DE10394202B4

DE10394202B4 - Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE10394202B4
Application number: DE10394202T
Authority: DE
Inventors: Yasuki Tamura; Kazuhito Kawashima; Hitoshi Toda
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2023-10-18
Also published as: US20070000482A1; US7275364B2; WO2004085819A1; JPWO2004085819A1; DE10394202T5; JP4328968B2

Abstract

Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, aufweisend:
einen in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors vorgesehenen Katalysator (30),
ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Zwangsmodulationselement, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator strömenden Abgases zwischen einem mageren Luft/
Kraftstoff-Verhältnis, das magerer als ein Soll-Mittelwert-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, und einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das fetter als das Soll-Mittelwert-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, mit einer spezifischen Periode, einer spezifischen Amplitude, einem spezifischen Modulationsverhältnis und einer spezifischen Wellenform zwangsweise zu modulieren,
einen nicht-linearen Sauerstoffsensor (22, 220), der in dem Abgaskanal zum Detektieren der Sauerstoffkonzentration des Abgases und für die Lieferung eines der detektierten Sauerstoffkonzentration entsprechenden Signals vorgesehen ist,
ein Zeitverhältnis-Berechnungselement, um das Verhältnis einer Zeit, für welche das Ausgangssignal des nichtlinearen Sauerstoffsensors (22, 220) größer als ein zwischen den maximalen und minimalen Werten des Ausgangssignals festgelegter Standardwert ist, oder einer Zeit, für welche das Ausgangssignal des nicht-linearen Sauerstoffsensors (22, 220) kleiner als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, in einer vorbestimmten Zeitperiode, oder einen...

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren und insbesondere eine Technik zum Verbessern der Reinigungsleistung eines katalytischen Konverters bzw. Katalysators durch Zwangsmodulation des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases.

Hintergrundtechnik

Ein Dreiwegekatalysator zur Abgasreinigung, der ein Edelmetall, wie z.B. Platin (Pt) oder dergleichen, verwendet, besitzt eine beträchtliche Kapazität zur Speicherung von Sauerstoff (O₂). Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist (oxidierende Atmosphäre), speichert es O₂ und unterdrückt dadurch die Erzeugung von NO_x, und wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett ist (reduzierende Atmosphäre), gibt es das gespeicherte O₂ ab und beschleunigt dadurch die Oxidation von HC und CO. Dadurch verbessert sich die Abgasreinigungsleistung.

Somit wurden in den letzten Jahren Fahrzeuge entwickelt und praktisch eingesetzt, in welchen die Verbesserung in der Abgasreinigungsreinigungsleistung des Dreiwegekatalysators durch zwangsweises Modulieren des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases zwischen einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis beabsichtigt ist, indem beispielsweise das Luft/Kraftstoff-Ver hältnis in der Brennkammer des Verbrennungsmotors zwischen einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das magerer als ein spezifisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis (beispielsweise stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis) ist und einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das fetter als das spezifische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, mit einer spezifischen Periode und einer spezifischen Amplitude umgeschaltet wird.

Ferner wurde eine Vorrichtung entwickelt, in welcher die Verbesserung der Zwangsmodulationsregelung beabsichtigt ist, indem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (bezeichnet als das "Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis") durch einen Abgassensor während der Zwangsmodulation überwacht wird und eine Rückkopplungsregelung so ausgeführt wird, dass das Ist-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit einem Soll-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt (siehe Ungeprüfte Japanische Patentanmeldung Nr. hei 10-131790 bzw. JP 10 131 790 A bzw. US 60 03 308 ).

Als Abgassensoren für die Detektion des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ist ein Weitbereichs-Luft/Kraftstoff-Sensor (beispielsweise ein linearer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (LAFS)) und ein Sauerstoffsensor (O₂-Sensor) bekannt. Jedoch ist es, wie es in dem vorstehend erwähnten Patentdokument offenbart ist, um eine Rückkopplungsregelung so auszuführen, dass das Ist-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit einem Soll-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt, erforderlich, das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis über einen weiten Bereich genau zu detektieren. Somit wird im Allgemeinen der Weitbereichs-Luft/Kraftstoff-Sensor dazu verwendet, das Ist-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu detektieren.

Obwohl der Weitbereichs-Luft/Kraftstoff-Sensor einen weiten Bereich von Luft/Kraftstoff-Verhältnissen detektieren kann, weist er einen Nachteil auf, dass seine Kosten sehr hoch sind. Somit ist er nicht praxisgerecht.

Dagegen ist der Sauerstoffsensor kostengünstig und daher für einen allgemeinen häufigen Einsatz sehr vorteilhaft. Er besitzt jedoch eine nicht-lineare Ausgangssignalkennlinie bezüglich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, so dass der Bereich detektierbarer Luft/Kraftstoff-Verhältnisse klein ist. Somit liegt ein Problem dahingehend vor, dass, wenn die Zwangsmodulationsamplitude erhöht wird, um die Abgasreinigungsleistung zu verbessern, das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis den Bereich der durch den Sauerstoffsensor detektierbaren Luft/Kraftstoff-Verhältnisse überschreitet, so dass das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht genau auf der Basis des Ausgangssignals aus dem Sauerstoffsensor detektiert werden kann.

Die nach veröffentlichte DE 102 06 675 C1 beschreibt ein Verfahren zur Zwangsanregung bei einer Lambdaregelung mit einer linearen Sauerstoffsonde.

Die DE 198 44 994 C2 beschreibt ein Verfahren zur Diagnose einer stetigen Lambdasonde. Das Ausgangssignal der Lambdasonde dient als Eingangsgröße eines Lambdaregelungskreises, wobei einem geforderten Wert für ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis periodische Zwangsanregungen mit vorgegebener Frequenz und Amplitude überlagert werden.

Gemäß der US-A-6 003 308 wird eine Kontrollvorrichtung für ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis so gesteuert, dass die Periode der Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses verkürzt wird, wenn eine Verschlechterung der Reinigungsfunktion festgestellt wird.

Offenbarung der Erfindung

Die Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren, in welcher die Abgasreinigungsleistung durch Verbesserung der Regelungsgenauigkeit des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in der Zwangsmodulation des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses unter Verwendung eines preiswerten Abgassensors verbessert wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dieser Erfindung weist auf: einen in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors vorgesehenen Katalysator; ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Zwangsmodulationselement, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator strömenden Abgases zwischen einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das magerer als ein Soll-Mittelwert-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, und einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das fetter als das Soll-Mittelwert-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, mit einer spezifischen Periode, einer spezifischen Amplitude, einem spezifischen Modulationsverhältnis und einer spezifischen Wellenform zwangsweise zu modulieren; einen nicht-linearen Sauerstoffsensor, der in dem Abgaskanal zum Detektieren der Sauerstoffkonzentration des Abgases und für die Lieferung eines der detektierten Sauerstoffkonzentration entsprechenden Signals vorgesehen ist und der im Folgenden als Sauerstoffsensor bezeichnet ist; ein Zeitverhältnis-Berechnungselement, um das Verhältnis einer Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors größer als ein zwischen den maximalen und minimalen Werten des Ausgangssignals festgelegter Standardwert ist ("Fett"-Ausgangssignal), oder einer Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors kleiner als der Standardwert für das Ausgangssignal ist ("Mager"-Ausgangssignalzeit), in einer vorbestimmten Zeitperiode, oder einen mit diesem Verhältnis korrelierenden Wert zu erhalten; und ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einstellelement, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases während der Zwangsmodulation auf der Basis des durch das Zeitverhältnis-Berechnungselement erhaltenen Verhältnisses oder des mit dem Verhältnis korrelierenden Wertes einzustellen, wobei die Modulationsperiode gleich oder kürzer als eine maximale Periode festgelegt ist, welche sicherstellt, dass das auf der Basis des Ausgangssignals des nicht-linearen Sauerstoffsensors zu detektierende Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht den oberen oder unteren Grenzwert eines von dem Sauerstoffsensor detektierbaren Bereichs von Luft/Kraftstoff-Verhältnissen erreicht.

Insbesondere wird in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dieser Erfindung eine Verbesserung in der Abgasreinigungsleistung beabsichtigt, indem die Sauerstoffspeicherungsfunktion des Katalysators in einer Weise genutzt wird, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Zwangsmodulationselement zwangsweise das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwischen einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit einer spezifischen Periode, einer spezifischen Amplitude und einer spezifischen Wellenform moduliert. Während der Zwangsmodulation erhält das Zeitverhältnis-Berechnungselement das Verhältnis einer Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors größer als ein zwi schen den maximalen und minimalen Werten des Ausgangssignals festgelegter Standardwert für das Ausgangssignal ist oder eine Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors kleiner als der Standardwert für das Ausgangssignal in einer vorbestimmten Zeitperiode ist, oder einen mit diesem Verhältnis korrelierenden Wert. Auf der Basis dieses Verhältnisses oder des mit diesem Verhältnis korrelierenden Wertes wird das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis während der Zwangsmodulation korrekt durch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einstellelement eingestellt.

Im Allgemeinen weist der Sauerstoffsensor eine Ansprechverzögerung auf. Demzufolge neigt in der Zwangsmodulation, wenn das Ist-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis tatsächlich unter Beschreibung einer Rechteckwelle variiert, das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors beispielsweise dazu, unter Beschreibung einer leicht gekrümmten (nicht quadratischen) Welle in einer verzögerten Weise zu variieren. Somit ändern sich, vorausgesetzt, dass der Standardwert für das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors zwischen den maximalen und minimalen Werten seines Ausgangssignal festgelegt ist, wenn das Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von einem Soll-Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis während der Zwangsmodulation abweicht, und sich die (als "Ausgangssignalwelle" bezeichnete) Welle, welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors beschreibt entlang der das Ausgangssignal (in der vertikalen Richtung) darstellenden Achse insgesamt verschiebt, die Zeitpunkte, an welchen die Ausgangssignalwelle, die den Standardwert repräsentierende Linie schneidet. Demzufolge ändert sich das Verhältnis der Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors größer als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, oder der Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors kleiner als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, in einer vorbestimm ten Zeitperiode (beispielsweise der Periode der Zwangsmodulation), oder der mit dem Verhältnis korrelierende Wert. Dieses auf der Ansprechverzögerung beruhende Merkmal kann umgekehrt genutzt werden. Insbesondere kann durch Detektion der Veränderung des vorstehend erwähnten Zeitverhältnisses oder des mit dem Zeitverhältnis korrelierenden Wertes leicht detektiert werden, wie viel sich die Sauerstoffsensor-Ausgangssignalwelle entlang der das Ausgangssignal repräsentierenden Achse verschoben hat, und daher wie viel das Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem Soll-Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis abgewichen ist. Auf der Basis des Betrags, um welchen sich die Sauerstoffsensor-Ausgangssignalwelle verschoben hat, oder des Betrags, um welchen das Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem Soll-Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis abgewichen ist, kann das Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das Soll-Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrekt eingestellt werden.

Demzufolge kann, obwohl der preiswerte Abgassensor verwendet wird, die Regelungsgenauigkeit des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in der Zwangsmodulation verbessert werden und daher die Abgasreinigungsleistung des Katalysators verbessert werden.

Die vorstehend erwähnte vorbestimmte Zeitperiode ist erwünschtermaßen ein ganzzahliges Vielfaches der Modulationsperiode.

Das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors variiert periodisch gemäß der Modulationsperiode. Somit ist, wenn die vorbestimmte Zeitperiode die Periode der Zwangsmodulation oder ein ganzzahliges Vielfaches der Modulationsperiode ist, das Verhältnis der Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors größer als der Standardwert für das Ausgangssi gnal ist, oder die Zeit, für welche es kleiner als der Standardwert ist bezogen auf eine derartige Zeitperiode zuverlässig und der mit einem derartigen Verhältnis korrelierende Wert ist ebenfalls zuverlässig. Auf der Basis eines derartigen zuverlässigen Verhältnisses oder korrelierenden Wertes kann genau detektiert werden, wie viel sich das Sauerstoffsensor-Ausgangssignal entlang der das Ausgangssignal repräsentierenden Achse verschoben hat, und wie viel das Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem Soll-Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis abgewichen ist. Somit kann das Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrekt auf das Soll-Mittelwert-Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt werden.

Demzufolge kann die Regelungsgenauigkeit des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in der Zwangsmodulation wie gewünscht verbessert werden.

Es ist erwünscht, dass die Modulationsperiode gleich oder kürzer als eine maximale Periode festegelegt wird, was sicherstellt, dass das auf der Basis des Ausgangssignals des Sauerstoffsensors zu detektierende Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht den oberen und unteren Grenzwert eines Bereichs von durch den Sauerstoffsensor detektierbaren Luft/Kraftstoff-Verhältnissen erreicht.

Wenn das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis den Bereich der durch den Sauerstoffsensor detektierbaren Luft/Kraftstoff-Verhältnisse überschreitet, bildet das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors Plateaus, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht genau detektiert werden kann. Jedoch neigt das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors während der Zwangsmodulation aufgrund der Ansprechverzögerung dazu, einen kleineren Wert als das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzuzeigen. Somit kann unter der Voraussetzung, dass die Modulationsperiode kurz genug gemacht wird, um sicherzustellen, dass das auf der Basis des Ausgangssignals des Sauerstoffsensors zu detektierende Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht den oberen und unteren Grenzwert des Bereichs der durch den Sauerstoffsensor detektierbaren Luft/Kraftstoff-Verhältnisse erreicht, das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis selbst durch den Sauerstoffsensor korrekt detektiert werden, so dass das Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß diesem wahren Wert korrekt eingestellt werden kann.

Insbesondere kann, da die Veränderung des Zeitverhältnisses oder des diesem Zeitverhältnis korrelierenden Wertes genauer detektiert werden kann, das Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis genauer auf das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt werden. Somit kann, obwohl der preiswerte Abgassensor verwendet wird, die Regelungsgenauigkeit des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in der Zwangsmodulation weiter verbessert werden.

Es ist erwünscht, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Zwangsmodulationselement die Zwangsmodulation so ausführt, dass das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors unter Durchlaufen eines Umschaltpunktes einer Ausgangssignal-Kennlinie des Sauerstoffsensors variiert.

In diesem Falle ist es erwünscht, dass der Standardwert für das Ausgangssignal auf einen Ausgangssignalwert bei dem Umschaltpunkt oder in der Nähe des Umschaltpunktes festgelegt ist.

Insbesondere ist, obwohl das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors aufgrund von Alterung oder dergleichen variieren kann, der Grad einer derartigen Variation aufgrund von Alterung oder dergleichen in der Nähe des Umschaltpunktes (Wendepunkt) der Ausgangssignalkennlinie des Sauerstoffsensors am kleinsten. Somit kann durch Festlegen des Standardwertes für das Ausgangssignal auf einen Ausgangssignalwert in der Nähe des Umschaltpunktes, das Verhältnis der Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors größer als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, oder der Zeit, für welche es kleiner als der Standardwert für das Ausgangssignal in der vorbestimmten Zeitperiode ist, oder der mit dem Verhältnis korrelierende Wert immer korrekt erhalten werden.

Wie es vorstehend erwähnt wurde, weist der Sauerstoffsensor eine Ansprechverzögerung auf. Somit kann beispielsweise, wenn die Periode der Zwangsmodulation zu kurz ist, das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors in einem Bereich variieren, der nicht den Umschaltpunkt der Ausgangssignalkennlinie des Sauerstoffsensors enthält. Wenn jedoch die Periode der Zwangsmodulation gleich oder länger als eine minimale Periode festgelegt wird, welche sicherstellt, dass das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors unter Durchlaufen des Umschaltpunktes variiert, variiert das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors unter Durchlaufen des Umschaltpunktes. In diesem Falle kann, wenn der Standardwert für das Ausgangssignal auf einen Ausgangssignalwert in der Nähe des Umschaltpunktes festgelegt wird, das Zeitverhältnis oder der mit dem Zeitverhältnis korrelierende Wert immer korrekt erhalten werden.

Es ist erwünscht, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einstellelement das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases während der Zwangsmodulation auf der Basis einer durch das Zeitverhältnis-Berechnungselement erhaltenen Differenz zwischen dem Verhältnis oder des mit dem Verhältnis korrelierenden Wertes und einen Standardwert für das Verhältnis einstellt.

Insbesondere kann durch Detektieren der Differenz zwischen dem Zeitverhältnis oder des mit dem Zeitverhältnis korrelierenden Wertes und dem Standardwert für das Verhältnis leicht detektiert werden, wie viel sich die Sauerstoffsensor-Ausgangssignalwelle entlang der das Ausgangssignal repräsentierenden Achse verschoben hat, und daher, wie viel das Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem Soll-Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis abgewichen ist. Auf der Basis dieser Differenz zwischen dem Zeitverhältnis oder des mit dem Zeitverhältnis korrelierenden Wertes und dem Standardwert für das Verhältnis kann das Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrekt auf das Soll-Mittelwert-Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt werden.

Es ist erwünscht, dass der mit dem Verhältnis korrelierende Wert erhalten wird, wenn das Verhältnis größer als der Standardwert für das Verhältnis ist, indem das Verhältnis in einer solchen Weise korrigiert wird, dass das Verhältnis stärker erhöht wird, wenn die Modulationsperiode länger ist, und stärker verringert wird, wenn die Modulationsperiode kürzer ist, und wenn das Verhältnis kleiner als der Standardwert für das Verhältnis ist, das Verhältnis in einer solchen Weise korrigiert wird, dass das Verhältnis stärker verringert wird, wenn die Modulationsperiode länger ist, und stärker erhöht wird, wenn die Modulationsperiode kürzer ist.

Ferner ist es erwünscht, dass der mit dem Verhältnis korrelierende Wert erhalten wird, wenn das Verhältnis größer als der Standardwert für das Verhältnis ist, indem das Verhältnis in einer solchen Weise korrigiert wird, dass das Verhältnis stärker erhöht wird, wenn die Modulationsamplitude größer ist und stärker verringert wird, wenn die Modulationsamplitude kleiner ist, und wenn das Verhältnis kleiner als der Standardwert für das Verhältnis ist, das Verhältnis in einer solchen Weise korrigiert wird, dass das Verhältnis stärker verringert wird, wenn die Modulationsamplitude größer ist, und stärker erhöht wird, wenn die Modulationsamplitude kleiner ist.

Ferner ist es erwünscht, dass der mit dem Verhältnis korrelierende Wert erhalten wird, wenn das Verhältnis größer als der Standardwert für das Verhältnis ist, indem das Verhältnis in einer solchen Weise korrigiert wird, dass das Verhältnis stärker erhöht wird, wenn die Modulationswellenform einer Rechteckwelle näher kommt und stärker verringert wird, wenn die Modulationswellenform weiter von der Rechteckwelle abweicht, und wenn das Verhältnis kleiner als der Standardwert für das Verhältnis ist, das Verhältnis in einer solchen Weise korrigiert wird, dass das Verhältnis stärker verringert wird, wenn die Modulationswellenform einer Rechteckwelle näher kommt, und stärker erhöht wird, wenn die Modulationswellenform weiter von der Rechteckwelle abweicht.

Ferner ist es erwünscht, dass die Abgasreinigungsvorrichtung ferner ein Drehzahl-Detektionselement zum Detektieren der Drehzahl des Verbrennungsmotors aufweist, und dass der mit dem Verhältnis korrelierende Wert erhalten werden kann, wenn das Verhältnis größer als der Standardwert für das Verhältnis ist, indem das Verhältnis in einer solchen Weise korrigiert wird, dass das Verhältnis stärker erhöht wird, wenn die von dem Drehzahl-Detektionselement detektierte Drehzahl des Verbrennungsmotors höher ist und stärker verringert wird, wenn die Drehzahl niedriger ist, und wenn das Verhältnis kleiner als der Standardwert für das Verhältnis ist, das Verhältnis in einer solchen Weise korrigiert wird, dass das Verhältnis stärker verringert wird, wenn die Drehzahl höher ist, und stärker erhöht wird, wenn die Drehzahl niedriger ist.

Ferner ist es erwünscht, dass die Abgasreinigungsvorrichtung ferner ein Abgasströmungsraten-Detektionselement zum Detektieren der Strömungsrate des Abgases aufweist, und dass der mit dem Verhältnis korrelierende Wert erhalten werden kann, wenn das Verhältnis größer als der Standardwert für das Verhältnis ist, indem das Verhältnis in einer solchen Weise korrigiert wird, dass das Verhältnis stärker erhöht wird, wenn die von dem Abgasströmungsraten-Detektionselement detektierte Strömungsrate des Verbrennungsmotors höher ist und stärker verringert wird, wenn die Strömungsrate des Abgases niedriger ist, und wenn das Verhältnis kleiner als der Standardwert für das Verhältnis ist, das Verhältnis in einer solchen Weise korrigiert wird, dass das Verhältnis stärker verringert wird, wenn die Strömungsrate des Abgases höher ist, und stärker erhöht wird, wenn die Strömungsrate des Abgases niedriger ist.

Insbesondere ist es bekannt, dass die Beziehung zwischen dem Zeitverhältnis und dem Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch die Drehzahl des Verbrennungsmotors, die Strömungsrate des Abgases und die Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation beeinflusst wird. Somit kann, wenn das Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der Basis des Zeitverhältnisses erhalten wird, der erhaltene Wert von dem wahren Wert abweichen. Jedoch kann, wenn ein mit dem Zeitverhältnis korrelierender Wert durch Korrigieren des Zeitverhältnisses in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verbrennungsmotors, der Strömungsrate des Abgases und der Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation korrigiert wird, das Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrekt auf das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis beispielsweise auf der Basis einer Differenz zwischen dem auf diese Weise erhaltenen mit dem Zeitverhältnis korrelierenden Wert und dem Standardwert für das Verhältnis eingestellt werden.

Hier können anstelle von oder zusätzlich zum Korrigieren des Zeitverhältnisses, das aus dem Zeitverhältnis erhaltene Luft/Kraftstoff-Verhältnis, ein mit diesem Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrelierender Wert, ein Sollwert für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, ein mit diesem Sollwert für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrelierender Wert, ein Sollwert für das Zeitverhältnis oder ein mit diesem Sollwert für das Zeitverhältnis korrelierender Wert korrigiert werden. Wenn der aus dem Zeitverhältnis oder dem damit korrelierenden Wert erhaltene Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrigiert wird, wird es so korrigiert, dass es fetter oder magerer wird. Es ist anzumerken, dass, wenn der Sollwert für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, der mit diesem Sollwert für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrelierende Wert, der Sollwert für das Zeitverhältnis oder der mit diesem Sollwert für das Zeitverhältnis korrelierende Wert korrigiert wird, die Korrektur in der entgegengesetzten Richtung zu derjenigen ausgeführt wird, wenn das aus dem Zeitverhältnis erhaltene Luft/Kraftstoff-Verhältnis, der mit diesem Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrelierende Wert, das Zeitverhältnis oder der mit diesem Zeitverhältnis korrelierenden Wert korrigiert wird. Insbesondere wird der Sollwert oder der mit dem Sollwert korrelierende Wert in Richtung "kleiner" statt "größer", "größer" statt "kleiner", "magerer" statt "fetter" oder "fetter" statt "magerer" korrigiert. Ferner kann die Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors größer als der Standardwert für das Ausgangssignal ist ("Mager"-Ausgangssignal) oder die Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors kleiner als der Standardwert für das Ausgangssignal ist ("Mager"-Ausgangssignalzeit) ist, als ein mit dem Zeitverhältnis korrelierender Wert verwendet werden. In diesem Falle ist es erwünscht, dass eine ähnliche Korrektur an der "Fett"-Ausgangssignalzeit oder der "Mager"-Ausgangssignalzeit ausgeführt wird.

Es ist erwünscht, dass der Standardwert für das Verhältnis der Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors größer als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, oder für den mit diesem Verhältnis korrelierenden Wert in dem Bereich zwischen 0,5 bis 0,75 liegt. Alternativ ist es erwünscht, dass der Standardwert für das Verhältnis der Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors kleiner als der Standardwert für das Ausgangssignal ist oder für den mit diesem Verhältnis korrelierenden Wert in dem Bereich von 0,25 bis 0,5 liegt.

Insbesondere ist es bekannt, dass, wenn das Zeitverhältnis nahe an 0,5 liegt, das Zeitverhältnis kaum von der Drehzahl des Verbrennungsmotors, der Strömungsrate des Abgases und der Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation beeinflusst wird. Somit ist es, wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein leicht fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, so dass der Standardwert für das Verhältnis der Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors größer als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, oder für den mit diesem Verhältnis korrelierenden Wert in dem Bereich von 0,5 bis 0,75 liegt, oder der Standardwert für das Verhältnis der Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors kleiner als der Standardwert für das Ausgangssignal ist oder für den mit diesem Verhältnis korrelierenden Wert in dem Bereich von 0,25 bis 0,25 liegt, möglich, das Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das leicht fette Soll-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter Minimierung des Einflusses der Drehzahl des Verbrennungsmotors, der Strömungsrate des Abgases und der Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation einzustellen. Hier kann durch die Verwendung eines Sauerstoffsensors mit einer katalytischen Funktion das Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das leicht fette Soll-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit hoher Genauigkeit und Sicherheit eingestellt werden.

Dadurch kann insbesondere die Kapazität des Katalysators zum Umwandeln von NO_x verbessert werden, während gleichzeitig seine Fähigkeit zur Umwandlung von HC und CO sichergestellt ist.

Es ist erwünscht, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Zwangsmodulationselement ein Veränderungselement enthält, um eine Veränderung gemäß den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors vorzunehmen, und dass das Zeitverhältnis-Berechnungselement in der Vergangenheit veränderte Modulationsperioden speichert und den mit dem Verhältnis korrelierenden Wert aus der Zeit erhält, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors zu diesem Zeitpunkt größer als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, oder aus der Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors kleiner als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, die zu dieser Zeit erhalten wurden, (zu diesem Zeitpunkt erhaltene "Fett"-Ausgangssignalzeit oder "Mager"-Ausgangssignalzeit) und eine vergangene gewechselte Periode oder gespeicherte Modulation erhält.

Alternativ ist es erwünscht, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Zwangsmodulationselement ein Veränderungselement zum Durchführen einer Veränderung gemäß den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors enthält, und dass das Zeitverhältnis-Berechnungselement die Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors größer als der Standardwert für das Ausgangssignal war, oder die Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors kleiner als der Standardwert für das Ausgangssignal war, die zu letzten Zeitpunkt erhalten wurden (die zum letzten Zeitpunkt erhaltene "Fett"-Ausgangssignalzeit oder "Mager"-Ausgangssignalzeit) speichert, und den mit dem Verhältnis korrelierenden Wert aus der Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors größer als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, das diesem Zeitpunkt erhalten wird (zu diesem Zeitpunkt erhaltene "Fett"-Ausgangssignalzeit), und die Summe der Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors größer als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, das für diesen Zeitpunkt erhalten wird (zu diesem Zeitpunkt erhaltene "Fett"-Ausgangssignalzeit) und die Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors kleiner als der Standardwert für das Ausgangssignal war, das zum letzten Zeitpunkt erhalten wurde (zum letzten Zeitpunkt erhaltene "Mager"-Ausgangssignalzeit wurde), oder aus der Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors kleiner als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, das zu diesem Zeitpunkt erhalten wird (zu diesem Zeitpunkt erhaltene "Mager"-Ausgangssignalzeit), und der Summe der Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors kleiner als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, das zu diesem Zeitpunkt erhalten wird (zu diesem Zeitpunkt erhaltenes "Mager"-Ausgangssignalzeit) und die Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors größer als der Standardwert für das Ausgangssignal war, das zum letzten Zeitpunkt erhalten wurde (zum letzten Zeitpunkt erhaltene "Mager"-Ausgangssignalzeit) erhält.

Dadurch wird, selbst wenn die Modulationsperiode gemäß den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors gewechselt wird, aber sich die Periode der Variation (Modulation) des Abgases, die tatsächlich den Sauerstoffsensor erreicht oder von dem Sauerstoffsensor detektiert wird, von der festgelegten Modulationsperiode aufgrund der Verzögerung des Abgassystems unterscheidet, ein derartiger durch die Verzögerung des Abgassystems verursachter Unterschied unterschieden, um eine Verschlechterung in der Regelungsgenauigkeit zu verhindern.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen 1 zeigen:
1 eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß dieser Erfindung darstellt;
2 eine Darstellung, die die Ausgangssignalkennlinie eines O₂-Sensors in Bezug auf das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (abgekürzt als "L/K-Verhältnis") darstellt;
3 das auf der Basis des Ausgangssignals eines O₂-Sensors (durchgezogene Kurve) detektierte Abgas-L/K-Verhältnis, wenn unter Zwangsmodulation das Ist-L/K-Verhältnis (gestrichelte Kurve) den Bereich der durch den O₂-Sensor detektierbaren L/K-Verhältnisse in seinem eingeschwungenen Zustand überschreitet, so dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors Plateaus an den Grenzen des Bereichs der detektierbaren L/K-Verhältnisse ausbildet;
4 ein Flussdiagramm, das eine Regelungsroutine für eine Zwangsmodulations-Rückkopplungsregelung in einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;
5 ein Kennfeld, das eine Beziehung zwischen einer "Mager"-Seiten-Amplitude und einer "Mager"-Zeit und zwischen einer "Fett-Seiten-Amplitude" und einer "Fett"-Zeit darstellt;
6 das auf der Basis des Ausgangssignals eines O₂-Sensors (durchgezogene Kurve) detektierte Abgas-L/K-Verhältnis, das auf der Basis des Ausgangssignals des O₂-Sensors (durchgezogene Kurve) detektierte Abgas-L/K-Verhältnis, wenn die "Fett"-Zeit und die "Mager"-Zeit in der Zwangsmodulations-Rückkopplungsregelung begrenzt sind;
7(a) eine Regelungswellenform zum Regeln des Abgas-L/K-Verhältnisses in der Zwangsmodulations-Rückkopplungsregelung;
7(b) die Ausgangssignalwellenform, welche das Ausgangssignal des O₂-Sensors beschreibt;
8 ein Zeitverhältniskennfeld, das die Beziehung zwischen dem Zeitverhältnis und einem Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis darstellt;
9 ein Flussdiagramm, das eine Regelungsroutine für die Zwangsmodulations-Rückkopplungsregelung in einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;
10 einen Teil eines Flussdiagramms, das eine Regelungsroutine für eine Zwangsmodulations-Rückkopplungsregelung in einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;
11 den restlichen Teil des Flussdiagramms, das die Regelungsroutine für Zwangsmodulations-Rückkopplungsregelung in der dritten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt, welcher 10 folgt;
12 wie sich die Beziehung zwischen dem Zeitverhältnis und den Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis verändert, wenn sich die Betriebszustände des Motors, wie z.B. die Motordrehzahl Ne, die Abgasströmungsrate und die Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation verändern;
13 ein Flussdiagramm, das eine Regelungsroutine für die Zwangsmodulations-Rückkopplungsregelung in einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;
14 ein Flussdiagramm, das eine Regelungsroutine für die Zwangsmodulations-Rückkopplungsregelung in einer fünften Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;
15 wie sich die Beziehung zwischen dem "Fett"-Zeitverhältnis oder dem "Mager"-Zeitverhältnis und den Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis verändert, wenn sich die Betriebszustände des Motors, wie z.B. die Motordrehzahl Ne, die Abgasströmungsrate und die Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation verändern;
16 einen O₂-Sensor, der mit einem Katalysatorelement versehen ist; und
17 die Ausgangssignalkennlinie eines O₂-Sensors ohne eine Katalysatorschicht darauf (gestrichelte Kurve) und die Ausgangssignalkennlinie eines mit einer Katalysatorschicht versehen O₂-Sensors (durchgezogene Kurve).
Beste Ausführungsart der Erfindung
Zuerst wird eine erste Ausführungsform beschrieben.
1 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß dieser Erfindung, eingebaut in ein Fahrzeug, darstellt. Der Aufbau dieser Abgasreinigungsvorrichtung wird nachstehend beschrieben.
Wie in der Figur dargestellt ist, wird als ein Block 1 eines Motors (hierin nachstehend einfach als "Motor" bezeichnet), welcher ein Verbrennungsmotor ist, eine Mehrpunkteinspritzungs-(MPI)-Benzinmotor verwendet.
Eine Zündkerze 4 für jeden Zylinder ist an einem Zylinderkopf 2 des Motors angebracht und eine Zündspule 8 für das Anlegen einer Hochspannung ist mit jeder Zündspule 4 verbunden. Der Zylinderkopf 2 des Motors 1 besitzt für jeden von den Zylindern ausgebildete Einlassöffnungen und ein Einlasssammler 10 ist mit den Einlassöffnungen an einem Ende verbunden. An dem Einlasssammler 10 ist ein elktromagnetbetätigtes Kraftstoffeinspritzventil 6 angebracht und ein Kraftstoffrohr 7 verbindet das Kraftstoffeinspritzventil 6 mit einer (nicht dargestellten) einen Kraftstofftank beinhaltenden Kraftstoffzuführungsvorrichtung.
In dem Einlasssammler 10 sind anstromseitig von dem Kraftstoffeinspritzventil 6 ein elktromagnetbetätigtes Drosselklappenventil 14 zum Regeln der der Ansaugluftmenge und ein Drosselklappenpositionssensor (DPS) 16 zum Detektieren der Öffnung θ_th des Drosselklappenventils 14 vorgesehen. Ferner ist anstromseitig von dem Drosselklappenventil 14 ein Luftstromsensor 18 zum Messen der Ansaugluftmenge vorgesehen. Für den Luftstromsensor 18 wird ein Karman-Wirbelstrom-Luftsensor verwendet. Auf der Basis der durch den Luftstromsensor 18 detektierten Ansaugluftmenge wird auch die Strömungsrate des Abgases detektiert (Abgasströmungsraten-Detektionselement).
Der Zylinderkopf 2 besitzt auch für jeden der Zylinder ausgebildete Abgasanschlüsse und einen Abgassammler 12 ist mit den Abgasanschlüssen an einem Ende verbunden.
Da der MPI-Motor bekannt ist, wird die Beschreibung der Details seines Aufbaus unterlassen.
An dem anderen Ende ist der Abgassammler mit einem Abgasrohr 20 verbunden. In dem Abgasrohr 20 ist ein Dreiwegekatalysator 30 als eine Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung vorgesehen.
Der Dreiwegekatalysator 30 hat auf einem Katalysatorträger eines von den Elementen Kupfer (Cu), Kobalt (Co), Silber (Ag), Platin (Pt), Rhodium (Rh) und Palladium (Pd) als aktives Edelmetall. Unabhängig davon, ob der Katalysator eine Sauerstoff speichernde Substanz, wie z.B. Zer (Ce) oder Zirkon (Zr), enthält, hat das aktive Edelmetall eine Fähigkeit zur Speicherung von Sauerstoff (O₂-Speicherfunktion). Somit hält, wenn der Dreiwegekatalysator 30 Sauerstoff (O₂) in einer oxidierenden Atmosphäre mit einem mageren Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis absorbiert (Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird als "L/K-Verhältnis" abgekürzt), der Dreiwegekatalysator 30 das O₂ gespeichert, bis das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett wird, nämlich die Atmosphäre zu einer reduzierenden Atmosphäre wird. Mit diesem gespeicherten O₂ kann selbst in der reduzierenden Atmosphäre HC (Kohlenwasserstoff) und CO₂ (Kohlenmonoxid) oxidiert und entfernt werden. Somit kann in der oxidierenden Atmosphäre der Dreiwegekatalysator 30 nicht nur HC und CO umwandeln, sondern auch die Erzeugung von NO_x in einem gewissen Umfang unterdrücken, und in der reduzierenden Atmosphäre kann er nicht nur NO_x umwandeln, sondern auch HC und CO mit dem gespeicherten O₂ in einem gewissen Umfang umwandeln.
In dem Abgasrohr 20 ist anstromseitig von dem Dreiwegekatalysator 30 ein O₂-Sensor (Sauerstoffsensor) 22 zur Detektion der Sauerstoffkonzentration des Abgases vorgesehen. Der O₂-Sensor weist eine Ausgangssignalkennlinie bezüglich des L/K-Verhältnisses gemäß Darstellung in 2 auf und ist als ein preiswerter Abgassensor bekannt.
Eine ECU (elektronische Regeleinheit) 40 enthält eine Eingabe/Ausgabevorrichtung, eine Speichervorrichtung (ROM, RAM, nicht-flüchtiges RAM, usw.), eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Zeitgeberzähler, usw. Mittels der ECU 40 wird die allgemeine Regelung der Abgasregelungsvorrichtung einschließlich der Regelung des Motors 1 durchgeführt.
Mit dem Eingang der ECU 40 sind verschiedene Sensoren einschließlich des vorstehend erwähnten TPS 16, des Luftstromsensors 18 und des O₂-Sensors 22 und eines Kurbelwellen winkelsensor 42 zur Detektion des Kurbelwellenwinkels in dem Motor usw. verbunden, und die von diesen Sensoren detektierte Information wird ihr zugeführt. Es ist anzumerken, dass auf der Basis der von dem Kurbelwellenwinkelsensor 42 gelieferten Kurbelwellen-Winkelinformation die Motordrehzahl Ne detektiert wird (Drehzahl-Detektionselement).
Mit dem Ausgang der ECU 40 sind verschiedene Ausgabevorrichtungen einschließlich des vorstehend erwähnten Kraftstoffeinspritzventils 6, der Zündspulen 8 und des Drosselklappenventils 14 verbunden. An diese Ausgabevorrichtungen werden die auf der Basis der von den Sensoren gelieferten Information berechnete Kraftstoffeinspritzmenge, der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, der Zündzeitpunkt usw. geliefert. Insbesondere wird auf der Basis der von den Sensoren detektierten Information ein geeigneter Sollwert für das L/K-Verhältnis (Soll-L/K-Verhältnis) festgelegt, Kraftstoff in der für dieses Soll-L/K-Verhältnis geeigneten Menge durch das Kraftstoffeinspritzventil 6 zu einem korrekten Zeitpunkt eingespritzt, das Drosselklappenventil 14 auf eine korrekte Öffnung eingestellt und die Funkenzündung bei jeder Zündkerze 4 zu einem geeigneten Zeitpunkt durchgeführt.
In dieser Abgasreinigungsvorrichtung wird unter Berücksichtigung, dass der Dreiwegekatalysator 30 die O₂-Speicherfunktion besitzt, damit der Dreiwegekatalysator 30 seine Fähigkeit voll entfalten kann, eine Zwangsmodulationsregelung, um das L/K-Verhältnis periodisch zwischen einem spezifischen fetten L/K-Verhältnis fetter als ein Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis und einem spezifischen mageren L/K-Verhältnis, magerer als das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis variieren zu lassen durch die ECU 40 im normalen Betrieb durchgeführt. Insbesondere wird die Modulationsregelung so durchgeführt, dass sie das L/K-Verhältnis in der Brennkammer (Verbrennungs-L/K- Verhältnis) für eine spezifische Zeit bei einem spezifischen mageren L/K-Verhältnis und dann für eine spezifische Zeit bei einem spezifischen fetten L/K-Verhältnis hält, um dadurch das Abgas-L/K-Verhältnis zwischen einem spezifischen mageren L/K-Verhältnis und einem spezifischen fetten L/K-Verhältnis periodisch mit einer spezifischen Amplitude, einer spezifischen Periode und einer spezifischen Wellenform (L/K-Verhältnis-Zwangsmodulationselement) zu modulieren. Die Wellenform der Modulation ist nicht auf eine Rechteckwelle beschränkt. Sie kann eine Dreieckswelle, eine Sinuswelle oder eine andere Kurvenwelle sein.
Dadurch werden in der oxidierenden Atmosphäre mit einem mageren Abgas-L/K-Verhältnis HC und CO gut umgewandelt und die Erzeugung von NO_x in einem bestimmten Umfang unterdrückt, da O₂ durch die O₂-Speicherfunktion des Dreiwegekatalysators 30 gespeichert wird; und in der reduzierenden Atmosphäre mit einem fetten Abgas-L/K-Verhältnis wird NO_x gut umgewandelt, und H und C werden mehr oder weniger kontinuierlich mit dem O₂ gespeichert. Somit wird die Abgasreinigungsleistung des Dreiwegekatalysators 30 verbessert.
Wenn die Zwangsmodulation des L/K-Verhältnisses auf diese Art in dem Motor 1 durchgeführt wird, um die Abgasreinigungsleistung des Dreiwegekatalysators 30 zu verbessern, ist es erwünscht, das Abgas-L/K-Verhältnis durch den O₂-Sensor 22 zu überwachen und die L/K-Verhältnis-Regelung so durchzuführen, dass das Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis immer mit einem Sollwert dafür übereinstimmt (Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis). Jedoch ist, wie vorstehend es erwähnt wurde, da der O₂-Sensor eine nicht-lineare Ausgangssignalkennlinie bezüglich des L/K-Verhältnisses besitzt, der durch den O₂-Sensor detektierbare Bereich der L/K-Verhältnisse (L/K-Verhältnis-Detektionsbereich) schmal. Gemäß Darstellung in 3 überschrei tet, wenn die Zwangsmodulationsamplitude erhöht wird, um die Abgasreinigungsleistung zu verbessern, das Ist/L/K-Verhältnis (gemäß Darstellung durch die gestrichelte Linie) den L/K-Verhältnis-Detektionsbereich für den O₂-Sensor in seinem eingeschwungenen Zustand, so dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors an den Grenzen des L/K-Verhältnis-Detektionsbereiches Plateaus ausbildet, so dass das Abgas-L/K-Verhältnis (gemäß Darstellung durch die durchgezogene Linie) nicht genau detektiert werden kann. Demzufolge unterscheidet sich das (durch die durchgezogene Linie dargestellte) auf der Basis des Ausgangssignals des O₂-Sensors detektierte Mittelwert-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem (durch die gestrichelte Linie dargestellten) Ist-Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, was bedeutet, dass das durchschnittliche Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht genau auf der Basis des Ausgangssignals des O₂-Sensors detektiert werden kann.
Die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dieser Erfindung ist so ausgelegt, dass sie ein Problem wie dieses löst. Anschließend wird beschrieben, wie die L/K-Verhältnis-Zwangsmodulation in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dieser Erfindung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau durchgeführt wird.
4 stellt eine Regelungsroutine für die Zwangsmodulations-Rückkopplungsregelung in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Form eines Flussdiagramms dar. Die nachstehende Beschreibung erfolgt anhand dieses Flussdiagramms.
Im Schritt S10 wird ermittelt, ob die Zwangsmodulation momentan ausgeführt wird oder nicht. Insbesondere wird ermittelt, ob der Dreiwegekatalysator 30 einen spezifischen aktiven Zustand erreicht hat und die Bedingungen für den Start der Zwangsmodulationsregelung erfüllt sind oder nicht und da her die Zwangsmodulationsregelung gestartet worden ist. Wenn das Ermittlungsergebnis Nein ist, nämlich wenn ermittelt wird, dass die Zwangsmodulation nicht ausgeführt wird, endet die momentane Ausführung der Routine. Wenn das Ermittlungsergebnis Ja ist, nämlich wenn ermittelt wird, dass die Zwangsmodulation gerade ausgeführt wird, wird der Schritt S12 durchgeführt.
Im Schritt S12 wird die Zeit, für welche sich das L/K-Verhältnis auf der "fetten" Seite ("Fett"-Zeit) befinden sollte, und die Zeit, für welche sich das L/K-Verhältnis auf der "mageren" Seite ("Mager"-Zeit) in der Zwangsmodulation befinden sollte, auf eine spezifische Zeit t1 bzw. eine spezifische Zeit t2 festgelegt, so dass die Periode T der Modulation auf eine spezifische Periode T1 festgelegt wird.
Im Allgemeinen besitzt der O₂-Sensor 22 eine Ansprechverzögerung. In der Zwangsmodulation kann das Ausgangssignal des O₂-Sensors nicht mit der raschen Änderung in der Sauerstoffkonzentration mithalten und neigt dazu, einen kleineren Wert als den Ist-Wert anzuzeigen. Diese Tendenz ist auffallender, wenn die Periode der Zwangsmodulation kürzer ist, mit anderen Worten, die "Fett"-Zeit und die "Mager"-Zeit kürzer sind.
Hier wird, um die Plateaubildung des Ausgangssignals des O₂-Sensors selbst dann zu verhindern, wenn die Zwangsmodulationsamplitude erhöht wird, um die Abgasreinigungsleistung zu verbessern, diese Ansprechverzögerung genutzt. Insbesondere wird das Ausgangssignal des O₂-Sensors tief gehalten, indem in geeigneter Weise die "Fett"-Zeit und die "Mager"-Zeit abhängig von der Zwangsmodulationsamplitude ("Fett"-Seitenamplitude, "Mager"-Seitenamplitude) begrenzt wird, so dass das auf der Basis des Ausgangssignals des O₂-Sensors zu detektierende Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht den oberen oder unteren Grenzwert (obere oder untere Begrenzung) des L/K-Ver hältnis-Detektionsbereiches erreicht, oder mit anderen Worten, sich innerhalb des L/K-Verhältnis-Detektionsbereiches unabhängig von der Zwangsmodulationsamplitude befindet. Mit anderen Worten, die Periode T1 der Zwangsmodulation wird gleich oder kürzer als eine maximale Periode (beispielsweise 1,0 s) festgelegt, was sicherstellt, dass das auf der Basis des O₂-Sensors zu detektierend Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht den L/K-Verhältnis-Detektionsbereich überschreitet.
Die "Mager"-Seitenamplitude und die "Fett"-Seitenamplitude können entweder in Bezug auf das stöchiometrische L/K-Verhältnis oder den mittleren Wert des Ausgangssignals des O₂-Sensors definiert werden. Der L/K-Verhältnis-Detektionsbereich ist der von dem O₂-Sensor in seinem eingeschwungenen Zustand detektierte Bereich von L/K-Verhältnissen. Dieser L/K-Verhältnis-Detektionsbereich ist ein stetiger Bereich beispielsweise zwischen dem "Fett"-Seiten-L/K-Verhältnis, das aus dem Ausgangssignal des O₂-Sensors 500 ms nach dem Umschalten von dem mageren L/K-Verhältnis auf das fette L/K-Verhältnis (oberer Grenzwert) erhalten wird, und dem "Mager"-Seiten-L/K-Verhältnis, das aus dem Ausgangssignal des O₂-Sensors 500 ms nach der Umschaltung von dem fetten L/K-Verhältnis auf das magere L/K-Verhältnis (unterer Grenzwert) erhalten wird.
Tatsächlich wird die Beziehung zwischen der "Mager"-Seitenamplitude und der "Mager"-Zeit und der Beziehung zwischen der "Fett"-Seitenamplitude und der "Fett"-Zeit im Voraus experimentell oder dergleichen ermittelt und in der ECU 40 als ein Kennfeld gemäß Darstellung in 5 gespeichert. Die spezifische Zeit t1 und die spezifische Zeit t2, auf welche die "Mager"-Zeit und die "Fett"-Zeit festgelegt werden sollten, werden aus dem Kennfeld abhängig von der "Mager"-Seitenamplitude und der "Fett"-Seitenamplitude ausgelesen. Insbesondere werden, wenn die "Mager"-Seitenamplitude und die "Fett"-Seitenamplitude größer sind, die "Mager"-Zeit und die "Fett"-Zeit auf kürzere Zeiten beschränkt.
Grundsätzlich kann das Ausgangssignal des O₂-Sensors wahrscheinlicher nicht der durch die Zwangsmodulation bewirkten raschen Änderung in der O₂-Konzentration folgen, wenn die Ansprechverzögerung des O₂-Sensors 2 größer ist (beispielsweise die Abgasströmungsrate kleiner ist, die Motordrehzahl Ne niedriger ist, die Katalysatortemperatur niedriger ist, die Abgastemperatur niedriger ist, der Volumenwirkungsgrad niedriger ist, der Bremsmitteleffektivdruck niedriger ist, der Einlasssammeldruck niedriger ist, oder der Abgasdruck niedriger ist), oder wenn die Abgastransportverzögerung größer ist (beispielsweise das Volumen des Abschnittes des Abgassystems anstromseitig von dem O₂-Sensor größer ist, die Abgasströmungsrate kleiner ist, die Motordrehzahl Ne niedriger ist oder der Volumenwirkungsgrad niedriger ist), oder wenn der aktive Zustand des O₂-Sensors schlechter ist (beispielsweise die Kühlwassertemperatur niedriger ist, die Einlasstemperatur niedriger ist, die Schmieröltemperatur niedriger ist, die Zeit, welche nach dem Start verstrichen ist, kürzer ist, die Zeit, für welche die O₂-Sensorheizung mit einem Strom versorgt worden ist, kürzer ist, oder die gefahrene Strecke länger ist). Somit ist es erwünscht, die "Mager"-Zeit und die "Fett"-Zeit abhängig von wenigstens einem dieser drei Faktoren festzulegen: der Ansprechverzögerung des O₂-Sensors 22, der Abgastransportverzögerung und dem aktiven Zustand des O₂-Sensors. Insbesondere werden die "Mager"-Zeit und die "Fett"-Zeit kürzer festgelegt, wenn die Ansprechverzögerung des O₂-Sensors 22 kleiner ist, oder wenn die Abgastransportverzögerung kleiner ist, oder wenn der aktive Zustand des O₂-Sensors besser ist. Es ist anzumerken, dass sich mit länger werdender Fahrstrecke der O₂-Sensor verschlechtert und sein aktiver Zustand schlechter wird.
Zusätzlich werden die "Mager"-Zeit und die "Fett"-Zeit so festgelegt, dass sichergestellt ist, dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 unter Durchlaufen eines Umschaltpunktes (Wendepunkt B in 2) der Ausgangssignalkennlinie des O₂-Sensors 22 variiert. Somit wird die Periode auf eine spezifische Periode T1 festgelegt. Insbesondere kann, wenn die Periode T1 der Zwangsmodulation zu kurz ist, das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 in einem nicht den Umschaltpunkt (Wendepunkt) der Ausgangssignalkennlinie des O₂-Sensors 22 enthaltenden Bereich variieren. Somit wird die Periode T1 hier so eingestellt, dass sie gleich oder länger als eine minimale Periode (beispielsweise 0,05 s) ist, welche sicherstellt, dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 unter Durchlaufen des Umschaltpunktes variiert.
Hier können als ein einfaches Mittel die "Mager"-Zeit und die "Fett"-Zeit auf die optimalen Werte (beispielsweise 0,4 s und 0,4 s), die abhängig von dem Katalysatorsystem vorbestimmt sind, festgelegt werden.
Es kann sichergestellt werden, dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors unter Durchlaufen des Umschaltpunktes variiert, indem die Amplitude oder Wellenform der Modulation anstelle der Einstellung der Modulationsperiode gemäß vorstehender Beschreibung eingestellt wird. Insbesondere kann dieses sichergestellt werden, indem die Modulationsamplitude erhöht wird, oder die Wellenform der Modulation näher an eine Rechteckwelle gebracht wird.
Obwohl hier die "Mager"-Zeit und die "Fett"-Zeit in Form einer Zeit definiert sind, können sie in Form eines Zyklus definiert werden.
Gemäß Darstellung in 6 hat, wenn die "Mager"-Zeit und die "Fett"-Zeit auf die spezifische Zeit t1 und die spezifische Zeit t2 in der vorstehend beschriebenen Weise festgelegt werden, so dass die Periode auf die spezifische Periode T1 festgelegt ist, das auf der Basis des Ausgangssignals des O₂-Sensors 22 (dargestellt durch die durchgezogene Linie) detektierte Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis seine Amplitude so reduziert, dass es korrekt innerhalb des L/K-Verhältnis-Detektionsbereiches liegt, obwohl die Ist-Amplitude des zwangsmodulierten Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (dargestellt durch die durchgezogene Linie) unverändert bleibt.
Im Schritt S14 wird das Verhältnis der Zeit tf, für welche das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 größer als ein Standardwert Sb für das zwischen den maximalen und minimalen Werten des Ausgangssignals festgelegte Ausgangssignal ist, in der (einfach als "Zeitverhältnis" bezeichneten) Periode (Zeit) T1 gemäß der nachstehenden Gleichung (1) berechnet (Zeitverhältnis-Berechnungselement). Zeitverhältnis = (Zeit tr, für welche das O2-Sensor-Ausgangssignal größer als der Standardwert Sb ist)/Periode T1 (1)
Insbesondere stellt 7 eine Regelungswellenform (a) zum Regeln des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in der Zwangsmodulationsregelung und die Ausgangssignalwellenform (b), welche das mit einer Verzögerung td variierende Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 beschreibt, dar. In dieser Figur ist eine Standardausgangssignalwellenform, welche das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 beschreibt, wenn das Mittelwert-L/K-Verhältnis mit dem Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis übereinstimmt, durch eine durchgezogene Linie dargestellt, während eine Ist-Ausgangssignalwellenform, welche das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 beschreibt, wenn das Mittel wert-L/K-Verhältnis von dem Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis zu der fetten L/K-Verhältnisseite abweicht durch die gestrichelte Linie dargestellt. Hier wird das Verhältnis der Zeit tr, für welche das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 größer als der Standardwert Sb für das Ausgangssignal in der Periode T1 ist, als ein Zeitverhältnis berechnet.
Wenn das Mittelwert-L/K-Verhältnis mit dem Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis übereinstimmt, wird das Verhältnis der Zeit tr0, für welche das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 größer als der Standardwert Sb für das Ausgangssignal in der Periode T1 ist, als ein Standardwert Rb für das Verhältnis berechnet.
Obwohl das Zeitverhältnis hier als ein Verhältnis der Zeit tr, tr0, erhalten wird, für welche das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 größer als der Standardwert Sb für das Ausgangssignal ist, kann das Zeitverhältnis auch als ein Verhältnis der Zeit t1, t10 erhalten werden, für welche das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 kleiner als der Standardwert Sb für das Ausgangssignal ist.
Hier wird der Standardwert Sb für das Ausgangssignal auf den Wert bei dem Umschaltpunkt (Wendepunkt in 2) der Ausgangssignalkennlinie des O₂-Sensors 22 (beispielsweise 0,5 V) oder einen Wert nahe an diesem festgelegt. Der Grund für die Festlegung des Standardwertes Sb für das Ausgangssignal auf den Wert bei dem Umschaltpunkt oder sehr nahe dazu ist: obwohl das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 aufgrund Alterung oder dergleichen variieren kann, ist der Grad einer derartigen Variation aufgrund Alterung oder dergleichen in der Nähe des Umschaltpunktes am kleinsten. Somit kann das Verhältnis der Zeit, für welche das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 größer (oder kleiner) als der Standardwert Sb für das Aus gangssignal in der Periode T1 ist, immer korrekt erhalten werden.
Wie vorstehend erwähnt, wird die Periode T1 der Zwangsmodulation so bestimmt, dass sicherstellt ist, dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 unter Durchlaufen des Umschaltpunktes variiert. Somit kann selbst dann, wenn der Standardwert Sb für das Ausgangssignal auf den Wert an dem Umschaltpunkt festgelegt wird, beispielsweise das Verhältnis der Zeit, für welche das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 größer (oder kleiner) ist, als der Standardwert Sb für das Ausgangssignal in der Periode T1, mit Sicherheit erhalten werden.
Nachdem das Zeitverhältnis wie vorstehend beschrieben erhalten worden ist, wird das Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis aus diesem Verhältnis im Schritt S16 erhalten. Insbesondere wird gemäß Darstellung in 8 die Beziehung zwischen dem Zeitverhältnis und dem Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis im Voraus experimentell oder dergleichen bestimmt und in der ECU 40 als ein Zeitverhältniskennfeld gespeichert. Das Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis wird aus diesem Zeitverhältniskennfeld ausgelesen.
Somit kann selbst dann, wenn der O₂-Sensor, welcher weniger teuer als der lineare L/K-Verhältnissensor (LAFS) ist und eine Eigenschaft besitzt, dass das Ausgangssignal nichtlinear in Bezug auf das L/K-Verhältnis variiert, als ein Abgassensor verwendet wird, durch die Nutzung der Ansprechverzögerung des O₂-Sensors das Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis korrekt auf der Basis des Zeitverhältnisses detektiert werden.
Im Schritt S18 wird auf der Basis der Differenz zwischen dem so erhaltenen Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis und dem Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis, nämlich des Betrags, um welchen das erstere von dem letzteren abweicht, das L/K- Verhältnis so eingestellt, dass das Mittelwert-L/K-Verhältnis mit dem Soll-L/K-Verhältnis übereinstimmt (Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einstellelement). Mit anderen Worten, es wird eine Rückkopplungsregelung so ausgeführt, dass das Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis mit dem Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis übereinstimmt. Die Rückkopplungsregelung kann entweder die PID-Regelung oder eine auf der modernen Regeltheorie basierende sein.
Hier kann als das Mittelwert-L/K-Verhältnis das im Schritt S16 erhaltene Mittelwert-L/K-Verhältnis so wie es ist verwendet werden. Alternativ können ein Wert, der durch Mittelung der von über eine spezifische Zeitperiode Mittelwert-L/K-Verhältnissen erhalten wird, oder ein durch gewichtete Mittelung (Filterung) geglätteter Wert verwendet werden.
Obwohl in dem vorliegenden Falle das Zeitverhältnis in ein Mittelwert-L/K-Verhältnis, oder allgemeinen das L/K-Verhältnis, umgewandelt wird, kann eine solche Anordnung getroffen werden, dass das Zeitverhältnis in einen mit dem L/K-Verhältnis korrelierenden Wert (beispielsweise L/K-Verhältnis, äquivalentes Verhältnis, Kraftstoffeinspritzmenge, Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, oder O₂-Sensor-Ausgangssignal) umgewandelt wird, und der mit dem L/K-Verhältnis korrelierende Wert so eingestellt wird, dass der Mittelwert des mit dem L/K-Verhältnis korrelierenden Wertes mit einem Soll-Wert für diesen übereinstimmt.
Dadurch kann das Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis korrekt auf das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis auf der Basis des Zeitverhältnisses eingestellt werden. Demzufolge kann, obwohl der preiswerte O₂-Sensor verwendet wird, die Genauigkeit der Zwangsmodulations-Rückkopplungsregelung in Hinblick auf das Abgas-L/K-Verhältnis verbessert werden, weshalb die Zwangsmodulation des Abgas-L/K-Verhältnisses immer in einem korrekten Zustand gehalten werden kann und daher die Abgasreinigungsleistung des Reinigungskatalysators 30 verbessert werden kann.
Anschließend wird eine zweite Ausführungsform beschrieben.
Obwohl in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform das Zeitverhältnis in das Mittelwert-L/K-Verhältnis umgewandelt wird und das Mittelwert-L/K-Verhältnis auf das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis eingestellt wird, kann eine solche Anordnung getroffen werden, dass das Zeitverhältnis direkt auf den Standardwert Rb für das Verhältnis eingestellt wird, welches dem Mittelwert-L/K-Verhältnis entspricht (siehe 8). Die zweite Ausführungsform betrifft einen Fall, in welchem das Zeitverhältnis auf den Standardwert Rb für das Verhältnis eingestellt wird.
Hier wird, da der Grundaufbau der Abgasreinigungsvorrichtung derselbe wie der in 1 dargestellte ist, dessen Beschreibung unterlassen. Nur diejenigen Aspekte der Zwangsmodulations-Rückkopplungsregelung, in welcher sich die zweite Ausführungsform von der ersten Ausführungsform unterscheidet, werden beschrieben.
9 stellt eine Regelungsroutine für die Zwangsmodulations-Rückkopplungsregelung in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Form eines Flussdiagramms dar. Die nachstehende Beschreibung erfolgt anhand dieses Flussdiagramms.
Im Schritt S20 wird in derselben Weise wie in dem vorstehend erwähnten Schritt S10 ermittelt, ob die Zwangsmodulation nun ausgeführt wird oder nicht. Wenn das Ergebnis der Ermittlung Nein ist, wenn nämlich ermittelt wird, dass die Zwangsmodulation nicht durchgeführt wird, endet die momentane Ausführung der Routine. Wenn das Ergebnis der Ermittlung Ja ist, wenn nämlich ermittelt wird, dass die Zwangsmodulation ausgeführt wird, wird der Schritt S22 ausgeführt.
Im Schritt S22 werden die Amplitude, Periode, Wellenform und das Modulationsverhältnis der Zwangsmodulation spezifisch festgelegt.
Der Grund für die Festlegung der Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation ist: es ist bekannt, dass die Beziehung zwischen dem Zeitverhältnis und dem Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis (siehe 8) tatsächlich durch die Betriebszustände des Motors 1, nämlich die Betriebszustände wie z.B. die Motordrehzahl Ne und die Abgasströmungsrate, und die auf den Betriebszuständen basierende Amplitude, Periode und Wellenformen der Modulation beeinflusst werden. Wenn die Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation ungeeignet sind, kann das Mittelwert-L/K-Verhältnis von dem wahren Wert abweichen. Der Grund für die Festlegung des Modulationsverhältnisses besteht grundsätzlich darin, die Zwangsmodulation so auszuführen, dass das Mittelwert-L/K-Verhältnis mit dem Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis übereinstimmt.
Insbesondere werden beispielsweise unter solchen Betriebzuständen, dass die Motordrehzahl Ne niedriger und die Abgasströmungsrate kleiner ist, die Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation größer, länger und näher an einer Rechteckwelle eingestellt, so dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 unter Durchlaufen des Umschaltpunktes der Ausgangssignalkennlinie des O₂-Sensors 22 wie vorstehend erwähnt variieren kann. Die Periode wird beispielsweise auf die vorstehend erwähnte spezifische Periode T1 (beispielsweise 0,05 s oder länger) festgelegt. Das Modulationsverhältnis wird beispielsweise so festgelegt, dass die "Mager"-Zeit und die "Fett"-Zeit eine spezifische Zeit t1 (beispielsweise 0,4 s) und eine spezifische Zeit t2 (beispielsweise 0,4 s) wie vorstehend erwähnt sind.
Im Schritt S24 wird ermittelt, ob das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 gleich oder größer als der Standardwert Sb für das Ausgangssignal ist oder nicht. Hier ist der Standardwert Sb für das Ausgangssignal beispielsweise auf den Wert bei dem Umschaltpunkt der Ausgangssignalkennlinie des O₂-Sensors 22 (beispielsweise 0,5 v) wie in der ersten Ausführungsform eingestellt. Wenn das Ergebnis der Ermittlung Ja ist, wenn nämlich ermittelt wird, dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 gleich oder größer als der Standardwert Sb für das Ausgangssignal ist, oder mit anderen Worten, das Abgas-L/K-Verhältnis auf der Seite eines reichen L/K-Verhältnisses liegt, wird der Schritt S26 durchgeführt.
Im Schritt S26 wird die "Fett"-Dauer tr, welche die Zeit bedeutet, für welche das Abgas-L/K-Verhältnis sich auf der fetten L/K-Verhältnisseite befindet, oder mit anderen Worten, das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 gleich oder größer als der Standardwert Sb für das Ausgangssignal ("Fett"-Ausgangssignalzeit) ist, detektiert wird, wird das Fettzeitverhältnis gemäß der nachstehenden Gleichung (2) berechnet. "Fett"-Zeitverhältnis = "Fett"-Dauer tr/Periode T1 (2)
Ferner wird, wenn das Ergebnis der Ermittlung im Schritt S24 Nein ist, nämlich wenn ermittelt wird, dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 kleiner als der Standardwert Sb für das Ausgangssignal ist, oder mit anderen Worten, sich das Abgas-L/K-Verhältnis auf der magereren L/K-Verhältnisseite befindet, der Schritt S34 durchgeführt.
Im Schritt S34 wird die "Mager"-Dauer t1, welche die Zeit bedeutet, für welche das Abgas-L/K-Verhältnis sich auf der mageren L/K-Verhältnisseite befindet, oder mit anderen Worten, das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 kleiner als der Standardwert Sb für das Ausgangssignal ("Mager"-Ausgangssignalzeit) ist, detektiert wird, wird das Fettzeitverhältnis gemäß der nachstehenden Gleichung (3) berechnet. "Mager"-Zeitverhältnis = "Mager"-Dauer t1/Periode T1 (3)
Im Schritt S28 wird ermittelt, ob das gemäß der Gleichung (2) berechnete "Fett"-Zeitverhältnis größer als ein Standardwert Rb1 für das Verhältnis ist oder nicht. Unmittelbar, nachdem ermittelt ist, dass das Abgas-L/K-Verhältnis sich auf der fetten L/K-Verhältnisseite im Schritt S24 befindet, ist das "Fett"-Zeitverhältnis kleiner als der Standardwert Rb1 für das Verhältnis. Somit ist das Ergebnis der Ermittlung Nein, so dass der nächste Schritt S30 durchgeführt wird.
Im Schritt S30 wird ermittelt, ob das "Mager"-Zeitverhältnis kleiner als ein Standardwert Rb2 für das Verhältnis ist oder nicht. Das "Mager"-Zeitverhältnis ist hier ist das eine, das unmittelbar erhalten wird, bevor ermittelt wird, dass das Abgas-L/K-Verhältnis sich auf der fetten L/K-Verhältnisseite im Schritt S24 befindet. Wenn das Ermittlungsergebnis Nein ist, wenn nämlich ermittelt wird, dass das "Mager"-Zeitverhältnis nicht kleiner als der Standardwert Rb2 für das Verhältnis ist, endet die momentane Ausführung der Routine. Wenn das Ergebnis der Ermittlung Ja ist, wenn nämlich ermittelt wird, dass das "Mager"-Zeitverhältnis kleiner als der Standardwert Rb2 für das Verhältnis ist, wird der Schritt S32 durchgeführt. Es ist anzumerken, dass der Schritt S30 nur sofort ausgeführt wird, nachdem das Ermittlungsergebnis im Schritt S24 Ja ist, wenn nämlich ermittelt wird, dass sich das Abgas-L/K-Verhältnis auf der fetten L/K-Verhältnisseite befindet, oder nur in einer spezifischen Zeitperiode.
Die Routine wird wiederholt ausgeführt. Wenn das Ermittlungsergebnis im Schritt S28 Ja ist, wenn nämlich ermittelt wird, dass das "Fett"-Zeitverhältnis größer als der Standardwert Rb1 für das Verhältnis ist, wird der Schritt S32 ausgeführt.
Dass das "Fett"-Zeitverhältnis größer als der Standardwert Rb1 für das Verhältnis ist oder das "Mager"-Zeitverhältnis kleiner als der Standardwert Rb2 für das Verhältnis ist, bedeutet, dass das Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis von dem Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis zu der Seite des fetten L/K-Verhältnisses hin abweicht. Somit wird im Schritt S32 eine Korrektur, um das Abgas-L/K-Verhältnis magerer zu machen so ausgeführt, dass das "Fett"-Zeitverhältnis mit dem Standardwert Rb1 für das Verhältnis übereinstimmt. Insbesondere wird die Rückkopplungsregelung bezüglich des L/K-Verhältnisses auf der Basis der Differenz zwischen dem "Fett"-Zeitverhältnis und dem Standardwert Rb1 für das Verhältnis durchgeführt (L/K-Verhältnis-Einstellelement).
Unterdessen wird im Schritt S36 ermittelt, ob das gemäß der Gleichung 3 berechnete "Mager"-Zeitverhältnis größer als der Standardwert Rb2 für das Verhältnis ist oder nicht. Unmittelbar nachdem ermittelt wird, dass das Abgas-L/K-Verhältnis sich auf der mageren L/K-Verhältnisseite im Schritt S24 befindet, ist das "Mager"-Zeitverhältnis kleiner als der Standardwert Rb2 für das Verhältnis. Somit ist das Ermittlungsergebnis Nein, so dass der nächste Schritt S38 ausgeführt wird.
Im Schritt S38 wird ermittelt, ob das "Fett"-Zeitverhältnis kleiner als der Standardwert Rb1 für das Verhältnis ist oder nicht. Das "Fett"-Zeitverhältnis hier ist das eine, das unmittelbar vorher erhalten wird, bevor ermittelt wird, dass das Abgas-L/K-Verhältnis sich auf der mageren L/K-Verhältnisseite im Schritt S24 befindet. Wenn das Ermittlungsergebnis Nein ist, wenn nämlich ermittelt wird, dass das "Fett"-Zeitverhältnis nicht kleiner als der Standardwert Rb1 für das Verhältnis ist, endet die momentane Ausführung der Routine. Wenn das Ermittlungsergebnis Ja ist, wenn nämlich ermittelt wird, dass das "Fett"-Zeitverhältnis kleiner als der Standardwert Rb1 für das Verhältnis ist, wird der Schritt S40 ausgeführt. Es ist anzumerken, dass der Schritt S38 nur unmittelbar ausgeführt wird, nachdem das Ermittlungsergebnis im Schritt S24 Nein ist, wenn nämlich ermittelt wird, dass sich das Abgas-L/K-Verhältnis auf der mageren L/K-Verhältnisseite befindet, oder nur in einer spezifischen Zeitperiode.
Die Routine wird wiederholt ausgeführt. Wenn das Ermittlungsergebnis im Schritt S36 Ja ist, wenn nämlich ermittelt wird, dass das "Mager"-Zeitverhältnis größer als der Standardwert Rb2 für das Verhältnis ist, wird der Schritt S40 ausgeführt.
Dass das "Mager"-Zeitverhältnis größer als der Standardwert Rb2 für das Verhältnis ist oder das "Fett"-Zeitverhältnis kleiner als der Standardwert Rb1 für das Verhältnis ist, bedeutet, dass das Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis von dem Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis zu der Seite des mageren L/K-Verhältnisses hin abweicht. Somit wird im Schritt S40 eine Korrektur, um das Abgas-L/K-Verhältnis fetter zu machen so ausgeführt, dass das "Mager"-Zeitverhältnis mit dem Standardwert Rb2 für das Verhältnis übereinstimmt. Insbesondere wird die Rückkopplungsregelung bezüglich des L/K-Verhältnisses auf der Basis der Differenz zwischen dem "Mager"-Zeitverhältnis und dem Standardwert Rb2 für das Verhältnis durchgeführt (L/K-Verhältnis-Einstellelement).
In dem vorliegenden Falle wird als der Standardwert Rb für das Verhältnis, welches dem Soll-Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis entspricht, der Standardwert Rb1 für das "Fett"- Zeitverhältnis verwendet, während der Standardwert Rb2 für das "Mager"-Zeitverhältnis verwendet wird. Der Grund dafür ist: wenn das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis das stöchiometrische L/K-Verhältnis ist, stimmt der Standardwert Rb1 mit dem Standardwert Rb2 überein (beispielsweise Rb1 = Rb2 = 0,5); jedoch stimmt, wenn das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis nicht das stöchiometrische L/K-Verhältnis ist, der Standardwert Rb1 nicht mit dem Standardwert Rb2 überein (man beachte, dass Rb1 + Rb2 = 1,0 ist).
Eine Totzone kann jeweils in der Nähe des Standardwertes Rb1 und in der Nähe des Standardwertes Rb2 vorgesehen sein.
Sie kann so eingerichtet sein, dass (1-"Mager"-Zeitverhältnis zum letzten Zeitpunkt) anstelle des Standardwertes Rb1 verwendet wird und (1-"Fett"-Zeitverhältnis zum letzten Zeitpunkt) anstelle des Standardwertes Rb2 verwendet wird. In diesem Falle wird die Rückkopplungsregelung bezüglich des L/K-Verhältnisses im Schritt S32 auf der Basis der Differenz zwischen dem "Fett"-Zeitverhältnis und (1-"Mager"-Zeitverhältnis zum letzten Zeitpunkt) durchgeführt, und die Rückkopplungsregelung bezüglich des L/K-Verhältnisses im Schritt S40 auf der Basis der Differenz zwischen dem "Mager"-Zeitverhältnis und (1-"Fett"-Zeitverhältnis zum letzten Zeitpunkt) durchgeführt.
Dadurch kann das Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis korrekt auf das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis auf der Basis der Differenz zwischen dem "Fett"-Zeitverhältnis und dem Standardwert Rb1 und der Differenz zwischen dem "Mager"-Zeitverhältnis und dem Standardwert Rb2 eingestellt werden. Demzufolge kann wie in der ersten Ausführungsform, obwohl der preiswerte O₂-Sensor 22 verwendet wird, die Genauigkeit der Zwangsmodulations-Rückkopplungsregelung bezüglich des L/K-Verhältnisses verbessert werden, daher die Zwangsmodulation des Abgas-L/K-Verhältnisses immer in einem korrekten Zustand gehalten werden, und daher die Abgasreinigungsleistung des Dreiwegekatalysators 30 verbessert werden.
Anschließend wird eine modifizierte zweite Ausführungsform beschrieben.
In der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform wird angenommen, dass die Modulationsperiode in der Zwangsmodulations-Rückkopplungsregelung (die Variationsperiode der Kraftstoffmenge) fest ist. Jedoch kann, wenn die Modulationsperiode abhängig von den Betriebsbedingungen usw. verändert wird, die Variationsperiode (Modulation) des den O₂-Sensor 22 erreichenden oder des von dem O₂-Sensor 22 detektierten Abgases von der festgelegten Modulationsperiode aufgrund der Verzögerung des Abgassystems abweichen. In diesem Falle weicht das erhaltene Zeitverhältnis ("Fett"-Zeitverhältnis oder "Mager"-Zeitverhältnis) von dem wahren Wert ab, was zu einer Verschlechterung der Regelungsgenauigkeit führt.
Demzufolge wird in der modifizierten zweiten Ausführungsform, wenn die Modulationsperiode abhängig von den Betriebsbedingungen des Motors 1 usw. verändert wird, das Zeitverhältnis ("Fett"-Zeitverhältnis oder "Mager"-Zeitverhältnis) korrigiert. Wie das Zeitverhältnis zu korrigieren ist, wenn die Modulationsperiode geändert wird, wird nachstehend beschrieben.
In einer ersten Technik werden (als "Vergangenheitsperioden" bezeichnete) in der Vergangenheit festgelegte Modulationsperioden gespeichert und das Zeitverhältnis, beispielsweise das "Fett"-Zeitverhältnis, gemäß der nachstehenden Gleichung (2') berechnet. "Fett"-Zeitverhältnis = "Fett"-Dauer zu diesem Zeitpunkt tr/spezifische Vergangenheitsperiode T1', die als Äquivalent zu der Periode angesehen wird, die eine Verzögerung des Abgassystems erlaubt (2')
Insbesondere wird in dieser Technik, die eine Verzögerung des Abgassystems zulässt, eine gespeicherte spezifische Vergangenheitsperiode T1' als die Periode betrachtet, die der "Fett"-Dauer zu diesem Zeitpunkt tr entspricht, und das "Fett"-Zeitverhältnis wird unter Verwendung dieses Vergangenheitsperiode T1' erhalten. Auf diese Weise kann die geänderte Modulationsperiode um einen der Verzögerung des Abgassystems entsprechenden Betrag verändert werden. Das "Mager"-Zeitverhältnis kann in derselben Weise berechnet werden.
In einer zweiten Technik wird die Variationsperiode (Modulation) des den O₂-Sensor 22 erreichenden Abgases oder des von dem O₂-Sensor 2 detektierten Abgases direkt detektiert und das Zeitverhältnis, beispielsweise das "Fett"-Zeitverhältnis wird gemäß der nachstehenden Gleichung (2'') berechnet. "Fett"-Zeitverhältnis = "Fett"-Dauer zu diesem Zeitpunkt tr/("Mager"-Dauer zum letzten Zeitpunkt t1' + "Fett"-Dauer zu diesem Zeitpunkt tr) (2'')
Insbesondere wird in dieser Technik die Periode, die der "Fett"-Dauer zu diesem Zeitpunkt tr entspricht, als die Summe der "Fett"-Dauer zu diesem Zeitpunkt tr und der "Mager"-Dauer zum letzten Zeitpunkt t1' erhalten, welche jeweils durch den O₂-Sensor detektiert werden, und das "Fett"-Zeitverhältnis wird unter Verwendung dieser Summe erhalten. Ferner kann auf diese Weise die veränderte Modulationsperiode um einen Betrag korrigiert werden, der der Verzögerung des Abgassystems entspricht. Das "Mager"-Zeitverhältnis kann in derselben Weise berechnet werden.
Anschließend wird eine dritte Ausführungsform beschrieben.
In den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen ist die Modulationsperiode auf eine spezifische Periode T1 festgelegt, welche sicherstellt, dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors unter Durchlaufen des Umschaltpunktes der Ausgangssignalkennlinie des O₂-Sensors 22 variiert. Jedoch kann sich die Periode, welche sicherstellt, dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 unter Durchlaufen des Umschaltpunktes variiert, verändern. Die dritte Ausführungsform betrifft einen Fall, in welchem sich die Periode, welche sicherstellt, dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 unter Durchlaufen des Umschaltpunktes variiert, sich so verändert, dass eine Korrektur an der Modulationsperiode vorgenommen wird. Hier wird ein Fall beschrieben, in welchem diese Korrektur an der Modulationsperiode zu der zweiten Ausführungsform hinzugefügt ist.
Ferner wird in diesem Falle, da der Grundaufbau der Abgasreinigungsvorrichtung derselbe wie der in 1 dargestellte ist, dessen Beschreibung hier unterlassen. Hier werden nur die Aspekte beschrieben, in welchen sich die dritte Ausführungsform von der zweiten Ausführungsform unterscheidet.
10 bis 11 stellen eine Regelungsroutine für eine Zwangsmodulations-Rückkopplungsregelung in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Form eines Flussdiagramms dar. Die nachstehende Beschreibung erfolgt gemäß diesem Flussdiagramm. In diesem Flussdiagramm sind dieselben Schritte wie die in 9 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die Beschreibung dieser Schritte wird unterlassen.
Nach den Schritten S20 bis S40 wird im Schritt S42 ermittelt, ob das "Fett"-Zeitverhältnis größer als 1 ist oder nicht. Dass das "Fett"-Zeitverhältnis größer als 1 ist bedeu tet, dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 variiert, ohne durch den Umschaltpunkt der Ausgangssignalkennlinie des O₂-Sensors 22 zu verlaufen, und dass sich das Abgas-L/K-Verhältnis immer auf der fetten L/K-Verhältnisseite befindet. Somit wird hier ermittelt, ob das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 ohne Durchlaufen des Umschaltpunktes variiert. Wenn das Ergebnis der Ermittlung Ja ist, wenn nämlich ermittelt wird, dass das "Fett"-Zeitverhältnis größer als 1 ist, wird der Schritt S44 ausgeführt.
Im Schritt S44 wird die Modulationsperiode so korrigiert, dass sie länger wird. Mit anderen Worten, die Modulationsperiode wird so korrigiert, dass sie länger als die festgelegte Periode T1 ist, so dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 unter Durchlaufen des Umschaltpunktes variieren kann.
Unterdessen wird, wenn das Ermittlungsergebnis im Schritt S42 Nein ist, wenn nämlich ermittelt wird, dass das "Fett"-Zeitverhältnis gleich oder kleiner als 1 ist, der Schritt S46 ausgeführt, nämlich die Modulationsperiode so korrigiert, dass sie kürzer wird. Mit anderen Worten, die Modulationsperiode wird so korrigiert, dass sie kürzer als die festgelegte Periode T1 ist, so dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 unter Durchlaufen des Umschaltpunktes variieren kann.
Im Schritt S48 wird somit die Modulationsperiode so begrenzt, dass sie zwischen einer Standardperiode und einer maximalen Periode begrenzt ist. Hier bedeutet die Standardperiode eine Periode, die als ein Standard für die Zwangsmodulation dient, wie z.B. die vorstehend erwähnte spezifische Periode T1. Die maximale Periode ist beispielsweise die maximale Periode, welche sicherstellt, dass das zu detektierende Abgas-L/K-Verhältnis auf der Basis des O₂-Sensors nicht den L/K-Verhältnis-Detektionsbereich überschreitet (beispielsweise 1,0 s).
Dadurch wird die Modulationsperiode zur Sicherstellung eingestellt, dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 unter Durchlaufen des Umschaltpunktes variiert. Somit kann, wenn der Standardwert Sb für das Ausgangssignal auf den Wert bei dem Umschaltpunkt festgelegt ist, das Verhältnis der Zeit, für welche das Ausgangssignal größer (oder kleiner) als der Standardwert Sb ist, der Standardwert Sb mit Sicherheit erhalten werden. Demzufolge kann das Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis korrekt auf das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis auf der Basis des Zeitverhältnisses eingestellt werden.
In dem beschriebenen Falle wird durch Einstellen der Modulationsperiode sichergestellt, dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 unter Durchlaufen des Umschaltpunktes variiert. Jedoch ist, wie vorstehend erwähnt, auch das Einstellen der Amplitude oder Wellenform der Modulation wirksam. Jedoch führt ein Erhöhen der Modulationsamplitude oder besseres Angleichen der Modulationswellenform an eine Rechteckwelle zu einer Verschlechterung im Kraftstoffverbrauch und im Fahrgefühl. Somit ist es erwünscht, die Amplitude oder Wellenform der Modulation nur einzustellen, wenn die Verschlechterung im Kraftstoffverbrauch und im Fahrgefühl gering ist.
Anschließend wird eine vierte Ausführungsform beschrieben.
Wie es vorstehend erwähnt wurde, wird die Beziehung zwischen dem Zeitverhältnis und dem Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis (siehe 8) durch die Betriebszustände des Motors 1, nämlich die Betriebszustände wie z.B. die Motordrehzahl Ne und die Abgasströmungsrate, und die Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation auf der Basis der Betriebsbedingungen beeinflusst, und daher kann sich das auf der Basis des Zeitverhältnisses erzielte Mittelwert-L/K-Verhältnis von dem wahren Wert unterscheiden.
12 stellt schematisch dar, wie sich die Beziehung zwischen dem Zeitverhältnis und dem Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis verändert, wenn sich die Betriebszustände des Motors 1, wie z.B. die Motordrehzahl Ne, die Abgasströmungsrate, und die Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation verändern. Wie die Figur zeigt, neigt, wenn die Motordrehzahl Ne niedriger wird, die Abgasströmungsrate kleiner wird, die Modulationsamplitude kleiner wird, deren Periode kürzer wird und deren Wellenform weiter von der Rechteckwelle abweicht, die Beziehung zwischen dem Zeitverhältnis und der Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis dazu, eine Kurve wie die gestrichelte Kurve mit dem Standardwert Rb für das Ausgangssignal (0,5), nämlich dem stöchiometrischen L/K-Verhältnis als Mittelpunkt, zu beschreiben. Wenn die Motordrehzahl Ne höher wird, die Abgasströmungsrate größer wird, die Modulationsamplitude größer wird, deren Periode länger wird und deren Wellenform an die Rechteckwelle herankommt, neigt die Beziehung zwischen dem Zeitverhältnis und der Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis dazu, eine Kurve wie die doppelt gestrichelte Kurve mit dem Standardwert Rb für das Ausgangssignal (0,5), nämlich dem stöchiometrischen L/K-Verhältnis als Mittelpunkt, zu beschreiben.
Die vierte Ausführungsform betrifft einen Fall, in welchem, um zu verhindern, dass das auf der Basis des Zeitverhältnisses erhaltene Abgas-L/K-Verhältnis von dem wahren Wert abweicht, eine Korrektur an der Beziehung zwischen dem Zeitverhältnis und dem Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis abhängig von den Betriebszuständen des Motors 1, wie z.B. der Motordrehzahl Ne, der Abgasströmungsrate und der Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation zu der ersten Ausführungsform hinzugefügt wird. Hier wird ein Fall beschrieben, in welchem die Korrektur der Beziehung zwischen dem Zeitverhält nis und dem Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis abhängig von der Motordrehzahl Ne durchgeführt wird.
Auch in diesem Falle wird, da der Grundaufbau der Abgasreinigungsvorrichtung derselbe wie der in 1 dargestellte ist, dessen Beschreibung unterlassen. Hier werden nur die Aspekte beschrieben, in welchen die vierte Ausführungsform sich von der ersten Ausführungsform unterscheidet.
13 stellt eine Regelungsroutine für eine Zwangsmodulations-Rückkopplungsregelung in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Form eines Flussdiagramms dar. Die nachstehende Beschreibung erfolgt anhand dieses Flussdiagramms. In diesem Flussdiagramm sind dieselben Schritte wie diejenigen in 4 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die Beschreibung dieser Schritte wird unterlassen.
Nach dem Schritt S10 werden im Schritt S13 die Amplitude, Periode, Wellenform und das Modulationsverhältnis der Zwangsmodulation speziell festgelegt. Im Schritt S14 wird das Zeitverhältnis erhalten und dann im Schritt S142 ermittelt, ob das Zeitverhältnis größer als der Standardwert Rb für das Zeitverhältnis ist oder nicht. Wenn das Ermittlungsergebnis Ja ist, wenn nämlich ermittelt wird, dass das Zeitverhältnis größer als der Standardwert Rb für das Verhältnis ist, wird der Schritt S144 ausgeführt.
Im Schritt S144 wird ermittelt, ob die (als "Ist-Motordrehzahl Ne" bezeichnete) tatsächlich detektierte Motordrehzahl Ne, wenn das Zeitverhältnis größer als der Standardwert Rb für Zeitverhältnis ist, gleich oder größer als eine Standardmotordrehzahl ist. Hier ist die Standardmotordrehzahl Ne beispielsweise eine niedrige Motordrehzahl auf deren Basis die Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation im Schritt S13 festgelegt wurden. Wenn ermittelt wird, dass die Ist-Motordrehzahl Ne nahezu der Standardmotordrehzahl Ne gleich ist, wird der Schritt S16 durchgeführt. Wenn das Ermittlungsergebnis Ja ist, wenn nämlich ermittelt wird, dass die Ist-Drehzahl Ne höher als die Standardmotordrehzahl Ne ist, wird der Schritt S146 durchgeführt, und wenn das Ermittlungsergebnis Nein ist, wenn nämlich ermittelt wird, dass die Ist-Motordrehzahl Ne niedriger als die Standardmotordrehzahl Ne ist, wird der Schritt S148 durchgeführt.
In dem Schritt S146 wird ein mit dem Zeitverhältnis korrelierender Wert erhalten, indem das gemäß der Gleichung (1) berechnete Zeitverhältnis auf einen erhöhten Wert korrigiert wird. In dem Schritt S148 wird ein mit dem Zeitverhältnis korrelierender Wert erhalten, indem das Zeitverhältnis auf einen verringerten Wert korrigiert wird. Insbesondere wird das Zeitverhältnis um einen größeren Betrag korrigiert, wenn das Zeitverhältnis um einen größeren Betrag größer oder kleiner als der Standardwert Rb ist, und wenn die Differenz zwischen der Ist-Motordrehzahl Ne und der Standardmotordrehzahl Ne größer ist.
Unterdessen wird, wenn das Ermittlungsergebnis im Schritt S142 Nein ist, wenn nämlich ermittelt wird, dass das Zeitverhältnis gleich oder kleiner als der Standardwert Rb für das Verhältnis ist, der Schritt S150 durchgeführt.
Im Schritt S150 wird ermittelt, ob die Ist-Motordrehzahl Ne, die detektiert wird, wenn das Zeitverhältnis gleich oder kleiner als der Standardwert Rb für das Verhältnis ist, gleich oder kleiner als die Standardmotordrehzahl Ne ist. Wenn ermittelt wird, dass die Ist-Motordrehzahl Ne nahezu gleich der Standardmotordrehzahl Ne ist, wird der Schritt S16 durchgeführt. Wenn das Ermittlungsergebnis Ja ist, wenn nämlich ermittelt wird, dass die Ist-Motordrehzahl Ne niedriger als die Standardmotordrehzahl Ne ist, wird der Schritt S146 durchgeführt, nämlich ein mit dem Zeitverhältnis korrelierender Wert erhalten, indem das Zeitverhältnis auf einen erhöhten Wert korrigiert wird. Wenn das Ermittlungsergebnis Nein ist, wenn nämlich ermittelt wird, dass die Ist-Motordrehzahl Ne höher als die Standardmotordrehzahl Ne ist, wird der Schritt S148 durchgeführt, nämlich ein mit dem Zeitverhältnis korrelierender Wert erhalten, indem das Zeitverhältnis auf einen verringerten Wert korrigiert wird.
Es kann eine solche Anordnung getroffen werden, dass für die Ermittlung in den Schritten S144 und S150 eine Totzone in der Nähe der Standardmotordrehzahl Ne vorgesehen ist.
Das vorstehend Beschriebene ist ein Fall, in welchem die Korrektur an der Beziehung zwischen dem Zeitverhältnis und dem Mittelwert-L/K-Verhältnis abhängig von der Motordrehzahl Ne ausgeführt wird. In einem Falle, in welchem sich die Abgasströmungsrate und die Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation ändern, wird, wenn das Zeitverhältnis größer als der Standardwert Rb für das Verhältnis ist, das Zeitverhältnis auf einen weiter erhöhten Wert korrigiert, wenn die Abgasströmungsrate größer ist, die Modulationsamplitude größer ist, deren Periode länger ist und deren Wellenform näher an der Rechteckwelle liegt, und auf einen verringerten Wert korrigiert, wenn die Abgasströmungsrate kleiner ist, die Modulationsamplitude kleiner ist, deren Periode kürzer und deren Wellenform weiter weg von der Rechteckwelle liegt. Unterdessen wird, wenn das Zeitverhältnis gleich dem oder kleiner als der Standardwert Rb für das Verhältnis ist, das Zeitverhältnis auf einen verringerten Wert korrigiert, wenn die Abgasströmungsrate größer ist, die Modulationsamplitude größer ist, deren Periode länger ist und deren Wellenform näher an der Quadratwelle liegt, und auf einen erhöhten Wert korrigiert, wenn die Abgasströmungsrate kleiner ist, die Modulati onsamplitude kleiner ist, deren Periode kürzer und deren Wellenform weiter weg von der Rechteckwelle liegt.
Durch Korrigieren des Zeitverhältnisses auf diese Weise kann selbst dann, wenn die Beziehung zwischen dem Zeitverhältnis und dem Mittelwert-L/K-Verhältnis dazu neigt, eine Kurve wie die gestrichelte Kurve oder die doppelt gestrichelte Kurve in 12 zu beschreiben, ein nicht von dem wahren Wert abweichendes geeignetes Mittelwert-L/K-Verhältnis auf der Basis des Zeitverhältnisses erhalten werden, wie in dem Falle, wenn die Ist-Motordrehzahl mit der Standardmotordrehzahl Ne übereinstimmt (wobei in diesem Falle die Beziehung zwischen dem Zeitverhältnis und dem Mittelwert-L/K-Verhältnis die durchgezogene Kurve beschreibt).
In diesem Falle kann auf der Basis des mit dem Zeitverhältnis korrelierenden Wertes das Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis genau auf das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis eingestellt werden. Demzufolge kann, obwohl der preiswerte Sensor 22 verwendet wird, die Genauigkeit der Zwangsmodulations-Rückkopplungsregelung bezüglich des Abgas-L/K-Verhältnisses weiter verbessert werden, weshalb die Zwangsmodulation des Abgas-L/K-Verhältnisses immer in einem korrekten Zustand gehalten werden kann und daher die Abgasreinigungsleistung des Dreiwegekatalysators 30 verbessert werden kann.
In dem beschriebenen Falle wird die Korrektur an dem Zeitverhältnis ausgeführt. Es ist jedoch auch möglich, das Abgas-L/K-Verhältnis zu korrigieren und die Regelung so durchzuführen, dass das korrigierte Abgas-L/K-Verhältnis mit dem Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis übereinstimmt. Alternativ kann die Korrektur an dem Regelbetrag bezüglich des L/K-Verhältnisses durchgeführt werden.
Aus 12 dürfte es sich verstehen, dass, wenn der Standardwert Rb für das Verhältnis nahe an 0,5 liegt, nämlich nahe an dem dem stöchiometrischen L/K-Verhältnis entsprechenden Wert, der Einfluss der Betriebszustände des Motors 1, wie z.B. die der Motordrehzahl Ne, der Abgasströmungsrate, und der Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation auf die Beziehung zwischen dem Zeitverhältnis und dem Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis klein ist. Somit wird, wenn der Standardwert Rb für das Verhältnis auf einen Wert nahe an 0,5 festgelegt ist, nämlich das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis auf einen Wert nahe dem stöchiometrischen L/K-Verhältnis festgelegt ist, das Zeitverhältnis notwendigerweise auf den Standardwert Rb für das Verhältnis (einen Wert nahe an 0,5) eingestellt, wenn das Mittelwert-L/K-Verhältnis auf das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis eingestellt wird. In diesem Falle kann man sagen, dass die Beziehung zwischen dem Zeitverhältnis und dem Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis kaum durch die Betriebszustände des Motors 1, wie z.B. die Motordrehzahl Ne, die Abgasströmungsrate, die Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation beeinflusst wird.
Mit anderen Worten ist es, wenn das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis auf einen Wert nahe an dem stöchiometrischen L/K-Verhältnis eingestellt wird, so dass der Standardwert Rb für das Verhältnis nahe an 0,5 liegt, selbst wenn das Mittelwert-L/K-Verhältnis von dem Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis abweicht, möglich, das Mittelwert-L/K-Verhältnis auf das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis einzustellen, was den Einfluss der Betriebszustände des Motors 1, wie z.B. den der Motordrehzahl Ne, der Abgasströmungsrate, und der Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation unabhängig davon, ob das Zeitverhältnis korrigiert ist oder nicht, minimiert.
Anschließend wird eine fünfte Ausführungsform beschrieben.
Die fünfte Ausführungsform betrifft einen Fall, in welchem, um zu verhindern, dass das Mittelwert-L/K-Verhältnis von dem wahren Wert abweicht, die Korrektur an der Beziehung zwischen dem Zeitverhältnis und dem Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis abhängig von den Betriebszuständen des Motors 1, wie z.B. den der Motordrehzahl Ne, der Abgasströmungsrate, und der Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation zu der zweiten Ausführungsform hinzugefügt wird, in welcher das Zeitverhältnis auf den Standardwert Rb für das Zeitverhältnis eingestellt wird.
Ferner wird in diesem Falle, da der Grundaufbau der Abgasreinigungsvorrichtung derselbe wie der in 1 dargestellte ist, dessen Beschreibung hier unterlassen. Hier werden nur die Aspekte beschrieben, in welchen sich die fünfte Ausführungsform von der zweiten Ausführungsform unterscheidet.
14 stellt eine Regelungsroutine für eine Zwangsmodulations-Rückkopplungsregelung in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Form eines Flussdiagramms dar. Die nachstehende Beschreibung erfolgt gemäß diesem Flussdiagramm. In diesem Flussdiagramm sind dieselben Schritte wie die in 9 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die Beschreibung dieser Schritte wird unterlassen.
Wenn das "Fett"-Zeitverhältnis durch die Schritte S20 bis S26 erhalten wird, wird ein mit dem "Fett"-Zeitverhältnis korrelierender Wert im Schritt S27 erhalten, indem das "Fett"-Zeitverhältnis abhängig von den Betriebszuständen des Motors 1 korrigiert wird.
Insbesondere wird, wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, wenn sich die Motordrehzahl Ne, die Abgasströmungsrate und die Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation ändern, wenn das "Fett"-Zeitverhältnis größer als der Standardwert Rb1 für das Verhältnis ist, das "Fett"-Zeitverhältnis auf einen weiter erhöhten Wert korrigiert, wenn die Motordrehzahl Ne höher ist, die Abgasströmungsrate größer ist, die Modulationsamplitude größer ist, deren Periode länger ist und deren Wellenform näher an der Rechteckwelle liegt, und auf einen stärker verringerten Wert korrigiert, wenn die Motordrehzahl Ne niedriger ist, die Abgasströmungsrate kleiner ist, die Modulationsamplitude kleiner ist, deren Periode kürzer und deren Wellenform weiter weg von der Rechteckwelle liegt. Wenn das "Fett"-Zeitverhältnis kleiner als der Standardwert Rb1 für das Verhältnis ist, wird das "Fett"-Zeitverhältnis auf einen stärker verringerten Wert korrigiert, wenn die Motordrehzahl Ne höher ist, die Abgasströmungsrate größer ist, die Modulationsamplitude größer ist, deren Periode länger ist und deren Wellenform näher an der Quadratwelle liegt, und auf einen stärker erhöhten Wert korrigiert, wenn die Motordrehzahl Ne niedriger ist, die Abgasströmungsrate kleiner ist, die Modulationsamplitude kleiner ist, deren Periode kürzer und deren Wellenform weiter weg von der Rechteckwelle liegt. Dann werden der Schritt S28 und nachfolgende Schritte durchgeführt.
Unterdessen wird, wenn das "Mager"-Zeitverhältnis durch die Schritte S20 bis S34 erhalten wird, ein mit dem "Mager"-Zeitverhältnis korrelierender Wert im Schritt S35 erhalten, indem das "Mager"-Zeitverhältnis abhängig von den Betriebszuständen des Motors 1 korrigiert wird.
Insbesondere wird, wie vorstehend beschriebenen, wenn sich die Motordrehzahl Ne, die Abgasströmungsrate und die Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation ändern, wenn das "Mager"-Zeitverhältnis größer als der Standardwert Rb2 für das Verhältnis ist, das "Mager"-Zeitverhältnis auf einen weiter erhöhten Wert korrigiert, wenn die Motordrehzahl Ne höher ist, die Abgasströmungsrate größer ist, die Modulationsamplitude größer ist, deren Periode länger ist und deren Wellenform näher an der Rechteckwelle liegt, und auf einen stärker verringerten Wert korrigiert, wenn die Motordrehzahl Ne niedriger ist, die Abgasströmungsrate kleiner ist, die Modulationsamplitude kleiner ist, deren Periode kürzer und deren Wellenform weiter weg von der Rechteckwelle liegt. Wenn das "Mager"-Zeitverhältnis kleiner als der Standardwert Rb2 für das Verhältnis ist, wird das "Mager"-Zeitverhältnis auf einen stärker verringerten Wert korrigiert, wenn die Motordrehzahl Ne höher ist, die Abgasströmungsrate größer ist, die Modulationsamplitude größer ist, deren Periode länger ist und deren Wellenform näher an der Quadratwelle liegt, und auf einen stärker erhöhten Wert korrigiert, wenn die Motordrehzahl Ne niedriger ist, die Abgasströmungsrate kleiner ist, die Modulationsamplitude kleiner ist, deren Periode kürzer und deren Wellenform weiter weg von der Rechteckwelle liegt. Dann werden der Schritt S36 und nachfolgende Schritte durchgeführt.
Durch Korrigieren des "Fett"-Zeitverhältnisses und des "Mager"-Zeitverhältnisses auf diese Weise kann selbst dann, wenn die Beziehung zwischen dem "Fett"-Zeitverhältnis oder dem "Mager"-Zeitverhältnis und dem Mittelwert-L/K-Verhältnis dazu neigt, eine Kurve wie die gestrichelte Kurve oder die doppelt gestrichelte Kurve in 15 zu beschreiben, ein nicht von dem wahren Wert abweichendes geeignetes Mittelwert-L/K-Verhältnis auf der Basis des "Fett"-Zeitverhältnisses oder des "Mager"-Zeitverhältnisses ebenso erreicht werden, wie wenn die Ist-Motordrehzahl, die Ist-Abgasmenge, die Ist-Amplitude, -Periode und -Wellenform der Modulation mit der Standardmotordrehzahl Ne, der Standardströmungsrate, der Standardamplitude, -Periode und -Wellenform der Modulation übereinstimmen (wobei in diesem Falle die Beziehung zwischen dem "Fett"-Zeitverhältnis oder dem "Mager"-Zeitverhältnis und dem Mittelwert-L/K-Verhältnis die durchgezogene Kurve beschreibt). Hier sind beispielsweise die Standardamplitude, -Periode und -Wellenform der Modulation die spezifische Amplitude, Periode T1 und Wellenform, auf welche die Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation im Schritt S22 festgelegt wurden. Die Standardmotordrehzahl Ne und die Standardströmungsrate sind eine niedrige Motordrehzahl Ne und eine kleine Abgasmenge, auf deren Basis die Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation auf die spezifische Amplitude, Periode T1 und Wellenform festgelegt wurde.
In diesem Falle kann auf der Basis der Differenz zwischen dem mit dem "Fett"-Zeitverhältnis korrelierenden Wert und dem Standardwert Rb1 für das Verhältnis und der Differenz zwischen den mit dem "Mager"-Zeitverhältnis korrelierenden Wert und dem Standardwert Rb2 für das Verhältnis das Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis genauer auf das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis eingestellt werden. Demzufolge kann, obwohl der preiswerte O₂-Sensor verwendet wird, die Genauigkeit der Zwangsmodulations-Rückkopplungsregelung in Hinblick auf das Abgas-L/K-Verhältnis verbessert werden, weshalb die Zwangsmodulation des Abgas-L/K-Verhältnisses immer in einem korrekten Zustand gehalten werden kann und daher die Abgasreinigungsleistung des Reinigungskatalysators 30 verbessert werden kann.
Der vorstehend beschriebene Fall ist einer, in welchem die Korrektur an der Beziehung zwischen dem Zeitverhältnis und dem Mittelwert-L/K-Verhältnis abhängig von den Betriebszuständen des Motors 1, wie z.B. den der Motordrehzahl Ne, der Abgasströmungsrate, und der Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation zu der zweiten Ausführungsform hinzugefügt ist. Diese Korrektur kann zu der modifizierten zweiten Ausführungsform oder der dritten Ausführungsform in einer ähnlichen Weise hinzugefügt werden.
Ferner ist es in diesem Falle, wenn das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis auf ein Verhältnis nahe dem stöchiometrischen L/K-Verhältnis festgelegt ist, so dass die Standardwerte Rb1 und Rb2 für das Verhältnis nahe an 0,5 liegen (man beachte, dass Rb1 + Rb2 = 1,0 ist), selbst wenn das Mittelwert-L/K-Verhältnis von dem Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis abweicht, es möglich, das Mittelwert-L/K-Verhältnis auf das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis unter Minimierung des Einflusses der Betriebszustände des Motors 1, wie z.B. den der Motordrehzahl Ne, der Abgasströmungsrate, der Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation, unabhängig davon, ob das "Fett"-Zeitverhältnis und das "Mager"-Zeitverhältnis korrigiert sind, einzustellen.
Anschließend wird eine sechste Ausführungsform beschrieben.
Die sechste Ausführungsform betrifft einen Fall, in welchem ein O₂-Sensor 220 mit einem Katalysatorelement anstelle des O₂-Sensors 22 in den ersten bis fünften Ausführungsformen verwendet wird.
Gemäß Darstellung in 16 enthält der O₂-Sensor 220 mit einem Katalysatorelement eine becherförmige Detektionskomponente 222, die an der Innenseite eines Gehäuses 221 angebracht ist, und eine Komponentenabdeckung 223, die so angebracht ist, dass sie die Detektionskomponente 222 umgibt. Die Detektionskomponente 222 weist eine Innenelektrode (atmosphärenseitige Pt-Elektrode) 225 und eine Außenelektrode (abgasseitige Elektrode) 226 auf, die innerhalb bzw. außerhalb eines Zirkonium-Festkörperelektrolyten 224 angeordnet ist. Außerhalb der Außenelektrode 226 ist eine Elektrodenschutzschicht (Keramikbeschichtung oder dergleichen) 227 vorgese hen. Ferner ist außerhalb der Elektrodenschutzschicht 227 eine Katalysatorschicht 228 mit einer NO_x-Reduktionsfunktion vorgesehen.
Wenn Atmosphäre mit hoher Sauerstoffkonzentration der Innenelektrode 225 zugeführt wird und Abgas mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration der Katalysatorschicht 228 zugeführt wird, wird eine elektromotorische Kraft durch den Zirkonium-Festkörperelektrolyten 224 abhängig von dem Unterschied in der Sauerstoffkonzentration zwischen der Innenseite und Außenseite erzeugt. Auf der Basis dieser elektromotorischen Kraft wird die Sauerstoffkonzentration detektiert, wobei in dem Abgas enthaltenes NO_x mit Hilfe der Katalysatorschicht 228 so reduziert wird, dass die Sauerstoffkonzentration des Abgases einschließlich des in dem NO_x enthaltenen Sauerstoffes korrekt detektiert werden kann.
Gemäß Darstellung in 17 neigt die Ausgangssignalkennlinie des O₂-Sensors 22 ohne eine Katalysatorschicht (gestrichelte Kurve) dazu, insgesamt auf der mageren L/K-Verhältnisseite zu liegen. Dagegen liegt die Ausgangssignalkennlinie des O₂-Sensors 220 mit einem Katalysator (durchgezogene Kurve) nicht auf nur einer Seite, so dass der Umschaltpunkt der Ausgangssignalkennlinie wie gewünscht bei dem stöchiometrischen L/K-Verhältnis liegt, so dass das Abgas-L/K-Verhältnis genau detektiert werden kann.
Insbesondere ist, wenn der O₂-Sensor ohne Katalysatorschicht verwendet wird, und der Standardwert Sb für das Ausgangssignal beispielsweise auf den Wert bei dem Umschaltpunkt (0,5V) festgelegt ist, der tatsächliche Umschaltpunkt auf der mageren L/K-Verhältnisseite angeordnet, was eine Abweichung des berechneten Wertes des Zeitverhältnisses ("Fett"-Zeitverhältnis, "Mager"-Zeitverhältnis) von dem wahren Wert des Zeitverhältnisses bewirkt. Somit kann, selbst wenn das Mittelwert-L/K-Verhältnis auf das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis auf der Basis des berechneten Wertes des Zeitverhältnisses ("Fett"-Zeitverhältnis, "Mager"-Zeitverhältnis) eingestellt wird, das Mittelwert-L/K-Verhältnis tatsächlich magerer als das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis sein. Dagegen ermöglicht es die Verwendung des O₂-Sensors 220 mit einem Katalysatorelement, das Zeitverhältnis ("Fett"-Zeitverhältnis, "Mager"-Zeitverhältnis) genau zu erhalten und das Mittelwert-L/K-Verhältnis sicher auf das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis ohne Abweichung einzustellen.
Somit ist es, wie vorstehend erwähnt, wenn das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis festgelegt ist, dass es ein Wert nahe an dem stöchiometrischen L/K-Verhältnis ist, so dass der Standardwert Rb oder die Standardwerte Rb1 und Rb2 für das Verhältnis nahe an 0,5 liegen, möglich, das Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis auf das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis unter Minimierung des Einflusses der Betriebszustände des Motors 1, wie z.B. der Motordrehzahl Ne, der Abgasströmungsrate, und der Amplitude, Periode und Wellenform der Modulation einzustellen, und das sehr genau.
Somit kann, wenn beispielsweise das Soll-Mittelwert-L/K-Verhältnis auf ein leicht fettes L/K-Verhältnis nahe den stöchiometrischen L/K-Verhältnis festgelegt ist, so dass der Standardwert Rb für das Verhältnis innerhalb des Bereichs von 0,5 bis 0,75 (der Bereich nahe an 0,5) liegt, oder die Standardwerte Rb1 und Rb2 für die Verhältnisse innerhalb des Bereiches von 0,5 bis 0,75 (Bereich nahe an 0,5) und innerhalb des Bereiches von 0,25 von 0,5 (Bereich nahe an 0,5) das Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis liegen, das Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis auf das leicht fette L/K-Verhältnis genau mit Sicherheit eingestellt werden. Demzufolge kann in dem Dreiwegekatalysator 30 die Kapazität NO_x umzuwandeln, sicher ver bessert werden, während gleichzeitig die Kapazität HO und CO umzuwandeln, sichergestellt bleibt.
In dem beschriebenen Fall ist die Katalysatorschicht 228 eine mit einer Funktion zur Reduzierung von NO_x. Zusätzlich zu der Katalysatorschicht 228 kann eine Katalysatorschicht mit einer Funktion zur Oxidierung von H₂ vorgesehen werden, da das Abgas auch H₂ enthält, welcher mit hoher Geschwindigkeit diffundiert und dazu neigt, dass ein liegen des Umschaltpunktes der Ausgangssignalkennlinie auf der mageren L/K-Verhältnisseite zu bewirken. Alternativ können die Poren in einer Diffusionsschicht des Sensors vergrößert werden.
Ferner ist in dem beschriebenen Fall der O₂-Sensor mit der Katalysatorschicht 228 mit einer Funktion zur Reduzierung von NO_x versehen. Alternativ kann die Außenelektrode 226 als eine NO_x-Reduzierungselektrode (Rh-Elektrode oder Pd-Elektrode) bereitgestellt werden.
Mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden bisher beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
Beispielsweise ist in den beschriebenen Ausführungsformen der Standardwert Sb für das Ausgangssignal auf einen festen Wert festgelegt. Es kann jedoch eine solche Anordnung getroffen werden, dass der Standardwert Sb für das Ausgangssignal aus dem Standardwertkennfeld ausgelesen wird, welches darstellt, wie der Standardwert Sb für das Ausgangssignal in Bezug auf wenigstens einen von den Faktoren: die Ansprechverzögerung des O₂-Sensors 22 oder des O₂-Sensors 220 mit einem Katalysatorelement (welche beispielsweise größer ist, wenn die Abgasströmungsrate kleiner ist, die Motordrehzahl Ne niedriger ist, die Katalysatortemperatur niedriger ist, die Abgastemperatur niedriger ist, der Volumenwirkungsgrad niedriger ist, der Bremsmitteleffektivdruck niedriger ist, der Ansaug sammlerdruck niedriger ist oder der Abgasdruck niedriger ist), die Abgastransportverzögerung (welche beispielsweise größer ist, wenn das Volumen des Abschnittes des Abgassystems anstromseitig von dem O₂-Sensor größer ist, die Abgasströmungsrate kleiner ist, die Motordrehzahl Ne niedriger ist oder der Volumenwirkungsgrad niedriger ist) und den aktiven Zustand des O₂-Sensors 22 (welcher beispielsweise schlechter ist, wenn die Kühlwassertemperatur niedriger ist, die Einlasstemperatur niedriger ist, die Schmieröltemperatur niedriger ist, die Zeit, welche seit dem Start verstrichen ist, kürzer ist, die Zeit, für welche die O₂-Sensor-Heizvorrichtung mit einem Strom versorgt wurde, kürzer ist, oder die gefahrene Strecke länger ist) variiert.
Alternativ kann eine solche Anordnung getroffen werden, dass der Standardwert Sb für das Ausgangssignal so festgelegt wird, dass er sich zwischen den maximalen und minimalen Werten des in Echtzeit detektierten Ausgangssignals des O₂-Sensors 22 oder des O₂-Sensors 220 mit einem Katalysatorelement befindet.
In den beschriebenen Ausführungsformen wird das Verhältnis der Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors größer als der Standardwert Sb für das Ausgangssignal in der Periode T1 ("Fett"-Zeitverhältnis), der mit diesem Zeitverhältnis korrelierende Wert, das Verhältnis der Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors kleiner als der Standardwert Sb für das Ausgangssignal in der Periode T1 ("Mager"-Zeitverhältnis) oder der mit diesem Zeitverhältnis korrelierende Wert erhalten. Es ist anzumerken, dass der mit dem Zeitverhältnis korrelierende Wert die nachstehenden Werte umfasst:

• das vorstehend erwähnte Zeitverhältnis, das auf der Basis der (als "die Periode, usw." bezeichneten) Periode, Am plitude und/oder Wellenform der Modulation, der Motordrehzahl Ne und/oder der Abgasströmungsrate korrigiert ist
• die (als "Ausgangssignalzeit" bezeichnete) Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors größer (oder kleiner) als der Standardwert Sb für das Ausgangssignal ist Ausgangssignalzeit = Zeitverhältnis × Periode
• die auf der Basis der Periode, usw. korrigierte Ausgangssignalzeit
• das (als "R/L-Verhältnis" bezeichnete) Verhältnis zwischen der Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors größer als der Standardwert Sb für das Ausgangssignal ("Fett"-Ausgangssignalzeit) und der Zeit, für welche es kleiner als der Standardwert Sb für das Ausgangssignal ("Mager"-Ausgangssignalzeit) ist R/L-Verhältnis = ("Fett"-Ausgangssignalzeit)/("Mager"-Ausgangssignalzeit) oder ("Mager"-Ausgangssignalzeit)/("Fett"-Ausgangssignalzeit)
• den mit dem R/L-Verhältnis korrelierenden Wert
• das auf der Basis der Periode, usw. korrigierte R/L-Verhältnis
• den auf der Basis der Periode, usw. mit dem R/L-Verhältnis korrelierenden Wert
• das aus dem (und damit korrelierenden) Zeitverhältnis erhaltene Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder den mit dem Zeitverhältnis korrelierenden Wert
• das aus dem (und damit korrelierenden) Zeitverhältnis erhaltene Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder den mit dem Zeit verhältnis korrelierenden und auf der Basis der Periode, usw. Wert
• den mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrelierenden Wert, der mit dem aus dem (und damit korrelierenden) Zeitverhältnis erhalten wird oder den mit dem Zeitverhältnis (Luft/Kraftstoff-Verhältnis, äquivalentes Verhältnis, Überschussluftverhältnis) korrelierenden Wert
• den mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrelierenden Wert, der mit dem aus dem (und damit korrelierenden) Zeitverhältnis erhalten wird oder den mit dem Zeitverhältnis erhaltenen und auf der Basis der Periode, usw. korrigierten korrelierenden Wert

Wenn das aus dem Zeitverhältnis oder dem mit dem Zeitverhältnis korrelierenden Wert erhaltene Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrigiert wird, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis so korrigiert, dass es fetter oder magerer wird.
Obwohl in den beschriebenen Ausführungsformen die Korrektur auf der Basis der Periode, usw. an dem Zeitverhältnis ausgeführt wird, kann die Korrektur an einem mit dem Zeitverhältnis korrelierenden Wert ausgeführt werden. Alternativ kann die Korrektur an dem Soll-Wert für das Zeitverhältnis oder dem Soll-Wert für den mit dem Zeitverhältnis korrelierenden Wert ausgeführt werden. Es ist anzumerken, dass, wenn die Korrektur auf der Basis der Periode, usw. an dem Soll-Wert für das Zeitverhältnis oder dem Soll-Wert für den mit dem Zeitverhältnis korrelierenden Wert ausgeführt wird, die Korrektur in der entgegen gesetzten Richtung zu der ausgeführt wird, wenn die Korrektur an dem Zeitverhältnis oder an dem mit dem Zeitverhältnis korrelierenden Wert ausgeführt wird. Insbesondere wird der Soll-Wert so korrigiert, dass er "größer" statt "kleiner", "kleiner" statt "größer", "magerer" statt "fetter" oder "fetter" statt "magerer" ist.
Obwohl in den beschriebenen Ausführungsformen das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf der Basis der Differenz zwischen dem Zeitverhältnis oder dem mit dem Zeitverhältnis korrelierenden Wert und dem Standardwert für das Verhältnis ausgeführt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung können auch ausreichend genutzt werden, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gemäß der Beziehung in der Größe zwischen dem Zeitverhältnis oder dem mit dem Zeitverhältnis korrelierenden Wert und dem Standardwert für das Verhältnis (abhängig davon, ob das erstere größer als das letztere ist oder nicht, oder ob das erstere größer als oder gleich oder kleiner als das letztere ist) korrigiert wird.
Ferner kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrigiert werden, indem die Menge des zugeführten Kraftstoffs erhöht oder verringert wird, oder indem das Modulationsverhältnis verändert wird. Beispielsweise wird, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fetter zu machen, das Verhältnis der "Fett"-Modulation größer gemacht oder das Verhältnis der "Mager"-Modulation kleiner gemacht und um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu korrigieren, dass es magerer wird, das Verhältnis der "Fett"-Modulation kleiner gemacht oder das Verhältnis der "Mager"-Modulation größer gemacht.
Die Periode, Amplitude, Wellenform und das Modulationsverhältnis der Modulation, der Soll-Wert für das Zeitverhältnis und der Soll-Wert für den mit dem Zeitverhältnis korrelierenden Wert können fixiert sein. Alternativ können diese geeignet gemäß den Betriebsbedingungen (einem oder mehreren von den die Motordrehzahl Ne, die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Volumenwirkungsgrad, die Ansaugluftmenge, die Drosselklappenöffnung, den Einlasssammlerdruck, die Abgastemperatur, die O₂-Sensor-Vorrichtungstemperatur, die O₂-Sensor- Heizvorrichtungstemperatur, die Änderungsrate der Motordrehzahl, die Änderungsrate der Fahrzeuggeschwindigkeit, die Änderungsrate des Volumenwirkungsgrades, die Änderungsrate der Ansaugluftmenge, die Änderungsrate der Drosselklappenöffnung, die Änderungsrate des Einlasssammlerdruckes, die Kühlwassertemperatur, die Öltemperatur, die Ansauglufttemperatur und die nach dem Start verstrichene Zeit aufweisende Faktoren) geändert werden.
Ferner kann unter Verwendung unterschiedlicher spezifischer Werte S1 und S2 anstelle des Standardwertes Sb für das Ausgangssignal das Verhältnis zwischen der Zeit, für welche das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 oder des O₂-Sensors 220 mit einem Katalysatorelement größer als der spezifische Wert S1 ist, und der Zeit, für welche dessen Ausgangssignal kleiner als der spezifische Wert S2 ist, oder ein mit diesem Verhältnis korrelierender Wert erhalten werden.
Ferner können anstelle des Standardwertes Rb für das Verhältnis, des Standardwertes Rb1 für das Verhältnis und des Standardwertes Rb2 für das Verhältnis unterschiedliche spezifische Werte R1 und R2, unterschiedliche spezifische Werte R11 und R12 bzw. unterschiedliche spezifische Werte R21 und R22 verwendet werden.
In den beschriebenen Ausführungsformen werden das Zeitverhältnis, das "Fett"-Zeitverhältnis und das "Mager"-Zeitverhältnis in Bezug zu der Periode T1 der Modulation gemäß den Gleichungen (1), (2) und (3) erhalten. Alternativ können das Zeitverhältnis, das "Fett"-Zeitverhältnis und das "Mager"-Zeitverhältnis in Bezug zu einem ganzzahligen (einschließlich 1) Vielfachen der Periode T1 erhalten werden. Da das Ausgangssignal des O₂-Sensors 22 oder des O₂-Sensors 220 mit einem Katalysatorelement periodisch gemäß der Modulationsperiode variiert, können das Zeitverhältnis, das "Fett"- Zeitverhältnis und das "Mager"-Zeitverhältnis in Bezug zu der Periode T1 der Modulation oder ein ganzzahliges Vielfaches der Periode T1 (2T1, 3T1 ...) erhalten werden. Dadurch kann das Verhältnis der Zeit, für welche das Ausgangssignal des Sauerstoffs größer als der Standardwert Sb für das Ausgangssignal ist, oder die Zeit, für welche es kleiner als der Standardwert Sb für das Ausgangssignal ist, zu der Zeit als Ganzes oder ein mit diesem Verhältnis korrelierender Wert korrekt erzielt werden, so dass die Differenz zwischen dem Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis und dem Soll-L/K-Verhältnis, nämlich wie viel das Mittelwert-Abgas-L/K-Verhältnis von dem Soll-L/K-Verhältnis abweicht, genau detektiert werden, so dass das Abgas-L/K-Verhältnis korrekt eingestellt werden kann.
Ferner wird in den beschriebenen Ausführungsformen die Zwangsmodulation so ausgeführt, dass die "Mager"-Zeit und die "Fett"-Zeit mit spezifischen Zeiten t1 und t2 übereinstimmen, so dass das auf der Basis des Ausgangssignals des O₂-Sensors oder des O₂-Sensors mit einem Katalysatorelement zu detektierende Abgas-L/K-Verhältnis innerhalb des L/K-Verhältnis-Detektionsbereiches liegen kann. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Selbst wenn das auf der Basis des Ausgangssignals des O₂-Sensors oder O₂-Sensors mit einem Katalysatorelement zu detektierende Abgas-L/K-Verhältnis den L/K-Verhältnis-Detektionsbereich überschreitet, können die Vorteile der vorliegenden Erfindung ausreichend genutzt werden.
In den beschriebenen Ausführungsformen ist der O₂-Sensor 22 oder der O₂-Sensor 220 mit einem Katalysatorelement anstromseitig von dem Dreiwegekatalysator 30 angeordnet. Jedoch kann, wenn der Dreiwegekatalysator 30 keine große Kapazität zur Speicherung von O₂ besitzt, der O₂-Sensor 22 oder der O₂- Sensor 220 mit einem Katalysatorelement abstromseitig von dem Dreiwegekatalysator 30 angeordnet werden. In diesem Falle kann die Atmosphäre in der Umgebung des Katalysators direkt detektiert werden. Ferner werden in einem Katalysatorsystem, welches einen O₂-Sensor abstromseitig von dem Katalysator für die OBD (On Board Diagnose) erfordert, die Kosten reduziert werden, da ein O₂-Sensor anstromseitig von dem Katalysator weggelassen werden kann.
Der Katalysator ist nicht auf den Dreiwegekatalysator beschränkt. Solange er eine O₂-Speicherfunktion besitzt, kann jeder Katalysatortyp verwendet werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der Motor 1 ein MPI-Motor. Jedoch ist der Motor 1 nicht auf den MPI-Motor beschränkt. Solange er eine Zwangsmodulationsregelung zulässt, kann jeder Motortyp, beispielsweise ein Direkteinspritzungsmotor als der Motor 1 verwendet werden.

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, aufweisend: einen in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors vorgesehenen Katalysator (30), ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Zwangsmodulationselement, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator strömenden Abgases zwischen einem mageren Luft/ Kraftstoff-Verhältnis, das magerer als ein Soll-Mittelwert-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, und einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das fetter als das Soll-Mittelwert-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, mit einer spezifischen Periode, einer spezifischen Amplitude, einem spezifischen Modulationsverhältnis und einer spezifischen Wellenform zwangsweise zu modulieren, einen nicht-linearen Sauerstoffsensor (22, 220), der in dem Abgaskanal zum Detektieren der Sauerstoffkonzentration des Abgases und für die Lieferung eines der detektierten Sauerstoffkonzentration entsprechenden Signals vorgesehen ist, ein Zeitverhältnis-Berechnungselement, um das Verhältnis einer Zeit, für welche das Ausgangssignal des nichtlinearen Sauerstoffsensors (22, 220) größer als ein zwischen den maximalen und minimalen Werten des Ausgangssignals festgelegter Standardwert ist, oder einer Zeit, für welche das Ausgangssignal des nicht-linearen Sauerstoffsensors (22, 220) kleiner als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, in einer vorbestimmten Zeitperiode, oder einen mit dem Verhältnis korrelierenden Wert zu erhalten, und ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einstellelement, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases während der Zwangsmodulation auf der Basis des durch das Zeitverhältnis-Berechnungselement erhaltenen Verhältnisses oder des mit dem Verhältnis korrelierenden Wertes einzustellen, wobei die Modulationsperiode gleich oder kürzer als eine maximale Periode festgelegt ist, welche sicherstellt, dass das auf der Basis des Ausgangssignals des nicht-linearen Sauerstoffsensors (22, 220) zu detektierende Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht den oberen oder unteren Grenzwert eines von dem Sauerstoffsensor detektierbaren Bereichs von Luft/Kraftstoff-Verhältnissen erreicht.
Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Zeitperiode ein ganzzahliges Vielfaches der Modulationsperiode ist.
Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Zwangsmodulationselement die Zwangsmodulation so durchführt, dass das Ausgangssignal des nicht-linearen Sauerstoffsensors (22, 220) unter Durchlaufen eines Umschaltpunktes einer Ausgangssignalkennlinie des nicht-linearen Sauerstoffsensors (22, 220) variiert.
Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 3, wobei der Standardwert für das Ausgangssignal auf einen Ausgangssignalwert bei dem Umschaltpunkt oder in der Nähe des Umschaltpunktes festgelegt ist.
Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei der nicht-lineare Sauerstoffsensor (22, 220) eine Katalysatorfunktion hat.
Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einstellungselement das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases während der Zwangsmodulation auf der Basis einer Differenz zwischen dem Verhältnis oder dem durch das Zeitverhältnis-Berechnungselement erhaltenen mit dem Verhältnis korrelierenden Wert und einem Standardwert für das Verhältnis einstellt.
Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei der mit dem Verhältnis korrelierende Wert erhalten wird, wenn das Verhältnis größer als der Standardwert für das Verhältnis ist, indem das Verhältnis in einer solchen Weise korrigiert wird, dass das Verhältnis stärker erhöht wird, wenn die Modulationsperiode länger ist, und stärker verringert wird, wenn die Modulationsperiode kürzer ist, und wenn das Verhältnis kleiner ist als der Standardwert für das Verhältnis, indem das Verhältnis in einer solchen Weise korrigiert wird, dass das Verhältnis stärker verringert wird, wenn die Modulationsperiode länger ist, und stärker erhöht wird, wenn die Modulationsperiode kürzer ist.
Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei der mit dem Verhältnis korrelierende Wert erhalten wird, wenn das Verhältnis größer als der Standardwert für das Verhältnis ist, indem das Verhältnis in einer solchen Weise korrigiert wird, dass es stärker vergrößert wird, wenn die Modulationsamplitude größer ist, und stärker verkleinert wird, wenn die Modulationsamplitude kleiner ist, und wenn das Verhältnis kleiner als der Standardwert für das Verhältnis ist, erhalten wird, indem das Verhältnis in einer solchen Weise korrigiert wird, dass das Verhältnis stärker verkleinert wird, wenn die Modulationsamplitude größer ist, und stärker vergrößert wird, wenn die Modulationsamplitude kleiner ist.
Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei der mit dem Verhältnis korrelierende Wert erhalten wird, wenn das Verhältnis größer als der Standardwert für das Verhältnis ist, indem das Verhältnis in einer solchen Weise korrigiert wird, dass das Verhältnis stärker vergrößert wird, wenn die Modulationswellenform einer Rechteckwelle näher kommt und stärker verringert wird, wenn die Modulationswellenform weiter von der Rechteckwelle abweicht, und wenn das Verhältnis kleiner als der Standardwert für das Verhältnis ist, erhalten wird, indem das Verhältnis in einer solchen Weise korrigiert wird, dass das Verhältnis stärker verringert wird, wenn die Modulationswellenform der Rechteckwelle näher kommt, und stärker erhöht wird, wenn die Modulationswellenform weiter von der Rechteckwelle abweicht.
Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Drehzahl-Detektionselement (42) zum Detektieren der Drehzahl des Verbrennungsmotors, wobei der mit dem Verhältnis korrelierende Wert erhalten wird, wenn das Verhältnis größer als der Standardwert für das Verhältnis ist, indem das Verhältnis in einer solchen Weise korrigiert wird, dass es stärker vergrößert wird, wenn die von dem Drehzahl-Detektionselement (42) detektierte Drehzahl des Verbrennungsmotors höher ist, und stärker verkleinert wird, wenn die Drehzahl niedriger ist, und wenn das Verhältnis kleiner als der Standardwert für das Verhältnis ist, erhalten wird, indem das Verhältnis in einer solchen Weise korrigiert wird, dass das Verhältnis stärker verkleinert wird, wenn die Drehzahl höher ist, und stärker vergrößert wird, wenn die Drehzahl niedriger ist.
Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Abgasströmungsraten-Detektionselement (18) zum Detektieren der Strömungsrate des Abgases, wobei der mit dem Verhältnis korrelierende Wert erhalten wird, wenn das Verhältnis größer als der Standardwert für das Verhältnis ist, indem das Verhältnis in einer solchen Weise korrigiert wird, dass es stärker vergrößert wird, wenn die von dem Abgasströmungsraten-Detektionselement (18) detektierte Strömungsrate größer ist, und stärker verkleinert wird, wenn die Strömungsrate kleiner ist, und wenn das Verhältnis kleiner als der Standardwert für das Verhältnis ist, erhalten wird, indem das Verhältnis in einer solchen Weise korrigiert wird, dass das Verhältnis stärker verkleinert wird, wenn die Strömungsrate größer ist, und stärker vergrößert wird, wenn die Strömungsrate kleiner ist.
Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei der Standardwert für das Verhältnis der Zeit, für welche das Ausgangssignal des nicht-linearen Sauerstoffsensors (22, 220) größer als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, oder für den mit dem Verhältnis korrelierenden Wert in dem Bereich von 0,5 bis 0,75 liegt.
Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei der Standardwert für das Verhältnis der Zeit, für welche das Ausgangssignal des nicht-linearen Sauerstoffsensors (22, 220) kleiner als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, oder für den mit dem Verhältnis korrelierenden Wert in dem Bereich von 0,25 bis 0,5 liegt.
Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Zwangsmodulationselement ein Veränderungselement enthält, um eine Veränderung gemäß den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors auszuführen, und das Zeitverhältnis-Berechnungselement in der Vergangenheit veränderte Perioden der Modulation speichert und den mit dem Verhältnis korrelierenden Wert aus der Zeit, für welche das Ausgangssignal des nicht-linearen Sauerstoffsensors (22, 220) größer als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, oder der Zeit, für welche das Ausgangssignal des nicht-linearen Sauerstoffsensors (22, 220) kleiner als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, das zu diesem Zeitpunkt erhalten wird, und aus einer gespeicherten vergangenen veränderten Modulationsperiode erhält.
Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Zwangsmodulationselement ein Veränderungselement enthält, um eine Veränderung gemäß den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors auszuführen, und das Zeitverhältnis-Berechnungselement die Zeit speichert, für welche das Ausgangssignal des nicht-linearen Sauerstoffsensors (22, 220) größer als der Standardwert für das Ausgangssignal war, oder die Zeit, für welche das Ausgangssignal des nicht-linearen Sauerstoffsensors (22, 220) kleiner als der Standardwert für das Ausgangssignal war, das zum letzten Zeitpunkt erhalten wurde, und den mit diesem Verhältnis korrelierenden Wert aus der Zeit erhält, für welche das Ausgangssignal des nicht-linearen Sauerstoffsensors (22, 220) größer als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, das zu diesem Zeitpunkt erhalten wird, und der Summe der Zeit, für welche das Ausgangssignal des nicht-linearen Sauerstoffsensors (22, 220) größer als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, das zu diesem Zeitpunkt erhalten wird, und aus der Zeit, für welche das Ausgangssignal des nicht-linearen Sauerstoffsensors (22, 220) kleiner war als der Standardwert für das Ausgangssignal, das zum letzten Zeitpunkt erhalten wurde, oder aus der Zeit, für welche das Ausgangssignal des nicht-linearen Sauerstoffsensors (22, 220) kleiner als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, das zu diesem Zeitpunkt erhalten wird und der Summe der Zeit, für welche das Ausgangssignal des nicht-linearen Sauerstoffsensors (22, 220) kleiner als der Standardwert für das Ausgangssignal ist, das zu diesem Zeitpunkt erhalten wird und der Zeit, für welche das Ausgangssignal des nicht-linearen Sauerstoffsensors (22, 220) größer als der Standardwert für das Ausgangssignal war, das zum letzten Zeitpunkt erhalten wurde.