DE102023111937A1

DE102023111937A1 - Steuerungsvorrichtung für Verbrennungskraftmaschine und Katalysatoranomalie-Diagnoseverfahren

Info

Publication number: DE102023111937A1
Application number: DE102023111937.0A
Authority: DE
Inventors: Keiichiro Aoki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2022-07-13
Filing date: 2023-05-08
Publication date: 2024-01-18
Also published as: CN117404197A; US20240018919A1; US11898511B2; JP2024010970A

Abstract

Eine Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine umfasst eine elektronische Steuerungseinheit (31), welche das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in einen Katalysator (20) einströmenden Eintrittsabgases steuert. Die elektronische Steuerungseinheit (31) führt eine Sauerstoffmengen-Variationssteuerung durch, bei welcher ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas zwischen einem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet bzw. gewechselt wird. Die elektronische Steuerungseinheit (31) schaltet das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis um, wenn ein von einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (42) erfasstes Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer oder gleich einem vorbestimmten Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Das Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist magerer als ein Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff Verhältnis.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Steuerungsvorrichtungen für Verbrennungskraftmaschinen und Katalysatoranomalie-Diagnoseverfahren.
2. Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
Es ist herkömmlich bekannt, einen Katalysator, welcher in der Lage ist, Sauerstoff zu speichern, in einem Auslassdurchlass einer Verbrennungskraftmaschine zu platzieren, um Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NOx) usw. im Abgas zu steuern (z.B. die JP 2015 - 086 861 A , die JP 2017 - 008 853 A und die JP 2008 - 128 110 A ). Je höher die Sauerstoffspeicherkapazität eines Katalysators ist, desto mehr Sauerstoff kann der Katalysator speichern, und desto höher ist die Emissionssteuerungsleistung des Katalysators.
Die maximale Sauerstoffspeicherkapazität eines Katalysators kann jedoch bei langfristiger Nutzung usw. abnehmen. Die JP 2015 - 086 861 A beschreibt, dass die maximale Sauerstoffspeicherkapazität eines Katalysators berechnet wird, um eine solche Anomalie im Katalysator zu diagnostizieren, und dass auf der Grundlage der berechneten maximalen Sauerstoffspeicherkapazität bestimmt wird, ob eine Anomalie im Katalysator vorliegt.
Bei der Berechnung der maximalen Sauerstoffspeicherkapazität eines Katalysators wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in den Katalysator einströmenden Eintrittsabgases auf der Grundlage einer Ausgabe von einem stromabwärts des Katalysators angeordneten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor gesteuert, so dass der Katalysator zwischen einem sauerstofferschöpften bzw. sauerstoffarmen Zustand und einem sauerstoffgesättigten Zustand wechselt. Zu dieser Zeit wird bei einer in der JP 2015 - 086 861 A beschriebenen Verbrennungskraftmaschine, wenn das von einem stromabwärts des Katalysators angeordneten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein Magerbestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis angestiegen ist, welches magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, bestimmt, dass die im Katalysator gespeicherte Sauerstoffmenge die maximale Sauerstoffspeicherkapazität erreicht hat, und ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas wird von einem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein fett eingestelltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet.
Kurzfassung der Erfindung
Wenn sich jedoch in einem Katalysator ein sauerstoffarmer Bereich bildet, kommt es in dem sauerstoffarmen Bereich zu einer Wasser-Gas-Wechselreaktion und einer Dampfreformierungsreaktion. Wenn der Katalysator von dem sauerstoffarmen Zustand in den sauerstoffgesättigten Zustand übergeht, strömt der durch diese Reaktionen erzeugte Wasserstoff aus dem Katalysator heraus, und eine Ausgabe eines stromabwärts des Katalysators angeordneten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors weicht zur fetten Seite ab. In diesem Fall ist bei dem in der JP 2015 - 086 861 A beschriebenen Verfahren der Zeitpunkt der Bestimmung, dass die im Katalysator gespeicherte Sauerstoffmenge die maximale Sauerstoffspeicherkapazität erreicht hat, verzögert, und die Abgasemissionen können sich verschlechtern.
Selbst wenn keine Diagnose einer Anomalie im Katalysator durchgeführt wird, kann eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung zum Wechseln des Katalysators zwischen dem sauerstoffarmen Zustand und dem sauerstoffgesättigten Zustand durchgeführt werden, wie bei einer Verbrennungskraftmaschine, die in der JP 2017 - 008 853 A beschrieben ist. Auch in diesem Fall tritt das gleiche Problem wie das vorstehend beschriebene auf, und die Abgasemissionen können sich aufgrund von Wasserstoff verschlechtem.
In Anbetracht des vorstehenden Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verschlechterung der Abgasemissionen aufgrund von Wasserstoff zu verringern, wenn ein in einem Auslassdurchlass einer Verbrennungskraftmaschine angeordneter Katalysator zwischen dem sauerstoffarmen Zustand und dem sauerstoffgesättigten Zustand gewechselt wird.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist wie folgt.
Eine Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Katalysator, welcher in einem Auslassdurchlass angeordnet und derart konfiguriert ist, dass dieser Sauerstoff speichert; einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem Katalysator ausströmenden Abgases erfasst; und eine oder mehrere elektronische Steuerungseinheiten, welche derart konfiguriert ist/sind, dass diese ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in den Katalysator einströmenden Eintrittsabgases steuert/steuern. Die eine oder die mehreren elektronischen Steuerungseinheiten ist/sind derart konfiguriert, dass diese eine Sauerstoffmengen-Variationssteuerung durchführt/durchführen, bei welcher ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas zwischen einem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches fetter ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und einem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, umgeschaltet wird. Die eine oder die mehreren elektronischen Steuerungseinheiten ist/sind derart konfiguriert, dass diese das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf das mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis einstellt/einstellen, wenn das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner oder gleich einem vorbestimmten Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Die eine oder die mehreren elektronischen Steuerungseinheiten ist/sind derart konfiguriert, dass diese das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis einstellt/einstellen, wenn das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer oder gleich einem vorbestimmten Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist magerer als das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Bei der Steuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt kann/können die eine oder die mehreren elektronischen Steuerungseinheiten derart konfiguriert sein, dass diese eine Anomaliediagnose durchführt/durchführen, bei welcher eine maximale Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators auf der Grundlage einer im Katalysator gespeicherten Sauerstoffmenge berechnet wird, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, und auf der Grundlage der maximalen Sauerstoffspeicherkapazität bestimmt wird, ob der Katalysator anormal ist.
Bei der Steuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt kann/können die eine oder die mehreren elektronischen Steuerungseinheiten derart konfiguriert sein, dass diese die Sauerstoffmengen-Variationssteuerung durchführt/durchführen, wenn die Anomaliediagnose durchgeführt wird, und diese kann/können derart konfiguriert sein, dass diese eine leicht fette Steuerung durchführt/durchführen, wenn die Anomaliediagnose nicht durchgeführt wird, wobei die leicht fette Steuerung einer Steuerung entspricht, bei welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Eintrittsabgases derart gesteuert wird, dass das von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einem leicht fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Bei der Steuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt kann/können die eine oder die mehreren elektronischen Steuerungseinheiten derart konfiguriert sein, dass diese: die maximale Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators auf der Grundlage der in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoffmenge, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, und einer vom Katalysator freigesetzten Sauerstoffmenge, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf dem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, berechnet/berechnen; und bestimmt/bestimmen, dass der Katalysator anormal ist, wenn die maximale Sauerstoffspeicherkapazität kleiner ist als eine vorbestimmte Schwelle. Die eine oder die mehreren elektronischen Steuerungseinheiten kann/können derart konfiguriert sein, dass diese bestimmt/bestimmen, dass der Katalysator anormal ist, wenn die maximale Sauerstoffspeicherkapazität größer oder gleich der Schwelle ist und ein Verhältnis aus einer Zeitspanne, während welcher das von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gehalten wird, zu einer Zeitspanne, während welcher das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf dem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, kleiner ist als ein vorbestimmter Wert.
Ein Katalysatoranomalie-Diagnoseverfahren gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung entspricht einem Verfahren zum Diagnostizieren einer Anomalie in einem Katalysator, welcher in einem Auslassdurchlass einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet und derart konfiguriert ist, dass dieser Sauerstoff absorbiert. Das Katalysatoranomalie-Diagnoseverfahren umfasst: Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines aus dem Katalysator ausströmenden Abgases; Einstellen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für ein in den Katalysator einströmendes Eintrittsabgas auf ein mager eingestelltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches magerer ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner oder gleich einem vorbestimmten Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist; Einstellen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf ein fett eingestelltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer oder gleich einem vorbestimmten Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist; Berechnen einer maximalen Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators auf der Grundlage einer in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoffmenge, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird; und Bestimmen, ob der Katalysator anormal ist, auf der Grundlage der maximalen Sauerstoffspeicherkapazität. Das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und das Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist magerer als das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Die vorliegende Erfindung kann eine Verschlechterung von Abgasemissionen aufgrund von Wasserstoff reduzieren, wenn ein in einem Auslassdurchlass einer Verbrennungskraftmaschine angeordneter Katalysator zwischen einem sauerstoffarmen Zustand bzw. Sauerstofferschöpfungszustand und einem sauerstoffgesättigten Zustand bzw. Sauerstoffsättigungszustand gewechselt wird.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und in denen:

1 eine Verbrennungskraftmaschine schematisch zeigt, auf welche eine Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
2 ein Diagramm ist, welches ein Beispiel für die Steuereigenschaften eines Drei-Wege-Katalysators zeigt;
3 eine Teil-Schnittansicht eines stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors ist;
4 ein Diagramm ist, welches die Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas bei dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor und dem Ausgangsstrom von einem Sensorelement zeigt;
5 ein funktionelles Blockdiagramm einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU) gemäß der ersten Ausführungsform ist;
6A ein Zeitdiagramm verschiedener Parameter ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Eintrittsabgases 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, umgeschaltet wird;
6B den Sauerstoffspeicherzustand eines Katalysators zu jeder Zeit in 6A schematisch zeigt;
7 ein Zeitdiagramm verschiedener Parameter ist, wenn eine Sauerstoffmengen-Variationssteuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
8 ein Flussdiagramm einer Steuerroutine einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform ist;
9 ein Funktionsblockdiagramm einer ECU gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
10 ein Flussdiagramm einer Steuerroutine eines Anomaliediagnoseprozesses gemäß der zweiten Ausführungsform ist;
11 ein Flussdiagramm einer Steuerroutine eines Sauerstoffüberschuss/- mangel-Berechnungsprozesses gemäß der zweiten Ausführungsform ist;
12 ein Flussdiagramm einer Steuerroutine eines Anomaliediagnoseprozesses gemäß einer dritten Ausführungsform ist; und
13 ein Flussdiagramm einer Steuerroutine eines Sauerstoffüberschuss/- mangel-Berechnungsprozesses gemäß der dritten Ausführungsform ist.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Abbildungen im Detail beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschrieben.
Gesamtkonfiguration einer Verbrennungskraftmaschine
1 zeigt schematisch eine Verbrennungskraftmaschine, auf welche eine Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Bei der in 1 gezeigten Verbrennungskraftmaschine handelt es sich um eine fremdgezündete Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine ist auf einem Fahrzeug montiert und wird als eine Leistungsquelle für das Fahrzeug verwendet.
Die Verbrennungskraftmaschine umfasst einen Maschinenkörper 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 angeordnet, welcher sich in Axialrichtung eines Zylinders hin und her bewegt. 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 ferner 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 ferner eine Zündkerze 10 und ein Kraftstoffeinspritzventil 11. Die Zündkerze 10 ist im mittleren Abschnitt der Innenwandfläche des Zylinderkopfs 4 angeordnet und erzeugt im Ansprechen auf ein Zündsignal einen Funken. Das Kraftstoffeinspritzventil 11 ist im peripheren Abschnitt der Innenwandfläche des Zylinderkopfs 4 angeordnet und spritzt im Ansprechen auf ein Einspritzsignal Kraftstoff in die Verbrennungskammer 5 ein. In der vorliegenden Ausführungsform wird als Kraftstoff, welcher dem Kraftstoffeinspritzventil 11 zugeführt werden soll, Ottokraftstoff mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 14,6 verwendet.
Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner einen Ansaugkrümmer 13, einen Ausgleichsbehälter 14, eine Ansaugleitung 15, einen Luftfilter 16 und eine Drosselklappe 18. Der Ansaugkanal 7 eines jeden Zylinders ist über einen 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 in die Verbrennungskammer 5 leitet. Die Drosselklappe 18 ist in der Ansaugleitung 15 zwischen dem Ausgleichsbehälter 14 und dem Luftfilter 16 angeordnet und wird von einem Drosselklappen-Antriebsstellglied 17 (z. B. einem Gleichstrom (DC)-Motor) angetrieben. Die Drosselklappe 18 wird durch das Drosselklappen-Antriebsstellglied 17 in Drehung versetzt. Die Drosselklappe 18 kann somit den Öffnungsbereich des Ansaugdurchlasses gemäß dem Öffnungsgrad der Drosselklappe 18 verändern.
Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner 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 Abzweigungen, welche mit den Auslasskanälen 9 verbunden sind, und einen Sammelabschnitt, bei dem die Abzweigungen kombiniert bzw. zusammengeführt sind. Der Sammelabschnitt des Auslasskrümmers 19 ist mit dem Gehäuse 21 verbunden, welches den Katalysator 20 enthält. Das Gehäuse 21 ist mit der Auslassleitung 22 verbunden. Der Auslasskanal 9, der Auslasskrümmer 19, das Gehäuse 21, die Auslassleitung 22 usw. bilden einen Auslassdurchlass, welcher das bei der Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 5 erzeugte Abgas abführt.
Das mit der Verbrennungskraftmaschine ausgestattete Fahrzeug ist mit einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU) 31 versehen. Wie in 1 gezeigt, ist die ECU 31 ein digitaler Computer und umfasst einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 33, einen Nurlesespeicher (ROM) 34, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU; Mikroprozessor) 35, einen Eingangsanschluss 36 und einen Ausgangsanschluss 37. Der RAM 33, der ROM 34, die CPU 35, der Eingangsanschluss 36 und der Ausgangsanschluss 37 sind über einen bidirektionalen Bus 32 miteinander verbunden. Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform eine ECU 31 bereitgestellt ist, kann eine Mehrzahl von ECUs für jede Funktion bereitgestellt sein.
Die ECU 31 führt verschiedene Arten einer Steuerung der Verbrennungskraftmaschine durch, welche beispielsweise auf Ausgaben von verschiedenen im Fahrzeug oder in der Verbrennungskraftmaschine installierten Sensoren basieren. Daher werden die Ausgaben von den verschiedenen Sensoren an die ECU 31 gesendet. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Ausgaben eines Luftströmungsmessers 40, eines stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41, eines stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42, eines Lastsensors 44 und eines Kurbelwinkelsensors 45 an die ECU 31 gesendet.
Der Luftströmungsmesser 40 ist im Ansaugdurchlass der Verbrennungskraftmaschine angeordnet, insbesondere in der Ansaugleitung 15 stromaufwärts der Drosselklappe 18. Der Luftströmungsmesser 40 erfasst die Strömungsrate der durch den Ansaugdurchlass strömenden Luft. Der Luftströmungsmesser 40 ist elektrisch mit der ECU 31 verbunden. Eine Ausgabe des Luftströmungsmessers 40 wird über einen entsprechenden Analog-Zu-Digital (A/D)-Wandler 38 bei dem Eingangsanschluss 36 eingegeben.
Der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 ist in dem Auslassdurchlass stromaufwärts des Katalysators 20 angeordnet, insbesondere im Sammelabschnitt des Auslasskrümmers 19. Der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 erfasst das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des im Auslasskrümmer 19 strömenden Abgases, das heißt, des aus den Zylindern der Verbrennungskraftmaschine ausgestoßenen und in den Katalysator 20 strömenden Abgases. 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 A/D-Wandler 38 bei dem Eingangsanschluss 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 des in der Auslassleitung 22 strömenden Abgases, das heißt des aus dem Katalysator 20 ausströmenden Abgases (im Folgenden auch als „austretendes Abgas bzw. Austrittsabgas“ bezeichnet). 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 A/D-Wandler 38 bei dem Eingangsanschluss 36 eingegeben.
Der Lastsensor 44 ist mit einem Gaspedal 43 in dem mit der Verbrennungskraftmaschine ausgestatteten Fahrzeug verbunden 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 A/D-Wandler 38 bei dem Eingangsanschluss 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 Ausgabeimpuls. Der Kurbelwinkelsensor 45 ist elektrisch mit der ECU 31 verbunden. Eine Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 45 wird bei dem Eingangsanschluss 36 eingegeben. Die ECU 31 berechnet eine Maschinendrehzahl basierend auf der Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 45.
Der Ausgangsanschluss 37 der ECU 31 ist über entsprechende Ansteuerschaltungen 39 mit der Zündkerze 10, dem Kraftstoffeinspritzventil 11 und dem Drosselklappen-Antriebsstellglied 17 verbunden. Die ECU 31 steuert die Zündkerze 10, das Kraftstoffeinspritzventil 11 und das Drosselklappen-Antriebsstellglied 17. Die ECU 31 steuert insbesondere den Zündzeitpunkt der Zündkerze 10, den Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge des Kraftstoffs, welcher von dem Kraftstoffeinspritzventil 11 eingespritzt wird, und den Öffnungsgrad der Drosselklappe 18.
Obwohl die vorstehend beschriebene Verbrennungskraftmaschine eine nicht aufgeladene Verbrennungskraftmaschine ist, welche Ottokraftstoff als Kraftstoff verwendet, ist die Konfiguration der Verbrennungskraftmaschine nicht auf die vorstehende Konfiguration beschränkt. Daher kann die spezifische Konfiguration der Verbrennungskraftmaschine, wie beispielsweise die Zylinderanordnung, die Art der Kraftstoffeinspritzung, die Konfiguration der Einlass- und Auslasssysteme, die Konfiguration eines Ventilantriebsmechanismus und das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Laders, von der in 1 gezeigten Konfiguration abweichen. Beispielsweise kann das Kraftstoffeinspritzventil 11 so angeordnet sein, dass dieses Kraftstoff in den Ansaugkanal 7 einspritzt. Die Verbrennungskraftmaschine kann mit einer Konfiguration bereitgestellt sein, welche Abgasrückführungs (AGR)-Gas aus dem Auslassdurchlass zu dem Ansaugdurchlass rezirkuliert.
Katalysator
Der Katalysator 20 ist in dem Auslassdurchlass der Verbrennungskraftmaschine angeordnet und derart konfiguriert, dass dieser das durch den Auslassdurchlass strömende Abgas steuert. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Katalysator 20 ein Drei-Wege-Katalysator, welcher in der Lage ist, Sauerstoff zu speichern und beispielsweise Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx) gleichzeitig zu steuern. Der Katalysator 20 umfasst einen Träger (Basis) aus Keramik oder Metall, ein Edelmetall mit katalytischer Wirkung (z. B. Platin (Pt), Palladium (Pd) oder Rhodium (Rh)) und einen Promotor mit einer Sauerstoffspeicherkapazität (z. B. Ceroxid (CeO₂)). Das Edelmetall und der Promotor sind auf dem Träger getragen.
2 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel für die Steuereigenschaften des Drei-Wege-Katalysators zeigt. Wie in 2 gezeigt, sind die HC-, CO- und NOx-Umwandlungswirkungsgrade des Drei-Wege-Katalysators sehr hoch, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Drei-Wege-Katalysator strömenden Abgases in einem Bereich um das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt (Steuerfenster A in 2). Daher kann der Katalysator 20 HC, CO und NOx wirkungsvoll steuern, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gehalten wird.
Der Katalysator 20 speichert Sauerstoff gemäß dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases unter Verwendung des Promotors oder setzt diesen frei. Insbesondere speichert der Katalysator 20 überschüssigen Sauerstoff aus dem Abgas, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Der Katalysator 20 setzt Sauerstoff frei, um die Oxidation von HC und CO zu unterstützen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Dadurch wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis an der Oberfläche des Katalysators 20 in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gehalten, auch wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases leicht vom stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweicht. HC, CO und NOx werden somit durch den Katalysator 20 wirkungsvoll gesteuert.
Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren
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 durch den Auslassdurchlass strömenden Abgases erfassen.
3 ist eine Teil-Schnittansicht des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42. Da der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 eine bekannte Konfiguration besitzt, wird die Konfiguration des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 im Folgenden nur 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 wird. Wie in 3 gezeigt, umfasst das Sensorelement 411 eine Festelektrolytschicht 412, eine Diffusionssteuerungsschicht 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 Diffusionssteuerungsschicht 413 ist eine Messgaskammer 418 ausgebildet. Eine Atmosphärenkammer 419 ist zwischen der Festelektrolytschicht 412 und der ersten undurchlässigen Schicht 414 ausgebildet.
Über die Diffusionssteuerungsschicht 413 wird Abgas als zu messendes Gas in die Messgaskammer 418 eingeleitet. Die Atmosphäre wird in die Atmosphärenkammer 419 eingeleitet. Wenn eine Spannung an das Sensorelement 411 angelegt wird, bewegen sich Oxidionen zwischen der auslassseitigen Elektrode 416 und der atmosphärenseitigen Elektrode 417 entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf der auslassseitigen Elektrode 416. Infolgedessen ändert sich ein Ausgangsstrom des Sensorelements 411 gemäß dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases.
4 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 und dem Ausgangsstrom I des Sensorelements 411 zeigt. In dem in 4 dargestellten Beispiel 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. Bei dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 steigt der Ausgangsstrom I mit zunehmender Sauerstoffkonzentration des Abgases, das heißt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases magerer wird. 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, können daher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases kontinuierlich (linear) erfassen.
In der vorliegenden Ausführungsform werden als der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 und als der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 Grenzstrom-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren verwendet. Als stromaufwärtiger Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 und stromabwärtiger Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 können jedoch auch andere Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren als Grenzstrom-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren verwendet werden, solange sich ein Ausgangsstrom solcher Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren linear mit Bezug auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ändert. Der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 und der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 können Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren sein, welche unterschiedliche Strukturen besitzen.
Steuerungsvorrichtung für Verbrennungskraftmaschine
Zunächst wird eine Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform dient die in 1 gezeigte ECU 31 als die Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine. 5 ist ein Funktionsblockdiagramm der ECU 31 gemäß der ersten Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die ECU 31 eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 entspricht einem durch die CPU 35 der ECU 31 implementierten Funktionsmodul, welches Programme ausführt, die in dem ROM 34 der ECU 31 gespeichert sind.
Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 steuert das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator 20 einströmenden Abgases (im Folgenden als „eintretendes Abgas bzw. Eintrittsabgas“ bezeichnet). In der vorliegenden Ausführungsform steuert die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Eintrittsabgases auf der Grundlage von Ausgaben des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 und des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42. Insbesondere stellt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas auf der Grundlage der Ausgabe des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 ein und steuert die der Verbrennungskammer 5 zuzuführende Kraftstoffmenge mittels Feedback, so dass ein Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt. Das „Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis“ steht für ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechend einem Ausgabewert von einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, das heißt, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches von einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasst wird.
Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 kann die der Verbrennungskammer 5 zuzuführende Kraftstoffmenge so steuern, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Eintrittsabgases 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 Verbrennungskraftmaschine weggelassen, und die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 berechnet die der Verbrennungskammer 5 zuzuführende Kraftstoffmenge aus der Ansaugluftmenge, der Maschinendrehzahl und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, so dass das der Verbrennungskammer 5 zuzuführende Verhältnis aus Luft und Kraftstoff mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt.
Um die Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators 20 aufrechtzuerhalten, ist es wünschenswert, die Menge des im Katalysator 20 gespeicherten Sauerstoffs zu ändern, so dass die Menge des im Katalysator 20 gespeicherten Sauerstoffs nicht konstant gehalten wird. Daher führt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 in der vorliegenden Ausführungsform eine Sauerstoffmengen-Variationssteuerung durch. Die Sauerstoffmengen-Variationssteuerung entspricht einer Steuerung, bei welcher die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas zwischen einem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und einem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, umschaltet, so dass der Katalysator 20 zwischen dem sauerstoffarmen Zustand und dem sauerstoffgesättigten Zustand wechselt. Bei der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung stellt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas auf das mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein, wenn bestimmt wird, dass die im Katalysator 20 gespeicherte Sauerstoffmenge abgenommen hat und der Katalysator 20 in den sauerstoffarmen Zustand übergegangen ist, und diese stellt das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas auf das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein, wenn bestimmt wird, dass die im Katalysator 20 gespeicherte Sauerstoffmenge zugenommen hat und der Katalysator 20 in den sauerstoffgesättigten Zustand übergegangen ist. Daher ändert sich bei der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung die im Katalysator 20 gespeicherte Sauerstoffmenge zwischen null und der maximalen Sauerstoffspeicherkapazität.
Wenn sich der Katalysator 20 in dem sauerstoffarmen Zustand befindet, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem Katalysator 20 ausströmenden Abgases fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Wenn sich der Katalysator 20 in dem sauerstoffgesättigten Zustand befindet, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem Katalysator 20 ausströmenden Abgases magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Daher wird bestimmt, dass sich der Katalysator 20 in dem sauerstoffarmen Zustand befindet, wenn der Wert des Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42, welcher sich stromabwärts des Katalysators 20 befindet, fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Es wird außerdem bestimmt, dass sich der Katalysator 20 in dem sauerstoffgesättigten Zustand befindet, wenn der Wert des Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Wenn der Katalysator 20 jedoch arm an Sauerstoff ist bzw. diesen verbraucht hat, finden die folgende Wasser-Gas-Wechselreaktion (1) und Dampfreformierungsreaktion (2) statt, um Wasserstoff im Katalysator 20 zu erzeugen. CO + H₂O → H₂ + CO₂ (1) HC + H₂O → CO + H₂ (2)
Infolgedessen strömt das wasserstoffhaltige Abgas aus dem Katalysator 20 und in den stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42. Da das Molekulargewicht von Wasserstoff zu dieser Zeit geringer ist als das Molekulargewicht von Sauerstoff, passiert der Wasserstoff im Abgas die Diffusionssteuerungsschicht 413 und erreicht die auslassseitige Elektrode 416 schneller als Sauerstoff im Abgas. Daher wird die Sauerstoffkonzentration des Abgases an der auslassseitigen Elektrode 416 niedriger als die Sauerstoffkonzentration des Abgases im Auslassdurchlass. Infolgedessen tritt eine Abweichung in der Ausgabe des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf, und die Ausgabe des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 weicht vom tatsächlichen Wert hin zu einer fetteren Seite ab.
6A ist ein Zeitdiagramm verschiedener Parameter, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Eintrittsabgases zwischen einem fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnis als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff Verhältnis und einem magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet bzw. gewechselt wird. 6A zeigt als die Parameter das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 (Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von stromabwärtigem Sensor), das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das eintretende bzw. eingehende Abgas, das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 (Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von stromaufwärtigem Sensor), die im Katalysator 20 gespeicherte Sauerstoffmenge, die Wasserstoffkonzentration des Austrittsabgases und die NOx-Konzentration des Austrittsabgases.
6B zeigt schematisch den Sauerstoffspeicherzustand des Katalysators 20 zu jeder Zeit bzw. jedem Zeitpunkt (Zeitpunkte t0 bis t5) in 6A. In 6B ist der Sauerstoffspeicherzustand des Katalysators 20 zusammen mit der Richtung dargestellt, in welcher das Abgas durch den Katalysator 20 strömt. Der schraffierte Abschnitt des Katalysators 20 zeigt einen sauerstoffarmen Bereich an, in dem der Sauerstoff verbraucht wurde. Der verbleibende Abschnitt des Katalysators 20 zeigt einen Bereich an, welcher mit Sauerstoff gefüllt ist.
In diesem Beispiel ist zum Zeitpunkt t0 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas auf ein fett eingestelltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett eingestellt, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Wenn Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den mit Sauerstoff gefüllten Katalysator 20 strömt, wird der Sauerstoff von der Stromaufwärtsseite des Katalysators 20 allmählich freigesetzt. Infolgedessen gibt es zum Zeitpunkt t0 einen sauerstoffarmen Bereich auf der Stromaufwärtsseite des Katalysators 20, wie in 6B gezeigt. Da in diesem Fall ein in dem sauerstoffarmen Bereich erzeugter Wasserstoff auf der Stromabwärtsseite des Katalysators 20 oxidiert wird, strömt fast kein Wasserstoff aus dem Katalysator 20 aus. Da HC, CO und NOx im Abgas im Katalysator 20 wirkungsvoll gesteuert werden, wird das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten.
Danach wird zum Zeitpunkt t1 der größte Teil des Katalysators 20 zum sauerstoffarmen Bereich, so dass HC und CO aus dem Katalysator 20 ausströmen, und das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 beginnt damit, zur fetten Seite zu wechseln. In dem Beispiel in 6A wird, wenn das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 zum Zeitpunkt t2 ein Fett-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFfett erreicht, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas von dem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett auf ein mager eingestelltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager, welches magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, umgeschaltet. Zum Zeitpunkt t2 wird, wie in 6B gezeigt, der gesamte Bereich des Katalysators 20 zum sauerstoffarmen Bereich, und die Menge des im Katalysator 20 gespeicherten Sauerstoffs geht gegen null.
Wenn Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Katalysator 20 strömt, der auf diese Weise sauerstoffarm geworden ist, wird der Katalysator 20 von der Stromaufwärtsseite des Katalysators 20 aus allmählich mit Sauerstoff gefüllt. Infolgedessen ist zum Zeitpunkt t3, wie in 6B gezeigt, die Stromaufwärtsseite des Katalysators 20 mit Sauerstoff gefüllt, und der sauerstoffarme Bereich verbleibt auf der Stromabwärtsseite des Katalysators 20. In diesem Fall werden HC, CO und NOx im Abgas im Katalysator 20 wirkungsvoll gesteuert. Da jedoch ein in dem sauerstoffarmen Bereich auf der Stromabwärtsseite des Katalysators 20 erzeugter Wasserstoff aus dem Katalysator 20 in den stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 strömt, besitzt das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 aufgrund des Wasserstoffs einen fetteren Wert als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Danach, zum Zeitpunkt t4, ist der größte Teil des Katalysators 20 mit Sauerstoff gefüllt, und NOx beginnt aus dem Katalysator 20 zu strömen. Auch zu diesem Zeitpunkt strömt Wasserstoff, der in dem kleinen sauerstoffarmen Bereich erzeugt wird, der auf der Stromabwärtsseite des Katalysators 20 verbleibt, aus dem Katalysator 20, und die Ausgabe des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 wird durch den Wasserstoff beeinflusst.
In dem Beispiel von 6A wird, wenn das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 zum Zeitpunkt t5 ein MagerBestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFmager erreicht, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas von dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager auf das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett umgeschaltet. Da jedoch die Ausgabe des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 aufgrund des Wasserstoffs zur fetten Seite hin abgewichen hat, erreichte die im Katalysator 20 gespeicherte Sauerstoffmenge vor dem Zeitpunkt t5 die maximale Sauerstoffspeicherkapazität Cmax. Infolgedessen wird der Katalysator 20 über einen längeren Zeitraum in dem sauerstoffgesättigten Zustand gehalten, und die Menge der NOx-Emissionen steigt. Daher besteht Raum für eine Verbesserung des Zeitpunkts der Umschaltung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für das Eintrittsabgas von dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager auf das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform stellt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas auf das mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein, wenn das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf ein vorbestimmtes Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis abnimmt. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 wechselt das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas von dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf ein vorbestimmtes Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ansteigt. Das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und das Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, welches magerer als das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas kann somit zu einem geeigneten Zeitpunkt mit Blick auf den Einfluss von Wasserstoff von dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet bzw. gewechselt werden, und eine Verschlechterung von Abgasemissionen aufgrund von Wasserstoff kann reduziert werden. Das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht dem Fett-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFfett in 6A.
Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung unter Verwendung von Zeitdiagramm
Die vorstehende Steuerung wird unter Bezugnahme auf 7 spezifisch beschrieben. 7 ist ein Zeitdiagramm verschiedener Parameter, wenn die Sauerstoffmengen-Variationssteuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. 7 zeigt als die Parameter das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 (Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von stromabwärtigem Sensor), das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas, das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 (Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von stromaufwärtigem Sensor), die im Katalysator 20 gespeicherte Sauerstoffmenge, die Wasserstoffkonzentration des Austrittsabgases und die NOx-Konzentration des Austrittsabgases.
In dem Beispiel von 7 ist das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas zum Zeitpunkt t0 auf das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett eingestellt. Daher strömt Abgas mit einem fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnis als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Katalysator 20, so dass die im Katalysator 20 gespeicherte Sauerstoffmenge nach dem Zeitpunkt t0 allmählich abnimmt. Infolgedessen sinkt zum Zeitpunkt t1 das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf ein Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFodj, und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas wird von dem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett auf das mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager umgeschaltet bzw. gewechselt. Zu diesem Zeitpunkt ist die im Katalysator 20 gespeicherte Sauerstoffmenge nahezu null.
Nach dem Zeitpunkt t1 strömt Abgas mit einem magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Katalysator 20, so dass die im Katalysator 20 gespeicherte Sauerstoffmenge allmählich zunimmt. Infolgedessen steigt das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 zum Zeitpunkt t2 auf ein Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFosj an, und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas wird von dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager auf das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt hat das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 das stöchiometrische Luft-Kraftstoff Verhältnis aufgrund von Wasserstoff nicht erreicht, aber die im Katalysator 20 gespeicherte Sauerstoffmenge hat ungefähr die maximale Sauerstoffspeicherkapazität Cmax erreicht. Indem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas auf diese Art und Weise zu einem geeigneten Zeitpunkt umgeschaltet wird, kann die Zeit, während welcher der Katalysator 20 in dem sauerstoffgesättigten Zustand gehalten wird, reduziert und die Menge an NOx-Emissionen verringert werden.
Flussdiagramm der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung
Die vorstehende Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 8 im Detail beschrieben. 8 ist ein Flussdiagramm einer Steuerroutine der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform. Diese Steuerroutine wird durch die ECU 31 bei vorbestimmten Ausführungsintervallen wiederholend ausgeführt.
Zunächst bestimmt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 in Schritt S101, ob eine Bedingung für die Durchführung der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung erfüllt ist. Die Bedingung für die Durchführung der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung ist beispielsweise erfüllt, wenn die Temperatur des Katalysators 20 höher oder gleich einer vorbestimmten Aktivierungstemperatur ist und die Elementtemperaturen des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 und des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 höher oder gleich einer vorbestimmten Aktivierungstemperatur sind. Die Temperatur des Katalysators 20 wird beispielsweise auf der Grundlage einer Ausgabe von einem in dem Katalysator 20 oder in dem Auslassdurchlass in der Nähe des Katalysators 20 bereitgestellten Temperatursensor berechnet, oder diese wird auf der Grundlage einer vorbestimmten Zustandsgröße der Verbrennungskraftmaschine (beispielsweise Maschinenkühlwassertemperatur, Ansaugluftmenge, Maschinenlast usw.) berechnet. Die Elementtemperaturen des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 und des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 werden jeweils beispielsweise auf der Grundlage der Impedanz des Sensorelements berechnet. Die Bedingung für die Durchführung der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung kann beispielsweise die folgenden Bedingungen umfassen: eine vorbestimmte Zeit ist seit dem Start der Verbrennungskraftmaschine verstrichen; und eine vorbestimmte Komponente der Verbrennungskraftmaschine (das Kraftstoffeinspritzventil 11, der Katalysator 20, der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41, der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 usw.) ist normal.
Wenn in Schritt S101 bestimmt wird, dass die Bedingung für die Durchführung der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung nicht erfüllt ist, endet die Steuerroutine. Wenn in Schritt S101 bestimmt wird, dass die Bedingung für die Durchführung der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung erfüllt ist, schreitet die Steuerroutine zu Schritt S102 voran.
In Schritt S102 bestimmt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61, ob ein Steuerungs-Start-Flag F gleich 1 ist. Das Steuerungs-Start-Flag F entspricht einem Flag, welches auf null zurückgesetzt wird, wenn die Verbrennungskraftmaschine gestartet wird, und dieses wird auf 1 gesetzt, wenn die Sauerstoffmengen-Variationssteuerung gestartet wird, nachdem die Verbrennungskraftmaschine gestartet ist. Wenn in Schritt S102 bestimmt wird, dass das Steuerungs-Start-Flag F gleich null ist, schreitet die Steuerroutine zu Schritt S103 voran.
Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 setzt das Steuerungs-Start-Flag F in Schritt S103 auf 1, und stellt das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Eintrittsabgas in Schritt S104 auf das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett ein, um die Sauerstoffmengen-Variationssteuerung zu starten. Das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett ist auf ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (beispielsweise 13,5 bis 14,5). Die Steuerroutine endet nach Schritt S104.
Wenn in Schritt S102 bestimmt wird, dass das Steuerungs-Start-Flag F gleich 1 ist, schreitet die Steuerroutine zu Schritt S105 voran. In Schritt S105 bestimmt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61, ob ein Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 kleiner oder gleich dem Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFodj ist. Das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFodj ist auf ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (beispielsweise 14,55).
Wenn in Schritt S105 bestimmt wird, dass das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 kleiner oder gleich dem Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFodj ist, schreitet die Steuerroutine zu Schritt S106 voran. In Schritt S106 stellt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Eintrittsabgas auf das mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager ein. Das mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager ist auf ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, welches magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (beispielsweise 14,7 bis 15,7). Die Steuerroutine endet nach Schritt S106.
Wenn in Schritt S105 bestimmt wird, dass das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 magerer ist als das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFodj, schreitet die Steuerroutine zu Schritt S107 voran. In Schritt S107 bestimmt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61, ob das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 höher bzw. größer oder gleich dem Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFosj ist. Das Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFosj ist auf ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, welches magerer als das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFodj und fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (beispielsweise 14,58).
Wenn in Schritt S107 bestimmt wird, dass das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 größer oder gleich dem Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFosj ist, schreitet die Steuerroutine zu Schritt S104 voran. In Schritt S104 stellt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Eintrittsabgas auf das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett ein. Die Steuerroutine endet nach Schritt S104.
Wenn in Schritt S107 bestimmt wird, dass das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 kleiner ist als das Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFosj, endet die Steuerroutine und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Eintrittsabgas wird beibehalten.
Zweite Ausführungsform
Eine Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform ist im Wesentlichen gleich zu der Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform, mit Ausnahme der Punkte, die im Folgenden beschrieben werden. Daher wird im Folgenden die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf den Unterschieden zur ersten Ausführungsform liegt.
9 ist ein Funktionsblockdiagramm der ECU 31 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die ECU 31 zusätzlich zu der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 eine Anomalie-Diagnoseeinheit 62. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 und die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 sind Funktionsmodule, welche von der CPU 35 der ECU 31 implementiert werden, die Programme ausführt, welche in dem ROM 34 der ECU 31 gespeichert sind.
Die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 diagnostiziert eine Anomalie im Katalysator 20. Die maximale Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators 20 kann bei langfristiger Nutzung usw. abnehmen. Die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 berechnet die maximale Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators 20, um eine solche Anomalie im Katalysator 20 zu diagnostizieren. Die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 bestimmt auf der Grundlage der berechneten maximalen Sauerstoffspeicherkapazität, ob der Katalysator 20 anormal ist. Beispielsweise bestimmt die Anomalie-Diagnoseeinheit 62, dass eine Anomalie im Katalysator 20 vorliegt, wenn die berechnete maximale Sauerstoffspeicherkapazität kleiner als eine vorbestimmte Schwelle ist, und bestimmt, dass keine Anomalie im Katalysator 20 vorliegt, wenn die berechnete maximale Sauerstoffspeicherkapazität größer oder gleich der Schwelle ist.
Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 führt die Sauerstoffmengen-Variationssteuerung durch, wenn die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 eine Anomaliediagnose für den Katalysator 20 durchführt. Die Sauerstoffmengen-Variationssteuerung entspricht einer Steuerung, bei welcher das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas zwischen dem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet bzw. gewechselt wird, so dass der Katalysator 20 zwischen dem sauerstoffarmen Zustand und dem sauerstoffgesättigten Zustand wechselt. Wie in der ersten Ausführungsform schaltet die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas von dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis um, wenn das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf das Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ansteigt. Das Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Dies reduziert eine Verschlechterung der Abgasemissionen aufgrund von Wasserstoff, wenn die im Katalysator 20 gespeicherte Sauerstoffmenge variiert wird, um eine Anomalie im Katalysator 20 zu diagnostizieren.
Wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, wechselt der Katalysator 20 von dem sauerstoffarmen Zustand auf den sauerstoffgesättigten Zustand und die im Katalysator 20 gespeicherte Sauerstoffmenge wechselt von null auf die maximale Sauerstoffspeicherkapazität. Daher entspricht die im Katalysator 20 gespeicherte Sauerstoffmenge, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, der maximalen Sauerstoffspeicherkapazität. Entsprechend berechnet die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 die maximale Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators 20 auf der Grundlage der im Katalysator 20 gespeicherten Sauerstoffmenge, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird.
Wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung andererseits auf dem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, wechselt der Katalysator 20 von dem sauerstoffgesättigten Zustand auf den sauerstoffarmen Zustand und die im Katalysator 20 gespeicherte Sauerstoffmenge wechselt von der maximalen Sauerstoffspeicherkapazität auf null. Daher entspricht die vom Katalysator 20 freigesetzte Sauerstoffmenge, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf dem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, der maximalen Sauerstoffspeicherkapazität. Entsprechend kann die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 die maximale Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators 20 auf der Grundlage der im Katalysator 20 gespeicherten Sauerstoffmenge, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, und der vom Katalysator 20 freigesetzten Sauerstoffmenge, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf dem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, berechnen.
Die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 berechnet die im Katalysator 20 gespeicherte Sauerstoffmenge oder die vom Katalysator 20 freigesetzte Sauerstoffmenge in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung beispielsweise durch Akkumulieren eines Sauerstoffüberschusses/-mangels in dem Eintrittsabgas relativ zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Der Sauerstoffüberschuss/-mangel in dem Eintrittsabgas relativ zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis steht für die Sauerstoffmenge, die im Überschuss oder Mangel vorhanden ist, damit das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Eintrittsabgases das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Eintrittsabgases magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wird Sauerstoff im Katalysator 20 gespeichert, und der Sauerstoffüberschuss/-mangel weist einen positiven Wert auf. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Eintrittsabgases fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wird Sauerstoff aus dem Katalysator 20 freigesetzt, und der Sauerstoffüberschuss/- mangel weist einen negativen Wert auf.
Der Sauerstoffüberschuss/-mangel OED wird beispielsweise durch den folgenden Ausdruck (1) auf der Grundlage der Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 und der Kraftstoffeinspritzmenge berechnet. $OED = 0,23 \cdot (AFup - 14,6) \cdot Qi$
In dem Ausdruck (1) entspricht 0,23 der Sauerstoffkonzentration von Luft, 14,6 entspricht dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, Qi der Kraftstoffeinspritzmenge und AFup dem Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41.
Der Sauerstoffüberschuss/-mangel OED kann durch den folgenden Ausdruck (2) auf der Grundlage der Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 und der Ansaugluftmenge berechnet werden. $OED = 0,23 \cdot (AFup - 14,6) \cdot Ga / AFup$
In dem Ausdruck (2) entspricht 0,23 der Sauerstoffkonzentration von Luft, 14,6 entspricht dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, Ga der Ansaugluftmenge und AFup dem Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41. Die Ansaugluftmenge Ga wird vom Luftströmungsmesser 40 erfasst.
Alternativ kann der Sauerstoffüberschuss/-mangel OED auf der Grundlage des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für das Eintrittsabgas berechnet werden, ohne die Ausgabe des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 zu verwenden. Das heißt, in den vorstehenden Ausdrücken (1), (2) kann der Wert des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses anstelle des Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AFup des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 verwendet werden. In diesem Fall kann der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 bei der Verbrennungskraftmaschine weggelassen werden.
Die vorstehende Anomaliediagnose für den Katalysator 20 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 10 detailliert beschrieben. 10 ist ein Flussdiagramm einer Steuerroutine eines Anomaliediagnoseprozesses gemäß der zweiten Ausführungsform. Diese Steuerroutine wird von der ECU 31 wiederholend ausgeführt.
Zunächst bestimmt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 in Schritt S201, ob eine Bedingung für die Durchführung einer Anomaliediagnose für den Katalysator 20 erfüllt ist. Beispielsweise umfasst die Bedingung für die Durchführung einer Anomaliediagnose die folgenden Bedingungen: die Temperatur des Katalysators 20 ist höher oder gleich einer vorbestimmten Aktivierungstemperatur; die Elementtemperaturen des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 und des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 sind höher oder gleich einer vorbestimmten Aktivierungstemperatur; und es wurde keine Anomaliediagnose für den Katalysator 20 durchgeführt, seit die Verbrennungskraftmaschine gestartet wurde.
Wenn in Schritt S201 bestimmt wird, dass die Bedingung für die Durchführung einer Anomaliediagnose für den Katalysator 20 nicht erfüllt ist, endet die Steuerroutine. In diesem Fall steuert die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Eintrittsabgases beispielsweise gemäß dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine.
Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 kann die Sauerstoffmengen-Variationssteuerung durchführen, wenn eine Anomaliediagnose für den Katalysator 20 durchgeführt wird, und diese kann eine leicht fette Steuerung durchführen, wenn keine Anomaliediagnose für den Katalysator 20 durchgeführt wird. Die leicht fette Steuerung entspricht einer Steuerung, bei welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Eintrittsabgases derart gesteuert wird, dass das von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einem leicht fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Folglich ist es auch dann, wenn keine Anomaliediagnose für den Katalysator 20 durchgeführt wird, weniger wahrscheinlich, dass sich der Katalysator 20 in einer mageren Atmosphäre aufgrund der Abweichung in der Ausgabe des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 bedingt durch Wasserstoff befindet. Folglich können die Abgasemissionen weiter verbessert werden.
In diesem Fall, beispielsweise bei der leicht fetten Steuerung, steuert die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas auf der Grundlage der Ausgabe des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 mittels Feedback, so dass das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 mit dem leicht fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt. Das leicht fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist auf ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, welches leicht fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das leicht fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist beispielsweise auf 14,50 bis 14,58, vorzugsweise auf 14,58 eingestellt.
In der leicht fetten Steuerung kann die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Eintrittsabgases derart steuern, dass sich das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ändert, welcher um das leicht fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis zentriert ist, um das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf dem leicht fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu halten. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 stellt in der leicht fetten Steuerung beispielsweise das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas auf ein fett eingestelltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf ein oberes Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder höher ansteigt, und diese stellt das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas auf ein mager eingestelltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein, welches magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf ein unteres Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder niedriger bzw. darunter abfällt. Das obere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und das untere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis werden im Vorhinein so bestimmt, dass die Differenz zwischen dem oberen Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem leicht fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich der Differenz zwischen dem unteren Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem leicht fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und das obere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer ist als das untere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Beispielsweise ist das obere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen Wert eingestellt, welcher um 0,01 höher ist als das leicht fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und das untere Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist auf einen Wert eingestellt, welcher um 0,01 niedriger ist als das leicht fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Wenn in Schritt S201 bestimmt wird, dass die Bedingung für die Durchführung einer Anomaliediagnose für den Katalysator 20 erfüllt ist, schreitet die Steuerroutine zu Schritt S202 voran. In Schritt S202 stellt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Eintrittsabgas auf das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett ein und startet die Sauerstoffmengen-Variationssteuerung, um die im Katalysator 20 gespeicherte Sauerstoffmenge auf null zu reduzieren. Das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett ist auf ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (beispielsweise 13,5 bis 14,5).
In Schritt S203 bestimmt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61, ob das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 kleiner oder gleich dem Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFodj ist. Das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFodj ist auf ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (beispielsweise 14,55). Wenn in Schritt S203 bestimmt wird, dass das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 magerer ist als das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFodj, kehrt die Steuerroutine zu Schritt S202 zurück und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Eintrittsabgas wird auf dem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett gehalten.
Wenn in Schritt S203 bestimmt wird, dass das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 kleiner oder gleich dem Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFodj ist, schreitet die Steuerroutine zu Schritt S204 voran. In Schritt S204 schaltet die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Eintrittsabgas von dem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett auf das mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager um. Das mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager ist auf ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, welches magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (beispielsweise 14,7 bis 15,7).
In Schritt S205 wird dann eine in 11 gezeigte Unterroutine ausgeführt. 11 ist ein Flussdiagramm einer Steuerroutine eines Sauerstoffüberschuss/-mangel-Berechnungsprozesses gemäß der zweiten Ausführungsform.
In Schritt S301 berechnet die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 zunächst den Sauerstoffüberschuss/-mangel OED unter Verwendung des vorstehenden Ausdrucks (1) oder (2).
In Schritt S302 bestimmt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61, ob das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 höher oder gleich dem Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFosj ist. Das Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFosj ist auf ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, welches magerer als das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFodj und fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (beispielsweise 14,58).
Wenn in Schritt S302 bestimmt wird, dass das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 fetter ist als das Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFosj, schreitet die Steuerroutine zu Schritt S303 voran. In Schritt S303 wird bestimmt, ob das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 kleiner oder gleich dem Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFodj ist. Wenn in Schritt S303 bestimmt wird, dass das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 magerer ist als das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFodj, kehrt die Steuerroutine zu Schritt S301 zurück und Schritt S301 wird erneut durchgeführt.
Wenn in Schritt S302 bestimmt wird, dass das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 höher oder gleich dem Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFosj ist, schreitet die Steuerroutine zu Schritt S304 voran. In Schritt S304 schaltet die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Eintrittsabgas von dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager auf das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett um.
Wenn in Schritt S303 bestimmt wird, dass das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 kleiner oder gleich dem Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFodj ist, schreitet die Steuerroutine zu Schritt S305 voran. In Schritt S305 schaltet die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit 61 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Eintrittsabgas von dem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett auf das mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager um.
Nach Schritt S304 oder S305 berechnet die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 in Schritt S306 einen kumulativen Sauerstoffüberschuss/-mangel COED durch Akkumulieren der Absolutwerte des Sauerstoffüberschusses/-mangels OED, welche berechnet wurden, bevor das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Schritt S304 oder S305 umgeschaltet bzw. gewechselt wurde.
Danach inkrementiert die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 in Schritt S307 die Anzahl N von Berechnungen um eins, um die Anzahl N von Berechnungen zu aktualisieren. Der Ausgangswert der Anzahl N von Berechnungen, wenn ein Zündschalter des mit der Verbrennungskraftmaschine ausgestatteten Fahrzeugs angeschaltet wird, beträgt null.
Danach speichert die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 in Schritt S308 den N-ten berechneten kumulativen Sauerstoffüberschuss/-mangel COED(N) in dem RAM 33 der ECU 31 oder einer anderen Speichervorrichtung.
Die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 bestimmt in Schritt S309 dann, ob die Anzahl N von Berechnungen größer oder gleich einem vorbestimmten Wert X ist. Der vorbestimmte Wert X ist auf eine ganze Zahl von 1 oder mehr eingestellt. Wenn in Schritt S309 bestimmt wird, dass die Anzahl N von Berechnungen kleiner ist als der vorbestimmte Wert X, kehrt die Steuerroutine zu Schritt S301 zurück und die Schritte S301 bis S308 werden erneut durchgeführt.
Wenn in Schritt S309 bestimmt wird, dass die Anzahl N von Berechnungen größer oder gleich dem vorbestimmten Wert X ist, schreitet die Steuerroutine zu Schritt S310 voran. In Schritt S310 setzt die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 die Anzahl N von Berechnungen auf null zurück. Nach Schritt S310 endet die Unterroutine und die Steuerroutine schreitet zu Schritt S206 in 10 voran.
In Schritt S206 berechnet die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 die maximale Sauerstoffspeicherkapazität Cmax des Katalysators 20. Wenn der vorbestimmte Wert X in Schritt S309 in 11 gleich 1 ist, berechnet die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 den kumulativen Sauerstoffüberschuss/-mangel COED(1) als die maximale Sauerstoffspeicherkapazität Cmax. Das heißt, die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 berechnet die maximale Sauerstoffspeicherkapazität Cmax auf der Grundlage der im Katalysator 20 gespeicherten Sauerstoffmenge, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Eintrittsabgas in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager gehalten wird. Wenn der vorbestimmte Wert X gleich 2 oder mehr ist, berechnet die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 beispielsweise den Durchschnittswert des kumulativen Sauerstoffüberschusses/-mangels COED(1) bis zum kumulativen Sauerstoffüberschuss/-mangel COED(X) als die maximale Sauerstoffspeicherkapazität Cmax. Das heißt, die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 berechnet die maximale Sauerstoffspeicherkapazität Cmax auf der Grundlage der im Katalysator 20 gespeicherten Sauerstoffmenge, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Eintrittsabgas bei der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager gehalten wird, und der vom Katalysator 20 freigesetzten Sauerstoffmenge, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Eintrittsabgas bei der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf dem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett gehalten wird.
Dann bestimmt die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 in Schritt S207, ob die maximale Sauerstoffspeicherkapazität Cmax größer oder gleich einer vorbestimmten Schwelle TH ist. Wenn bestimmt wird, dass die maximale Sauerstoffspeicherkapazität Cmax größer oder gleich der Schwelle TH ist, schreitet die Steuerroutine zu Schritt S208 voran. In Schritt S208 bestimmt die Anomalie-Diagnoseeinheit 62, dass der Katalysator 20 normal ist. Die Steuerroutine endet nach Schritt S208.
Wenn in Schritt S207 bestimmt wird, dass die maximale Sauerstoffspeicherkapazität Cmax kleiner ist als die Schwelle TH, schreitet die Steuerroutine zu Schritt S209 voran. In Schritt S209 bestimmt die Anomalie-Diagnoseeinheit 62, dass der Katalysator 20 anormal ist. Zu dieser Zeit kann die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 eine Warnleuchte in dem mit der Verbrennungskraftmaschine ausgestatteten Fahrzeug anschalten. Die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 kann einen Fehlercode entsprechend der Anomalie in dem Katalysator 20 (verringerte Sauerstoffspeicherkapazität) in dem Speicher (ROM 34 oder RAM 33) der ECU 31 oder einer anderen Speichervorrichtung speichern. Die Steuerroutine endet nach Schritt S209. In Schritt S207 kann die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 bestimmen, ob die Differenz zwischen dem Ausgangswert der maximalen Sauerstoffspeicherkapazität, welcher für jeden Katalysator 20 im Vorhinein bestimmt wird, und der berechneten maximalen Sauerstoffspeicherkapazität Cmax kleiner oder gleich einer vorbestimmten Schwelle ist.
Dritte Ausführungsform
Eine Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform ist im Wesentlichen gleich der Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform, mit Ausnahme der nachstehend beschriebenen Punkte. Daher wird die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nachstehend unter Fokussierung auf die Unterschiede zu der zweiten Ausführungsform beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben, berechnet die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 die maximale Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators 20 durch Akkumulieren der Absolutwerte des Sauerstoffüberschusses/-mangels, welche während der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung erhalten werden, und bestimmt auf der Grundlage der maximalen Sauerstoffspeicherkapazität, ob eine Anomalie in dem Katalysator 20 vorliegt. Falls jedoch eine Anomalie in Ansprechcharakteristika des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 vorliegt, dauert es länger, bis das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder das Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht. Daher ist der Zeitpunkt des Umschaltens des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für das Eintrittsabgas verzögert. Folglich wird der Sauerstoffüberschuss/-mangel auch dann noch akkumuliert, wenn die im Katalysator 20 gespeicherte Sauerstoffmenge null oder die maximale Sauerstoffspeicherkapazität erreicht hat. Entsprechend wird die durch Berechnung erhaltene maximale Sauerstoffspeicherkapazität größer als die tatsächliche maximale Sauerstoffspeicherkapazität. Das heißt, wenn der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 ein verzögertes Ansprechen besitzt, besteht die Möglichkeit, dass der Katalysator 20 fälschlicherweise als normal bestimmt wird, obwohl dieser anormal ist.
Daher bestimmt die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 in der dritten Ausführungsform, wenn der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 ein verzögertes Ansprechen besitzt, dass der Katalysator 20 anormal ist, auch wenn die berechnete maximale Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators 20 größer oder gleich der Schwelle ist. Dadurch kann vermieden werden, dass der Katalysator 20 fehlerhaft als normal bestimmt wird, obwohl dieser anormal ist.
Wie in 7 gezeigt, konvergiert das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und wird in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gehalten, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas auf das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird. Wenn der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 ein verzögertes Ansprechen aufweist, dauert es länger, bis das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff Verhältnis konvergiert, und es dauert auch länger, bis sich das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 vom stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert. Das heißt, wenn der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 ein verzögertes Ansprechen aufweist, wird das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 für eine kürzere Zeitspanne in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gehalten, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas auf das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird.
Selbst wenn die berechnete maximale Sauerstoffspeicherkapazität gleich oder höher als die Schwelle ist, bestimmt die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 daher, dass der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 ein verzögertes Ansprechen aufweist und dass der Katalysator 20 anormal ist, wenn das Verhältnis der Zeitspanne, während welcher das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gehalten wird, zu der Zeitspanne, während welcher das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung bei dem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
12 ist ein Flussdiagramm einer Steuerroutine eines Anomaliediagnoseprozesses gemäß der dritten Ausführungsform. Diese Steuerroutine wird von der ECU 31 wiederholend ausgeführt.
Die Schritte S401 bis S404 werden in der gleichen Art und Weise wie die Schritte S201 bis S204 in 10 durchgeführt, und eine in 13 gezeigte Unterroutine wird in Schritt S405 ausgeführt. 13 ist ein Flussdiagramm einer Steuerroutine eines Sauerstoffüberschuss/-mangel-Berechnungsprozesses gemäß der dritten Ausführungsform.
Die Schritte S501 bis S504 werden auf die gleiche Art und Weise durchgeführt wie die Schritte S301 bis S304 in 11. Wenn in Schritt S503 bestimmt wird, dass das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 kleiner oder gleich dem Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFodj ist, fährt die Steuerroutine mit Schritt S505 fort.
In Schritt S505 berechnet die Anomalie-Diagnoseeinheit das Verhältnis der Zeitspanne, während welcher das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gehalten wird, zu der Zeitspanne, während welcher das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Eintrittsabgas bei dem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett gehalten wird (nachfolgend als „Stöchiometrie-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Zeitspannenverhältnis RST“ bezeichnet). Die Zeitspanne ausgehend davon, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Eintrittsabgas in Schritt S504 auf das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett eingestellt wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn in Schritt S503 bestimmt wird, dass das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFodj erreicht hat, entspricht der Zeitspanne, während welcher das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Eintrittsabgas auf dem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett gehalten wird. Die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 bestimmt beispielsweise dann, wenn das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 zwischen einem Wert, welcher geringfügig magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (z.B. 14,62), und einem Wert, welcher geringfügig fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff Verhältnis (z.B. 14,58), gehalten wird, dass das Ausgangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFdwn des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 42 in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gehalten wird.
Nach Schritt S505 stellt die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 in Schritt S506 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Eintrittsabgas auf das mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager ein. Die Schritte S507 bis S511 werden auf die gleiche Art und Weise wie die Schritte S306 bis S310 in 11 durchgeführt. In Schritt S510 wird der vorbestimmte Wert X auf eine ganze Zahl von 2 oder mehr gesetzt. Das heißt, in der dritten Ausführungsform berechnet die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 die maximale Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators 20 auf der Grundlage der in dem Katalysator 20 gespeicherten Sauerstoffmenge, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Eintrittsabgas in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung bei dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFmager gehalten wird, und der von dem Katalysator 20 freigesetzten Sauerstoffmenge, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAF für das Eintrittsabgas in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung bei dem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis TAFfett gehalten wird.
Nach Schritt S511 endet die Unterroutine von 13, und die Steuerroutine fährt mit Schritt S406 in 12 fort. In Schritt S406 berechnet die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 die maximale Sauerstoffspeicherkapazität Cmax des Katalysators 20. Die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 berechnet beispielsweise den Durchschnittswert des kumulativen Sauerstoffüberschusses/-mangels COED(1) bis zum kumulativen Sauerstoffüberschuss/- mangel COED(X) als die maximale Sauerstoffspeicherkapazität Cmax.
Anschließend bestimmt die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 in Schritt S407, ob die maximale Sauerstoffspeicherkapazität Cmax größer oder gleich einer vorbestimmten Schwelle TH ist. Wenn bestimmt wird, dass die maximale Sauerstoffspeicherkapazität Cmax kleiner als die Schwelle TH ist, fährt die Steuerroutine mit Schritt S408 fort. In Schritt S408 bestimmt die Anomalie-Diagnoseeinheit 62, dass der Katalysator 20 anomal ist. Zu diesem Zeitpunkt kann die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 eine Warnleuchte in dem mit der Verbrennungskraftmaschine ausgestatteten Fahrzeug anschalten. Die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 kann einen Fehlercode entsprechend der Anomalie im Katalysator 20 (verringerte Sauerstoffspeicherkapazität) in dem Speicher (ROM 34 oder RAM 33) der ECU 31 oder einer anderen Speichervorrichtung speichern.
Anschließend bestimmt die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 in Schritt S409, dass der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 normal ist. Die Steuerroutine endet nach Schritt S409.
Wenn in Schritt S407 bestimmt wird, dass die maximale Sauerstoffspeicherkapazität Cmax größer oder gleich der Schwelle TH ist, fährt die Steuerroutine mit Schritt S410 fort. In Schritt S410 bestimmt die Anomalie-Diagnoseeinheit 62, ob das Stöchiometrie-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Zeitspannenverhältnis RST größer oder gleich einem vorbestimmten Wert A ist. Wenn der vorbestimmte Wert X in Schritt S510 von 13 gleich 4 oder mehr ist, das heißt, wenn das Stöchiometrie-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Zeitspannenverhältnis RST mehrfach berechnet wird, wird bestimmt, ob der Durchschnittswert der durch die mehreren Berechnungen erhaltenen Werte größer oder gleich dem vorbestimmten Wert A ist.
Wenn bestimmt wird, dass das Stöchiometrie-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Zeitspannenverhältnis RST kleiner als der vorbestimmte Wert A ist, fährt die Steuerroutine mit Schritt S411 fort. In Schritt S411 bestimmt die Anomalie-Diagnoseeinheit 62, dass der Katalysator 20 anormal ist. Zu diesem Zeitpunkt kann die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 eine Warnleuchte in dem mit der Verbrennungskraftmaschine ausgestatteten Fahrzeug anschalten. Die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 kann einen Fehlercode entsprechend der Anomalie im Katalysator 20 (verringerte Sauerstoffspeicherungskapazität) in dem Speicher (ROM 34 oder RAM 33) der ECU 31 oder einer anderen Speichervorrichtung speichern.
Anschließend bestimmt die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 in Schritt S412, dass der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 anormal ist. Zu diesem Zeitpunkt kann die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 einen Fehlercode entsprechend der Anomalie im stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 (verzögertes Ansprechen) in dem Speicher (ROM 34 oder RAM 33) der ECU 31 oder einer anderen Speichervorrichtung speichern. Die Steuerroutine endet nach Schritt S412.
Wenn in Schritt S410 bestimmt wird, dass das Stöchiometrie-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Zeitspannenverhältnis RST größer oder gleich dem vorbestimmten Wert A ist, fährt die Steuerroutine mit Schritt S413 fort. In Schritt S413 bestimmt die Anomalie-Diagnoseeinheit 62, dass der Katalysator 20 normal ist. Anschließend bestimmt die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 in Schritt S414, dass der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 42 normal ist. Die Steuerroutine endet nach Schritt S414.
In Schritt S407 kann die Anomalie-Diagnoseeinheit 62 bestimmen, ob die Differenz zwischen dem im Voraus für jeden Katalysator 20 bestimmten Ausgangswert der maximalen Sauerstoffspeicherkapazität und der berechneten maximalen Sauerstoffspeicherkapazität Cmax kleiner oder gleich einer vorbestimmten Schwelle ist.
Weitere Ausführungsformen
Obwohl vorstehend die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Modifikationen und Änderungen können im Rahmen der Ansprüche vorgenommen werden. Beispielsweise kann ein stromabwärtiger Katalysator, der dem Katalysator 20 ähnlich ist, in der Verbrennungskraftmaschine in dem Auslassdurchlass stromabwärts des Katalysators 20 angeordnet sein. Das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis und das mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung müssen nicht unbedingt festgelegten Werten entsprechen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015086861 A [0002, 0003, 0004, 0005]
JP 2017008853 A [0002, 0006]
JP 2008128110 A [0002]

Claims

Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei die Steuerungsvorrichtung aufweist: einen Katalysator (20), welcher in einem Auslassdurchlass angeordnet und derart konfiguriert ist, dass dieser Sauerstoff speichert; einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (42), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem Katalysator (20) ausströmenden Abgases erfasst; und eine oder mehrere elektronische Steuerungseinheiten (31), welche derart konfiguriert ist/sind, dass diese ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in den Katalysator (20) einströmenden Eintrittsabgases steuert/steuern, wobei die eine oder die mehreren elektronischen Steuerungseinheiten (31) derart konfiguriert ist/sind, dass diese eine Sauerstoffmengen-Variationssteuerung durchführt/durchführen, bei welcher ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Eintrittsabgas zwischen einem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches fetter ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und einem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, umgeschaltet wird, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf das mager eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis einstellt/einstellen, wenn das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (42) erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner oder gleich einem vorbestimmten Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf das fett eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis einstellt/einstellen, wenn das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (42) erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer oder gleich einem vorbestimmten Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wobei das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und das Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer als das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff Verhältnis ist.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren elektronischen Steuerungseinheiten (31) derart konfiguriert ist/sind, dass diese eine Anomaliediagnose durchführt/durchführen, bei welcher eine maximale Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators (20) auf der Grundlage einer im Katalysator gespeicherten Sauerstoffmenge berechnet wird, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, und auf der Grundlage der maximalen Sauerstoffspeicherkapazität bestimmt wird, ob der Katalysator (20) anormal ist.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die eine oder die mehreren elektronischen Steuerungseinheiten (31) derart konfiguriert ist/sind, dass diese die Sauerstoffmengen-Variationssteuerung durchführt/durchführen, wenn die Anomaliediagnose durchgeführt wird, und eine leicht fette Steuerung durchführt/durchführen, wenn die Anomaliediagnose nicht durchgeführt wird, wobei die leicht fette Steuerung einer Steuerung entspricht, bei welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Eintrittsabgases derart gesteuert wird, dass das von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (42) erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einem leicht fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die eine oder die mehreren elektronischen Steuerungseinheiten (31) derart konfiguriert ist/sind, dass diese die maximale Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators (20) auf der Grundlage der in dem Katalysator (20) gespeicherten Sauerstoffmenge, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, und einer vom Katalysator (20) freigesetzten Sauerstoffmenge, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf dem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, berechnet/berechnen, bestimmt/bestimmen, dass der Katalysator (20) anormal ist, wenn die maximale Sauerstoffspeicherkapazität kleiner ist als eine vorbestimmte Schwelle, und bestimmt/bestimmen, dass der Katalysator (20) anormal ist, wenn die maximale Sauerstoffspeicherkapazität größer oder gleich der Schwelle ist und ein Verhältnis einer Zeitspanne, während welcher das von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (42) erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gehalten wird, zu einer Zeitspanne, während welcher das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Sauerstoffmengen-Variationssteuerung auf dem fett eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, kleiner ist als ein vorbestimmter Wert.
Katalysatoranomalie-Diagnoseverfahren zum Diagnostizieren einer Anomalie in einem Katalysator (20), welcher in einem Auslassdurchlass einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet und derart konfiguriert ist, dass dieser Sauerstoff absorbiert, wobei das Katalysatoranomalie-Diagnoseverfahren aufweist: Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines aus dem Katalysator (20) ausströmenden Abgases; Einstellen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für ein in den Katalysator einströmendes Eintrittsabgas auf ein mager eingestelltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches magerer ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner oder gleich einem vorbestimmten Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist; Einstellen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf ein fett eingestelltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer oder gleich einem vorbestimmten Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist; Berechnen einer maximalen Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators (20) auf der Grundlage einer in dem Katalysator (20) gespeicherten Sauerstoffmenge, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf dem mager eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird; und Bestimmen, ob der Katalysator (20) anormal ist, auf der Grundlage der maximalen Sauerstoffspeicherkapazität, wobei das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, welches fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und das Sauerstoffsättigungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer als das Sauerstofferschöpfungs-Bestimmungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.