weist einen stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor (43) und eine Steuervorrichtung (31) auf. Die Steuervorrichtung (31) ist so konfiguriert, dass sie in einem Verschlechterungs-Diagnoseprozess zur Diagnose der Verschlechterung des Abgassteuerungskatalysators abwechselnd und wiederholt einen Fettprozess und einen Magerprozess durchführt. Die Steuervorrichtung (31) ist so konfiguriert, dass sie in dem eine Verschlechterungs-Diagnoseprozess bestimmt, dass sich der Abgassteuerungskatalysator verschlechtert hat, wenn der Magerprozess ausgeführt wird und die Frequenz, mit der ein ausgegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (43) gleich dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, gleich oder größer als eine vorbestimmte Frequenz ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Verschlechterungsdiagnosevorrichtung für einen Abgassteuerungskatalysator.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Die Bereitstellung eines Abgassteuerungskatalysators, der Sauerstoff in einem Auslasskanal eines Verbrennungsmotors speichern kann, ist bekannt (z.B. aus JP 2010 - 180 717 A und aus JP 2005 - 299 587 A ). Der Abgassteuerungskatalysator, der Sauerstoff speichern kann, speichert den Sauerstoff aus einem Abgas, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (im Folgenden als „mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis“ bezeichnet), und gibt den gespeicherten Sauerstoff frei, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis(im Folgenden als „fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis“ bezeichnet).
Wenn sich ein solcher Abgassteuerungskatalysator z.B. durch Sinterung etc. verschlechtert hat, wird die Sauerstoffspeicherkapazität des Abgassteuerungskatalysators gesenkt. So führt die in JP 2010 - 180 717 A beschriebene Vorrichtung eine aktive Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung durch, bei der ein Fettprozess, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Abgassteuerungskatalysator einströmenden Abgases auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, und ein Magerprozess, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Abgassteuerungskatalysator einströmenden Abgases auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, abwechselnd und wiederholt durchgeführt werden, um eine Verschlechterung des Abgassteuerungskatalysators zu diagnostizieren / festzustellen. Bei der in JP 2010 - 180 717 A beschriebenen aktiven Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung wird der Fettprozess solange ausgeführt, bis das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors, der stromabwärtig von dem Abgassteuerungskatalysator vorgesehen ist, gleich einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und der Magerprozess wird solange ausgeführt, bis das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors gleich einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. In der in JP 2010 - 180 717 A beschriebenen Vorrichtung werden darüber hinaus die Sauerstoffspeichermenge während des Magerprozesses und der Sauerstoff-Freigabemenge während des Fettprozesses mehrfach gemessen, der Durchschnittswert der Messwerte und Schwankungen bei den Messwerten werden berechnet, eine maximal speicherbare Sauerstoffmenge wird basierend auf dem Durchschnittswert und den Schwankungen geschätzt und eine Verschlechterung des Abgassteuerungskatalysators wird basierend auf der maximal speicherbaren Sauerstoffmenge diagnostiziert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei der aktiven Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung zur Verschlechterungsdiagnose in JP 2010 - 180 717 A wird der Magerprozess solange ausgeführt, bis das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors gleich einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors auf diese Weise gleich einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wird angezeigt, dass Sauerstoff aus dem Abgassteuerungskatalysator strömt, d.h., dass Stickoxide (NOx) aus dem Abgassteuerungskatalysator herausströmen. Es besteht also die Möglichkeit, dass NOx aus dem Abgassteuerungskatalysator herausströmt, wenn die in JP 2010 - 180 717 A beschriebene Vorrichtung eine Verschlechterung des Abgassteuerungskatalysators diagnostiziert.
Die vorliegende Offenbarung sieht eine Verschlechterungsdiagnosevorrichtung für einen Abgassteuerungskatalysator vor, wobei die Verschlechterungsdiagnosevorrichtung dazu in der Lage ist, das Ausströmen von NOx aus dem Abgassteuerungskatalysator zu unterdrücken, wenn eine Verschlechterung des Abgassteuerungskatalysators diagnostiziert wird.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung sieht eine Verschlechterungsdiagnosevorrichtung für einen Abgassteuerungskatalysator vor, wobei die Verschlechterungsdiagnosevorrichtung so konfiguriert ist, dass sie eine Verschlechterung des Abgassteuerungskatalysators diagnostiziert, der in einem Auslasskanal eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist und der so konfiguriert ist, dass er Sauerstoff speichert. Die Verschlechterungsdiagnosevorrichtung für den Abgassteuerungskatalysator weist einen stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor und eine Steuervorrichtung auf. Der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor ist so konfiguriert, dass er ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases detektiert, das aus dem Abgassteuerungskatalysator herausgeströmt ist. Die Steuervorrichtung ist konfiguriert, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das in den Abgassteuerungskatalysator einströmt, zu steuern und eine Verschlechterung des Abgassteuerungskatalysators basierend auf einer Ausgabe des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors zu diagnostizieren. Die Steuervorrichtung ist so konfiguriert, dass sie in einem Verschlechterungs-Diagnoseprozess zur Diagnose der Verschlechterung des Abgassteuerungskatalysators abwechselnd und wiederholt einen Fettprozess und einen Magerprozess durchführt, wobei der Fettprozess ein Prozess ist, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den Abgassteuerungskatalysator strömt, auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, das fetter als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und wobei der Magerprozess ein Prozess ist, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den Abgassteuerungskatalysator strömt, auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, das magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Die Steuervorrichtung ist so konfiguriert, dass sie im Verschlechterungs-Diagnoseprozess vom Fettprozess auf den Magerprozess umschaltet, wenn eine Sauerstoffmenge, die seit dem Start des Fettprozesses vom Abgassteuerungskatalysator freigegeben worden ist, gleich einer ersten Sauerstoffmenge ist, und vom Magerprozess auf den Fettprozess umschaltet, wenn eine Sauerstoffmenge, die seit dem Start des Magerprozesses im Abgassteuerungskatalysator gespeichert worden ist, gleich einer zweiten Sauerstoffmenge ist, die niedriger als die erste Sauerstoffmenge ist. Die Steuervorrichtung ist so konfiguriert, dass sie in dem eine Verschlechterungs-Diagnoseprozess bestimmt, dass sich der Abgassteuerungskatalysator verschlechtert hat, wenn der Magerprozess ausgeführt wird und eine Frequenz, mit der ein ausgegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors gleich dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, gleich oder größer als eine vorbestimmte Frequenz ist.
In der Verschlechterungsdiagnosevorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Steuervorrichtung so konfiguriert sein, dass sie von dem Fettprozess auf den Magerprozess umschaltet, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors gleich dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, noch bevor die Sauerstoffmenge, die seit dem Start des Fettprozesses vom Abgassteuerungskatalysator freigegeben worden ist, gleich der ersten Sauerstoffmenge ist. In der Verschlechterungsdiagnosevorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Steuervorrichtung so konfiguriert sein, dass sie von dem Magerprozess auf den Fettprozess umschaltet, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors gleich dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, noch bevor die Sauerstoffmenge, die seit dem Start des Magerprozesses im Abgassteuerungskatalysator gespeichert worden ist, gleich der zweiten Sauerstoffmenge ist. In der Verschlechterungsdiagnosevorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Steuervorrichtung so konfiguriert sein, dass beim Starten des Verschlechterungs-Diagnoseprozesses zuerst der Fettprozess ausgeführt wird. In der Verschlechterungsdiagnosevorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Steuervorrichtung so konfiguriert sein, dass sie beim Beenden des Verschlechterungs-Diagnoseprozesses den Fettprozess zuletzt ausführt.
In der Verschlechterungsdiagnosevorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Steuervorrichtung konfiguriert sein, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines von einem Motorkörper abgegebenen Abgases so zu steuern, dass sie bei der normalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung, die sich vom Verschlechterungs-Diagnoseprozess unterscheidet, abwechselnd zwischen dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis gewechselt wird. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des während des Fettprozesses von dem Motorkörper abgegebenen Abgases kann im Fettheitsgrad höher sein als zu einem Zeitpunkt, an dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des von dem Motorkörper abgegebenen Abgases bei der normalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist. In der Verschlechterungsdiagnosevorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Steuervorrichtung so konfiguriert sein, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des von dem Motorkörper abgegebenen Abgases bei der normalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung, die sich von dem Verschlechterungs-Diagnoseprozess unterscheidet, abwechselnd zwischen dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis gewechselt wird. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des von dem Motorkörper abgegebenen Abgases kann während des Magerprozesses im Magerheitsgrad höher sein als zu einem Zeitpunkt, an dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des von dem Motorkörper abgegebenen Abgases bei der normalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist. In der Verschlechterungsdiagnosevorrichtung nach dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die erste Sauerstoffmenge so eingestellt werden, dass sie größer wird, wenn eine Temperatur des Abgassteuerungskatalysators höher wird. Bei der Verschlechterungsdiagnosevorrichtung nach dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die zweite Sauerstoffmenge so eingestellt werden, dass sie größer wird, wenn eine Temperatur des Abgassteuerungskatalysators höher wird. In der Verschlechterungsdiagnosevorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der Abgassteuerungskatalysator als ein Partikelfilter fungieren, der Feinstaub aus dem Abgas abfängt.
Die Verschlechterungsdiagnosevorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ferner einen ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor und einen zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor aufweisen. Ein erster Katalysator und ein zweiter Katalysator können in einem Auslasskanal des Verbrennungsmotors vorgesehen sein. Der zweite Katalysator kann als Abgassteuerungskatalysator dienen und stromabwärtig vom ersten Katalysator vorgesehen sein. Der erste Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor kann stromaufwärtig vom ersten Katalysator angeordnet sein. Der zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor kann zwischen dem ersten Katalysator und dem zweiten Katalysator vorgesehen sein. Ein dritter Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor kann stromabwärtig vom zweiten Katalysator angeordnet sein. Der dritte Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor kann als der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis dienen. In der Verschlechterungsdiagnosevorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Steuervorrichtung konfiguriert sein, einen zweiten Verschlechterungs-Diagnoseprozess bei der Diagnose der Verschlechterung des ersten Katalysators durchzuführen. Der zweite Verschlechterungs-Diagnoseprozess kann sich von dem ersten Verschlechterungs-Diagnoseprozess unterscheiden. Die Steuervorrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie den Fettprozess und den Magerprozess abwechselnd und wiederholt auch im zweiten Verschlechterungs-Diagnoseprozess durchführt. Die Steuervorrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie im zweiten Verschlechterungs-Diagnoseprozess den Magerprozess startet, indem sie ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das in den ersten Katalysator strömt, von dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis umschaltet, wenn sich ein ausgegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert. Die Steuervorrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie im zweiten Verschlechterungs-Diagnoseprozess den Fettprozess startet, indem sie das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den ersten Katalysator strömt, von dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis schaltet, wenn sich das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert. Die Steuervorrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie im zweiten Verschlechterungs-Diagnoseprozess eine im ersten Katalysator gespeicherte Sauerstoffmenge in einem Magerprozess oder eine von dem ersten Katalysator freigegebene Sauerstoffmenge in einem Fettprozess abschätzt. Die Steuervorrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie in dem zweiten Verschlechterungs-Diagnoseprozess anhand der geschätzten Sauerstoffmenge bestimmt, ob sich der erste Katalysator verschlechtert hat.
Mit der Verschlechterungsdiagnosevorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Verschlechterungsdiagnosevorrichtung für einen Abgassteuerungskatalysator bereitgestellt, wobei die Verschlechterungsdiagnosevorrichtung in der Lage ist, das Ausströmen von NOx aus dem Abgassteuerungskatalysator zu unterdrücken, wenn eine Verschlechterung des Abgassteuerungskatalysators diagnostiziert wird.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile und technische und industrielle Bedeutung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen dieselben Bezugszeichen dieselben Elemente bezeichnen, und wobei:

1 schematisch einen Verbrennungsmotor zeigt, in dem eine Verschlechterungsdiagnosevorrichtung gemäß einer Ausführungsform verwendet wird;
2 die Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor und einem Ausgabestrom des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors darstellt;
3 ein Zeitdiagramm für ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis usw. für einen Fall ist, in dem eine normale Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung durchgeführt wird;
4 ein Zeitdiagramm für das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis usw. für einen Fall ist, in dem eine Verschlechterung eines stromaufwärtigen Katalysators diagnostiziert wird;
5 ein Flussdiagramm ist, das einen Steuerablauf eines Verschlechterungs-Diagnoseprozesses für den stromaufwärtigen Katalysator darstellt;
6 ein Zeitdiagramm für das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis usw. für einen Fall ist, in dem eine Verschlechterung eines stromabwärtigen Katalysators diagnostiziert wird;
7 ein Zeitdiagramm ist, das ähnlich wie 6 ist, für einen Fall, in dem eine Verschlechterung des stromabwärtigen Katalysators diagnostiziert wird;
8 ein Zeitdiagramm ist, das ähnlich wie 6 ist, für einen Fall, in dem eine Verschlechterung des stromabwärtigen Katalysators diagnostiziert wird;
9 ein Flussdiagramm ist, das einen Steuerablauf eines Einstellprozesses für das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für einen Fall darstellt, in dem ein Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromabwärtigen Katalysator durchgeführt wird; und
10 die Beziehung zwischen der Temperatur des stromabwärtigen Katalysators und der Soll-Sauerstoffspeichermenge und die Beziehung zwischen der Temperatur des stromabwärtigen Katalysators und der Soll-Sauerstoff-Freigabemenge veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden gleichartige Bestandteile mit identischen Bezugszeichen versehen.
Gesamtverbrennungsmotor
1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor, in dem eine Verschlechterungsdiagnosevorrichtung gemäß einer Ausführungsform verwendet wird. Unter Bezugnahme auf 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Motorkörper, 2 einen Zylinderblock, 3 einen Kolben, der sich in dem Zylinderblock 2 hin und her bewegt, 4 einen Zylinderkopf, der oben auf dem Zylinderblock 2 fixiert ist, 5 eine Brennkammer, die zwischen dem Kolben 3 und dem Zylinderkopf 4 ausgebildet ist, 6 ein Einlassventil, 7 eine Einlassöffnung, 8 ein Auslassventil und 9 eine Auslassöffnung. Das Einlassventil 6 öffnet und schließt die Einlassöffnung 7. Das Auslassventil 8 öffnet und schließt die Auslassöffnung 9. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Vielzahl von Zylindern im Zylinderblock 2 ausgebildet und in jedem der Zylinder bewegt sich ein Kolben 3 hin und her.
Wie in 1 dargestellt, ist eine Zündkerze 10 in der Mitte der Innenwandfläche des Zylinderkopfs 4 angeordnet, und ein Kraftstoffeinspritzventil 11 ist an einem Umfangsabschnitt der Innenwandfläche des Zylinderkopfs 4 angeordnet. Die Zündkerze 10 ist so konfiguriert, dass sie einen Funken in Zusammenhang mit einem Zündsignal erzeugt. Das Kraftstoffeinspritzventil 11 spritzt in Zusammenhang mit einem Einspritzsignal eine vorbestimmte Menge an Kraftstoff in die Brennkammer 5 ein. Das Kraftstoffeinspritzventil 11 kann so angeordnet sein, dass es Kraftstoff in die Einlassöffnung 7 einspritzt. In der vorliegenden Ausführungsform wird als Kraftstoff Benzin mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 14,6 verwendet. Der Verbrennungsmotor kann jedoch auch einen anderen Kraftstoff als Benzin oder ein Kraftstoffgemisch mit Benzin verwenden.
Die Einlassöffnung 7 jedes Zylinders ist über ein entsprechendes Einlass-Abzweigrohr 13 mit einem Ausgleichstank 14 gekoppelt. Der Ausgleichstank 14 ist über ein Einlassrohr 15 mit einer Luftreinigungsvorrichtung 16 gekoppelt. Die Einlassöffnung 7, das Einlass-Abzweigrohr 13, der Ausgleichstank 14 und das Einlassrohr 15 bilden einen Einlasskanal. Im Einlassrohr 15 ist ein Drosselventil 18 angeordnet, das von einem Drosselventil-Antriebsaktuator 17 angetrieben wird. Das Drosselventil 18 kann durch den Drosselventil-Antriebsaktuator 17 gedreht werden, um den Öffnungsbereich des Einlasskanals zu verändern.
Die Auslassöffnung 9 eines jeden Zylinders ist mit einem Abgaskrümmer 19 gekoppelt. Der Abgaskrümmer 19 hat eine Vielzahl von Abzweigungsabschnitten, die jeweils mit der Auslassöffnung 9 gekoppelt sind, und hat einen Vereinigungsabschnitt, in dem sich die Abzweigungsabschnitte vereinigen. Der Vereinigungsabschnitt des Abgaskrümmers 19 ist mit einem stromaufwärtigen Gehäuse 21 gekoppelt, in dem ein stromaufwärtiger Abgassteuerungskatalysator (im Folgenden „stromaufwärtiger Katalysator“ genannt) 20 angeordnet ist. Das stromaufwärtige Gehäuse 21 ist über ein erstes Auslassrohr 22 mit einem stromabwärtigen Gehäuse 23 gekoppelt, in dem ein stromabwärtiger Abgassteuerungskatalysator (im Folgenden „stromabwärtiger Katalysator“ genannt) 24 angeordnet ist. Das stromabwärtige Gehäuse 23 ist mit einem zweiten Auslassrohr 25 gekoppelt. Das zweite Auslassrohr 25 steht z. B. über eine Auspuffblende (nicht dargestellt) mit der Umgebung in Verbindung. Die Auslassöffnung 9, der Abgaskrümmer 19, das stromabwärtige Gehäuse 21, das erste Auslassrohr 22, das stromabwärtige Gehäuse 23 und das zweite Auslassrohr 25 bilden einen Auslasskanal.
Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 31 ist als ein Digitalcomputer ausgebildet und weist einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 33, einen Festwertspeicher (ROM) 34, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) (Mikroprozessor) 35, einen Eingabeanschluss 36 und einen Ausgabeanschluss 37 auf, die über einen bidirektionalen Bus 32 miteinander verbunden sind. Im Einlassrohr 15 ist ein Luftströmungsmessgerät 39 zur Erfassung der Durchflussmenge der im Einlassrohr 15 strömenden Luft angeordnet. Eine Ausgabe des Luftströmungsmessgeräts 39 wird über einen entsprechenden Analog/Digital (AD)-Wandler 38 in den Eingabeanschluss 36 eingegeben.
Im Vereinigungsabschnitt des Abgaskrümmers 19 ist ein erster Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 41 angeordnet, der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines im Abgaskrümmer 19 strömenden Abgases (d.h. eines Abgases, das in den stromaufwärtigen Katalysator 20 strömt) detektiert. Außerdem ist im ersten Auslassrohr 22 ein zweiter Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 42 angeordnet, der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases detektiert, das im ersten Auslassrohr 22 strömt (d.h. eines Abgases, das aus dem stromaufwärtigen Katalysator 20 herausströmt und in den stromabwärtigen Katalysator 24 einströmt). Weiterhin ist im zweiten Auslassrohr 25 ein dritter Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 43 angeordnet, der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases detektiert, das in dem zweiten Auslassrohr 25 strömt (d.h. eines Abgases, das aus dem stromabwärtigen Katalysator 24 strömt). Die Ausgaben der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren 41, 42 und 43 werden ebenfalls über entsprechende AD-Wandler 38 dem Eingabeanschluss 36 zugeführt.
In der vorliegenden Ausführungsform werden als Luft-Kraftstoff-Verhältnissensoren 41, 42 und 43 Luft-Kraftstoff-Verhältnissensoren eines Grenzstromtyps verwendet. Somit sind die Luft-Kraftstoff-Verhältnissensoren 41, 42 und 43 so konfiguriert, dass ein Ausgabestrom von den Luft-Kraftstoff-Verhältnissensoren 41, 42 und 43 größer wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases um die Luft-Kraftstoff-Verhältnissensoren 41, 42 und 43 herum höher wird (d.h. magerer wird), wie in 2 gezeigt. Insbesondere sind die Luft-Kraftstoff-Verhältnissensoren 41, 42 und 43 gemäß der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert, dass sich der Ausgabestrom linear in Bezug auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases um die Luft-Kraftstoff-Verhältnissensoren 41, 42 und 43 herum verändert. Während als Luft-Kraftstoff-Verhältnissensoren 41, 42 und 43 in der vorliegenden Ausführungsform Luft-Kraftstoff-Verhältnissensoren vom Grenzstromtyps verwendet werden, können auch andere Luft-Kraftstoff-Verhältnissensoren als Luft-Kraftstoff-Verhältnissensoren vom Grenzstromtyp verwendet werden, wenn sich die Ausgabeströme der Sensoren in Zusammenhang mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases verändern. Beispiele für solche Luft-Kraftstoff-Verhältnissensoren umfassen einen Sauerstoffsensor usw. mit einer Ausgabe, die sich in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses sprunghaft verändert, ohne dass zwischen den Elektroden, die den Sensor bilden, eine Spannung anliegt.
Ein Lastsensor 45, der eine Ausgabespannung erzeugt, die proportional zum Betrag des Niederdrückens eines Beschleunigungspedals 44 ist, ist mit dem Beschleunigungspedal 44 verbunden. Die Ausgabespannung des Lastsensors 45 wird über einen entsprechenden AD-Wandler 38 dem Eingabeanschluss 36 zugeführt. Ein Kurbelwinkelsensor 46 erzeugt jedes Mal einen Ausgabeimpuls, wenn eine Kurbelwelle um z. B. 15 Grad gedreht wird. Der Ausgabeimpuls wird in den Eingabeanschluss 36 eingegeben. Die CPU 35 errechnet aus dem Ausgabeimpuls des Kurbelwinkelsensors 46 eine Motordrehzahl. Der Ausgabeanschluss 37 wiederum ist über entsprechende Antriebskreise 47 mit der Zündkerze 10, dem Kraftstoffeinspritzventil 11 und dem Drosselklappenantriebsaktuator 17 verbunden. Die ECU 31 steuert das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines vom Motorkörper 1 abgegebenen Abgases, indem sie den Öffnungsgrad des Drosselventils 18 und die Menge des vom Kraftstoffeinspritzventil 11 eingespritzten Kraftstoffs steuert. Zusätzlich diagnostiziert die ECU 31 eine Verschlechterung des stromabwärtigen Katalysators 24 basierend auf einer Ausgabe des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43, wie es später beschrieben ist. Somit fungiert die ECU 31 als Steuervorrichtung, die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines von dem Motorkörper 1 abgegebenen Abgases steuert und die eine Verschlechterung des stromabwärtigen Katalysators 24 basierend auf einer Ausgabe des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 diagnostiziert.
Die Abgassteuerungskatalysatoren (stromaufwärtiger Katalysator 20 und stromabwärtiger Katalysator 24) sind jeweils ein Dreiwege-Katalysator, der eine Sauerstoffspeicherkapazität aufweist. Insbesondere sind die Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 jeder ein Drei-Wege-Katalysator, bei dem ein katalytisch wirkendes Edelmetall (z.B. Platin (Pt)) und eine Substanz (z.B. Ceroxid (Ce02)), die eine Sauerstoffspeicherkapazität aufweist, von einem aus einem keramischen Material ausgebildeten Träger getragen werden. Der Drei-Wege-Katalysator hat die Funktion, unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und NOx gleichzeitig zu reduzieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das in den Drei-Wege-Katalysator strömt, auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird. Wenn eine bestimmte Menge Sauerstoff in den Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 gespeichert wird, werden außerdem unverbranntes HC, CO und NOx gleichzeitig reduziert, selbst wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das in die Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 strömt, geringfügig vom stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur fetten Seite oder zur mageren Seite abweicht.
Das heißt, wenn die Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 Sauerstoff speichern können, das heißt, wenn die Sauerstoffmenge, die im Abgassteuerungskatalysator 20 und 24 gespeichert ist, geringer ist als die maximal speicherbare Sauerstoffmenge, wird überschüssiger Sauerstoff, der in einem Abgas enthalten ist, das in die Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 einströmt, in den Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 gespeichert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases geringfügig magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Daher wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis an den Oberflächen der Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten. Infolgedessen werden unverbranntes HC, CO und NOx gleichzeitig an den Oberflächen der Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 reduziert und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das zu diesem Zeitpunkt aus den Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 herausströmt, ist das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Wenn die Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 Sauerstoff freigeben können, d.h. wenn die Sauerstoffmenge, die in den Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 gespeichert wurde, größer als Null ist, wird andererseits Sauerstoff, der für die Reduktion von unverbranntem HC und CO, die in einem in die Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 einströmenden Abgas enthalten sind, fehlt, von den Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 freigegeben, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases geringfügig fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Deshalb wird auch in diesem Fall das Luft-Kraftstoff-Verhältnis an den Oberflächen der Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten. Folglich werden unverbranntes HC, CO und NOx an den Oberflächen der Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 gleichzeitig reduziert und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das zu diesem Zeitpunkt aus den Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 herausströmt, ist das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Auf diese Weise werden, wenn eine bestimmte Menge Sauerstoff in den Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 gespeichert ist, unverbranntes HC, CO und NOx gleichzeitig reduziert, selbst wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das in die Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 einströmt, geringfügig von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur fetten Seite oder zur mageren Seite abweicht, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das aus den Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 herausströmt, ist gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der stromabwärtige Katalysator 24 als Partikelfilter zum Abfangen von Feinstaub ausgebildet. Somit ist der stromabwärtige Katalysator 24 so ausgebildet, dass ein Abgas durch eine poröse Trennwand des Filters strömt. Der stromabwärtige Katalysator 24 darf nicht als Partikelfilter ausgebildet sein.
Normale Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung
Als Nächstes wird ein Überblick über die normale Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung beschrieben, die normalerweise von der Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird. Bei der normalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Rückkopplungssteuerung durchgeführt, bei der die vom Kraftstoffeinspritzventil 11 eingespritzte Kraftstoffmenge so gesteuert wird, dass das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 41 gleich dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Der Begriff „ausgegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis“ bedeutet ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das einem Ausgabewert eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors entspricht.
Bei der normalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis basierend auf dem ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 usw. eingestellt. Ein Prozess zur Einstellung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei der normalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist ein Zeitdiagramm eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AFT, eines ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AF1 des ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 41, einer Sauerstoffspeichermenge OSAup des stromaufwärtigen Katalysators 20, einer integralen Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ΣOSRup des stromaufwärtigen Katalysators 20 und eines ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AF2 des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 für einen Fall, in dem die normale Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird.
Wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF2 des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 gleich einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (im Folgenden als „fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis“ bezeichnet) ist, das fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (zu den Zeitpunkten t1, t3 und t5 in der Zeichnung), ist die Sauerstoffspeichermenge OSAup des stromaufwärtigen Katalysators 20 im Wesentlichen Null. In der vorliegenden Ausführungsform wird zu solchen Zeitpunkten ein Magerprozess gestartet, bei dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis (im Folgenden „mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis“ genannt) gesteuert wird, das magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Folglich ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines von dem Motorkörper 1 abgegebenen Abgases gleich einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Im Magerprozess der normalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird insbesondere das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT auf ein erstes mager eingestelltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTIean1 eingestellt, das ein im Vorhinein festgelegtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis (z.B. etwa 14,65 bis 16) ist, das mehr oder weniger magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird bestimmt, dass das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis geworden ist, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors gleich oder niedriger als ein fett bestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFrich (z.B. 14,55) geworden ist, das geringfügig fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Die Integration einer Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge OSRup des stromaufwärtigen Katalysators 20 wird zeitgleich mit dem Start des Magerprozesses zu den Zeitpunkten t1, t3 und t5 gestartet. Unter der Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge OSRup des stromaufwärtigen Katalysators 20 versteht man die im stromaufwärtigen Katalysator 20 gespeicherte Sauerstoffmenge aus einem Abgas, das in den stromaufwärtigen Katalysator 20 einströmt, bzw. die aus dem stromaufwärtigen Katalysator 20 in ein solches Abgas freigegebene Sauerstoffmenge. Mit anderen Worten bedeutet die Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge OSRup des stromaufwärtigen Katalysators 20 die Sauerstoffmenge, die überschüssig ist, oder die Sauerstoffmenge, die zu wenig ist (die Menge an überschüssigem unverbrannten HC, CO usw. (im Folgenden als „unverbranntes Gas“ bezeichnet)), wenn versucht wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das in den stromaufwärtigen Katalysator 20 einströmt, gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu machen. Insbesondere ist der Sauerstoff in einem Abgas, das in den stromaufwärtigen Katalysator 20 einströmt, während des Magerprozesses überschüssig und der überschüssige Sauerstoff wird im stromaufwärtigen Katalysator 20 gespeichert. Somit wird ein integraler Wert (im Folgenden als „integrale Sauerstoffspeichermenge“ bezeichnet) ΣOSRup der Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge als ein Schätzwert der Sauerstoffspeichermenge des stromaufwärtigen Katalysators 20 betrachtet. Wenn der Magerprozess gestartet wird, wird die Sauerstoffspeichermenge OSAup des stromaufwärtigen Katalysators 20 allmählich erhöht und daher wird auch die integrale Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ΣOSRup allmählich erhöht.
Die Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge OSRup des stromaufwärtigen Katalysators 20 wird auf der Grundlage des ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AF1 des ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 41 und eines geschätzten Wertes der in die Brennkammer 5 angesaugten Luftmenge, die auf der Grundlage einer Ausgabe des Luftströmungsmessgeräts 39 usw. berechnet wird, oder der vom Kraftstoffeinspritzventil 11 zugeführten Kraftstoffmenge usw. berechnet. Konkret wird die Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge OSRup des stromaufwärtigen Katalysators 20 z.B. nach folgender Formel (1) berechnet $OSRup = 0,23 \times Qi \times (AF 1 - AFR)$
In der Formel steht 0,23 für die Sauerstoffkonzentration in der Luft, Qi für die Kraftstoffeinspritzmenge, AF1 für das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 41 und AFR für das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn die so berechnete integrale Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ΣOSRup des stromaufwärtigen Katalysators 20 gleich oder größer als ein im Vorhinein (zu den Zeitpunkten t2 und t4) bestimmter Schaltreferenzwert OSRref wird, ein Fettprozess gestartet, in dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird. Dadurch ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines von dem Motorkörper 1 abgegebenen Abgases gleich einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Im Fettprozess der normalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird insbesondere das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT auf ein fett eingestelltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTrich eingestellt, das ein im Vorhinein bestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis (z.B. etwa 14 bis 14,55) ist, das mehr oder weniger fett ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Der Schaltreferenzwert OSRref wird auf einen Betrag (z.B. die Hälfte; entsprechend Cref in 3) eingestellt, der niedriger ist als eine maximal speicherbare Sauerstoffmenge Cmax zu einem Zeitpunkt, an dem der stromaufwärtige Katalysator 20 fabrikneu ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Fettprozess also gestartet, bevor die Sauerstoffspeichermenge des stromaufwärtigen Katalysators 20 die Nähe der maximal speicherbaren Sauerstoffmenge Cmax erreicht. Daher wird der Fettprozess gestartet, bevor Sauerstoff oder NOx aus dem stromaufwärtigen Katalysator 20 ausströmen.
Danach, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF2 des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 wieder gleich oder niedriger als das fett bestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, wird der Fettprozess erneut gestartet und ähnliche Vorgänge werden danach wiederholt durchgeführt. Auf diese Weise werden bei der normalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Fettprozess und der Magerprozess abwechselnd und wiederholt durchgeführt. Mit anderen Worten wird bei der normalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines von dem Motorkörper 1 abgegebenen Abgases abwechselnd zwischen einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis gewechselt.
Bei der oben beschriebenen normalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung strömt grundsätzlich kein NOx aus dem stromaufwärtigen Katalysator 20 heraus, allerdings strömen zu den Zeitpunkten t1, t3 und t5 zeitweise unverbranntes HC, CO usw. aus dem stromaufwärtigen Katalysator 20. Das unverbrannte HC und CO, die aus dem stromaufwärtigen Katalysator 20 herausgeströmt sind, werden im stromabwärtigen Katalysator 24 reduziert. Die Sauerstoffspeichermenge des stromabwärtigen Katalysators 24 wird während einer Kraftstoff-Abschaltungssteuerung, bei der der Verbrennungsmotor dazu veranlasst wird, ohne Kraftstoffzufuhr zu arbeiten, auf die maximal speicherbare Sauerstoffmenge Cmax erhöht und danach verringert, wenn das unverbrannte HC und CO aus dem stromabwärtigen Katalysator 20 herausgeströmt sind, um entfernt zu werden.
Es ist nicht immer notwendig, die oben beschriebene Steuerung als normale Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung durchzuführen, die durchgeführt wird, wenn die Kraftstoff-Abschaltungssteuerung, eine Kraftstoff-Erhöhungssteuerung, bei der die Kraftstoffzufuhrmenge zeitweise erhöht wird, usw. nicht durchgeführt werden. Verschiedene Arten der Steuerung können als normale Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung durchgeführt werden, solange das zeitlich durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das in den stromabwärtigen Katalysator 24 einströmt, auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird.
Diagnose der Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators
Der Abgassteuerungskatalysator 20 verschlechtert sich durch wiederholten Gebrauch allmählich. Insbesondere, wenn die Temperatur des Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 hoch wird, wird die Katalyse der Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 geringer, wobei das katalytische Edelmetall, das vom Träger getragen wird, gesintert wird. Wenn sich die Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 auf diese Weise verschlechtern, ist es notwendig, einen Steuerungsmodus der normalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung zu ändern oder die Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24 auszutauschen. Daher diagnostiziert die Verschlechterungsdiagnosevorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Verschlechterung der Abgassteuerungskatalysatoren 20 und 24. Zunächst wird die Diagnose der Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators 20 (zweiter Verschlechterungs-Diagnoseprozess) unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
4 ist ein Zeitdiagramm, das ähnlich wie 3 ist, über das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT usw. für einen Fall, in dem ein Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromaufwärtigen Katalysator 20 durchgeführt wird. In dem in 4 dargestellten Beispiel wird die Diagnose der Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators 20 zum Zeitpunkt t0 gestartet.
Bei der Diagnose der Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators 20 wird der Magerprozess gestartet, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF2 des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 gleich einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (zu den Zeitpunkten t1, t3 und t5 in 4), und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT wird auf ein zweites mager eingestelltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTIean2 geschaltet. Das zweite mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTIean2 wird auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, das höher (höher im Magerheitsgrad) ist als das erste mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTlean1. Dies hat zur Folge, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das von dem Motorkörper 1 abgegeben wird, um in den stromaufwärtigen Katalysator 20 zu strömen, gleich einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und die Sauerstoffspeichermenge OSAup des stromaufwärtigen Katalysators 20 wird allmählich erhöht.
Bei der Diagnose der Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators 20 wird außerdem der Fettprozess gestartet, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF2 des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 gleich einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (zu den Zeitpunkten t2 und t4 in 4), und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT wird auf ein zweites fett eingestelltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTrich2 gewechselt. Das zweite fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTrich2 wird auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, das niedriger (im Fettheitsgrad höher) ist als ein erstes fett eingestelltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTrich1. Dies hat zur Folge, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das von dem Motorkörper 1 abgegeben wird, um in den stromaufwärtigen Katalysator 20 zu strömen, gleich einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist und dass die Sauerstoffspeichermenge OSAup des stromaufwärtigen Katalysators 20 allmählich verringert wird.
Bei der Diagnose der Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators 20 wird auf diese Weise das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT abwechselnd auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis und auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF2 des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 gleich einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, bedeutet dies, dass die Sauerstoffspeichermenge OSAup des stromaufwärtigen Katalysators 20 im Wesentlichen Null ist. Andererseits bedeutet das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF2 des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42, das gleich einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, dass die Sauerstoffspeichermenge OSAup des stromaufwärtigen Katalysators 20 die maximal speicherbare Sauerstoffmenge Cmax erreicht hat. Somit entsprechen die integrale Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ΣOSRup (Q1 in 4) während einer Zeitspanne, in der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist, und die integrale Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ΣOSRup (Q2 in 4) während einer Zeitspanne, in der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist, der maximal speicherbaren Sauerstoffmenge Cmax des stromaufwärtigen Katalysators 20.
Wenn sich ein Abgassteuerungskatalysator verschlechtert, wird die maximal speicherbare Sauerstoffmenge Cmax dementsprechend verringert. Somit kann eine Verschlechterung des Abgassteuerungskatalysators anhand der maximal speicherbaren Sauerstoffmenge Cmax diagnostiziert werden. Bei der Diagnose der Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird bestimmt, dass sich der stromaufwärtige Katalysator 20 verschlechtert hat, wenn die integrale Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ΣOSRup (Q1 in 4) während eines Magerprozesses und/oder die integrale Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ΣOSRup (Q2 in 4) während eines Fettprozesses niedriger sind/ist als ein im Vorhinein bestimmter unterer Grenzbetrag (z.B. etwa 30% der maximal speicherbaren Sauerstoffmenge Cmax zum Zeitpunkt, an dem der stromaufwärtige Katalysator 20 fabrikneu ist).
5 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuerablauf des Verschlechterungs-Diagnoseprozesses für den stromaufwärtigen Katalysator 20 zeigt. Der dargestellte Steuerablauf wird von der CPU 35 der ECU 31 in bestimmten zeitlichen Abständen ausgeführt.
Zunächst wird, wie in 5 dargestellt, in Schritt S11 bestimmt, ob eine Ausführungsflag Fu für einen Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromaufwärtigen Katalysator 20 ausgeschaltet ist. Die Ausführungsflag Fu ist eine Flag, die auf EIN eingestellt ist, wenn der Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromaufwärtigen Katalysator 20 ausgeführt wird, und ansonsten auf AUS eingestellt ist. Wenn in Schritt S11 bestimmt wird, dass die Ausführungsflag Fu auf AUS eingestellt ist, fährt der Steuerablauf mit Schritt S12 fort.
In Schritt S12 wird bestimmt, ob eine Ausführungsbedingung für den Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromaufwärtigen Katalysator 20 erfüllt ist. Die Ausführungsbedingung für den Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromaufwärtigen Katalysator 20 ist z.B. erfüllt, wenn die verstrichene Zeit oder die zurückgelegte Fahrstrecke seit dem vorangegangenen Verschlechterungs-Diagnoseprozess gleich oder größer als ein bestimmter Wert ist und das Warmlaufen des Verbrennungsmotors abgeschlossen ist. Wenn in Schritt S12 bestimmt wird, dass die Ausführungsbedingung für den Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromaufwärtigen Katalysator 20 nicht erfüllt ist, wird der Steuerablauf beendet. Somit wird der Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromaufwärtigen Katalysator 20 nicht ausgeführt und somit die normale Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung, wie sie z.B. in 3 dargestellt ist, ausgeführt.
Wenn in Schritt S12 bestimmt wird, dass die Ausführungsbedingung für den Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromaufwärtigen Katalysator 20 erfüllt ist, fährt der Steuerablauf dagegen mit den Schritten S14 bis S16 fort. In den Schritten S14 bis S16 wird die Ausführungsflag Fu für den Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromaufwärtigen Katalysator 20 auf EIN eingestellt, ein Fettprozess wird gestartet, indem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT auf das zweite fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTrich2 eingestellt wird, und eine Fettflag Fr wird auf EIN eingestellt. Die Fettflag Fr ist eine Flag, die auf EIN eingestellt ist, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, und ist andernfalls auf AUS eingestellt.
Wenn die Ausführungsflag Fu in Schritt S14 auf EIN eingestellt wird, fährt der nächste Steuerablauf ausgehend von Schritt S11 mit Schritt S17 fort. In Schritt S17 wird bestimmt, ob eine Endbedingung für den Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromaufwärtigen Katalysator 20 erfüllt ist. Die Endbedingung für den Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromaufwärtigen Katalysator 20 ist z.B. erfüllt, wenn der Fettprozess und der Magerprozess mehrfach ausgeführt werden. Wenn in Schritt S17 bestimmt wird, dass die Endbedingung nicht erfüllt ist, fährt der Steuerablauf mit Schritt S18 fort.
In Schritt S18 wird bestimmt, ob die Fettflag Fr auf EIN eingestellt ist. Wenn in Schritt S18 bestimmt wird, dass die Fettflag Fr auf EIN eingestellt ist, fährt der Steuerablauf mit Schritt S19 fort. In Schritt S19 wird bestimmt, ob das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF2 des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 gleich oder niedriger als das fett bestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFrich ist, d.h., ob das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF2 des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Wenn bestimmt wird, dass das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF2 des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 größer als das fett bestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFrich ist, wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT im Schritt S20 auf dem zweiten fett bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTrich2 gehalten und somit wird der Fettprozess fortgesetzt.
Wenn danach die Sauerstoffspeichermenge des stromaufwärtigen Katalysators 20 abgesenkt wird und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das aus dem stromaufwärtigen Katalysator 20 herausströmt, wird in Schritt S19 bestimmt, dass das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF2 des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 gleich oder niedriger als das fett bestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFrich ist. In diesem Fall fährt der Steuerablauf mit Schritt S21 fort und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT wird auf das zweite mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTIean2 gewechselt und der Magerprozess wird gestartet. Dann wird in Schritt S22 die Fettflag Fr auf AUS eingestellt.
Wenn die Fettflag Fr auf AUS eingestellt ist, fährt der nächste Steuerablauf ausgehend von Schritt S18 mit Schritt S23 fort. In Schritt S23 wird bestimmt, ob das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF2 des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 gleich oder größer ist als ein mager bestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFlean, das heißt, ob das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF2 des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 ein magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Wenn bestimmt wird, dass das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF2 des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 niedriger als das mager bestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFlean ist, wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT in Schritt S24 auf dem zweiten mager bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTIean2 gehalten und somit wird der Magerprozess fortgesetzt.
Wenn danach die Sauerstoffspeichermenge des stromaufwärtigen Katalysators 20 erhöht ist und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das aus dem stromaufwärtigen Katalysator 20 strömt, größer wird, wird in Schritt S23 bestimmt, dass das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF2 des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 gleich oder größer als das mager bestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFlean ist. In diesem Fall fährt der Steuerablauf mit Schritt S25 fort, und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT wird auf das zweite fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTrich2 gewechselt und der Fettprozess wird gestartet. Dann wird in Schritt S26 die Fettflag Fr auf EIN eingestellt.
Wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT eine vorbestimmte Anzahl von Malen auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis und ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wurde, wird in Schritt S17 bestimmt, dass die Endbedingung für den Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromaufwärtigen Katalysator 20 erfüllt ist, und der Steuerablauf fährt mit Schritt S27 fort. In Schritt S27 wird ein Durchschnittswert ∑OSRave der Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge während des Fettprozesses und des Magerprozesses berechnet. Insbesondere wird in Schritt S27 die integrale Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ΣOSRup des stromaufwärtigen Katalysators 20 für eine Zeitspanne berechnet, für die jeder Fettprozess durchgeführt wird (d.h. für eine Zeitspanne, seit das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist, bis das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis gewechselt wird). Dies entspricht einem Schätzwert der vom stromaufwärtigen Katalysator 20 während jedes Fettprozesses freigegebenen Sauerstoffmenge. In Schritt S27 wird außerdem die integrale Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ΣOSRup des stromaufwärtigen Katalysators 20 für eine Zeitspanne berechnet, für die jeder Magerprozess durchgeführt wird (d.h. für eine Zeitspanne, seit der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wurde, bis das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis gewechselt wurde). Dies entspricht einem Schätzwert der im stromaufwärtigen Katalysator 20 gespeicherten Sauerstoffmenge während jedes Magerprozesses. In Schritt S27 wird ein durch Mittelung der so berechneten integralen Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ∑OSRup des stromaufwärtigen Katalysators 20 erhaltener Wert als Durchschnittswert ∑OSRave der Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge berechnet. Dies entspricht einem Schätzwert der maximal speicherbaren Sauerstoffmenge Cmax des stromaufwärtigen Katalysators 20.
Anschließend wird in Schritt S28 eine Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators 20 auf der Grundlage des in Schritt S27 berechneten Durchschnittswertes OSRave der Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge diagnostiziert. Insbesondere wird bestimmt, dass sich der stromaufwärtige Katalysator 20 verschlechtert hat, wenn der Durchschnittswert ∑OSRave der Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge des stromaufwärtigen Katalysators 20 niedriger ist als ein im Vorhinein bestimmter unterer Grenzwert. Dann wird in Schritt S29 die Ausführungsflag Fu für den Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromaufwärtigen Katalysator 20 auf AUS eingestellt.
In der vorliegenden Ausführungsform werden der Magerprozess und der Fettprozess im Verschlechterungs-Diagnoseprozess mehrfach ausgeführt. Es kann jedoch sein, dass entweder der Magerprozess oder der Fettprozess oder beide nur einmal durchgeführt werden.
Diagnose der Verschlechterung des stromabwärtigen Katalysators
Wie oben beschrieben, verschlechtern sich die Abgassteuerungskatalysatoren aufgrund von Sinterung des katalytischen Edelmetalls usw., wenn die Temperatur des Abgassteuerungskatalysators hoch wird. Im Allgemeinen wird der stromabwärtige Katalysator 24 nicht sehr heiß, da ein Abgas mit hoher Temperatur grundsätzlich nicht in den stromabwärtigen Katalysator 24 strömt. Somit ist es nicht immer notwendig, eine Verschlechterung des stromabwärtigen Katalysators 24 zu diagnostizieren. In der vorliegenden Ausführungsform fungiert der stromabwärtige Katalysator 24 jedoch als Partikelfilter. Daher ist es notwendig, die Temperatur des stromabwärtigen Katalysators 24 zu erhöhen, um den auf dem Partikelfilter abgelagerten Feinstaub regelmäßig zu verbrennen und zu entfernen. Wenn die Temperatur des stromabwärtigen Katalysators 24 auf diese Weise erhöht wird, kann sich der stromabwärtige Katalysator 24 auch verschlechtern und deshalb ist es notwendig, eine Verschlechterung des stromabwärtigen Katalysators 24 zu diagnostizieren. Daher diagnostiziert die Verschlechterungsdiagnosevorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Verschlechterung des stromabwärtigen Katalysators 24. Die Diagnose der Verschlechterung des stromabwärtigen Katalysators 24 (erster Verschlechterungs-Diagnoseprozess) wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 6 bis 9 beschrieben.
6 ist ein Zeitdiagramm für das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT usw. für einen Fall, in dem eine Verschlechterung des stromabwärtigen Katalysators 24 diagnostiziert wird. Insbesondere zeigt 6 einen Fall, in dem keine Verschlechterung des stromabwärtigen Katalysators 24 vorliegt.
In dem in 6 gezeigten Beispiel wird die normale Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung vor dem Zeitpunkt t1 durchgeführt. Insbesondere wird in dem in 6 gezeigten Beispiel das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT zu diesem Zeitpunkt auf das erste mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTIean1 eingestellt. Da im stromaufwärtigen Katalysator 20 Sauerstoff aus einem Abgas gespeichert ist, sind die ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 und des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 im Wesentlichen die stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse.
Wenn der Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromaufwärtigen Katalysator 24 zum Zeitpunkt t1 gestartet wird, wird zunächst ein Fettprozess durchgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT zu diesem Zeitpunkt auf ein drittes fett eingestelltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTrich3 eingestellt, das niedriger (im Fettheitsgrad höher) ist als das erste fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTrich1. Infolgedessen ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines von dem Motorkörper 1 abgegebenen Abgases gleich einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die Sauerstoffspeichermenge des stromaufwärtigen Katalysators 20 wird allmählich verringert und erreicht zum Zeitpunkt t2 im Wesentlichen Null.
Wenn die Sauerstoffspeichermenge des stromaufwärtigen Katalysators 20 auf diese Weise im Wesentlichen Null erreicht, kann der stromaufwärtige Katalysator 20 kein unverbranntes HC oder CO aus einem Abgas, das in den stromaufwärtigen Katalysator 20 strömt, reduzieren. Somit strömt nach dem Zeitpunkt t2 ein Abgas mit unverbranntem HC und CO, also ein Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, aus dem stromaufwärtigen Katalysator 20 heraus. Daher ist das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF2 des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 gleich einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Zeitpunkt t2. Ein Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis strömt nach dem Zeitpunkt t2 in den stromaufwärtigen Katalysator 24. Dadurch wird im stromabwärtigen Katalysator 24 gespeicherter Sauerstoff freigegeben und eine Sauerstoffspeichermenge OSAdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 wird nach dem Zeitpunkt t2 verringert.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Integration einer Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 zum Zeitpunkt t2 gestartet. Unter der Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 versteht man die im stromabwärtigen Katalysator 24 gespeicherte Sauerstoffmenge aus einem Abgas, das in den stromabwärtigen Katalysator 24 einströmt, bzw. die aus dem stromabwärtigen Katalysator 24 in ein solches Abgas freigegebene Sauerstoffmenge. Unter der Annahme, dass ein Abgas mit dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den stromabwärtigen Katalysator 24 während eines Zeitraums vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 einströmt, bedeutet eine integrale Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ∑OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 nach der Nähe zum Zeitpunkt t2 einen Schätzwert der aus dem stromabwärtigen Katalysator 24 seit Beginn des Fettprozesses freigegebenen Sauerstoffmenge.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 nach dem Zeitpunkt t2 beispielsweise mit der folgenden Formel (2) berechnet, wie bei der Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge des stromaufwärtigen Katalysators 20. In der folgenden Formel (2) ist AF2 das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42. $OSRdwn = 0,23 \times Qi \times (AF 2 - AFR)$
Der Absolutwert der so berechneten integralen Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ∑OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 nach der Nähe zum Zeitpunkt t2 wird allmählich erhöht und erreicht zum Zeitpunkt t3 eine im Vorhinein bestimmte Soll-Sauerstoff-Freigabemenge OSRtr. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Magerprozess gestartet, wenn der Absolutwert der integralen Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ∑OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 nach dem Zeitpunkt t2 die Soll-Sauerstoff-Freigabemenge (ein Beispiel für die erste Sauerstoffmenge) OSRtr erreicht. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform wird vom Fettprozess auf den Magerprozess gewechselt, wenn die seit dem Start des Fettprozesses von dem stromabwärtigen Katalysator 24 freigegebene Sauerstoffmenge gleich der Soll-Sauerstoff-Freigabemenge OSRtr ist. Die Soll-Sauerstoff-Freigabemenge OSRtr ist auf einen Betrag (z.B. gleich oder weniger als die Hälfte) eingestellt, der niedriger ist als die maximal speicherbare Sauerstoffmenge Cmax zu dem Zeitpunkt, an dem der stromabwärtige Katalysator 24 fabrikneu ist.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT während des Magerprozesses auf ein drittes mager eingestelltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTIean3 eingestellt, das höher (höher im Magerheitsgrad) ist als das erste mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTlean1. In dem in 6 dargestellten Beispiel strömt auch nach dem Zeitpunkt t3 beim Start des Magerprozesses ein Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus dem stromaufwärtigen Katalysator 20. Dabei wird berücksichtigt, dass unverbranntes HC und CO in einem Abgas, das im Zeitraum von Zeitpunkt t1 bis Zeitpunkt t3 in den stromaufwärtigen Katalysator 20 eingeströmt ist, am stromaufwärtigen Katalysator 20 adsorbiert wird und das adsorbierte, unverbrannte HC und CO nach Zeitpunkt t3 herausströmt.
Wenn der Magerprozess zum Zeitpunkt t3 gestartet wird, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines von dem Motorkörper 1 ausgegebenen Abgases gleich einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die Sauerstoffspeichermenge des stromaufwärtigen Katalysators 20 wird allmählich erhöht und erreicht im Wesentlichen die maximal speicherbare Sauerstoffmenge zum Zeitpunkt t4. Wenn die Sauerstoffspeichermenge des stromaufwärtigen Katalysators 20 auf diese Weise im Wesentlichen die maximal speicherbare Sauerstoffmenge erreicht, kann der stromaufwärtige Katalysator 20 keinen Sauerstoff aus einem Abgas, das in den stromaufwärtigen Katalysator 20 einströmt, speichern. Somit strömt nach dem Zeitpunkt t4 ein sauerstoffhaltiges Abgas, d.h. ein Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis, aus dem stromaufwärtigen Katalysator 20. Daher ist das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF2 des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 gleich einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Zeitpunkt t4. In den stromabwärtigen Katalysator 24 strömt nach dem Zeitpunkt t4 ein Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein. Dadurch wird Sauerstoff im stromabwärtigen Katalysator 24 gespeichert und die Sauerstoffspeichermenge OSAdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 erhöht sich nach dem Zeitpunkt t4.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Integration der Sauerstoffspeichermenge OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 zum Zeitpunkt t4 gestartet. Unter der Annahme, dass in den stromabwärtigen Katalysator 24 während eines Zeitraums vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4 ein Abgas mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das gleich oder niedriger als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, einströmt, bedeutet die integrale Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ∑OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 nach der Nähe zum Zeitpunkt t4 einen Schätzwert der im stromabwärtigen Katalysator 24 seit Beginn des Magerprozesses gespeicherten Sauerstoffmenge.
Der Absolutwert der so berechneten integralen Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ∑OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 nach der Nähe zum Zeitpunkt t4 wird allmählich erhöht und erreicht zum Zeitpunkt t5 eine im Vorhinein bestimmte Soll-Sauerstoffspeichermenge OSRts. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Soll-Sauerstoffspeichermenge OSRts auf einen Wert eingestellt, der niedriger ist als die Soll-Sauerstoff-Freigabemenge OSRtr. Insbesondere wird die Soll-Sauerstoffspeichermenge OSRts auf einen solchen Betrag (z.B. etwa ein Viertel der maximal speicherbaren Sauerstoffmenge zu dem Zeitpunkt, an dem der stromabwärtige Katalysator 24 fabrikneu ist) eingestellt, dass bestimmt wird, dass sich der stromabwärtige Katalysator 24 verschlechtert hat, wenn die maximal speicherbare Sauerstoffmenge niedriger als der Betrag wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Fettprozess erneut gestartet, wie zum Zeitpunkt t1, wenn der Absolutwert der integralen Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ∑OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 nach dem Zeitpunkt t4 die Soll-Sauerstoffspeichermenge (ein Beispiel für die zweite Sauerstoffmenge) OSRts erreicht. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform wird vom Magerprozess auf den Fettprozess gewechselt, wenn die im stromabwärtigen Katalysator 24 seit dem Start des Fettprozesses gespeicherte Sauerstoffmenge gleich der Soll-Sauerstoffspeichermenge OSRts ist.
Danach werden abwechselnd und wiederholt der Fettprozess während eines Zeitraums von Zeitpunkt t1 bis Zeitpunkt t3 und der Magerprozess während eines Zeitraums von Zeitpunkt t3 bis t5 ausgeführt. Somit werden im Verschlechterungs-Diagnoseprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Fettprozess, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in den stromabwärtigen Katalysator 24 einströmenden Abgases auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, und ein Magerprozess, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in den stromabwärtigen Katalysator 24 einströmenden Abgases auf einen Mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, abwechselnd und wiederholt durchgeführt.
7 ist ein Zeitdiagramm, das ähnlich wie 6 ist, für einen Fall, in dem eine Verschlechterung des stromabwärtigen Katalysators 24 diagnostiziert wird. 7 zeigt auch einen Fall, in dem sich der stromabwärtige Katalysator 24 nicht verschlechtert hat. Insbesondere ist 7 ein Zeitdiagramm für die Zeit bis zur Beendigung des
Auch in dem in 7 dargestellten Beispiel wird, wie in dem in 6 dargestellten Beispiel, wenn ein Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus dem stromaufwärtigen Katalysator 20 strömt (zu den Zeitpunkten t1 und t5), die Sauerstoffspeichermenge OSAdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 allmählich verringert. Wie oben beschrieben, ist die Soll-Sauerstoffspeichermenge (ein Beispiel für die zweite Sauerstoffmenge) OSRts niedriger als die Soll-Sauerstoff-Freigabemenge (ein Beispiel für die erste Sauerstoffmenge) OSRtr. Daher wird zum Zeitpunkt t2 und zum Zeitpunkt t5 in 7 die Sauerstoffspeichermenge OSAdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 im Wesentlichen Null, bevor der Absolutwert der integralen Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ∑OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 die Soll-Sauerstoff-Freigabemenge OSRtr erreicht, und ein Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis strömt aus dem stromabwärtigen Katalysator 24. Infolgedessen ist, wie in 7 dargestellt, das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 gleich einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis (zu den Zeitpunkten t2 und t6). In der vorliegenden Ausführungsform wird vom Fettprozess in den Magerprozess gewechselt, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 auf diese Weise gleich einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, noch bevor der Absolutwert der integralen Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge OSRdwn die Soll-Sauerstoff-Freigabemenge OSRtr erreicht. Es darf jedoch nicht vom Fettprozess in den Magerprozess gewechselt werden, bevor der Absolutwert der integralen Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ∑OSRdwn die Soll-Sauerstoff-Freigabemenge OSRtr erreicht hat, auch wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 auf diese Weise gleich einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Verschlechterungs-Diagnoseprozess beendet, wenn der Magerprozess eine vorbestimmte Anzahl von Malen seit dem Start des Verschlechterungs-Diagnoseprozesses durchgeführt wurde. Wie in 7 dargestellt, wird der Fettprozess zuletzt ausgeführt, wenn der Verschlechterungs-Diagnoseprozess beendet werden soll. Dies hat zur Folge, dass die Sauerstoffspeichermenge OSAdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 nach Beendigung des Verschlechterungs-Diagnoseprozesses im Wesentlichen Null ist. Somit kann auch dann, wenn bei der normalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung versehentlich ein Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den stromabwärtigen Katalysator 24 einströmt, das Ausströmen eines Abgases mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus dem stromabwärtigen Katalysator 24 und damit das Ausströmen von NOx aus dem stromabwärtigen Katalysator 24 unterdrückt / verhindert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie oben beschrieben, der Fettprozess zunächst im Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromabwärtigen Katalysator 24 durchgeführt. Die während des Magerprozesses im stromabwärtigen Katalysator 24 gespeicherte Sauerstoffmenge (Soll-Sauerstoffspeichermenge OSRts) ist niedriger als die während des Magerprozesses aus dem stromabwärtigen Katalysator 24 abgegebene Sauerstoffmenge (Soll-Sauerstoff-Freigabemenge OSRtr). Somit strömt, wie in 6 und 7 angedeutet, kein Abgas mit einem Mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus dem stromabwärtigen Katalysator 24, während die maximal speicherbare Sauerstoffmenge Cmax des stromabwärtigen Katalysators 24 größer ist als die Soll-Sauerstoffspeichermenge OSRts. Somit ist das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 während des Verschlechterungs-Diagnoseprozesses nicht gleich einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis, während die maximal speicherbare Sauerstoffmenge Cmax des stromabwärtigen Katalysators 24 größer ist als die Soll-Sauerstoffspeichermenge OSRts.
8 ist ein Zeitdiagramm, das ähnlich wie 6 ist, für einen Fall, in dem eine Verschlechterung des stromabwärtigen Katalysators 24 diagnostiziert wird. Insbesondere ist in 8 ein Fall dargestellt, in dem sich der stromabwärtige Katalysator 24 verschlechtert hat. So ist in dem in 8 dargestellten Beispiel die maximal speicherbare Sauerstoffmenge Cmax des stromabwärtigen Katalysators 24 niedrig.
Auch in dem in 8 gezeigten Beispiel wird, wie in dem in 6 gezeigten Beispiel, die normale Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung vor dem Zeitpunkt t1 durchgeführt. Wenn der Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromabwärtigen Katalysator 24 zum Zeitpunkt t1 gestartet wird, wird zunächst ein Fettprozess ausgeführt und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT auf das dritte fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTrich3 eingestellt. Dadurch wird die Sauerstoffspeichermenge des stromaufwärtigen Katalysators 20 zum Zeitpunkt t2 im Wesentlichen Null und es strömt nach dem Zeitpunkt t2 ein Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den stromabwärtigen Katalysator 24.
Wenn ein Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den stromabwärtigen Katalysator 24 strömt, wird die Sauerstoffspeichermenge OSAdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 allmählich verringert. Da die maximal speicherbare Sauerstoffmenge Cmax des stromabwärtigen Katalysators 24 niedrig ist, wird die Sauerstoffspeichermenge OSAdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 im Wesentlichen Null, bevor der Absolutwert der integralen Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ∑OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 nach dem Zeitpunkt t2 die Soll-Sauerstoff-Freigabemenge OSRtr erreicht. Folglich ist das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 zum Zeitpunkt t3 gleich einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, bevor der Absolutwert der integralen Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ∑OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 nach dem Zeitpunkt t2 die Soll-Sauerstoff-Freigabemenge OSRtr erreicht. Daher wird zum Zeitpunkt t3 vom Fettprozess auf den Magerprozess gewechselt.
Wenn der Magerprozess zum Zeitpunkt t3 gestartet wird, wird das Ziel Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT auf die drittes mager eingestelltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTIean3 eingestellt. Dadurch erreicht die Sauerstoffspeichermenge des stromaufwärtigen Katalysators 20 zum Zeitpunkt t4 die maximal speicherbare Sauerstoffmenge und es strömt nach dem Zeitpunkt t4 ein Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den stromabwärtigen Katalysator 24.
Wenn ein Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den stromabwärtigen Katalysator 24 einströmt, wird die Sauerstoffspeichermenge OSAdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 allmählich erhöht. Da die maximal speicherbare Sauerstoffmenge Cmax des stromabwärtigen Katalysators 24 niedrig ist, wird die Sauerstoffspeichermenge OSAdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 im Wesentlichen die maximal speicherbare Sauerstoffmenge Cmax, bevor der Absolutwert der integralen Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ∑OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 nach dem Zeitpunkt t4 die Soll-Sauerstoffspeichermenge OSRts erreicht. Infolgedessen ist das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 zum Zeitpunkt t5 gleich einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis, bevor der Absolutwert der integralen Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ∑OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 nach dem Zeitpunkt t4 die Soll-Sauerstoffspeichermenge OSRts erreicht. In der vorliegenden Ausführungsform wird vom Magerprozess auf den Fettprozess gewechselt, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 auf diese Weise gleich einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, noch bevor der Absolutwert der integralen Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ∑OSRdwn die Soll-Sauerstoffspeichermenge OSRts erreicht hat. Es darf jedoch nicht vom Magerprozess in den Fettprozess gewechselt werden, bevor der Absolutwert der integralen Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ∑OSRdwn die Soll-Sauerstoffspeichermenge OSRts erreicht, auch wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 auf diese Weise gleich einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Auf diese Weise ist das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF3 des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 während des Magerprozesses im Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromabwärtigen Katalysator 24 gleich einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn sich der stromabwärtige Katalysator 24 verschlechtert hat und die maximal speicherbare Sauerstoffmenge Cmax niedrig ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird also bestimmt, dass sich der stromabwärtige Katalysator 24 bei der Durchführung des Magerprozesses für den stromabwärtigen Katalysator 24 verschlechtert hat und dass die Frequenz, mit der das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF3 des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 gleich einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, gleich oder größer als eine vorbestimmte Frequenz (z.B. 3/4) ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird umgekehrt bestimmt, dass der stromabwärtige Katalysator 24 normal ist und sich nicht verschlechtert hat, wenn der Magerprozess für den Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromabwärtigen Katalysator 24 durchgeführt wird und wenn die Frequenz, mit der das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF3 des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 gleich einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, niedriger als die vorbestimmte Frequenz ist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Magerprozess im Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromabwärtigen Katalysator 24 mehrfach ausgeführt. Der Magerprozess darf jedoch nur einmal im Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromabwärtigen Katalysator 24 durchgeführt werden. In diesem Fall wird bestimmt, dass sich der stromabwärtige Katalysator 24 verschlechtert hat, wenn der Magerprozess durchgeführt wird und die Frequenz, mit der das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF3 des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 gleich einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, 1/1 beträgt.
9 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuerablauf eines Einstellprozesses für das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT für einen Fall darstellt, in dem der Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromabwärtigen Katalysator 24 durchgeführt wird. Der dargestellte Steuerablauf wird von der CPU 35 der ECU 31 in bestimmten zeitlichen Abständen durchgeführt.
Zunächst wird, wie in 9 dargestellt, in Schritt S31 bestimmt, ob eine Ausführungsflag Fd für den Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromabwärtigen Katalysator 24 AUS ist. Die Ausführungsflag Fd ist eine Flag, die auf EIN eingestellt ist, wenn der Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromabwärtigen Katalysator 24 ausgeführt wird, und die ansonsten auf AUS eingestellt ist. Wenn in Schritt S31 bestimmt wird, dass die Ausführungsflag Fd auf AUS eingestellt ist, fährt der Steuerablauf mit Schritt S32 fort.
In Schritt S32 wird bestimmt, ob eine Ausführungsbedingung für den Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromabwärtigen Katalysator 24 erfüllt ist. Die Ausführungsbedingung für den Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromabwärtigen Katalysator 24 ist z.B. erfüllt, wenn die verstrichene Zeit oder die zurückgelegte Fahrstrecke seit dem vorangegangenen Verschlechterungs-Diagnoseprozess gleich oder größer als ein bestimmter Wert ist und das Warmlaufen des Verbrennungsmotors abgeschlossen ist. Wenn in Schritt S32 bestimmt wird, dass die Ausführungsbedingung für den Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromabwärtigen Katalysator 24 nicht erfüllt ist, wird der Steuerablauf beendet. Somit wird der Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromabwärtigen Katalysator 24 nicht ausgeführt und die normale Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung, wie sie z.B. in 3 dargestellt ist, wird ausgeführt.
Wenn in Schritt S32 bestimmt wird, dass die Ausführungsbedingung für den Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromabwärtigen Katalysator 24 erfüllt ist, fährt der Steuerablauf dagegen mit den Schritten S34 bis S36 fort. In den Schritten S34 bis S36 wird die Ausführungsflag Fd für den Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromabwärtigen Katalysator 24 auf EIN eingestellt, ein Fettprozess wird gestartet, indem das Ziel Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT auf das dritte fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTrich3 eingestellt wird, und die Fettflag Fr wird auf EIN eingestellt.
Wenn die Ausführungsflag Fd in Schritt S34 auf EIN eingestellt wird, fährt der nächste Steuerablauf ausgehend von Schritt S31 mit Schritt S37 fort. In Schritt S37 wird bestimmt, ob die Fettflag Fr auf EIN eingestellt ist. Wenn in Schritt S37 bestimmt wird, dass die Fettflag Fr auf EIN eingestellt ist, fährt der Steuerablauf mit den Schritten S38 und 39 fort.
In Schritt S38 wird bestimmt, ob das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF3 des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 gleich oder niedriger als das fett bestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFrich ist, d.h. ob das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF3 des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. In Schritt S39 wird bestimmt, ob der nach dem ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF2 des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 angezeigte Absolutwert der integralen Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ∑OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 gleich oder niedriger als das fett bestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFrich ist, d.h., ob die während des Magerprozesses aus dem stromabwärtigen Katalysator 24 freigegebene Sauerstoffmenge gleich oder größer als die Soll-Sauerstoff-Freigabemenge OSRtr ist.
Der Steuerablauf fährt mit Schritt S40 fort, wenn in Schritt S38 bestimmt wird, dass das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF3 des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 höher ist als das fett bestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFrich und in Schritt S39 bestimmt wird, dass der Absolutwert der integralen Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ∑OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 niedriger ist als die Soll-Sauerstoff-Freigabemenge OSRtr. In Schritt S40 wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT auf dem dritten fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTrich3 gehalten und somit der Fettprozess fortgesetzt.
Andererseits fährt der Steuerablauf mit Schritt S41 fort, wenn in Schritt S38 bestimmt wird, dass das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF3 des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 gleich oder niedriger als das fett bestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFrich ist, oder wenn in Schritt S39 bestimmt wird, dass der Absolutwert der integralen Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ∑OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 gleich oder größer als die Soll-Sauerstoff-Freigabemenge OSRtr ist. In Schritt S41 wird bestimmt, ob eine Endbedingung für den Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromabwärtigen Katalysator 24 erfüllt ist. Die Endbedingung für den Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromaufwärtigen Katalysator 20 ist beispielsweise erfüllt, wenn der Magerprozess eine vorbestimmte Anzahl von Malen ausgeführt wurde oder wenn ein Mager-Zähler, auf den später eingegangen wird, bis zu einem vorbestimmten Referenzwert, auf den später eingegangen wird, oder mehr gezählt hat. Wenn in Schritt S41 bestimmt wird, dass die Endbedingung nicht erfüllt ist, fährt der Steuerablauf mit Schritt S42 fort. In Schritt S42 wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT auf das dritte mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTIean3 gewechselt und der Magerprozess wird gestartet. Dann wird in Schritt S43 die Fettflag Fr auf AUS eingestellt.
Wenn die Fettflag Fr auf AUS eingestellt ist, fährt der nächste Steuerablauf ausgehend von Schritt S37 mit den Schritten S44 und S45 fort. In Schritt S44 wird bestimmt, ob das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF3 des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 gleich oder größer als das mager bestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFlean ist, d.h. ob das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF3 des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. In Schritt S45 wird bestimmt, ob der nach dem ausgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF2 des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 angezeigte Absolutwert der integralen Sauerstoffspeichermenge ∑OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 gleich oder größer als das mager bestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFlean wird, d.h. ob die im stromabwärtigen Katalysator 24 während des Magerprozesses gespeicherte Sauerstoffmenge gleich oder größer als die Soll-Sauerstoffspeichermenge OSRts ist.
Der Steuerablauf fährt mit Schritt S46 fort, wenn in Schritt S44 bestimmt wird, dass das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF3 des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 niedriger ist als das mager bestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFlean und wenn in Schritt S45 bestimmt wird, dass der Absolutwert der integralen Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ∑OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 niedriger ist als die Soll-Sauerstoffspeichermenge OSRts. In Schritt S46 wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT auf dem dritten mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTIean3 gehalten und somit wird der Magerprozess fortgesetzt.
Andererseits fährt der Steuerablauf mit Schritt S47 fort, wenn in Schritt S44 bestimmt wird, dass das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF3 des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 gleich oder größer als das mager bestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFlean ist. In Schritt S47 wird der Mager-Zähler um eins inkrementiert / heraufgezählt und der Steuerablauf fährt mit Schritt S48 fort. Der Mager-Zähler ist ein Zähler, der zählt, wie oft das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF3 des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 während des Verschlechterungs-Diagnoseprozesses für den stromabwärtigen Katalysator 24 gleich einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Wenn in Schritt S45 bestimmt wird, dass der Absolutwert der integralen Sauerstoffspeicher-/Freigabemenge ∑OSRdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 gleich oder größer als die Soll-Sauerstoffspeichermenge OSRts ist, fährt der Steuerablauf mit Schritt S48 fort. In Schritt S48 wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFT auf das dritte fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTrich3 gewechselt und der Fettprozess wird gestartet. Dann wird in Schritt S49 die Fettflag Fr auf EIN eingestellt.
Wenn der Magerprozess beispielsweise eine vorbestimmte Anzahl von Malen ausgeführt wurde, wird in dem nachfolgenden Steuerablauf bestimmt, dass die Endbedingung in Schritt S41 erfüllt ist, und der Steuerablauf fährt mit Schritt S50 fort. In Schritt S50 wird die Verschlechterung des stromabwärtigen Katalysators 24 auf der Grundlage des Wertes des Mager-Zählers diagnostiziert. Insbesondere wird bestimmt, dass sich der stromabwärtige Katalysator 24 verschlechtert hat, wenn der Wert des Mager-Zählers gleich oder größer als ein Referenzwert ist (d.h. wenn die Frequenz, mit der das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF3 des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 gleich einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, gleich oder größer als eine vorbestimmte Frequenz während des Magerprozesses ist). Andererseits wird bestimmt, dass der stromabwärtige Katalysator 24 normal ist, wenn der Wert des Mager-Zählers niedriger als der Referenzwert ist. Dann wird in Schritt S51 die Ausführungsflag Fd für den Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromabwärtigen Katalysator 24 auf AUS eingestellt.
Wirkung
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Soll-Sauerstoffspeichermenge OSRts niedriger als die Soll-Sauerstoff-Freigabemenge OSRtr. Daher strömt bei der vorliegenden Ausführungsform bei der Durchführung des Verschlechterungs-Diagnoseprozesses für den stromabwärtigen Katalysator 24 kein Abgas mit einem magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus dem stromabwärtigen Katalysator 24, es sei denn, der stromabwärtige Katalysator 24 hat sich verschlechtert. Somit ist es mit der vorliegenden Ausführungsform möglich, das Ausströmen von NOx aus dem stromabwärtigen Katalysator 24 so weit wie möglich zu unterdrücken.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird bei der Durchführung des Verschlechterungs-Diagnoseprozesses für den stromabwärtigen Katalysator 24 zunächst der Fettprozess durchgeführt. Dadurch ist es möglich, zu verhindern, dass die Sauerstoffspeichermenge OSAdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 die maximal speicherbare Sauerstoffmenge Cmax während des Verschlechterungs-Diagnoseprozesses erreicht, unabhängig davon, wie hoch die Sauerstoffspeichermenge OSAdwn des stromabwärtigen Katalysators 24 zu Beginn der Ausführung des Verschlechterungs-Diagnoseprozesses sein mag, und es ist somit möglich, das Ausströmen von NOx aus dem stromabwärtigen Katalysator 24 zu unterdrücken.
In der vorliegenden Ausführungsform ist zusätzlich das dritte fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTrich3 während des Verschlechterungs-Diagnoseprozesses für den stromabwärtigen Katalysator 24 niedriger (höher im Fettheitsgrad) als das erste fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTrich1 während der normalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung. Dadurch kann es im stromaufwärtigen Katalysator 20 und im stromabwärtigen Katalysator 24 zu einer Wassergasverschiebungsreaktion kommen, wobei Wasserstoff erzeugt wird. Wasserstoff diffundiert in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor schneller als unverbranntes HC, CO usw., und daher ist es wahrscheinlich, dass der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis frühzeitig erkennt. Somit ist es mit der vorliegenden Ausführungsform möglich, ein Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus dem stromabwärtigen Katalysator 24 frühzeitig zu erkennen und somit das Ausströmen von unverbranntem HC, CO, etc. aus dem stromabwärtigen Katalysator 24 so weit wie möglich zu unterdrücken.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das dritte mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTIean3 während des Verschlechterungs-Diagnoseprozesses für den stromabwärtigen Katalysator 24 höher (höher im Magerheitsgrad) als das erste mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTIean1 während der normalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung. Wenn der Magerheitsgrad eines Abgases, das in den stromabwärtigen Katalysator 24 einströmt, niedrig ist, ist auch der Magerheitsgrad des Abgases, das aus dem stromabwärtigen Katalysator 24 herausströmt, niedrig. Somit besteht die Möglichkeit, dass der dritte Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 43 ein aus dem stromabwärtigen Katalysator 24 ausströmendes Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht detektieren kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann der dritte Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 43 diesbezüglich ein ausströmendes Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis problemlos / leicht detektieren, da der Magerheitsgrad des dritten mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AFTIean3 während des Verschlechterungs-Diagnoseprozesses für den stromabwärtigen Katalysator 24 hoch ist.
Modifikationen
Während eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Ausführungsform beschränkt und kann auf verschiedene Art und Weise im Rahmen der Ansprüche modifiziert und verändert werden.
Zum Beispiel sind die Soll-Sauerstoffspeichermenge OSRts und die Soll-Sauerstoff-Freigabemenge OSRtr jeweils ein konstanter Wert in der oben beschriebenen Ausführungsform. Die Soll-Sauerstoffspeichermenge OSRts und der Soll-Sauerstoff-Freigabemenge OSRtr können jedoch jeweils ein Wert sein, der sich in Zusammenhang mit einem Parameter verändert, der sich auf die maximal speicherbare Sauerstoffmenge eines Abgassteuerungskatalysators bezieht.
Zum Beispiel wird die maximal speicherbare Sauerstoffmenge eines Abgassteuerungskatalysators größer, wenn die Temperatur des Abgassteuerungskatalysators höher wird. Somit können die Soll-Sauerstoffspeichermenge OSRts und die Soll-Sauerstoff-Freigabemenge OSRtr in Zusammenhang mit der Temperatur des Abgassteuerungskatalysators variiert werden. 10 zeigt die Beziehung zwischen der Temperatur des Abgassteuerungskatalysators 24 und der Soll-Sauerstoffspeichermenge sowie die Beziehung zwischen der Temperatur des Abgassteuerungskatalysators 24 und der Soll-Sauerstoff-Freigabemenge. Wie in 10 angedeutet, wird die Soll-Sauerstoffspeichermenge so eingestellt, dass sie größer wird, wenn die Temperatur des stromabwärtigen Katalysators 24 höher wird. Ebenso wird die Soll-Sauerstoff-Freigabemenge so eingestellt, dass sie größer wird, wenn die Temperatur des stromabwärtigen Katalysators 24 höher wird. In diesem Fall wird die Temperatur des stromabwärtigen Katalysators 24 beispielsweise durch einen im stromabwärtigen Katalysator 24 vorgesehenen Temperatursensor (nicht dargestellt) detektiert.
Der oben beschriebene Verschlechterungs-Diagnoseprozess für den stromabwärtigen Katalysator 24 kann zur Diagnose einer Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators 20 verwendet werden. In diesem Fall wird eine Ausgabe des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 42 anstelle einer Ausgabe des dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 43 verwendet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010180717 A [0002, 0003, 0004]
JP 2005299587 A [0002]

Claims

Verschlechterungsdiagnosevorrichtung für einen Abgassteuerungskatalysator, wobei die Verschlechterungsdiagnosevorrichtung dazu konfiguriert ist, eine Verschlechterung des Abgassteuerungskatalysators zu diagnostizieren, der in einem Auslasskanal eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist und dazu konfiguriert ist, Sauerstoff zu speichern, und wobei die Verschlechterungsdiagnosevorrichtung aufweist: einen stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor (43), der konfiguriert ist, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases zu detektieren, das aus dem Abgassteuerungskatalysator herausgeströmt ist; und eine Steuervorrichtung (31), die so konfiguriert ist, dass sie ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das in den Abgassteuerungskatalysator strömt, steuert und eine Verschlechterung des Abgassteuerungskatalysators auf Grundlage einer Ausgabe des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (43) diagnostiziert, wobei die Steuervorrichtung (31) konfiguriert ist, in einem Verschlechterungs-Diagnoseprozess zur Diagnose einer Verschlechterung des Abgassteuerungskatalysators abwechselnd und wiederholt einen Fettprozess und einen Magerprozess durchzuführen, wobei der Fettprozess ein Prozess ist, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den Abgassteuerungskatalysator strömt, auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, das fetter als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und wobei der Magerprozess ein Prozess ist, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den Abgassteuerungskatalysator strömt, auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, das magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, von dem Fettprozess auf den Magerprozess umzuschalten, wenn eine Sauerstoffmenge, die seit dem Start des Fettprozesses vom Abgassteuerungskatalysator freigegeben worden ist, gleich einer ersten Sauerstoffmenge ist, und von dem Magerprozess auf den Fettprozess umzuschalten, wenn eine Sauerstoffmenge, die seit dem Start des Magerprozesses im Abgassteuerungskatalysator gespeichert worden ist, gleich einer zweiten Sauerstoffmenge ist, die niedriger als die erste Sauerstoffmenge ist, und zu bestimmen, dass sich der Abgassteuerungskatalysator verschlechtert hat, wenn der Magerprozess ausgeführt wird und eine Frequenz, mit der ein ausgegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (43) gleich dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, gleich oder größer als eine vorbestimmte Frequenz ist.
Verschlechterungsdiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (31) so konfiguriert ist, dass sie von dem Fettprozess auf den Magerprozess umschaltet, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (43) gleich dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, noch bevor die Sauerstoffmenge, die seit dem Start des Fettprozesses vom Abgassteuerungskatalysator freigegeben worden ist, gleich der ersten Sauerstoffmenge ist.
Verschlechterungsdiagnosevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuervorrichtung (31) so konfiguriert ist, dass sie von dem Magerprozess auf den Fettprozess umschaltet, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (43) gleich dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, noch bevor die Sauerstoffmenge, die seit dem Start des Magerprozesses im Abgassteuerungskatalysator gespeichert worden ist, gleich der zweiten Sauerstoffmenge ist.
Verschlechterungsdiagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuervorrichtung (31) so konfiguriert ist, dass sie beim Starten des Verschlechterungs-Diagnoseprozesses zuerst den Fettprozess ausführt.
Verschlechterungsdiagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuervorrichtung (31) so konfiguriert ist, dass sie beim Beenden des Verschlechterungs-Diagnoseprozesses den Fettprozess zuletzt ausführt.
Verschlechterungsdiagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuervorrichtung (31) konfiguriert ist, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das von einem Motorkörper abgegeben wird, so zu steuern, dass es bei einer normalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung, die sich von dem Verschlechterungs-Diagnoseprozess unterscheidet, abwechselnd zwischen dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis gewechselt wird; und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des von dem Motorkörper abgegebenen Abgases während des Fettprozesses im Fettheitsgrad höher ist als zu einem Zeitpunkt, an dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des von dem Motorkörper abgegebenen Abgases bei der normalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist.
Verschlechterungsdiagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuervorrichtung (31) konfiguriert ist, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das von einem Motorkörper abgegeben wird, so zu steuern, dass es bei der normalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung, die sich von dem Verschlechterungs-Diagnoseprozess unterscheidet, abwechselnd zwischen dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis gewechselt wird; und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des von dem Motorkörper abgegebenen Abgases während des Magerprozesses einen höheren Magerheitsgrad hat als zu einem Zeitpunkt, an dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des von dem Motorkörper abgegebenen Abgases bei der normalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist.
Verschlechterungsdiagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Sauerstoffmenge so eingestellt ist, dass sie größer wird, wenn eine Temperatur des Abgassteuerungskatalysators höher wird.
Verschlechterungsdiagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die zweite Sauerstoffmenge so eingestellt ist, dass sie größer wird, wenn eine Temperatur des Abgassteuerungskatalysators höher wird.
Verschlechterungsdiagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Abgassteuerungskatalysator als Partikelfilter fungiert, der Feinstaub aus dem Abgas abfängt.
Verschlechterungsdiagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner mit einem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor (41) und einem zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor (42), wobei ein erster Katalysator und ein zweiter Katalysator in einem Auslasskanal des Verbrennungsmotors vorgesehen sind, wobei der zweite Katalysator als Abgassteuerungskatalysator dient und stromabwärtig vom ersten Katalysator vorgesehen ist; der erste Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor (41) stromaufwärtig vom ersten Katalysator angeordnet ist; der zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor (42) zwischen dem ersten Katalysator und dem zweiten Katalysator angeordnet ist; und ein dritter Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor (43) stromabwärtig vom zweiten Katalysator angeordnet ist, wobei der dritte Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor (43) als der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor (43) dient.
Verschlechterungsdiagnosevorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Steuervorrichtung (31) konfiguriert ist, einen zweiten Verschlechterungs-Diagnoseprozess auszuführen, wenn sie eine Verschlechterung des ersten Katalysators diagnostiziert, wobei der zweite Verschlechterungs-Diagnoseprozess von dem Verschlechterungs-Diagnoseprozess verschieden ist; die Steuervorrichtung (31) so konfiguriert ist, dass sie den Fettprozess und den Magerprozess abwechselnd und wiederholt auch im zweiten Verschlechterungs-Diagnoseprozess durchführt; und die Steuervorrichtung (31) konfiguriert ist, im zweiten Verschlechterungs-Diagnoseprozess (i) den Magerprozess zu starten, indem ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das in den ersten Katalysator strömt, von dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis gewechselt wird, wenn sich ein ausgegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert, (ii) den Fettprozess zu starten, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den ersten Katalysator strömt, von dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis gewechselt wird, wenn sich das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert, (iii) eine in dem ersten Katalysator gespeicherte Sauerstoffmenge in einem Magerprozess oder eine aus dem ersten Katalysator freigegebene Sauerstoffmenge in einem Fettprozess zu schätzen, und (iv) auf der Grundlage der geschätzten Sauerstoffmenge zu bestimmen, ob sich der erste Katalysator verschlechtert hat.