DE102023103879A1 - Abgassteuerungsvorrichtung und abgassteuerungsverfahren für eine verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Abgassteuerungsvorrichtung und abgassteuerungsverfahren für eine verbrennungskraftmaschine Download PDF

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Abstract

Eine Abgassteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine umfasst: einen Katalysator (20), welcher in einem Auslassdurchlass (22) der Verbrennungskraftmaschine angeordnet und in der Lage ist, Sauerstoff zu okkludieren; einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (42), welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem Katalysator ausströmenden Ausströmabgases erfasst; und eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung (31), welche das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in den Katalysator einströmenden Einströmabgases steuert. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung (31) startet eine Leicht-Fett-Steuerung, bei welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases derart gesteuert wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases auf einem Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, welches fetter ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases auf kleiner oder gleich ein fettseitiges Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert ist, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff Verhältnis.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgassteuerungsvorrichtung und ein Abgassteuerungsverfahren für eine Verbrennungskraftmaschine.
  • 2. Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
  • Bislang ist bekannt, einen Katalysator, welcher Sauerstoff okkludieren bzw. einschließen kann, in einem Auslassdurchlass einer Verbrennungskraftmaschine anzuordnen, um HC, CO, NOx usw. in einem Abgas im Katalysator zu steuern. Bei Verbrennungskraftmaschinen, die in der JP 2008-128110 A und der JP 09-126012 A beschrieben sind, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases auf der Grundlage einer Ausgabe von einem stromabwärts eines Katalysators angeordneten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor gesteuert, um die Abgassteuerungsleistung des Katalysators zu verbessern.
  • Wenn jedoch der Sauerstoff im Katalysator verbraucht ist, werden eine Wasser-Gas-Wechselreaktion und eine Dampfreformierungsreaktion hervorgerufen, und der durch diese Reaktionen erzeugte Wasserstoff strömt aus dem Katalysator heraus. Folglich wird ein Fehler in der Ausgabe des stromabwärts des Katalysators angeordneten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors hervorgerufen. Die JP 2008-128110 A beschreibt die Berechnung eines Fehlers in der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors aufgrund des im Katalysator erzeugten Wasserstoffs und die Einstellung eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, um den Ausgabefehler auszugleichen.
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Die in der JP 2008-128110 A beschriebene Technologie basiert jedoch auf der Annahme, dass Wasserstoff in dem Katalysator stets erzeugt wird, und die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung wird nicht gemäß dem Zustand des Katalysators durchgeführt. Daher kann die Abgasemission verschlechtert sein, wenn der Zustand des Katalysators gemäß dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine variiert wird.
  • Daher stellt die vorliegende Erfindung eine Technologie zum Unterdrücken einer Verschlechterung der Abgasemission bereit, indem eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der Erzeugungssituation von Wasserstoff in einem Katalysator durchgeführt wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases auf der Grundlage einer Ausgabe von einem stromabwärts des Katalysators angeordneten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor gesteuert wird.
  • Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Abgassteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Katalysator, einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor und einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung. Der Katalysator ist in einem Auslassdurchlass der Verbrennungskraftmaschine angeordnet und derart konfiguriert, dass dieser in der Lage ist, Sauerstoff zu okkludieren. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor ist derart konfiguriert, dass dieser ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem Katalysator ausströmenden Ausströmabgases erfasst. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung ist derart konfiguriert, dass diese ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in den Katalysator einströmenden Einströmabgases steuert. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung ist derart konfiguriert, dass diese eine Leicht-Fett-Steuerung startet, bei welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases derart gesteuert wird, dass das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases auf einem Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, welches fetter ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases auf kleiner oder gleich ein fettseitiges Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert ist, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Bei der Abgassteuerungsvorrichtung gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Aspekt kann die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung derart konfiguriert sein, dass diese die Leicht-Fett-Steuerung startet, wenn das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases auf kleiner oder gleich das fettseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert ist, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases derart gesteuert wird, dass das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder höher gehalten wird.
  • Bei der Abgassteuerungsvorrichtung gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Aspekt kann die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung derart konfiguriert sein, dass diese eine Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausführt, bei welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases derart gesteuert wird, dass das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung kann derart konfiguriert sein, dass diese die Leicht-Fett-Steuerung startet, wenn das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases bei der Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf kleiner oder gleich das fettseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert ist.
  • Bei der Abgassteuerungsvorrichtung gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Aspekt kann die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung derart konfiguriert sein, dass diese die Leicht-Fett-Steuerung beendet, wenn das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases bei der Leicht-Fett-Steuerung auf größer oder gleich ein magerseitiges Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht ist, welches größer als oder gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
  • Bei der Abgassteuerungsvorrichtung gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Aspekt kann die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung derart konfiguriert sein, dass diese eine Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis startet, bei welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases derart gesteuert wird, dass das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, wenn das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases bei der Leicht-Fett-Steuerung auf größer oder gleich das magerseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht ist.
  • Bei der Abgassteuerungsvorrichtung gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Aspekt kann die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung derart konfiguriert sein, dass diese einen Fett-Grad des Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Grundlage eines minimalen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu einer Zeit, zu welcher das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases auf kleiner oder gleich das fettseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert ist, bestimmt.
  • Bei der Abgassteuerungsvorrichtung gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Aspekt kann die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung derart konfiguriert sein, dass diese eine Konzentration von Wasserstoff in dem Ausströmabgas abschätzt und einen Fett-Grad des Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Grundlage der Wasserstoffkonzentration bestimmt.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Abgassteuerungsverfahren für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Katalysator, einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor und einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung. Der Katalysator ist in einem Auslassdurchlass der Verbrennungskraftmaschine angeordnet und derart konfiguriert, dass dieser in der Lage ist, Sauerstoff zu okkludieren bzw. einzuschließen. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor ist derart konfiguriert, dass dieser ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem Katalysator ausströmenden Ausströmabgases erfasst. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung ist derart konfiguriert, dass diese ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in den Katalysator einströmenden Einströmabgases steuert. Das Abgassteuerungsverfahren umfasst ein Starten einer Leicht-Fett-Steuerung, bei welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases derart gesteuert wird, dass das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases auf einem Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, welches fetter ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases auf kleiner oder gleich ein fettseitiges Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert ist, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Mit der Abgassteuerungsvorrichtung und dem Abgassteuerungsverfahren für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Verschlechterung einer Abgasemission zu unterdrücken, indem eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der Erzeugungssituation von Wasserstoff in einem Katalysator durchgeführt wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases auf der Grundlage einer Ausgabe von einem stromabwärts des Katalysators angeordneten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor gesteuert wird.
  • Kurze Beschreibung der Abbildungen
  • Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und worin:
    • 1 eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgassteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt;
    • 2 ein Beispiel der Steuerungseigenschaften eines in 1 dargestellten Katalysators (Drei-Wege-Katalysators) darstellt;
    • 3 eine Teil-Schnittansicht eines in 1 dargestellten stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors ist;
    • 4 die Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases und einem Ausgabestrom von einem Sensorelement in dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor darstellt;
    • 5A ein Zeitdiagramm verschiedener Parameter zu der Zeit ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in den Katalysator einströmenden Abgases zwischen einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, umgeschaltet bzw. gewechselt wird;
    • 5B den Zustand eines in dem Katalysator okkludierten Sauerstoffs zu jeder Zeit in 5A schematisch darstellt;
    • 6 ein Zeitdiagramm verschiedener Parameter zu der Zeit ist, wenn eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
    • 7A ein Flussdiagramm ist, welches eine Steuerroutine der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
    • 7B ein Flussdiagramm ist, welches die Steuerroutine der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
    • 7C ein Flussdiagramm ist, welches die Steuerroutine der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
    • 8 ein minimales Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der Zeit darstellt, wenn ein Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors auf kleiner oder gleich ein fettseitiges Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskraftmaschine reduziert ist;
    • 9 ein Flussdiagramm ist, welches eine Steuerroutine einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
    • 10 ein Beispiel für ein Kennfeld zum Bestimmen eines Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Werte eines ersten oberen Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und eines ersten unteren Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Grundlage eines minimalen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in der zweiten Ausführungsform darstellt;
    • 11 einen Teil einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgassteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt; und
    • 12 ein Flussdiagramm ist, welches eine Steuerroutine einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
  • Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
  • Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Abbildungen im Detail beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Zunächst wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 7C beschrieben.
  • Zunächst wird die gesamte Verbrennungskraftmaschine beschrieben. 1 stellt eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgassteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dar. Bei der in 1 dargestellten Verbrennungskraftmaschine handelt es sich um eine fremdgezündete Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine ist an einem Fahrzeug montiert und dient als eine Antriebsquelle für das Fahrzeug.
  • Die Verbrennungskraftmaschine umfasst einen Motorkörper 1, welcher einen Zylinderblock 2 und einen Zylinderkopf 4 umfasst. Innerhalb des Zylinderblocks 2 ist eine Mehrzahl von (z.B. vier) Zylindern ausgebildet. In jedem Zylinder ist ein Kolben 3 so angeordnet, dass sich dieser in der Richtung der Zylinderachse hin- und herbewegt. Zwischen dem Kolben 3 und dem Zylinderkopf 4 ist eine Verbrennungskammer 5 ausgebildet.
  • In dem Zylinderkopf 4 sind ein Ansaugkanal 7 und ein Auslasskanal 9 ausgebildet. Der Ansaugkanal 7 und der Auslasskanal 9 sind mit der Verbrennungskammer 5 verbunden.
  • Die Verbrennungskraftmaschine umfasst auch ein Einlassventil 6 und ein Auslassventil 8, welche in dem Zylinderkopf 4 angeordnet sind. Das Einlassventil 6 öffnet und verschließt den Ansaugkanal 7. Das Auslassventil 8 öffnet und verschließt den Auslasskanal 9.
  • Die Verbrennungskraftmaschine umfasst eine Zündkerze 10 und ein Kraftstoffeinspritzventil 11. Die Zündkerze 10 ist in dem mittleren bzw. zentralen Abschnitt der Innenwandoberfläche des Zylinderkopfs 4 angeordnet und erzeugt gemäß einem Zündsignal einen Funken. Das Kraftstoffeinspritzventil 11 ist am peripheren Abschnitt der Innenwandoberfläche des Zylinderkopfs 4 angeordnet und spritzt gemäß einem Einspritzsignal Kraftstoff in die Verbrennungskammer 5 ein. In der vorliegenden Ausführungsform wird als Kraftstoff, welcher dem Kraftstoffeinspritzventil 11 zugeführt werden soll, Ottokraftstoff bzw. Benzin mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 14,6 verwendet.
  • Die Verbrennungskraftmaschine umfasst auch einen Ansaugkrümmer 13, einen Ausgleichsbehälter 14, eine Ansaugleitung 15, einen Luftfilter 16 und ein Drosselventil bzw. eine Drosselklappe 18. Der Ansaugkanal 7 eines jeden Zylinders ist über den entsprechenden Ansaugkrümmer 13 mit dem Ausgleichsbehälter 14 verbunden. Der Ausgleichsbehälter 14 ist über die Ansaugleitung 15 mit dem Luftfilter 16 verbunden. Der Ansaugkanal 7, der Ansaugkrümmer 13, der Ausgleichsbehälter 14, die Ansaugleitung 15 usw. bilden einen Einlass- bzw. Ansaugdurchlass, welcher Luft zur Verbrennungskammer 5 führt. Die Drosselklappe 18 ist in der Ansaugleitung 15 zwischen dem Ausgleichsbehälter 14 und dem Luftfilter 16 angeordnet und wird von einem Drosselklappenantriebsstellglied 17 (beispielsweise einem Gleichstrom (DC)-Motor) angetrieben. Die Drosselklappe 18 wird durch das Drosselklappenantriebsstellglied 17 gedreht bzw. rotiert, um den Öffnungsbereich des Einlassdurchlasses gemäß dem Öffnungsgrad der Drosselklappe 18 verändern zu können.
  • Die Verbrennungskraftmaschine umfasst auch einen Auslasskrümmer 19, einen Katalysator 20, ein Gehäuse 21 und eine Auslassleitung 22. Der Auslasskanal 9 eines jeden Zylinders ist mit dem Auslasskrümmer 19 verbunden. Der Auslasskrümmer 19 besitzt eine Mehrzahl von verzweigten Abschnitten, welche mit den jeweiligen Auslasskanälen 9 gekoppelt sind, und einen zusammengeführten Abschnitt, an dem die verzweigten Abschnitte zusammengeführt sind. Der zusammengeführte Abschnitt des Auslasskrümmers 19 ist mit dem Gehäuse 21 gekoppelt, in dem der Katalysator 20 bereitgestellt ist. Das Gehäuse 21 ist mit der Auslassleitung 22 gekoppelt. Der Auslasskanal 9, der Auslasskrümmer 19, das Gehäuse 21, die Auslassleitung 22 usw. bilden einen Auslassdurchlass, welcher ein durch die Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 5 erzeugtes Abgas ausstößt.
  • Das Fahrzeug, an dem die Verbrennungskraftmaschine montiert ist, ist mit einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU) 31 versehen. Wie in 1 dargestellt, ist die ECU 31 aus einem digitalen Computer aufgebaut und umfasst einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 33, einen Nurlesespeicher (ROM) 34, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU; Mikroprozessor) 35, einen Eingabeanschluss bzw. -port 36 und einen Ausgabeanschluss 37, welche über einen bidirektionalen Bus 32 miteinander verbunden sind. Während in der vorliegenden Ausführungsform eine ECU 31 bereitgestellt ist, kann für jede Funktion eine Mehrzahl von ECUs bereitgestellt sein.
  • Die ECU 31 führt verschiedene Arten der Steuerung der Verbrennungskraftmaschine auf der Grundlage von Ausgaben usw. von verschiedenen Sensoren aus, die in dem Fahrzeug oder der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt sind. Daher werden die Ausgaben von den verschiedenen Sensoren an die ECU 31 übertragen. In der vorliegenden Ausführungsform werden Ausgaben von einem Luftströmungsmesser 40, einem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41, einem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42, einem Lastsensor 44 und einem Kurbelwinkelsensor 45 an die ECU 31 übertragen.
  • Der Luftströmungsmesser 40 ist in dem Einlassdurchlass der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in der Ansaugleitung 15 stromaufwärts der Drosselklappe 18 angeordnet. Der Luftströmungsmesser 40 erfasst die Strömungsrate von Luft, welche durch den Einlassdurchlass strömt. Der Luftströmungsmesser 40 ist elektrisch mit der ECU 31 verbunden. Eine Ausgabe von dem Luftströmungsmesser 40 wird über einen entsprechenden Analog-Digital (AD)-Wandler 38 bei dem Eingabeanschluss 36 eingegeben.
  • Der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 ist in dem Auslassdurchlass stromaufwärts des Katalysators 20 angeordnet, insbesondere am zusammengeführten Abschnitt des Auslasskrümmers 19. Der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 erfasst das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, welches in den Auslasskrümmer 19 strömt, das heißt, ein Abgas, welches aus den Zylindern der Verbrennungskraftmaschine ausgestoßen wird und in den Katalysator 20 strömt. Der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 ist elektrisch mit der ECU 31 verbunden. Eine Ausgabe des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 wird über einen entsprechenden AD-Wandler 38 bei dem Eingabeanschluss 36 eingegeben.
  • Der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 ist in dem Auslassdurchlass stromabwärts des Katalysators 20, insbesondere in der Auslassleitung 22, angeordnet. Der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 erfasst das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, welches in der Auslassleitung 22 strömt, das heißt, eines Abgases, welches aus dem Katalysator 20 ausströmt. Der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 ist elektrisch mit der ECU 31 verbunden. Eine Ausgabe des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 wird über einen entsprechenden AD-Wandler 38 bei dem Eingabeanschluss 36 eingegeben.
  • Der Lastsensor 44 ist mit einem Gaspedal 43 verbunden, das in dem Fahrzeug bereitgestellt ist, auf dem die Verbrennungskraftmaschine montiert ist, und erfasst den Betrag des Niederdrückens des Gaspedals 43. Der Lastsensor 44 ist elektrisch mit der ECU 31 verbunden. Eine Ausgabe des Lastsensors 44 wird über einen entsprechenden AD-Wandler 38 bei dem Eingabeanschluss 36 eingegeben. Die ECU 31 berechnet eine Maschinenlast auf der Grundlage der Ausgabe des Lastsensors 44.
  • Der Kurbelwinkelsensor 45 erzeugt jedes Mal, wenn eine Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine um einen vorbestimmten Winkel (z.B. 10 Grad) gedreht wird, einen Ausgangsimpuls. Der Kurbelwinkelsensor 45 ist elektrisch mit der ECU 31 verbunden. Eine Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 45 wird bei dem Eingabeanschluss 36 eingegeben. Die ECU 31 berechnet eine Maschinendrehzahl auf der Grundlage der Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 45.
  • Andererseits ist der Ausgabeanschluss 37 der ECU 31 mit der Zündkerze 10, dem Kraftstoffeinspritzventil 11 und dem Drosselklappenantriebsstellglied 17 über entsprechende Antriebsschaltungen 39 verbunden, so dass die ECU 31 die Zündkerze 10, das Kraftstoffeinspritzventil 11 und das Drosselklappenantriebsstellglied 17 steuern kann. Insbesondere steuert die ECU 31 den Zündzeitpunkt der Zündkerze 10, den Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge des von dem Kraftstoffeinspritzventil 11 eingespritzten Kraftstoffs sowie den Öffnungsgrad der Drosselklappe 18.
  • Bei der vorstehend erörterten Verbrennungskraftmaschine handelt es sich zwar um eine nicht aufgeladene Verbrennungskraftmaschine, welche Ottokraftstoff als Kraftstoff verwendet, die Konfiguration der Verbrennungskraftmaschine ist jedoch nicht auf die vorstehende Konfiguration beschränkt. So kann die spezifische Konfiguration der Verbrennungskraftmaschine, wie beispielsweise die Zylinderanordnung, die Art der Kraftstoffeinspritzung, die Konfiguration des Einlass- und Auslasssystems, die Konfiguration des Ventilbewegungsmechanismus, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Laders, von der in 1 dargestellten Konfiguration abweichen. Beispielsweise kann das Kraftstoffeinspritzventil 11 so angeordnet sein, dass dieses Kraftstoff in den Ansaugkanal 7 einspritzt. Die Verbrennungskraftmaschine kann mit einer Komponente versehen sein, welche die Rückführung eines Abgasrückführungs (AGR)-Gases aus dem Auslassdurchlass in den Ansaugdurchlass ermöglicht.
  • Eine Abgassteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine (im Folgenden einfach als „Abgassteuerungsvorrichtung“ bezeichnet) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden beschrieben. Die Abgassteuerungsvorrichtung umfasst den Katalysator 20, den stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41, den stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 und eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung. In der vorliegenden Ausführungsform dient die ECU 31 als eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung.
  • Der Katalysator 20 ist in dem Auslassdurchlass der Verbrennungskraftmaschine angeordnet und derart konfiguriert, dass dieser ein Abgas steuert, das durch den Auslassdurchlass strömt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Katalysator 20 ein Drei-Wege-Katalysator, welcher Sauerstoff okkludieren bzw. einschließen kann und beispielsweise Kohlenwasserstoff (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxid (NOx) gleichzeitig steuern kann. Der Katalysator 20 umfasst einen Träger (Basismaterial), welcher aus Keramik oder Metall aufgebaut ist, ein Edelmetall mit katalytischer Wirkung (z. B. Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) usw.) und einen Promotor mit einer Sauerstoffokklusionsfähigkeit (z. B. Ceroxid (CeO2) usw.). Das Edelmetall und der Promotor sind von dem Träger getragen.
  • 2 stellt ein Beispiel für die Steuerungseigenschaften des Drei-Wege-Katalysators dar. Wie in 2 gezeigt, ist die Rate der Steuerung von HC, CO und NOx durch den Drei-Wege-Katalysator signifikant hoch, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das in den Drei-Wege-Katalysator strömt, in einem Bereich in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses liegt (Steuerungsfenster A in 2). Somit kann der Katalysator 20 HC, CO und NOx wirksam steuern, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gehalten wird.
  • Der Katalysator 20 okkludiert und setzt Sauerstoff gemäß dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases unter Verwendung des Promotors frei. Insbesondere okkludiert der Katalysator 20 überschüssigen Sauerstoff im Abgas, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Andererseits setzt der Katalysator 20 Sauerstoff frei, welcher zur Oxidation von HC und CO fehlt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Folglich wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis an der Oberfläche des Katalysators 20 in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gehalten, selbst wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases geringfügig vom stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweicht, und HC, CO und NOx werden im Katalysator 20 wirksam gesteuert.
  • Der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 und der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 sind im Auslassdurchlass der Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 ist stromabwärts des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 angeordnet. Der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 und der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 sind jeweils derart konfiguriert, dass diese das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases erfassen, das durch den Auslassdurchlass strömt.
  • 3 ist eine Teil-Schnittansicht des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42. Die Konfiguration des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42, der eine bekannte Konfiguration besitzt, wird im Folgenden kurz beschrieben. Der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 besitzt die gleiche Konfiguration wie der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42.
  • Der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 umfasst ein Sensorelement 411 und Heizer bzw. Heizelemente 420. In der vorliegenden Ausführungsform ist der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 ein gestapelter Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, welcher durch Stapeln einer Mehrzahl von Schichten gebildet ist. Wie in 3 dargestellt, besitzt das Sensorelement 411 eine Festelektrolytschicht 412, eine Diffusionsbeschränkungsschicht 413, eine erste undurchlässige Schicht 414, eine zweite undurchlässige Schicht 415, eine auslassseitige Elektrode 416 und eine atmosphärenseitige Elektrode 417. Zwischen der Festelektrolytschicht 412 und der Diffusionsbeschränkungsschicht 413 ist eine Messgaskammer 418 ausgebildet. Eine Atmosphärenkammer 419 ist zwischen der Festelektrolytschicht 412 und der ersten undurchlässigen Schicht 414 ausgebildet.
  • Das Abgas wird als ein zu messendes Gas über die Diffusionsbeschränkungsschicht 413 in die Messgaskammer 418 eingeleitet. Die Atmosphäre wird in die Atmosphärenkammer 419 eingeleitet. Wenn eine Spannung an das Sensorelement 411 angelegt wird, werden Oxidionen zwischen der auslassseitigen Elektrode 416 und der atmosphärenseitigen Elektrode 417 entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases an der auslassseitigen Elektrode 416 bewegt, wodurch der Ausgangsstrom des Sensorelements 411 gemäß dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases variiert wird.
  • 4 stellt die Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases und dem Ausgangsstrom I des Sensorelements 411 in dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 dar. In dem Beispiel in 4 wird eine Spannung von 0,45 V an das Sensorelement 411 angelegt. Wie aus 4 ersichtlich, ist der Ausgangsstrom I gleich Null, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht. In dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 wird der Ausgangsstrom I größer, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas höher wird, das heißt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases magerer wird. Somit können der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 und der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41, welcher die gleiche Konfiguration wie der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 besitzt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases kontinuierlich (linear) erfassen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform werden als der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 und der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren vom Grenzstromtyp verwendet. Als der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 und der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 können jedoch auch Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren verwendet werden, die nicht vom Grenzstromtyp sind, solange ein Ausgangsstrom von solchen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren mit Bezug auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases linear variiert wird. Der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 und der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 können Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren unterschiedlicher Struktur sein.
  • Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung steuert das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das in den Katalysator 20 einströmt (im Folgenden als ein „Einströmabgas“ bezeichnet). In der vorliegenden Ausführungsform steuert die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases auf der Grundlage einer Ausgabe des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 und einer Ausgabe des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42. Insbesondere stellt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas auf der Grundlage der Ausgabe des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 ein und führt eine Feedback- bzw. Rückkopplungssteuerung der der Verbrennungskammer 5 zugeführten Kraftstoffmenge durch, so dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt. Das „Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis“ steht für ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechend einem Ausgangswert eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, das heißt, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches von einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasst wird.
  • Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung kann die der Verbrennungskammer 5 zugeführte Kraftstoffmenge derart steuern, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt, ohne den stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 zu verwenden. In diesem Fall wird der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 von der Abgassteuerungsvorrichtung weggelassen, und die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung berechnet die der Verbrennungskammer 5 zugeführte Kraftstoffmenge aus der Ansaugluftmenge, der Maschinendrehzahl und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, so dass das der Verbrennungskammer 5 zugeführte Verhältnis von Kraftstoff und Luft mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases grundsätzlich so gesteuert, dass der Katalysator 20 in dem Zustand gehalten wird, in dem dieser zur Abgassteuerung geeignet ist. Wenn sich der Katalysator 20 in dem Zustand befindet, in dem dieser zur Abgassteuerung geeignet ist, wird das Abgas im Katalysator 20 gesteuert, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem Katalysator 20 ausströmenden Abgases (im Folgenden als ein „Ausströmabgas“ bezeichnet) wird auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis gebracht. Daher ist es denkbar, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases so zu steuern, dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärts des Katalysators 20 angeordneten stromabwärtigen Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensors 42 auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis gebracht wird.
  • Wenn Sauerstoff im Katalysator 20 verbraucht ist, werden jedoch die folgende Wasser-Gas-Wechselreaktion (1) und Dampfreformierungsreaktion (2) hervorgerufen, um Wasserstoff im Katalysator 20 zu erzeugen. CO + H2O → H2 + CO2 ... (1) HC + H2O → CO + H2- . . (2)
  • Folglich strömt ein wasserstoffhaltiges Abgas aus dem Katalysator 20 und strömt in den stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42. Zu dieser Zeit ist das Molekulargewicht von Wasserstoff geringer als das Molekulargewicht von Sauerstoff, so dass Wasserstoff im Abgas die Diffusionsbeschränkungsschicht 413 durchdringt und die auslassseitige Elektrode 416 schneller erreicht als Sauerstoff im Abgas. Daher wird die Sauerstoffkonzentration im Abgas an der auslassseitigen Elektrode 416 niedriger als die Sauerstoffkonzentration im Abgas im Auslassdurchlass. Folglich kommt es zu einer Abweichung der Ausgabe des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42, und die Ausgabe des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 weicht vom tatsächlichen Wert zur fetten Seite hin ab. Daher ist die Zuverlässigkeit der Ausgabe des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 verringert, wenn Wasserstoff vom Katalysator 20 in den stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 strömt.
  • 5A ist ein Zeitdiagramm verschiedener Parameter zu der Zeit, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases zwischen einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, gewechselt wird. 5A zeigt als die Parameter das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas, das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41, die Konzentration von Wasserstoff im Ausströmabgas, die Konzentration von CO im Ausströmabgas und die Konzentration von NOx im Ausströmabgas.
  • 5B stellt den Zustand eines im Katalysator 20 okkludierten Sauerstoffs zu jedem Zeitpunkt (Zeitpunkte t0 bis t5) in 5A schematisch dar. 5B stellt den Zustand eines im Katalysator 20 okkludierten Sauerstoffs zusammen mit der Richtung dar, in welcher das Abgas durch den Katalysator 20 strömt. Ein schraffierter Abschnitt des Katalysators 20 gibt einen Sauerstoffverbrauchs- bzw. mangelbereich an, in dem der Sauerstoff aufgebraucht ist. Der andere Abschnitt des Katalysators 20 gibt einen Bereich an, der mit Sauerstoff gefüllt ist.
  • In diesem Beispiel wird zum Zeitpunkt t0 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas auf ein Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett eingestellt, das fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Wenn ein Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den mit Sauerstoff gefüllten Katalysator 20 strömt, wird der Sauerstoff allmählich von der stromaufwärtigen Seite des Katalysators 20 freigegeben. Infolgedessen bildet sich zum Zeitpunkt 10, wie in 5B dargestellt, auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators 20 ein Sauerstoffmangelbereich. In diesem Fall wird ein in dem Sauerstoffmangelbereich erzeugter Wasserstoff auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 20 oxidiert, so dass fast kein Wasserstoff von dem Katalysator 20 ausströmt. CO und NOx im Abgas werden im Katalysator 20 wirksam gesteuert, und daher wird das Ausgabe-Luft-Kraftstoff- Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten.
  • Danach, zum Zeitpunkt t1, ist der größte Teil des Bereichs des Katalysators 20 zu dem Sauerstoffmangelbereich gebracht, Wasserstoff und CO strömen aus dem Katalysator 20 aus, und das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensors 42 beginnt damit, zur fetten Seite hin variiert zu werden. In dem Beispiel in 5A wird, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 zum Zeitpunkt t2 ein Fett- Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFfett erreicht, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas von dem Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett auf ein Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager, das magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, gewechselt. Zum Zeitpunkt t2 ist, wie in 5B dargestellt, der gesamte Bereich des Katalysators 20 in den Sauerstoffmangelbereich gebracht worden.
  • Wenn ein Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Katalysator 20 strömt, der Sauerstoff verbraucht wurde, wird der Katalysator 20 ausgehend von der stromaufwärtigen Seite des Katalysators 20 allmählich mit Sauerstoff gefüllt. Folglich ist zum Zeitpunkt 13, wie in 5B dargestellt, die stromaufwärtige Seite des Katalysators 20 mit Sauerstoff gefüllt, und der Sauerstoffmangelbereich verbleibt auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 20. In diesem Fall werden CO und NOx im Abgas im Katalysator 20 wirksam gesteuert. Allerdings strömt Wasserstoff, der in dem Sauerstoffmangelbereich auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 20 erzeugt wird, von dem Katalysator 20 in den stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42, und daher zeigt das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 einen Wert an, der fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Danach, zum Zeitpunkt t4, ist der größte Teil des Bereichs des Katalysators 20 mit Sauerstoff gefüllt, und NOx beginnt aus dem Katalysator 20 zu strömen. Auch zu diesem Zeitpunkt strömt Wasserstoff, der in dem Sauerstoffmangelbereich erzeugt wird, welcher auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 20 geringfügig verbleibt, aus dem Katalysator 20 aus, und die Ausgabe des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 wird durch den Wasserstoff beeinflusst. In dem Beispiel in 5A wird, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 zum Zeitpunkt t5 das Mager-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFmager erreicht, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas von dem Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager auf das Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett umgeschaltet. Zum Zeitpunkt t5 ist, wie in 5B dargestellt, der gesamte Bereich des Katalysators 20 mit Sauerstoff gefüllt. Daher ist zum Zeitpunkt t5 ein Ausströmen von Wasserstoff aus dem Katalysator 20 beendet.
  • Wie aus 5A ersichtlich, befindet sich der Katalysator 20, wenn Wasserstoff aus dem Katalysator 20 ausströmt, in einem für die Abgassteuerung geeigneten Zustand, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases so gesteuert wird, dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis gebracht wird, unabhängig von der Situation der Erzeugung von Wasserstoff im Katalysator 20, wird daher die Menge an NOx, die aus dem Katalysator 20 ausströmt, erhöht, was die Abgasemission verschlechtern kann.
  • Wenn kein Wasserstoff aus dem Katalysator 20 strömt, befindet sich der Katalysator 20 andererseits in einem Zustand, in dem dieser für die Abgassteuerung geeignet ist, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht. Wenn also eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung immer unter Berücksichtigung des Effekts von Wasserstoff ausgeführt wird, kann sich die Abgasemission verschlechtern, wenn der Zustand des Katalysators 20 gemäß dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine variiert wird.
  • Daher startet die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf kleiner oder gleich ein fettseitiges Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert ist, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, eine Leicht-Fett-Steuerung, bei welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases derart gesteuert wird, dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf einem Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Folglich kann eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung unter Berücksichtigung des Effekts von Wasserstoff durchgeführt werden, wenn es hochwahrscheinlich ist, dass Wasserstoff aus dem Katalysator 20 ausströmt. Das heißt, mit der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, eine Verschlechterung der Abgasemission zu unterdrücken, indem eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der Erzeugungssituation von Wasserstoff in dem Katalysator 20 durchgeführt wird.
  • Bei der Leicht-Fett-Steuerung steuert die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases derart, dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs variiert wird, welcher um das Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zentriert ist, um das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf dem Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu halten. Beispielsweise stellt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung bei der Leicht-Fett-Steuerung das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas auf ein Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf größer oder gleich ein erstes oberes Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht ist, und stellt das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas auf ein Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein, welches magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf kleiner oder gleich ein erstes unteres Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert ist. Das erste obere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und das erste untere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis werden im Vorhinein derart bestimmt, dass die Differenz zwischen dem ersten oberen Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich der Differenz zwischen dem ersten unteren Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und das erste obere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis höher (magerer) ist als das erste untere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • In der vorliegenden Ausführungsform startet die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung die Leicht-Fett-Steuerung insbesondere dann, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf kleiner oder gleich dem fettseitigen Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert ist, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases derart gesteuert wird, dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder höher gehalten wird, beispielsweise während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases auf einen Wert gesteuert wird, der größer oder gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Folglich ist es möglich, eine Verschlechterung der Abgasemission zu unterdrücken, wenn Wasserstoff ungewollt von dem Katalysator 20 ausströmt.
  • Wenn der Katalysator 20 aufgrund des Effekts einer Störung usw. während der Leicht-Fett-Steuerung mit Sauerstoff gefüllt ist, wird ein Ausströmen von Wasserstoff von dem Katalysator 20 beendet. Daher beendet die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform die Leicht-Fett-Steuerung, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 bei der Leicht-Fett-Steuerung auf größer oder gleich ein magerseitiges Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht ist, welches größer oder gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Folglich kann die Leicht-Fett-Steuerung zu einem geeigneten Zeitpunkt, zu welchem das Ausströmen von Wasserstoff von dem Katalysator 20 beendet ist, beendet werden.
  • Wenn das Ausströmen von Wasserstoff von dem Katalysator 20 beendet ist, wird eine Abweichung in der Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 aufgelöst. Daher startet die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf größer oder gleich das magerseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht ist, eine Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, bei welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases derart gesteuert wird, dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird. Folglich ist es möglich, eine Verschlechterung einer Abgasemission wirkungsvoll zu unterdrücken, wenn kein Wasserstoff aus dem Katalysator 20 ausströmt.
  • Bei der Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis steuert die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases derart, dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 innerhalb eines um das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis zentrierten vorbestimmten Bereichs variiert wird, um das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu halten. Bei der Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis stellt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung beispielsweise das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas auf ein Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf größer oder gleich ein zweites oberes Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht ist, und stellt das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas auf ein Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein, welches magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf kleiner oder gleich ein zweites unteres Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert ist. Das zweite obere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und das zweite untere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis werden im Vorhinein derart bestimmt, dass die Differenz zwischen dem zweiten oberen Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich der Differenz zwischen dem zweiten unteren Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und das zweite obere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis höher (magerer) ist als das zweite untere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Daher führt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform die Leicht-Fett-Steuerung aus, da das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf kleiner oder gleich das fettseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert ist, bis das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf größer oder gleich das magerseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht ist. Dagegen führt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung die Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus, da das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf größer oder gleich das magerseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht ist, bis das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf kleiner oder gleich das fettseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert ist. Das heißt, die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung startet die Leicht-Fett-Steuerung, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 in der Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf kleiner oder gleich das fettseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert ist, und startet die Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 in der Leicht-Fett-Steuerung auf größer oder gleich das magerseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht ist.
  • Nachfolgend wird die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung unter Bezugnahme auf ein Zeitdiagramm beschrieben. Die vorstehend erörterte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung wird unter Bezugnahme auf 6 spezifisch beschrieben. 6 ist ein Zeitdiagramm verschiedener Parameter zu der Zeit, wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird. 6 gibt als die Parameter das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42, den Soll-Ausgabewert für den stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas, die Konzentration von Wasserstoff in dem Ausströmabgas, die Konzentration von CO in dem Ausströmabgas und die Konzentration von NOx in dem Ausströmabgas an.
  • In dem Beispiel in 6 wird zum Zeitpunkt t0 die Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt und der Soll-Ausgabewert für den stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 ist auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (14,6) eingestellt. Bei der Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff- Verhältnis ist zum Zeitpunkt t0 das Soll-Luft-Kraftstoff- Verhältnis für das Einströmabgas auf das Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett eingestellt, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Daher wird zum Zeitpunkt t0 und danach das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 allmählich reduziert. Wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 zum Zeitpunkt t1 ein zweites unteres Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFdwn2 erreicht, wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas auf das Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager eingestellt, welches magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • In dem Beispiel in 6 hat das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 zum Zeitpunkt t2 aufgrund des Effekts einer Störung usw. ein fettseitiges Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis SWfett erreicht, obwohl das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas in der Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager eingestellt ist. Das heißt, bei der Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 von einem Wert, welcher größer oder gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, auf das fettseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis SWfett reduziert. Daher wird die Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Zeitpunkt t2 beendet und die Leicht-Fett-Steuerung wird gestartet. Das heißt, der Soll-Ausgabewert für den stromabwärtigen-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 wird von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis RAFTsfett gewechselt, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 hin zu dem fettseitigen Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis SWfett reduziert wird, wird Sauerstoff in dem Katalysator 20 verbraucht, und Wasserstoff und CO strömen aus dem Katalysator 20 aus. Folglich strömt ein wasserstoffhaltiges Abgas in den stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42, und in der Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 wird eine Abweichung hervorgerufen. Durch Starten der Leicht-Fett-Steuerung zum Zeitpunkt t2 ist es jedoch möglich, den Katalysator 20 in den Zustand zu bringen, in welchem dieser für eine Abgassteuerung geeignet ist, und ein Ausströmen von CO und NOx zum Zeitpunkt t2 und danach wirkungsvoll zu unterdrücken.
  • Nach dem Zeitpunkt t2 wird, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 zum Zeitpunkt t3 ein erstes oberes Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFup1 erreicht, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas in der Leicht-Fett-Steuerung von dem Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager auf das Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff- Verhältnis TAFfett umgeschaltet bzw. gewechselt. In dem Beispiel in 6 ist der Wert des ersten oberen Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFup1 gleich dem Wert des zweiten unteren Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFdwn2.
  • Nach dem Zeitpunkt t3 wird, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 zum Zeitpunkt t4 ein erstes unteres Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFdwn1 erreicht, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas in der Leicht-Fett-Steuerung von dem Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett auf das Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager umgeschaltet bzw. gewechselt. Auch danach wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas in der gleichen Art und Weise zwischen dem Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett und dem Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager basierend auf dem Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 in der Leicht-Fett-Steuerung umgeschaltet.
  • In dem Beispiel von 6 hat das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 zum Zeitpunkt t5 aufgrund des Effekts einer Störung usw. ein magerseitiges Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis SWmager (14,6 in dem Beispiel in 6) erreicht, obwohl das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas in der Leicht-Fett-Steuerung auf das Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett eingestellt wird. Daher wird die Leicht-Fett-Steuerung zum Zeitpunkt t5 beendet und die Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird gestartet. Das heißt, der Soll-Ausgabewert für den stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 wird von dem Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis RAFTsfett auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet.
  • Wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 hin zu dem magerseitigen Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis SWmager erhöht wird, wird der Katalysator 20 mit Sauerstoff gefüllt und NOx strömt aus dem Katalysator 20 aus. Folglich wird ein Ausströmen von Wasserstoff von dem Katalysator 20 beendet und die Abweichung in der Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 wird aufgelöst. Durch das Starten der Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Zeitpunkt t5 ist es jedoch möglich, den Katalysator 20 in den Zustand zu bringen, in welchem dieser für eine Abgassteuerung geeignet ist, und ein Ausströmen von CO und NOx zum Zeitpunkt t5 und danach wirkungsvoll zu unterdrücken.
  • Wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 zum Zeitpunkt t6 nach dem Zeitpunkt t5 das zweite untere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFdwn2 erreicht, wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas bei der Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett auf das Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager umgeschaltet. Wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 zum Zeitpunkt t7 nach dem Zeitpunkt t6 ein zweites oberes Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFup2 erreicht, wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas bei der Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager auf das Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett umgeschaltet. Auch danach wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas in der gleichen Art und Weise bei der Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage des Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 zwischen dem Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett und dem Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager umgeschaltet bzw. gewechselt.
  • Die vorstehend erörterte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Flussdiagramme in den 7A bis 7C im Detail beschrieben. Die 7A bis 7C sind Flussdiagramme, welche die Steuerroutine der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform darstellen. Die vorliegende Steuerroutine wird bei vorbestimmten Ausführungsintervallen durch die ECU 31 wiederholend ausgeführt, welche als die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung dient.
  • Zunächst bestimmt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung bei Schritt S101, ob eine Bedingung zum Ausführen der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung erfüllt ist. Die Bedingung zum Ausführen der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung ist beispielsweise erfüllt, wenn die Temperatur des Katalysators 20 größer oder gleich einer vorbestimmten Aktivierungstemperatur ist und die Elementtemperatur des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 und des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 größer oder gleich einer vorbestimmten Aktivierungstemperatur ist. Die Temperatur des Katalysators 20 wird beispielsweise auf der Grundlage einer Ausgabe von einem Temperatursensor, welcher bei dem Katalysator 20 oder dem Auslassdurchlass in der Umgebung des Katalysators 20 bereitgestellt ist, oder auf der Grundlage einer vorbestimmten Zustandsgröße der Verbrennungskraftmaschine (beispielsweise einer Maschinenkühlwassertemperatur, einer Ansaugluftmenge, einer Maschinenlast usw.) berechnet. Die Elementtemperatur des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensors 41 und des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 wird beispielsweise auf der Grundlage der Impedanz eines Sensorelements berechnet. Die Bedingung zum Ausführen der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung kann erfüllt sein, wenn eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, seit die Verbrennungskraftmaschine gestartet wurde, wenn eine vorbestimmte Komponente (wie beispielsweise das Kraftstoffeinspritzventil 11, der Katalysator 20, der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 oder der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42) der Verbrennungskraftmaschine normal ist, usw.
  • Wenn bei Schritt S101 bestimmt wird, dass die Bedingung zum Ausführen der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung nicht erfüllt ist, wird die vorliegende Steuerroutine beendet. Wenn bei Schritt S101 andererseits bestimmt wird, dass die Bedingung zum Ausführen der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung erfüllt ist, schreitet die vorliegende Steuerroutine zu Schritt S102 voran.
  • Bei Schritt S102 bestimmt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung, ob ein Fett-Flag Fr auf 1 eingestellt ist. Das Fett-Flag Fr entspricht einem Flag, welches auf 1 eingestellt wird, wenn die Leicht-Fett-Steuerung gestartet wird, und welches auf null eingestellt wird, wenn die Leicht-Fett-Steuerung beendet wird. Der Ausgangswert des Fett-Flags Fr zu der Zeit, wenn die Verbrennungskraftmaschine gestartet wird, beträgt null. Wenn bei Schritt S102 bestimmt wird, dass das Fett-Flag Fr auf null eingestellt ist, schreitet die vorliegende Steuerroutine zu Schritt S103 voran.
  • Bei Schritt S103 bestimmt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung, ob ein Stöchiometrie-Flag Fs auf 1 eingestellt ist. Das Stöchiometrie-Flag Fs entspricht einem Flag, welches auf 1 eingestellt wird, wenn die Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis gestartet wird, und welches auf null eingestellt wird, wenn die Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis beendet wird. Der Ausgangswert des Stöchiometrie-Flags Fs zu der Zeit, wenn die Verbrennungskraftmaschine gestartet wird, beträgt null. Wenn bei Schritt S103 bestimmt wird, dass das Stöchiometrie-Flag Fs auf null eingestellt ist, schreitet die vorliegende Steuerroutine zu Schritt S 104 voran.
  • Bei Schritt S104 startet die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung die Leicht-Fett-Steuerung. Das heißt, die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung stellt den Soll-Ausgabewert für den stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 auf das Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein. Das Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist auf ein Luft-Kraftstoff- Verhältnis eingestellt, welches im Vorhinein bestimmt wird und welches geringfügig fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist beispielsweise auf 14,50 bis 14,58, bevorzugt auf 14,58 eingestellt.
  • Dann stellt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung bei Schritt S105 ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Einströmabgas auf das Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager ein. Das heißt, die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung führt auf der Grundlage der Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 eine Feedback-Steuerung durch, bei welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases auf das Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager gebracht wird. Das Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager ist auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis (beispielsweise 14,7 bis 15,7) eingestellt, welches im Vorhinein bestimmt wird und magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Dann stellt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung bei Schritt S106 das Fett-Flag Fr auf 1 und die vorliegende Steuerroutine schreitet zu Schritt S107 voran. Wenn die Leicht-Fett-Steuerung zu der Zeit des Starts der Steuerroutine andererseits bereits ausgeführt wurde, wird bei Schritt S102 bestimmt, dass das Fett-Flag Fr auf 1 eingestellt ist, und die vorliegende Steuerroutine schreitet durch Überspringen der Schritte S103 bis S106 zu Schritt S 107 voran.
  • Bei Schritt S107 bestimmt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung, ob ein Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 größer oder gleich dem magerseitigen Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis SWmager ist. Das magerseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis SWmager ist auf einen Wert eingestellt, welcher im Vorhinein bestimmt wird und größer oder gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Das magerseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis SWmager ist beispielsweise auf 14,60 bis 14,65, bevorzugt auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Wenn bei Schritt S107 bestimmt wird, dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 kleiner ist als das magerseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis SWmager, schreitet die vorliegende Steuerroutine zu Schritt S108 voran und die Leicht-Fett-Steuerung wird fortgesetzt.
  • Bei Schritt S108 bestimmt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung, ob das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 größer oder gleich dem ersten oberen Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFup1 ist. Das erste obere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFup1 ist auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, welches im Vorhinein bestimmt wird und fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis und geringfügig magerer als das Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Das erste obere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFup1 ist auf einen Wert eingestellt, welcher um 0,01 größer ist als das Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und ist beispielsweise auf 14,59 eingestellt, wenn das Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis 14,58 beträgt.
  • Wenn bei Schritt S108 bestimmt wird, dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff- Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 größer oder gleich dem ersten oberen Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFup1 ist, schreitet die vorliegende Steuerroutine zu Schritt S109 voran. Bei Schritt S109 stellt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Einströmabgas auf das Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett ein. Das heißt, die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung führt auf der Grundlage der Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 eine Feedback-Steuerung durch, bei welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases auf das Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett gebracht wird. Das Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett ist auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis (beispielsweise 13,5 bis 14,5) eingestellt, welches im Vorhinein bestimmt wird und fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Nach Schritt S109 wird die vorliegende Steuerroutine beendet.
  • Wenn bei Schritt S108 andererseits bestimmt wird, dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 kleiner ist als das erste obere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFup1, schreitet die vorliegende Steuerroutine zu Schritt S110 voran. Bei Schritt S110 bestimmt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung, ob das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 kleiner oder gleich dem ersten unteren Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFdwn1 ist. Das erste untere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFdwn1 ist auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, welches im Vorhinein bestimmt wird und geringfügig fetter ist als das Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das erste untere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFdwn1 ist beispielsweise auf einen Wert eingestellt, welcher um 0,01 kleiner ist als das Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und ist beispielsweise auf 14,57 eingestellt, wenn das Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis 14,58 beträgt.
  • Wenn bei Schritt S110 bestimmt wird, dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 größer ist als das erste untere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFdwn1, wird die vorliegende Steuerroutine beendet und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Einströmabgas wird auf dem vorliegend eingestellten Wert gehalten. Wenn bei Schritt S110 andererseits bestimmt wird, dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 kleiner oder gleich dem ersten unteren Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFdwn1 ist, schreitet die vorliegende Steuerroutine zu Schritt S111 voran.
  • Bei Schritt S111 stellt die Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Steuerungsvorrichtung das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Einströmabgas auf das Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager ein. Das heißt, die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung führt auf der Grundlage der Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 eine Feedback-Steuerung durch, bei welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases auf das Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager gebracht wird. Nach Schritt S111 wird die vorliegende Steuerroutine beendet.
  • Wenn bei Schritt S107 andererseits bestimmt wird, dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 größer oder gleich dem magerseitigen Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis SWmager ist, schreitet die vorliegende Steuerroutine zu Schritt S112 voran. Bei Schritt S112 beendet die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung die Leicht-Fett-Steuerung und startet die Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das heißt, die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung stellt den Soll-Ausgabewert für den stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (14,60) ein.
  • Dann stellt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung bei Schritt S113 das Stöchiometrie-Flag Fs auf 1 und das Fett-Flag auf null ein. Die vorliegende Steuerroutine wird nach Schritt S 113 beendet. In diesem Fall wird bei Schritt S103 der nächsten Steuerroutine bestimmt, dass das Stöchiometrie-Flag Fs auf 1 eingestellt ist, und die vorliegende Steuerroutine schreitet zu Schritt S 114 voran.
  • Bei Schritt S114 bestimmt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung, ob das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 kleiner oder gleich dem fettseitigen Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis SWfett ist. Das fettseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff- Verhältnis SWfett ist auf einen Wert eingestellt, welcher im Vorhinein bestimmt wird und fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das fettseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis SWfett ist beispielsweise auf 14,50 bis 14,58, bevorzugt auf einen Wert (beispielsweise 14,58), welcher gleich dem Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, eingestellt. Wenn bei Schritt S114 bestimmt wird, dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 größer ist als das fettseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis SWfett, schreitet die vorliegende Steuerroutine zu Schritt S115 voran und die Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird fortgesetzt.
  • Bei Schritt S115 bestimmt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung, ob das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 größer oder gleich dem zweiten oberen Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFup2 ist. Das zweite obere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFup2 ist auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, welches im Vorhinein bestimmt wird und geringfügig magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das zweite obere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFup2 ist beispielsweise auf einen Wert (14,61) eingestellt, welcher um 0,01 größer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Wenn bei Schritt S115 bestimmt wird, dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 größer oder gleich dem zweiten oberen Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFup2 ist, schreitet die vorliegende Steuerroutine zu Schritt S116 voran. Bei Schritt S116 stellt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Einströmabgas auf das Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett ein. Das heißt, die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung führt auf der Grundlage der Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 eine Feedback-Steuerung durch, bei welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases auf das Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett gebracht wird. Die vorliegende Steuerroutine wird nach Schritt S 116 beendet.
  • Wenn bei Schritt S115 andererseits bestimmt wird, dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 kleiner ist als das zweite obere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFup2, schreitet die vorliegende Steuerroutine zu Schritt S117 voran. Bei Schritt S117 bestimmt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung, ob das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 kleiner oder gleich dem zweiten unteren Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFdwn2 ist. Das zweite untere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFdwn2 ist auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, welches im Vorhinein bestimmt wird und geringfügig fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das zweite untere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFdwn2 ist beispielsweise auf einen Wert (14,59) eingestellt, welcher um 0,01 kleiner ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Wenn bei Schritt S 117 bestimmt wird, dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 höher ist als das zweite untere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFdwn2, wird die vorliegende Steuerroutine beendet und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Einströmabgas wird auf dem vorliegend eingestellten Wert gehalten. Wenn bei Schritt S 117 andererseits bestimmt wird, dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 kleiner oder gleich dem zweiten unteren Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis JAFdwn2 ist, schreitet die vorliegende Steuerroutine zu Schritt S118 voran.
  • Bei Schritt S118 stellt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Einströmabgas auf das Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager ein. Das heißt, die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung führt auf der Grundlage der Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 eine Feedback-Steuerung durch, bei welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases auf das Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager gebracht wird. Die vorliegende Steuerroutine wird nach Schritt S118 beendet.
  • Wenn bei Schritt S114 andererseits bestimmt wird, dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 kleiner oder gleich dem fettseitigen Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis SWfett ist, schreitet die vorliegende Steuerroutine zu Schritt S119 voran. Bei Schritt S 119 beendet die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung die Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis und startet die Leicht-Fett-Steuerung. Das heißt, die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung stellt den Soll-Ausgabewert für den stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 auf das Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein.
  • Dann stellt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung in Schritt S120 das Fett-Flag Fr auf 1 ein und stellt das Stöchiometrie-Flag Fs auf null ein. Nach Schritt S 120 wird die vorliegende Steuerroutine beendet.
  • In zumindest einem der Schritte S108 und S115 kann die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung bestimmen, ob die verstrichene Zeit, die integrale Ansaugluftmenge usw., seit das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Einströmabgas auf das Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager eingestellt ist, eine vorbestimmte Schwelle erreicht hat. Das heißt, bei der Leicht-Fett-Steuerung und/oder der Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Einströmabgas von dem Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager auf das Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett wechseln, wenn die verstrichene Zeit, die integrale Ansaugluftmenge usw., seit das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Einströmabgas auf das Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager eingestellt wurde, die vorbestimmte Schwelle erreicht hat.
  • In zumindest einem der Schritte S110 und S117 kann die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung bestimmen, ob die verstrichene Zeit, die integrale Ansaugluftmenge usw., seit das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Einströmabgas auf das Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett eingestellt ist, eine vorbestimmte Schwelle erreicht hat. Das heißt, bei der Leicht-Fett-Steuerung und/oder der Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Einströmabgas von dem Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett auf das Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager wechseln, wenn die verstrichene Zeit, die integrale Ansaugluftmenge usw., seit das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Einströmabgas auf das Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett eingestellt wurde, die vorbestimmte Schwelle erreicht hat.
  • Es wird erachtet, dass die in dem Katalysator 20 okkludierte Sauerstoffmenge den Maximalwert nicht erreicht hat, wenn die Verbrennungskraftmaschine gestartet wird. Daher wird bei der vorstehend beschriebenen Steuerroutine die Leicht-Fett-Steuerung als die Initial-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung ausgeführt, nachdem die Verbrennungskraftmaschine gestartet ist. Es kann jedoch auch die Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis als die Initial-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung ausgeführt werden, nachdem die Verbrennungskraftmaschine gestartet ist. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung kann auf der Grundlage der Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 eine Feedback-Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Einströmabgases als die Initial-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung, nachdem die Verbrennungskraftmaschine gestartet ist, durchführen, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases mit einem vorbestimmten Wert (beispielsweise dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis) zusammenfällt. In diesem Fall wird die Leicht-Fett-Steuerung gestartet, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 bei der Initial-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung auf kleiner als oder gleich dem fettseitigen Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis SWfett reduziert ist, und die Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird gestartet, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 bei der Initial-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung auf größer als oder gleich dem magerseitigen Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis SWmager erhöht ist.
  • Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Konfiguration und die Steuerung der Abgassteuerungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform sind mit Ausnahme der nachstehend beschriebenen Punkte grundsätzlich gleich diesen der Abgassteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Daher wird die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nachstehend hauptsächlich hinsichtlich der Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben.
  • Bei der Leicht-Fett-Steuerung wird, wie vorstehend erörtert, der Soll-Ausgabewert für den stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 auf das Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, und ein im Vorhinein bestimmter festgelegter Wert wird verwendet, wie der Wert des Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in der ersten Ausführungsform. Die in dem Katalysator 20 erzeugte Wasserstoffmenge kann jedoch gemäß dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases und dem Zustand des Katalysators 20 fluktuieren. Grundsätzlich gilt, je größer die aus dem Katalysator 20 ausströmende Wasserstoffmenge wird, desto größer wird die Abweichung in der Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 und desto fetter wird das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42.
  • Daher bestimmt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung in der zweiten Ausführungsform den Fett-Grad des Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Grundlage eines minimalen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu der Zeit, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf kleiner als oder gleich dem fettseitigen Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert wurde. Folglich ist es möglich, den Soll-Ausgabewert für den stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 in der Leicht-Fett-Steuerung auf einen Wert einzustellen, welcher für die aus dem Katalysator 20 ausströmende Wasserstoffmenge geeignet ist, und somit eine Verschlechterung der Abgasemission wirkungsvoll zu unterdrücken. Der Fett-Grad des Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses steht für die Differenz zwischen dem Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches als ein Wert eingestellt ist, der fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird mit höherem Fett-Grad des Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses fetter.
  • 8 stellt ein minimales Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der Zeit dar, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf kleiner als oder gleich dem fettseitigen Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert wird. 8 ist ein Zeitdiagramm des Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42. Zum Zeitpunkt t1 wurde das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf das fettseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis SWfett reduziert. Das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 wird auch nach dem Zeitpunkt t1 kontinuierlich reduziert und wird zum Zeitpunkt t2 minimal. Das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 zum Zeitpunkt t2 entspricht dem minimalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFmin) zu der Zeit, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf kleiner als oder gleich dem fettseitigen Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis SWfett reduziert ist.
  • Während die Flussdiagramme in den 7A bis 7C als die Steuerroutine der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung in der ersten Ausführungsform verwendet werden, werden die Flussdiagramme in den 7A, 7B und 9 als die Steuerroutine der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung in der zweiten Ausführungsform verwendet. Das heißt, wenn in der zweiten Ausführungsform bei Schritt S114 bestimmt wird, dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 kleiner oder gleich dem fettseitigen Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis SWfett ist, wird Schritt S201 vor Schritt S119 ausgeführt.
  • Bei Schritt S201 bestimmt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung den Fett-Grad des Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in der Leicht-Fett-Steuerung auf der Grundlage des minimalen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (nachfolgend einfach als ein „minimales Luft-Kraftstoff-Verhältnis“ bezeichnet) zu der Zeit, wenn das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf kleiner als oder gleich dem fettseitigen Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis SWfett reduziert ist. Insbesondere erhöht die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung den Fett-Grad des Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit abnehmendem (fetterem) minimalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung verändert die Werte des ersten oberen Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFup1 und des ersten unteren Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFdwn1 gemäß dem eingestellten Wert für das Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Mit einem fetteren Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis werden auch die Werte des ersten oberen Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFup1 und des ersten unteren Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFdwn1 fetter gemacht.
  • Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung bestimmt das Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die Werte des ersten oberen Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFup1 und des ersten unteren Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFdwn1 beispielsweise auf der Grundlage des minimalen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Verwendung eines Kennfeldes oder einer Berechnungsgleichung. 10 stellt ein Beispiel für ein Kennfeld zum Bestimmen des Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Werte des ersten oberen Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFup1 und des ersten unteren Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFdwn1 auf der Grundlage des minimalen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses dar. In dem Kennfeld in 10 wird das Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit einem fetteren minimalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter gemacht. Mit einem fetteren minimalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis werden die Differenz zwischen dem Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem ersten oberen Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFup1 und die Differenz zwischen dem Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem ersten unteren Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFdwn1 größer gemacht.
  • Nach Schritt S201 wird bei Schritt S119 die Leicht-Fett-Steuerung gestartet und die bei Schritt S201 bestimmten Werte werden als der Wert des ersten oberen Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFup1 bei Schritt S108 in 7B und der Wert des ersten unteren Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFdwn1 bei Schritt S110 in 7B verwendet.
  • Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Konfiguration und die Steuerung der Abgassteuerungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform sind mit Ausnahme der nachstehend beschriebenen Punkte grundsätzlich gleich diesen der Abgassteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Daher wird die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nachstehend hauptsächlich hinsichtlich der Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben.
  • 11 stellt einen Teil einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgassteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dar. In der dritten Ausführungsform ist zusätzlich zu dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 ein Wasserstoffsensor 50 in dem Auslassdurchlass (insbesondere der Auslassleitung 22) stromabwärts des Katalysators 20 angeordnet. Der Wasserstoffsensor 50 erfasst die Konzentration von Wasserstoff in dem in der Auslassleitung 22 strömenden Abgas, das heißt, einem von dem Katalysator 20 ausströmenden Abgas. Der Wasserstoffsensor 50 ist mit der ECU 31 elektrisch verbunden (siehe 1). Eine Ausgabe von dem Wasserstoffsensor 50 wird über einen entsprechenden AD-Wandler 38 bei dem Eingabeanschluss 36 eingegeben.
  • Grundsätzlich gilt, wie vorstehend in Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform erörtert, dass mit zunehmender Wasserstoffmenge, welche aus dem Katalysator 20 ausströmt, die Abweichung in der Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 größer wird und das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 fetter wird. Somit schätzt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung in der dritten Ausführungsform die Wasserstoffkonzentration in dem Ausströmabgas auf der Grundlage der Ausgabe von dem Wasserstoffsensor 50 ab und bestimmt den Fett-Grad des Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Grundlage der Wasserstoffkonzentration. Folglich ist es möglich, den Soll-Ausgabewert von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 in der Leicht-Fett-Steuerung auf einen Wert einzustellen, welcher für die von dem Katalysator 20 ausströmende Wasserstoffmenge geeignet ist, und somit eine Verschlechterung in der Abgasemission wirkungsvoll zu unterdrücken.
  • Während die Flussdiagramme in den 7A bis 7C als die Steuerroutine der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung in der ersten Ausführungsform verwendet werden, werden die Flussdiagramme in den 12, 7B und 7C als die Steuerroutine der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung in der dritten Ausführungsform verwendet. Das heißt, wenn in der dritten Ausführungsform bei Schritt S102 bestimmt wird, dass das Fett-Flag Fr auf 1 eingestellt ist, werden die Schritte S301 und S302 vor Schritt S107 in 7B ausgeführt.
  • Bei Schritt S301 schätzt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung die Konzentration von Wasserstoff in dem Ausströmabgas auf der Grundlage der Ausgabe von dem Wasserstoffsensor 50 ab.
  • Dann bestimmt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung bei Schritt S302 den Fett-Grad des Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in der Leicht-Fett-Steuerung auf der Grundlage der Wasserstoffkonzentration in dem Ausströmabgas. Insbesondere erhöht die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung den Fett-Grad des Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit einer zunehmenden Wasserstoffkonzentration in dem Ausströmabgas. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung verändert die Werte des ersten oberen Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFup1 und des ersten unteren Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFdwn1 gemäß dem eingestellten Wert des Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. Mit einem fetteren Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis werden auch die Werte des ersten oberen Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFup1 und des ersten unteren Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFdwn1 fetter gemacht. Beispielsweise bestimmt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung das Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die Werte des ersten oberen Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFup1 und des ersten unteren Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFdwn1 auf der Grundlage der Wasserstoffkonzentration in dem Ausströmabgas unter Verwendung eines Kennfeldes oder einer Berechnungsgleichung.
  • Nach Schritt S302 werden die Schritte S107 bis S111 in 7B wie bei der ersten Ausführungsform ausgeführt, und die bei Schritt S302 bestimmten Werte werden für den Wert des ersten oberen Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFup1 bei Schritt S108 und den Wert des ersten unteren Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses JAFdwn1 bei Schritt S110 verwendet.
  • Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung kann die Konzentration von Wasserstoff in dem Ausströmabgas anstelle der Verwendung des Wasserstoffsensors 50 auf der Grundlage einer vorbestimmten Zustandsgröße der Verbrennungskraftmaschine unter Verwendung eines Kennfeldes oder einer Berechnungsgleichung abschätzen. Beispiele für die vorbestimmte Zustandsgröße umfassen die Maschinendrehzahl, die Ansaugluftmenge, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases, die Temperatur des Einströmabgases, die Sauerstoffokklusionsfähigkeit des Katalysators 20, die AGR-Rate (wenn die Verbrennungskraftmaschine mit einer Komponente versehen ist, welche das AGR-Gas rezirkuliert) usw. Solche vorbestimmte Zustandsgrößen werden durch ein bekanntes Verfahren auf der Grundlage von Ausgaben von den verschiedenen Sensoren (wie beispielsweise dem Kurbelwinkelsensor 45, dem Luftströmungsmesser 40, dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 und einem Auslasstemperatursensor (nicht dargestellt)) berechnet.
  • Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung kann die Konzentration von Wasserstoff in dem Ausströmabgas unter Verwendung eines im Vorhinein trainierten Regressionsmodells abschätzen, um die Konzentration von Wasserstoff in dem Ausströmabgas basierend auf einer vorbestimmten Zustandsgröße der Verbrennungskraftmaschine auszugeben. Beispiele für ein solches Regressionsmodell umfassen Modelle für maschinelles Lernen, wie neuronale Netze, Support-Vector-Machines und Random-Forests.
  • Während bei der vorstehend beschriebenen Steuerroutine die Schritte S301 und S302 zwischen den Schritten S102 und S107 ausgeführt werden, können die Schritte S301 und S302 zwischen den Schritten S102 und S106 und dem Schritt S107 ausgeführt werden.
  • Nachstehend werden weitere Ausführungsformen beschrieben. Während vorstehend bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung auf solche Ausführungsformen nicht beschränkt und es können verschiedene Modifikationen und Veränderungen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche erfolgen. Beispielsweise kann bei der Verbrennungskraftmaschine in dem Auslassdurchlass stromabwärts des Katalysators 20 ein stromabwärtiger Katalysator angeordnet sein, welcher dem Katalysator 20 ähnlich ist.
  • In der Leicht-Fett-Steuerung kann die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung eine Feedback-Steuerung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für das Einströmabgas auf der Grundlage der Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 durchführen, so dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 mit dem Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zusammenfällt, anstelle das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas zwischen dem Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu wechseln. Gleichermaßen kann die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung in der Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis eine Feedback-Steuerung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für das Einströmabgas auf der Grundlage der Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 durchführen, so dass das Ausgabe-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 mit dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zusammenfällt, anstelle das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Einströmabgas zwischen dem Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Mager-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu wechseln. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung kann eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung ausführen, welche sich von der Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterscheidet, wenn die Leicht-Fett-Steuerung nicht ausgeführt wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2008128110 A [0002, 0003, 0004]
    • JP 09126012 A [0002]

Claims (8)

  1. Abgassteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, aufweisend: einen Katalysator (20), welcher in einem Auslassdurchlass der Verbrennungskraftmaschine angeordnet und derart konfiguriert ist, dass dieser in der Lage ist, Sauerstoff zu okkludieren; einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (42), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem Katalysator (20) ausströmenden Ausströmabgases erfasst; und eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung (31), welche derart konfiguriert ist, dass diese ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in den Katalysator (20) einströmenden Einströmabgases steuert, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung (31) eine Leicht-Fett-Steuerung startet, bei welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases derart gesteuert wird, dass das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (42) erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases auf einem Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, welches fetter ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (42) erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases auf kleiner oder gleich ein fettseitiges Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert ist, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  2. Abgassteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung (31) derart konfiguriert ist, dass diese die Leicht-Fett-Steuerung startet, wenn das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (42) erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases auf kleiner oder gleich das fettseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert ist, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases derart gesteuert wird, dass das durch den Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensor (42) erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder höher gehalten wird.
  3. Abgassteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei: die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung (31) derart konfiguriert ist, dass diese eine Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausführt, bei welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases derart gesteuert wird, dass das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (42) erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird; und die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung (31) derart konfiguriert ist, dass diese die Leicht-Fett-Steuerung startet, wenn das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (42) erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases bei der Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf kleiner oder gleich das fettseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert ist.
  4. Abgassteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung (31) derart konfiguriert ist, dass diese die Leicht-Fett-Steuerung beendet, wenn das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (42) erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases bei der Leicht-Fett-Steuerung auf größer oder gleich ein magerseitiges Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht ist, welches größer als oder gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
  5. Abgassteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung (31) derart konfiguriert ist, dass diese eine Steuerung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis startet, bei welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases derart gesteuert wird, dass das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (42) erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, wenn das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (42) erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases bei der Leicht-Fett-Steuerung auf größer oder gleich das magerseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht ist.
  6. Abgassteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung (31) derart konfiguriert ist, dass diese einen Fett-Grad des Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Grundlage eines minimalen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu einer Zeit, zu welcher das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (42) erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases auf kleiner oder gleich das fettseitige Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert ist, bestimmt.
  7. Abgassteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung (31) derart konfiguriert ist, dass diese eine Konzentration von Wasserstoff in dem Ausströmabgas abschätzt und einen Fett-Grad des Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Grundlage der Wasserstoffkonzentration bestimmt.
  8. Abgassteuerungsverfahren für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei die Verbrennungskraftmaschine einen Katalysator (20), welcher in einem Auslassdurchlass der Verbrennungskraftmaschine angeordnet und derart konfiguriert ist, dass dieser in der Lage ist, Sauerstoff zu okkludieren, einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (42), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem Katalysator (20) ausströmenden Ausströmabgases erfasst, und eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung (31), welche derart konfiguriert ist, dass diese ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in den Katalysator (20) einströmenden Einströmabgases steuert, umfasst, wobei das Abgassteuerungsverfahren ein Starten einer Leicht-Fett-Steuerung aufweist, bei welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einströmabgases derart gesteuert wird, dass das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (42) erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases auf einem Leicht-Fett-Einstellungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, welches fetter ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (42) erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Ausströmabgases auf kleiner oder gleich ein fettseitiges Wechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert ist, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
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