DE10340633A1

DE10340633A1 - Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE10340633A1
Application number: DE10340633A
Authority: DE
Inventors: Yasuki Tamura
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2003-09-03
Publication date: 2004-04-22
Also published as: US6920752B2; KR100529751B1; US20040045277A1; KR20040022150A; JP2004100492A

Abstract

Eine Abgasemissions-Regelungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors weist einen in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors angeordneten Dreiwege-Katalysatorkonverter und ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Variierungselement auf, um zwangsweise ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines in den Dreiwege-Katalysatorkonverter strömenden Abgases zwischen einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu verändern. Ein Variationskennlinien-Veränderungselement zum Verändern einer Kennlinie der Variation des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ist vorgesehen, und der Dreiwege-Katalysatorkonverter besitzt eine HC-selektive Oxidationskomponente zum selektiven Oxidieren von HC anstelle von CO, und eine CO-Speicherkomponente zum Speichern von CO in einer reduzierenden Atmosphäre. Das Variationskennlinien-Veränderungselement verändert eine Kennlinie der Luft/Kraftstoff-Variation (wie zum Beispiel eine A/F-Variationsperiode) abhängig von einem der gespeicherten CO-Menge entsprechenden Wert (wie zum Beispiel die einströmende CO-Menge), welcher mit einer Menge des durch die CO-Speicherkomponente (S12) des Dreiwege-Katalysatorkonverter gespeicherten CO korreliert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasemissions-Regelungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eine Technik für die Steigerung des Wirkungsgrades bei der Umwandlung von Abgasemissionen unter Verwendung eines Dreiwegekatalysators.

Als ein Katalysator zur Abgasemissionsregelung eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug wird im allgemeinen in großem Umfang ein Dreiwegekatalysator eingesetzt.

Vor kurzem wurde, um die Fähigkeiten eines Dreiwegekatalysators vollständig zu nutzen, ein Dreiwegekatalysator mit einer sogenannten O₂-Speicherkomponente (hierin nachstehend als "OSC" abgekürzt) entwickelt. In einem Betrieb mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Verbrennungsmotors speichert der die OSC aufweisende Dreiwegekatalysator O₂, und erzeugt dadurch kurzzeitig eine katalytische Atmosphäre nahe dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis und bewirkt die Umwandlung von NO_x in dieser katalytischen Atmosphäre. In einem Betrieb des Verbrennungsmotors mit fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis setzt dann der die OSC aufweisende Dreiwegekatalysator das gespeicherte O₂ frei und beschleunigt dadurch die Umwandlung von HC und CO.

In diesem Typ eines eine OSC aufweisende Dreiwegekatalysators wird eine A/F-Variationsregelung, in welcher der Betrieb bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwangswei se in einem Betrieb bei fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird, bevor die OSC gesättigt ist, durchgeführt, so daß O₂ wiederholt gespeichert und freigesetzt wird. Dadurch kann HC und CO sowie auch NO_x effizient umgewandelt werden.

Ferner wurde ein Dreiwegekatalysator mit einer CO-Speicherkomponente (hierin nachstehend "COSC" abgekürzt) ebenfalls entwickelt. Der die COSC aufweisende Dreiwegekatalysator beschleunigt die Umwandlung von NO_x durch Speichern von CO im Betrieb bei fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, um dann durch Freisetzen des gespeicherten CO in einem Betrieb bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Japanische ungeprüfte Patentoffenlegung Nr. 2002-89250).

Ein von den Erfindern ausgeführtes Experiment hat bestätigt, daß der Dreiwegekatalysator eine Eigenart besitzt, daß wenn eine A/F-Variationsregelung durchgeführt wird, CO anstelle von HC selektiv in einem Betrieb bei fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis umgewandelt wird. Somit hat selbst der eine OSC aufweisende Dreiwegekatalysator ein Problem, daß HC nicht hinreichend in einem Betrieb bei fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis umgewandelt wird (siehe 6).

In letzter Zeit wird für Zwecke, wie z.B. die Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs, ein Fahrzeug, welches eine sogenannte Kraftstoffabschaltung durchführen kann, nämlich die Zufuhr von Kraftstoff zu dem Verbrennungsmotor beispielsweise während der Abbremsung abschalten kann, entwickelt und in die Praxis eingeführt. Jedoch wird, während eine Kraftstoffabschaltung durchgeführt wird, O₂ so wie es ist ausgegeben, so daß die O₂-Speicherkomponente leicht gesättigt wird. Somit wird in dem Falle eines Dreiwegekatalysators mit einer OSC, wenn ein Betrieb bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach der Wiederaufnahme der Kraftstoffzufuhr durchgeführt wird, eine große Menge von O₂ auf einmal freigesetzt. Somit wird selbst dann, wenn der Dreiwegekatalysator eine COSC besitzt, die katalytische Atmosphäre zu einer mageren Atmosphäre, welche ein als NO_x-Spitze bezeichnetes Problem bewirkt, nämlich die Erzeugung einer großen Menge NO_x.

Unter diesen Umständen ist es denkbar, eine A/F-Variationsregelung unter Verwendung eines Dreiwegekatalysators ohne OSC durchzuführen. In diesem Falle wird in einem Betrieb bei fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis HC anstelle von CO relativ gut umgewandelt, und in einem nach der Wiederaufnahme der Kraftstoffzufuhr durchgeführten Betrieb bei fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis verhindert, daß die katalytische Atmosphäre mager wird.

Jedoch hat die Verwendung eines Dreiwegekatalysators ohne OSC ein Problem dahingehend, daß in dem Betrieb bei fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis erzeugtes CO und in einem Betrieb bei magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis erzeugtes NO_x nicht hinreichend umgewandelt werden kann (siehe 7).

Die Erfindung wurde gemacht, um die vorstehenden Probleme zu lösen. Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, welche eine NO_x-Spitze in einem Betrieb bei fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis verhindern kann, der nach einer Kraftstoffabschaltung durchgeführt wird, und welche einen hohen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von NO_x, CO und HC beibehalten kann.

Die vorstehende Aufgabe kann durch die in den Ansprüchen definierten Merkmale gelöst werden.

Zur Lösung der Aufgabe enthält eine Abgasemissions-Regelungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß der Erfindung einen in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors angeordneten Dreiwege-Katalysatorkonverter, und ein Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Variierungselement, um zwangsweise ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines in den Dreiwege-Katalysatorkonverter strömenden Abgases zwischen einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu verändern, wobei die Abgasemissions-Regelungsvorrichtung ferner ein Variationskennlinien-Veränderungselement zum Verändern einer Kennlinie der Variation des von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnisvariationselement durchgeführten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses aufweist, der Dreiwege-Katalysatorkonverter eine HC-selektive Oxidationskomponente zum selektiven Oxidieren von HC anstelle von CO besitzt, und eine CO-Speicherkomponente zum Speichern von CO in einer reduzierenden Atmosphäre, und das Variationskennlinien-Veränderungselement eine Kennlinie der Variation, abhängig von einem der gespeicherten CO-Menge entsprechenden Wert verändert, welcher mit einer Menge des durch die CO-Speicherkomponente des Dreiwege-Katalysatorkonverter gespeicherten CO korreliert.

Ein weiterer Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung wird aus der hierin nachstehend gegebenen detaillierten Beschreibung ersichtlich. Es dürfte sich jedoch verstehen, daß die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, obwohl sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, lediglich zur Veranschaulichung gegeben werden, da verschiedene Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Erfindungsgedankens und Schutzumfangs der Erfindung für den Fachmann auf diesem Gebiet aus dieser detaillierten Beschreibung ersichtlich werden.
Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der hierin nachstehend gegebenen detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, welche nur zur Veranschaulichung gegeben werden, und somit nicht die Erfindung einschränken.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Darstellung, welche schematisch den Aufbau einer Abgasemissions-Regelungsvorrichtung eines in einem Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotors gemäß der Erfindung darstellt;
2 ein Flußdiagramm einer Regelungsroutine für eine A/F-Variationsregelung gemäß der Erfindung;
3 ein Kennfeld, welches die Beziehung zwischen A/F-Variationsperiode, A/F-Variationsamplitude und der einströmenden CO-Menge darstellt;
4 ein Kennfeld, welches die Beziehung zwischen A/F-Variationsperiode, A/F-Variationsamplitude und der einströmenden O₂-Menge darstellt;
5 ein Kennfeld, welches die Beziehung zwischen A/F-Variationsperiode, A/F-Variationsamplitude und der Katalysatortemperatur T_cat darstellt;
6 einen HC-Umwandlungswirkungsgrad, CO-Umwandlungswirkungsgrad und NO_x-Umwandlungswirkungsgrad eines Dreiwegekatalysators mit einer OSC; und
7 einen HC-Umwandlungswirkungsgrad, CO-Umwandlungswirkungsgrad und NO_x-Umwandlungswirkungsgrad eines Dreiwegekatalysators ohne OSC.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird auf der Basis der Zeichnungen beschrieben.
1 stellt schematisch einen Aufbau einer Abgasemissions-Regelungsvorrichtung eines in einem Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotors gemäß der Erfindung dar. Auf der Basis von 1 wird der Aufbau der Abgasemissions-Regelungsvorrichtung gemäß der Erfindung nachstehend beschrieben.
Gemäß Darstellung in 1 wird als ein Basismotor (hierin nachstehend einfach als "Motor") 1, beispielsweise ein Zylindereinspritz-Benzinmotor mit Funkenzündung verwendet, welcher eine Kraftstoffeinspritzung in einem Einlaßhub (Einlaßhub-Einspritzung) oder eine Kraftstoffeinspritzung in einem Kompressionshub (Kompressionshub-Einspritzung) gemäß einem ausgewählten Kraftstoffeinspritzmodus durchführen kann. Der Zylindereinspritzmotor 1 kann leicht bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Betrieb bei magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis) zusätzlich zu einem stöchiometrischen Luft/Kaftstoff-Verhältnis (Betrieb bei stöchiometrischem Luft /Kraftstoff-Verhältnis) und bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Betrieb bei fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis) arbeiten.
Gemäß Darstellung in 1 ist für jeden Zylinder eine Zündkerze 4 und ein Elektromagnet-betätigtes Kraftstoffeinspritzventil 6 an einem Zylinderkopf 2 des Motors 1 so angebracht, daß der Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer eingespritzt werden kann.
Jede Zündkerze 4 ist mit einer Zündspule 8 verbunden, welche eine Hochspannung erzeugt. Jedes Kraftstoffeinspritzventil 6 ist mit einer (nicht dargestellten) Kraftstoffzuführungsvorrichtung mit einem Kraftstofftank über ein Kraftstoffrohr 7 verbunden. Insbesondere weist die Kraftstoffzuführungsvorrichtung eine Niederdruckkraftstoffpumpe und eine Hochdruckkraftstoffpumpe auf. Somit kann die Kraftstoffzuführungsvorrichtung in dem Kraftstofftank aufbewahrten Kraftstoff jedem Kraftstoffeinspritzventil 6 mit einem niedrigen oder hohen Kraftstoffdruck so zuführen, daß jedes Kraftstoffeinspritzventil 6 Kraftstoff in die Verbrennungskammer bei einem gewünschten Kraftstoffdruck einspritzen kann.
Für jeden Zylinder ist ein Einlaßkanal so ausgebildet, daß er sich im wesentlichen durch den Zylinderkopf 2 hindurch vertikal erstreckt. Die Einlaßkanäle sind getrennt mit Öffnungen eines Einlaßkrümmers 10 an ihrem einem Ende verbunden. Für jeden Zylinder ist auch ein Auslaßkanal so ausgebildet, daß er sich durch den Zylinderkopf 2 hindurch nahezu horizontal erstreckt. Die Auslaßkanäle sind getrennt mit Öffnungen an einem Ende eines Auslaßkrümmers 12 verbunden.
Da der Zylindereinspritzmotor 1 der Öffentlichkeit bereits bekannt ist, wird eine detaillierte Beschreibung seines Aufbaus unterlassen.
Gemäß Darstellung in 1 sind in dem Einlaßkrümmer 10 ein Elektromagnet-betätigtes Drosselklappenventil 14 zum Regeln der Einlaßluftmenge und ein Drosselklappen-Positionssensor (TPS) 16 für die Detektion des Winkels θ_th des Drosselklappenventils 14 vorgesehen. Ferner ist ein Luftstromsensor 18 für die Messung der Menge der Ansaugluft anstromseitig von dem Drosselklappenventil 14 vorgesehen. Als der Luftstromsensor 18 wird ein Wirbelluftstromsensor von Karman verwendet.
Mit dem Abgaskrümmer 12 ist ein Abgasrohr (Abgaskanal) 20 verbunden. In der Mitte des Abgasrohres 20 ist ein Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 als eine Abgasemissions-Konvertierungskatalysatorvorrichtung vorgesehen.
Der Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 besitzt eine HC-selektive Oxidationskomponente, eine O₂-Speicherkomponente (OSC) und eine CO-Speicherkomponente (COSC). Insbesondere weist der Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 einen anstromseitigen Katalysatorabschnitt 30a und einen abstromseitigen Katalysatorabschnitt 30b auf. Der anstromseitige Katalysatorabschnitt 30a besitzt eine HC-selektive Oxidationskomponente, eine COSC und eine OSC, wobei die O₂-Speicherkapazität der OSC niedrig ist, insbesondere niedriger als die CO-Speicher kapazität der COSC. Der abstromseitige Katalysatorabschnitt 30b besitzt eine HC-selektive Oxidationskomponente, COSC und eine OSC, wobei die O₂-Speicherkapazität der OSC relativ hoch, insbesondere gleich oder höher als die CO-Speicherkapazität der COSC ist.
Der anstromseitige Katalysatorabschnitt 30a enthält in einem Katalysatorträger wenigstens ein aktives Edelmetall, daß aus Platin (Pt), Palladium (Pd) und Rhodium (Rh) ausgewählt wird, als die HC-selektive Oxidationskomponente, eine Substanz, welche ein Karbonat als die COSC ausbildet, beispielsweise ein Erdalkalimetall, wie z.B. Barium (Ba), Calcium (Ca) oder Magnesium (Mg) und eine kleine Menge Zer (Ce) oder Zirkon (Zr) als die OSC. Der abstromseitige Katalysatorabschnitt 30b enthält in einem Katalysatorträger wenigstens ein aktives Edelmetall, daß aus Platin (Pt), Palladium (Pd) und Rhodium (Rh) ausgewählt wird, als die HC-selektive Oxidationskomponente, eine Substanz, welche ein Karbonat als die COSC ausbildet, beispielsweise ein Erdalkalimetall, wie z.B. Barium (Ba), Calcium (Ca) oder Magnesium (Mg) und eine relativ große Menge Cer (Ce) oder Zirkon (Zr) als die OSC.
Substanzen, die als HC-selektive Oxidationskomponente, die OSC und die COSC verwendbar sind, sind nicht auf die vorstehend erwähnten beschränkt. Beispielsweise kann die COSC auch Nickel (Ni) enthalten.
In dem anstromseitigen Katalysatorabschnitt 30a kann aufgrund des Vorhandenseins des aktiven Edelmetalls (Pt, Pd, Rh) HC anstelle von CO selektiv oxidiert werden. Ferner kann aufgrund des Vorhandenseins des Erdalkalimetalls (Ba, Ca, Mg oder dgl.) als die COSC, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (Abgas-A/F) ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist und daher die katalytische Atmosphäre eine reduzierende Atmosphäre ist, CO in der Form eines Karbonats (beispielswei se BaCO₃, CaCO₃ oder dgl.) gespeichert werden, und wenn das Abgas-A/F zu einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis und die katalytische Atmosphäre zu einer oxidierenden Atmosphäre wird, CO freigesetzt werden. Ferner kann, da die OSC (Ce, Cr), wenn auch nur in kleiner Menge vorhanden ist, wenn das Abgas-A/F ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist und daher die katalytische Atmosphäre eine oxidierende Atmosphäre ist, O₂ gespeichert werden, und wenn das Abgas-A/F zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und die katalytische Atmosphäre zu einer reduzierenden Atmosphäre wird, O₂ freigesetzt werden. In dem abstromseitigen Katalysatorabschnitt 30b kann aufgrund des Vorhandenseins des Erdalkalimetalls (Ba, Ca, Ng oder dgl.) als die COSC, wenn das Abgas-A/F ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist und daher die katalytische Atmosphäre eine reduzierende Atmosphäre ist, CO in der Form eines Karbonats (z.B. BaCO₃, CaCO₃ oder dgl.) gespeichert werden und wenn das Abgas-A/F zu einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis und die katalytische Atmosphäre zu einer oxidierenden Atmosphäre wird, CO freigesetzt werden. Ferner kann, da eine große Menge der OSC (Ce, Zr) vorhanden ist, wenn das Abgas-A/F ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist und daher die katalytische Atmosphäre eine oxidierende Atmosphäre ist, eine Menge an O₂ gespeichert werden, und wenn das Abgas-A/F zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und die katalytische Atmosphäre zu einer reduzierenden Atmosphäre wird, eine Menge an O₂ freigesetzt werden.
Obwohl in dem vorliegenden Falle der anstromseitige katalytische Abschnitt 30a eine kleine Menge der OSC (Ce, Zr) enthält, kann eine Anordnung so getroffen sein, daß der anstromseitige Katalysatorabschnitt 30a die OSC (Ce, Zr) überhaupt nicht enthält. Das Enthalten der OSC ist nur dahingehend vorteilhaft, daß es die Wärmebeständigkeit des anstromseitigen Katalysatorabschnitts 30a verbessert. Ferner kann, obwohl in dem vorliegenden Falle sowohl der anstromseitige Katalysatorabschnitt 30a, als auch der abstromseitige Katalysatorabschnitt 30b das Erdalkalimetall (Ba, Ca, Mg oder dgl.) als die COSC enthalten, eine Anordnung so getroffen sein, daß nur einer von den anstromseitigen Katalysatorabschnitt 30a und dem abstromseitigen Katalysatorabschnitt 30b das Erdalkalimetall (Ba, Ca, Mg oder dgl.) enthält.
In dem Abgasrohr 20 ist anstromseitig von dem Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 ein O₂-Sensor 22 für die Detektion eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis einer Sauerstoffkonzentration vorgesehen. In dem Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 ist ein Hochtemperatursensor (Katalysatortemperatur-Detektionseinrichtung) 32 zum Detektieren einer Katalysatortemperatur T_cat vorgesehen.
Ferner ist eine Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen, Speichervorrichtungen (ROM, RAM usw.), eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), Zeitgeberzähler und dgl. enthaltende ECU 40 (elektronische Regeleinheit) vorgesehen. Die ECU 40 führt die gesamte Regelung in der Abgasemissions-Regelungsvorrichtung und dem Motor 1 vor.
Mit der Eingangsseite der ECU 40 sind verschiedene Sensoren, einschließlich dem vorstehend erwähnten TPS 16, Luftstromsensor 18, O₂-Sensor 22 und Hochtemperatursensor 32, und weitere Sensoren, wie z.B. ein Kurbelwellen-Winkelsensor 42, ein Gaspedal-Positionssensor (APS) 46 zum Detektieren der Betätigung eines Gaspedals 44 (Gaspedalwinkel) und ein Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor 48 zum Detektieren einer Fahrzeuggeschwindigkeit V verbunden. Die ECU 40 empfängt Detektionsinformation aus diesen Sensoren. Eine Motordrehzahl Ne wird auf der Basis der Kurbelwellenwinkelinformation aus dem Kurbelwellen-Winkelsensor 42 berechnet.
Mit der Ausgangsseite der ECU 40 sind verschiedene Ausgabevorrichtungen, einschließlich der vorstehend erwähnten Kraftstoffeinspritzventile 6, Zündspulen 8 und das Drosselklappenventil 14 verbunden. Somit wird, wenn ein Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Verbrennungs-A/F) auf der Basis der Detektionsinformation aus dem O₂-Sensor 22 und dgl. ermittelt ist, ein Führungsgrößensignal bezüglich einer Kraftstoffeinspritzmenge und eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes an die Kraftstoffeinspritzventile 6 gesendet, ein Führungsgrößensignal bezüglich der Einlaßluftmenge an das Drosselklappenventil 14 gesendet, und ein Führungsgrößensignal bezüglich eines Zündzeitpunktes an die Zündspulen 8 in der Verbrennungsreihenfolge, abhängig von dem ermittelten Verbrennungs-A/F gesendet. Demzufolge spritzen die Kraftstoffeinspritzventile jeweils eine geeignete Menge an Kraftstoff zu einem geeigneten Zeitpunkt ein, öffnet das Drosselklappenventil 14 in einem geeigneten Winkel und die Zündspulen 4 führen jeweils eine Funkenzündung zu einem geeigneten Zeitpunkt aus.
Der Motor ist so eingerichtet, daß wenn das Fahrzeug abbremst, eine sogenannte Kraftstoffabschaltung, nämlich eine Beendigung der Zufuhr von Kraftstoff aus den Kraftstoffeinspritzventilen 6 durchgeführt werden kann. Somit beendet beispielsweise, wenn auf der Basis der Gaspedalwinkelinformation aus dem APS 46 und der Fahrzeuggeschwindigkeitsinformation V aus dem Fahrzeugsensor 48 festgestellt wird, daß der Beschleunigungspedalwinkel Null und die Fahrzeuggeschwindigkeit V ein vorbestimmter Wert V₁ oder kleiner ist, die ECU 40 in einem oder in allen Zylindern die Kraftstoffeinspritzung von den Einspritzventilen 6. Wenn der Gaspedalwinkel einen anderen Wert als Null annimmt oder die Fahrzeuggeschwindigkeit V zu einem vorbestimmten Wert V₂ oder kleiner wird (V₂ < V₁), nimmt die ECU die Kraftstoffeinspritzung (Wiederaufnahme der Kraftstoffzufuhr) auf.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Abgasemissions-Regelungsvorrichtung des Verbrennungsmotors mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird nachstehend beschrieben.
In der erfindungsgemäßen Abgasemissions-Regelungsvorrichtung läßt die ECU 40, um dem Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 zu ermöglichen, seine Fähigkeiten vollständig zu zeigen, das Abgas-A/F zwischen einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis oszillieren. Insbesondere wird das Abgas-A/F so variiert, daß es für eine vorbestimmte Zeitdauer bei einem vorbestimmten mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird und dann für eine vorbestimmte Zeitdauer bei einem vorbestimmten fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird. Mit anderen Worten, die ECU 40 bewirkt eine Variation des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (A/F-Variation), in welcher das Abgas-A/F periodisch zwischen einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit einem Wert nahe an einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Mitte der Variation variiert (Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Variierungselement). Tatsächlich variiert die ECU 40 auf der Basis der Detektionsinformation auf dem O₂-Sensor 22 zwangsweise das Verbrennungs-A/F zwischen einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis so, daß das Abgas-A/F zwischen einem vorbestimmten fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem vorbestimmten mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis variiert.
2 stellt ein Flußdiagramm einer Regelungsroutine für eine Variationsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der Erfindung dar. Unter Bezugnahme auf dieses Flußdi agramm wird die erfindungsgemäße Variationsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nachstehend beschrieben.
Zuerst wird bei dem Schritt S10 die Menge des in den Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 strömenden CO detektiert. Hier wurde beispielsweise die Beziehung zwischen der Einlaßluftmenge, dem Verbrennungs-A/F und der einströmenden CO-Menge (der gespeicherten CO-Menge entsprechender Wert) in Voraus aus einem Experiment oder dgl. in der Form eines Kennfeldes erzielt, und die einströmende CO-Menge wird aus dem Kennfeld ausgelesen (CO-Mengen-Detektionseinrichtung).
Dann werden bei dem Schritt S12 auf der Basis der auf diese Weise erhaltenen einströmenden CO-Menge eine Variationsperiode für die Luft/Kraftstoff-Variationsregelung (A/F-Variationsperiode) und eine Variationsamplitude für die Luft/Kraftstoff-Variationsregelung (A/F-Variationsamplitude) geändert (Variationskennlinien-Veränderungselement). Insbesondere wird, wenn die einströmende CO-Menge größer ist, die A/F-Variationsperiode kürzer gemacht und die A/F-Variationsamplitude kleiner gemacht. Wenn die einströmende CO-Menge kleiner ist, wird die A/F-Variationsperiode länger gemacht und die A/F-Variationsamplitude größer gemacht. Tatsächlich wurde, wie es in 3 dargestellt ist, die Beziehung zwischen der A/F-Variationsperiode, der A/F-Variationsamplitude und der einströmenden CO-Menge im Voraus aus einem Experiment oder dgl. in der Form eines Kennfeldes erhalten, und die A/F-Variationsperiode und die A/F-Variationsamplitude werden aus dem Kennfeld abgelesen.
Bei dem Schritt S12 werden auf der Basis der einströmenden CO-Menge ferner ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einschaltdauer (A/F-Einschaltdauer), nämlich das Verhältnis einer Periode eines fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einer Periode eines mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis (umgekehrtes Zeitverhältnis) und ein Mittelwert-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Mittelwert-A/F) verändert (Variationskennlinien-Änderungselement). Um NO_x effizient umzuwandeln, ist es erwünscht, daß das Mittelwert-A/F ein um 1% oder mehr fetterer Wert sein sollte als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis was das Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrifft.
Wenn das Abgas-A/F zu einem fetten A/F aufgrund der Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung wird, kann, wenn die einströmende CO-Menge groß ist, die Menge des CO über der CO-Speicherkapazität der COSC des Dreiwege-Katalysatorkonverters 30 liegen, und CO kann ohne umgewandelt zu werden ausströmen. Somit werden hier die A/F-Variationsperiode, die A/F-Variationsamplitude, die A/F-Einschaltdauer und das Mittelwert-A/F auf der Basis der einströmenden CO-Menge verändert, um das Ausströmen von CO zu verhindern.
Da die Periode des fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, die Periode des mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und das fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis und das magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis, zwischen welchen das Abgas-A/F variieren sollte, auf diese Weise geeignet gemacht werden, wird insbesondere das Ausströmen von CO verhindert, so daß sich der CO-Umwandlungswirkungsgrad verbessert. Außerdem wird die Erzeugung von NO_x niedrig gehalten, wenn das Abgas-A/F ein mageres A/F-Verhältnis ist, so daß sich der NO_x Umwandlungswirkungsgrad verbessert. Somit verbessert sich der gesamte Wirkungsgrad der Abgasemissionsumwandlung.
In dem vorliegenden Falle werden die A/F-Variationsperiode, die A/F-Variationsamplitude, die A/F-Einschaltdauer und das Mittelwert-A/F auf der Basis der in den Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 strömenden CO-Menge verändert. Jedoch ist die Menge des in den Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 einströmenden O₂ für die Umwandlung des gespeicherten CO, wenn das Abgas-A/F ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, ein Wert, welcher mit der CO-Speicherkapazität der COSC (dem der gespeicherten CO-Menge entsprechenden Wert) korreliert. Somit können die A/F-Variationsperiode, die A/F-Variationsamplitude und dgl. auf der Basis der einströmenden O₂-Menge verändert werden. Insbesondere wird, wenn beispielsweise die einströmende O₂-Menge größer ist, die A/F-Variationsperiode kürzer gemacht und die A/F-Variationsamplitude kleiner gemacht. Wenn die einströmende O₂-Menge kleiner ist, werden die A/F-Variationsperiode länger und die A/F-Variationsamplitude größer gemacht. In diesem Falle wird die einströmende O₂-Menge beispielsweise auf der Basis von Einlaßluftmenge und Detektionsinformation aus dem O₂-Sensor 22 (O₂-Mengendetektionseinrichtung) berechnet. Alternativ kann ein Kennfeld, welches die Beziehung zwischen der A/F-Variationsperiode, der A/F-Variationsamplitude und der einströmenden O₂-Menge, wie es in 4 dargestellt ist, im Voraus erzeugt werden, so daß die A/F-Variationsperiode und die A/F-Variationsamplitude aus dem Kennfeld abgelesen werden können. Auch in diesem Falle wird nicht nur der Ausstrom von CO hinreichend verhindert, sondern auch die Erzeugung von NO_x niedrig gehalten, wenn das Abgas-A/F ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist. Somit verbessert sich der Gesamtwirkungsgrad der Abgasemissionsumwandlung.
Auch eine Katalysatortemperatur T_cat ist ein Wert, welcher mit der CO-Speicherkapazität der COSC (dem der gespeicherten CO-Menge entsprechenden Wert) korreliert. Somit können die A/F-Variationsperiode, die A/F-Variationsamplitude, die A/F-Einschaltdauer und das Mittelwert-A/F auf der Basis der Katalysatortemperatur T_cat geändert werden, die von dem Hochtemperatursensor 32 detektiert wird. Insbesondere ist, wenn der Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 eine niedrigere Katalysatortemperatur T_cat besitzt und weniger aktiv ist, die CO- Speicherkapazität niedriger. Somit wird beispielsweise, wenn die Katalysatortemperatur T_cat niedriger ist, die A/F-Variationsperiode kürzer und die A/F-Variationsamplitude kleiner gemacht. Wenn die Katalysatortemperatur T_cat höher ist, werden die A/F-Variationsperiode länger und die A/F-Variationsamplitude größer gemacht. Auch in diesem Falle kann ein die Beziehung zwischen der A/F-Variationsperiode, der A/F-Variationsamplitude und der Katalysatortemperatur T_cat darstellendes Kennfeld gemäß Darstellung in 5 im Voraus erzeugt werden, so daß die A/F-Variationsperiode und die A/F-Variationsamplitude aus dem Kennfeld abgelesen werden können. Obwohl in dem vorliegenden Falle die Katalysatortemperatur T_cat durch den Hochtemperatursensor 32 detektiert wird, kann die Katalysatortemperatur T_cat aus einer Abgastemperatur abgeschätzt werden, welche detektiert wird, oder aus einem Kennfeld abgelesen werden, welches im Voraus abhängig von dem Gaspedalwinkel, der Motordrehzahl Ne und dgl. erzeugt wird.
Ferner können die A/F-Variationsperiode, die A/F-Variationsamplitude, die A/F-Einschaltdauer und das Mittelwert-A/F auf der Basis einer Kombination dieser einströmenden CO-Menge, einströmenden O₂-Menge und Katalysatortemperatur T_cat geändert werden.
Obwohl in dem vorliegenden Falle die A/F-Variationsperiode, die A/F-Variationsamplitude, die A/F-Einschaltdauer und das Mittelwert-A/F geändert werden, kann es auch so eingerichtet werden, daß wenigstens eines von der A/F-Variationsperiode, der A/F-Variationsamplitude, dem A/F-Einschaltdauer und dem Mittelwert-A/F geändert wird.
Die CO-Speicherkapazität korreliert auch mit einer Abgasstromrate und dem Abgas-A/F. Somit können die A/F-Variationsperiode, die A/F-Variationsamplitude, die A/F-Einschaltdauer und das Mittelwert-A/F unter Berücksichtigung dieser Werte verändert werden.
Bei dem Schritt S14 wird die A/F-Variation auf der Basis der A/F-Variationsperiode, der A/F-Variationsamplitude, der A/F-Einschaltdauer und dem Mittelwert-A/F, welche in der vorstehend beschriebenen Weise ermittelt wurden, ausgeführt.
Somit wird in dem anstromseitigen Katalysatorabschnitt 30a, aufgrund des Vorhandenseins der HC-selektiven Oxidationskomponente und der niedrigen Kapazität der OSC, O₂ zu speichern, HC oxidiert und hinreichend zu CO oder CO₂ umgewandelt. Ferner wird, wenn das Abgas-A/F ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, CO durch die COSC gespeichert, so daß die Atmosphäre in dem anstromseitigen Katalysatorabschnitt 30a nahe an dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird. Wenn das Abgas-A/F zu einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird, wird CO hinreichend freigesetzt und reagiert mit O₂, so daß die Atmosphäre in den anstromseitigen Katalysatorabschnitt 30a in gleicher Weise nahe an dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis gehalten und CO und NO_x hinreichend umgewandelt werden.
In dem abstromseitigen Katalysator 30b wird, da die O₂-Speicherkapazität der OSC hoch ist, CO, welches aus der Oxidation von HC den anstromseitigen Katalysatorabschnitt 30a erzeugt wurde, durch die COSC hinreichend umgewandelt. Ferner wird, wenn das Abgas-A/F ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, O₂ gespeichert, so daß die Atmosphäre in dem abstromseitigen Katalysatorabschnitt 30b nahe an dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird. Wenn das Abgas-A/F zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird, wird O₂ hinreichend freigesetzt und reagiert mit CO, so daß die Atmosphäre in dem abstromseitigen Katalysatorabschnitt 30b ebenfalls nahe an dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, und insbesondere NO_x hinreichend umgewandelt wird.
Wie es vorstehend beschrieben ist, weist in der erfindungsgemäßen Abgasemissions-Regelungsvorrichtung der Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 eine HC-selektive Oxidationskomponente zum selektiven Oxidieren von HC anstelle von CO und eine CO-Speicherkomponente (COSC) zum Speichern von CO in einer reduzierenden Atmosphäre auf. Somit wird HC oxidiert und durch den Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 hinreichend zu CO oder CO₂ umgewandelt. Ferner wird in einem Betrieb bei fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors 1 CO in dem Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 durch die CO-Speicherkomponente gespeichert. In einem Betrieb des Motors 1 bei magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird das CO, welches in der CO-Speicherkomponente bei dem Betrieb im fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis gespeichert wurde, freigesetzt, so daß die Katalysatoratmosphäre zu einer Atmosphäre nahe an dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird und CO und NO_x durch den Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 hinreichend umgewandelt werden.
Insbesondere wird eine durch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Variierungselement bewirkte Kennlinie der Variation des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durch das Variationskennlinien-Veränderungselement abhängig von einem der gespeicherten CO-Menge entsprechenden Wert, welcher mit der CO-Speicherkapazität korreliert, verändert. Somit kann erreicht werden, daß CO innerhalb des Bereiches der CO-Speicherkapazität wiederholt gespeichert und freigesetzt wird, und somit die Ausgabe von CO und die Erzeugung von NO_x verhindert werden. Somit verbessert sich der Wirkungsgrad der Abgasemissionsumwandlung sicher.
Außerdem besitzt der Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 eine O₂-Speicherkomponente (OSC) zum Speichern von O₂ in einer oxidierenden Atmosphäre. Somit wird in einem Betrieb bei magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis O₂ in dem Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 durch die O₂-Speicherkomponente gespeichert und das CO, welches durch die CO-Speicherkomponente im Betrieb bei fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis gespeichert wurde, freigesetzt, so daß die katalytische Atmosphäre zu einer Atmosphäre nahe an dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird. Im Betrieb bei fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird CO in dem Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 durch die CO-Speicherkomponente gespeichert und O₂, welches durch die O₂-Speicherkomponente im Betrieb bei magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis gespeichert wurde, freigesetzt, so daß die Katalysatoratmosphäre in gleicher Weise zu einer Atmosphäre nahe an dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird. Somit werden CO und NO_x durch den Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 hinreichend umgewandelt.
Ferner ist die O2-Speicherkapazität der O₂-Speicherkomponente niedriger als die CO-Speicherkapazität der CO-Speicherkomponente. Somit wird selbst dann, wenn die Variationsregelung durch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Variierungselement durchgeführt wird, das Phänomen, daß CO anstelle von HC selektiv im Betrieb bei fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis umgewandelt wird, niedrig gehalten, so daß HC durch den Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 oxidiert und hinreichend zu CO oder CO₂ umgewandelt wird.
In dem Falle, in welchem die O₂-Speicherkapazität niedrig wie in diesem ist, tritt selbst dann, wenn eine Kraftstoffabschaltung durchgeführt wird, weil beispielsweise das Fahrzeug abbremst, und dann ein Betrieb bei fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach der Wiederaufnahme der Kraftstoffzufuhr durchgeführt wird, die Freigabe einer großen Menge von O₂ auf einmal nicht auf, weshalb die NO_x-Spitze verhindert wird. Somit verbessert sich der Wirkungsgrad der Abgasemissionsumwandlung nach all diesem.
Zusätzlich weist der Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 einen Abschnitt auf, in welchem die O₂-Speicherkapazität der O₂-Speicherkomponente niedrig ist, und einen Abschnitt, in welchem die O₂-Speicherkapazität der O₂-Speicherkomponente hoch ist. Somit wird in dem Abschnitt, in welchem die O₂-Speicherkapazität der O₂-Speicherkomponente niedrig ist, HC oxidiert und durch den Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 hinreichend zu CO oder CO₂ umgewandelt, während in dem Abschnitt, in welchem die O₂-Speicherkapazität der O₂-Speicherkomponente hoch ist, O₂ gespeichert und durch die O₂-Speicherkomponente hinreichend freigesetzt wird, so daß CO und NO_x hinreichend umgewandelt werden. Somit verbessert sich mit diesem einfachen Aufbau der Wirkungsgrad der Abgasemissionsumwandlung sicher.
In diesem Falle ist in diesem Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 der Abschnitt, in welchem die O₂-Speicherkapazität niedrig ist, anstromseitig von dem Abschnitt angeordnet, in welchem die O₂-Speicherkapazität hoch ist.
Daher in wird in dem anstromseitigen Abschnitt, in welchem die O₂-Speicherkapazität der O₂-Speicherkomponente niedrig ist, HC oxidiert und durch den Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 hinreichend zu CO oder CO₂ umgewandelt, und die Menge des während der Kraftstoffabschaltung gespeicherten O₂ ist gering. In dem abstromseitigen Abschnitt, in welchem die O₂-Speicherkapazität der O₂-Speicherkomponente hoch ist, wird O₂ durch die O₂-Speicherkomponente hinreichend gespeichert und freigesetzt, so daß CO einschließlich dem CO, in welches HC durch die Oxidation von NO_x umgewandelt wurde, wieder hinrei chend umgewandelt wird. Wenn die Kraftstoffzufuhr nach einer Kraftstoffabschaltung wieder aufgenommen wird, ist die Menge des von der Adsorption in dem Anstromabschnitt freigesetzten O₂ gering. Somit wird die Atmosphäre keine all zu sehr magere Atmosphäre, und die NO_x-Spitze wird gut verhindert. Somit verbessert sich mit diesem einfachen Aufbau der Wirkungsgrad der Abgasemissionsumwandlung sicher.
Ferner ist in diesem Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 die O₂-Speicherkapazität des Abschnitts, in welchem die O₂-Speicherkapazität niedrig ist, niedriger als die CO-Speicherkapazität der CO-Speicherkomponente, und die O₂-Speicherkapazität des Abschnitts, in welchem die O₂-Speicherkapazität hoch ist, ist gleich oder höher als die CO-Speicherkapazität der CO-Speicherkomponente.
Dadurch wird in dem anstromseitigen Abschnitt, in welchem die O₂-Speicherkapazität der O₂-Speicherkomponente niedrig ist, HC oxidiert und durch den Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 hinreichend zu CO oder CO₂ umgewandelt. In dem abstromseitigen Abschnitt, in welchem die O₂-Speicherkapazität der O₂-Speicherkomponente hoch ist, wird O₂ durch die O₂-Speicherkomponente hinreichender gespeichert und freigesetzt, so daß CO einschließlich dem CO, in welches HC durch Oxidation umgewandelt wurde, und NO_x hinreichender umgewandelt werden. Wenn die Kraftstoffzufuhr nach einer Kraftstoffabschaltung wieder aufgenommen wird, ist die Menge des aus der Absorption in dem anstromseitigen Abschnitt freigesetzten O₂ hinreichend klein, so daß die NO_x Spitze besser verhindert wird.
In diesem Falle wird ein anstromseitiger Katalysatorabschnitt 30a, in welchem die O₂-Speicherkapazität der OSC niedriger als die CO-Speicherkapazität der COSC ist, an dessen anstromseitiger Seite vorgesehen. Somit kann in dem anstromseitigen Katalysatorabschnitt 30a HC sicher oxidiert und zu CO und CO₂, ohne Verringerung des HC Umwandlungswirkungsgrades, oxidiert und umgewandelt werden. Durch die Durchführung der A/F-Variationsregelung innerhalb des Bereichs der CO-Speicherkapazität kann CO hinreichend ohne Ausstrom von CO gespeichert und freigesetzt werden, kann die Katalysatoratmosphäre nahe an dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis gehalten und CO und NO_x hinreichend umgewandelt werden. Und abstromseitig von dem anstromseitigen Katalysatorabschnitt 30a wird ein abstromseitiger Katalysatorabschnitt 30b angeordnet, in welchem die O₂-Speicherkapazität der OSC hoch ist. Somit kann O₂ hinreichend gespeichert und freigesetzt werden, die Katalysatoratmosphäre hinreichender nahe an dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis gehalten und CO und NO_x sicher umgewandelt werden. Somit kann der Wirkungsgrad der Abgasemissionsumwandlung des Dreiwege-Katalysatorkonverters 30 sicher verbessert werden.
Wenn eine Kraftstoffabschaltung ausgeführt wird, wird nur Luft aus einem Zylinder ausgegeben, zu welchem die Kraftstoffzufuhr gestoppt wurde. Somit wird normalerweise eine große Menge O₂ durch die OSC gespeichert. Wenn die Zuführung von Kraftstoff wieder aufgenommen wird und das Abgas-A/F ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis annimmt, wird O₂, welches gespeichert worden ist, auf einmal freigesetzt. Somit kann die Katalysatoratmosphäre kurzzeitig ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis annehmen, und eine sogenannte NO_x-Spitze, nämlich die Erzeugung einer großen Menge von NO_x kann stattfinden. Jedoch wird in dem Falle, in welchem der anstromseitige Katalysatorabschnitt 30a, in welchem die O₂-Speicherkapazität der OSC niedriger als die CO-Speicherkapazität der COSC ist, wie in der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, selbst dann, wenn das Abgas-A/F ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufgrund der Wiederaufnahme der Kraftstoffzuführung wird, das Phänomen, daß die Katalysatoratmosphäre ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis kurzzeitig annimmt, hinreichend verhindert, da die Menge des gespeicherten O₂ klein ist. Demzufolge wird die NO_x Spitze sicher verhindert. Somit kann der Wirkungsgrad der Abgasemissionsumwandlung des Dreiwege-Katalysatorkonverters 30 insgesamt sicher verbessert werden.
Außerdem wird wenigstens eines von einer Variationsperiode einer Variationsamplitude, einem Umkehrzeitverhältnis, und einem Mittelwert-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, abhängig von dem der gespeicherten CO-Menge entsprechenden Wert, welcher mit einer Menge des durch die CO-Speicherkomponente gespeicherten CO korreliert, verändert.
Dadurch ist leicht zu erreichen, daß CO innerhalb des Bereichs der CO-Speicherkapazität gespeichert und freigesetzt wird. Somit kann die Ausgabe von CO und die Erzeugung von NO_x verhindert werden, und der Wirkungsgrad der Abgasemissionsumwandlung kann sicher verbessert werden.
In diesem Falle wird das Mittelwertkraftstoff-Verhältnis auf einen besseren Wert als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis verändert.
Dadurch kann NO_x effizienter umgewandelt werden.
Zusätzlich wird die Variationsperiode kürzer oder die Variationsamplitude kleiner gemacht, wenn die Menge des durch die CO-Speicherkomponente gespeicherten CO größer ist, und die Variationsperiode wird länger oder die Variationsamplitude größer gemacht, wenn die Menge des durch die CO-Speicherkomponente gespeicherten CO kleiner ist.
Dadurch kann erreicht werden, daß CO innerhalb des Bereichs der CO-Speicherkapazität hinreichend gespeichert und freigesetzt werden kann. Somit kann die Abgabe von CO und die Erzeugung von NO_x verhindert und der Wirkungsgrad der Abgasemissionsumwandlung sicher verbessert werden.
Ferner ist der der gespeicherten CO-Menge entsprechende Wert eine Menge des in den Dreiwege-Katalysatorkonverter einströmenden CO. In diesem Falle wird die Variationsperiode kürzer oder die Variationsamplitude kleiner gemacht, wenn die Menge des in den Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 einströmenden CO größer ist, und die Variationsperiode wird länger oder die Variationsamplitude größer gemacht, wenn die Menge des in den Dreiwegekatalysator 30 einströmenden CO kleiner ist.
Dadurch kann auf der Basis der Menge des einströmenden CO, welche ein der der gespeicherten CO-Menge entsprechender Wert ist, leicht abgeschätzt werden, daß die Menge des CO, welche gespeichert werden sollte, außerhalb des Bereichs der CO-Speicherkapazität liegt. Indem die Variationsperiode kürzer oder die Variationsamplitude kleiner gemacht wird, wenn die Menge des einströmenden CO größer ist, kann leicht erreicht werden, daß CO innerhalb des Bereichs der CO-Speicherkapazität gespeichert und freigesetzt wird. Somit kann die Ausgabe von CO und die Erzeugung von NO_x verhindert werden, und der Wirkungsgrad der Abgasemissionsumwandlung kann sicher verbessert werden.
Ferner ist der der gespeicherten CO-Menge entsprechende Wert eine Menge des in dem Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 strömenden O₂. In diesem Falle wird die Variationsperiode kürzer oder die Variationsamplitude kleiner gemacht, wenn die in den Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 strömende Menge an O₂ größer ist, und die Variationsperiode wird länger oder die Variationsamplitude größer gemacht, wenn die Menge des in den Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 strömenden O₂ kleiner ist.
Dadurch kann auf der Basis der Menge des einströmenden O₂, welche ein der gespeicherten CO-Menge entsprechender Wert ist, leicht abgeschätzt werden, daß die Menge des CO, welche gespeichert werden sollte, außerhalb des Bereichs der CO-Speicherkapazität liegt. Indem die Variationsperiode kürzer oder die Variationsamplitude kleiner gemacht wird, wenn die Menge des einströmenden O₂ größer ist, kann leicht erreicht werden, daß CO innerhalb des Bereichs der CO-Speicherkapazität gespeichert und freigesetzt wird. Somit kann die Abgabe von CO und die Erzeugung von NO_x verhindert werden, und der Wirkungsgrad der Abgasemissionsumwandlung kann sicher verbessert werden.
Ferner ist der der gespeicherten CO-Menge entsprechende Wert eine Temperatur des Dreiwege-Katalysatorkonverters 30. In diesem Falle wird die Variationsperiode kürzer oder die Variationsamplitude kleiner gemacht, wenn die Temperatur des Dreiwege-Katalysatorkonverters 30 niedriger ist, und die Variationsperiode wird länger oder die Variationsamplitude größer gemacht, wenn die Temperatur des Dreiwegekatalysators 30 höher ist.
Dadurch kann auf der Basis der Temperatur des Dreiwege-Katalysatorkonverters, welche ein der gespeicherten CO-Menge entsprechender Wert ist, leicht abgeschätzt werden, daß die Menge des CO, welche gespeichert werden sollte, außerhalb des Bereichs der CO-Speicherkapazität liegt. Indem die Variationsperiode kürzer oder die Variationsamplitude kleiner gemacht wird, wenn die Temperatur des Dreiwege-Katalysatorkonverters niedriger ist, kann leicht erreicht werden, daß CO innerhalb des Bereichs der CO-Speicherkapazität gespeichert und freigesetzt wird. Somit kann die Abgabe von CO und die Erzeugung von NO_x verhindert werden, und der Wirkungsgrad der Abgasemissionsumwandlung kann sicher verbessert werden.
Obwohl eine Ausführungsform der Erfindung bis hierher beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt.
Beispielsweise ist in der beschriebenen Ausführung der Dreiwege-Katalysatorkonverter 30 so angeordnet, daß der anstromseitige Katalysatorabschnitt 30a und der abstromseitige Katalysatorabschnitt 30b getrennte Katalysatorträger besitzen. Jedoch können der anstromseitige Katalysatorabschnitt 30a und der abstromseitige Katalysatorabschnitt 30b nur einen Katalysatorträger gemeinsam nutzen.
Ferner sind in der beschriebenen Ausführungsform sowohl der anstromseitige Katalysatorabschnitt 30a, in welchem die O₂-Speicherkapazität der OSC niedriger als die CO-Speicherkapazität der COSC ist, und der abstromseitige Katalysatorabschnitt 30b, in welchem die O₂-Speicherkapazität der OSC hoch ist, vorgesehen. Jedoch kann der Dreiwege-Katalysatorkonverter nur einen Abschnitt aufweisen, in welchem die O₂-Speicherkapazität der OSC niedrig ist (dieses beinhaltet den Fall, in welchem keine OSC enthalten ist). Auch in diesem Fall kann die Erfindung ihre Effekte hinreichend enthalten.
Ferner ist in der beschriebenen Ausführungsform der Katalysatorabschnitt, in welchem die O₂-Speicherkapazität der OSC niedriger als die CO-Speicherkapazität der COSC ist (dieses umfaßt den Fall, in welchem keine OSC enthalten ist), anstromseitig angeordnet, und der Katalysatorabschnitt, in welchem die O₂-Speicherkapazität der OSC hoch ist, ist abstromseitig angeordnet. Jedoch kann die Erfindung auch dann, wenn die Positionen dieser zwei Abschnitte umgekehrt sind, ihre Effekte hinreichend zeigen. Um nur die NO_x-Spitze aufgrund der Wiederaufnahme der Kraftstoffzufuhr nach einer Kraftstoffabschaltung zu verhindern, ist es effektiver, einen Katalysatorabschnitt, in welchem die O₂-Speicherkapazität der OSC niedrig ist, auf der anstromseitigen Seite, wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform anzuordnen.
Ferner wird in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eine Variationskennlinie abhängig von einem von der einströmenden CO-Menge, der einströmenden O₂-Menge und der Katalysatortemperatur T_cat, welche der gespeicherten CO-Menge entsprechende Werte sind, verändert, so daß die Menge des CO innerhalb des Bereichs der CO-Speicherkapazität liegt. Wenn die Menge des CO innerhalb des Bereichs der CO-Speicherkapazität liegt, ist der Umwandlungswirkungsgrad hoch. Daher können gleiche Effekte erzeugt werden, wenn eine Variationskennlinie mit dem Ziel der Vergrößerung des Umwandlungswirkungsgrades verändert wird. In diesem Falle kann beispielsweise eine im Voraus zum Erhöhen des Umwandlungswirkungsgrad gewählte Variationskennlinie verwendet werden. Alternativ kann eine Variationskennlinie abhängig von einem Parameter geändert werden, welcher mit dem Umwandlungswirkungsgrad korreliert (beispielsweise die Amplitude des Ausgangssignals des O₂-Sensors, der abstromseitig von dem Katalysatorkonverter angeordnet ist).
Ferner kann, obwohl in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein Zylindereinspritz-Benzinmotor mit Funkenzündung als der Motor 1 verwendet wird, der Motor auch ein Ansaugkrümmereinspritz-Benzinmotor oder ein Dieselmotor sein.

Claims

Abgasemissions-Regelungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors, aufweisend einen in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors (1) angeordneten Dreiwege-Katalysatorkonverter (30), und ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Variierungselement, um zwangsweise ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines in den Dreiwege-Katalysatorkonverter strömenden Abgases zwischen einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu verändern, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasemissions-Regelungsvorrichtung ferner ein Variationskennlinien-Veränderungselement zum Verändern einer Kennlinie der Variation des von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Variierungselement bewirkten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses aufweist, der Dreiwege-Katalysatorkonverter eine HC-selektive Oxidationskomponente zum selektiven Oxidieren von HC anstelle von CO besitzt, und eine CO-Speicherkomponente zum Speichern von CO in einer reduzierenden Atmosphäre, und das Variationskennlinien-Veränderungselement eine Kennlinie der Variation abhängig von einem der gespeicherten CO-Menge entsprechenden Wert verändert, welcher mit einer Menge des durch die CO-Speicherkomponente des Dreiwege-Katalysatorkonverter gespeicherten CO korreliert.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreiwege-Katalysatorkonverter (30) eine O₂-Speicherkomponente zum Speichern von O₂ in einer oxidierenden Atmosphäre aufweist.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die O₂-Speicherkapazität der O₂-Speicherkomponente niedriger als die CO-Speicherkapazität der CO-Speicherkomponente ist.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreiwege-Katalysatorkonverter (30) einen Abschnitt (30a) aufweist, in welchem die O₂-Speicherkapazität der O₂-Speicherkomponente niedrig ist, und einen Abschnitt (30b), in welchem die O₂-Speicherkapazität der O₂-Speicherkomponente hoch ist.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Dreiwege-Katalysatorkonverter (30) der Abschnitt, in welchem die O₂-Speicherkapazität niedrig ist, anstromseitig von dem Abschnitt angeordnet ist, in welchem die O₂-Speicherkapazität hoch ist.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Dreiwege-Katalysatorkonverter (30) die O₂-Speicherkapazität des Abschnitts (30a), in welchem die O₂-Speicherkapazität niedrig ist, geringer als die CO-Speicherkapazität der CO-Speicherkomponente ist und die O₂-Speicherkapazität des Abschnitts (30b), in welchem die O₂-Speicherkomponente hoch ist, gleich oder größer als die CO-Speicherkapazität der CO-Speicherkomponente ist.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Variationskennlinien-Veränderungselement wenigstens eines von einer Variationsperiode, einer Variationsamplitude, eines Umkehrzeitverhältnisses und eines Mittelwert-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (S12) verändert.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Variationskennlinien-Änderungselement das Mittelwert-Luft/Kraftstoff-Verhältnis verändert, daß es ein Wert ist, der fet ter als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Variationskennlinien-Veränderungselement die Variationsperiode kürzer macht oder die Variationsamplitude kleiner macht, wenn die Menge des durch die CO-Speicherkomponente gespeicherten CO größer ist, und die Variationsperiode länger macht oder die Variationsamplitude größer macht, wenn die Menge des durch die CO-Speicherkomponente gespeicherten CO kleiner ist.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der der gespeicherten CO-Menge entsprechende Wert eine Menge des in den Dreiwege-Katalysatorkonverter (30) einströmenden CO ist, und das Variationskennlinien-Veränderungselement die Variationsperiode kürzer macht oder die Variationsamplitude kleiner macht, wenn die Menge des in den Dreiwege-Katalysatorkonverter einströmenden CO größer ist, und die Variationsperiode länger macht oder die Variationsamplitude größer macht, wenn die Menge des in den Dreiwege-Katalysatorkonverter einströmenden CO kleiner ist.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der der gespeicherten CO-Menge entsprechende Wert eine Menge des in den Dreiwege-Katalysatorkonverter (30) einströmenden O₂ ist, und das Variationskennlinien-Veränderungselement die Variationsperiode kürzer macht oder die Variationsamplitude kleiner macht, wenn die Menge des in den Dreiwege-Katalysatorkonverter einströmenden O₂ größer ist, und die Variationsperiode länger macht oder die Variationsamplitude größer macht, wenn die Menge des in den Dreiwege-Katalysatorkonverter einströmenden O₂ kleiner ist.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der der gespeicherten CO-Menge entsprechende Wert eine Temperatur des Dreiwege-Katalysatorkonverter (30) ist, und das Variationskennlinien-Veränderungselement die Variationsperiode kürzer macht oder die Variationsamplitude kleiner macht, wenn die Temperatur des Dreiwege-Katalysatorkonverter (30) niedriger ist, und die Variationsperiode länger macht oder die Variationsamplitude größer macht, wenn die Temperatur des Dreiwege-Katalysatorkonverter (30) höher ist.