DE112007001343B4

DE112007001343B4 - Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112007001343B4
Application number: DE112007001343T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Sawada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2027-06-09
Also published as: WO2007145141A1; JP4497132B2; US20100146936A1; JP2007332914A; DE112007001343T5; US8020371B2

Abstract

Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung, die eine Katalysatorverschlechterung durch Ausführen einer aktiven Steuerung zum Umschalten eines Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnisses, das stromaufwärts eines Katalysators (46) vorherrscht, zwischen e wobei die Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung Folgendes aufweist: einen Abgassensor (52), der stromabwärts des Katalysators (46) installiert ist, um den Ausgabewert gemäß einem Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis zu ändern, das stromabwärts des Katalysators (46) vorherrscht; und eine Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungseinrichtung (60), die eine Steuerung ausführt, um das Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis, das stromaufwärts des Katalysators (46) vorherrscht, auf eine Vielzahl von verschiedenen magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen festzulegen; gekennzeichnet durch eine Sauerstoffspeichermengenberechnungseinrichtung (60), die die Sauerstoffüberschuss-/Sauerstoffdefizitmenge einer zu dem Katalysator (46) führenden Strömung vor einer Änderung des Ausgabewerts des Abgassensors (52) bei jedem der Vielzahl von verschiedenen magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen berechnet und die die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators (46) gemäß der Sauerstoffüberschuss-/Sauerstoffdefizitmenge berechnet; und eine Verschlechterungserfassungseinrichtung (60), die die Verschlechterung des Katalysators (46) gemäß einer Vielzahl von...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung, die eine Katalysatorverschlechterung gemäß einer Sauerstoffspeichermenge erfasst.
Stand der Technik
Eine bekannte Vorrichtung, die bspw. in Patentdokument 1 offenbart ist, führt eine aktive Steuerung aus, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das strom- aufwärts eines Katalysators vorherrscht, zwischen einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwangsweise umzuschalten, um die Menge einer Sauerstoffspeicherung durch den Katalysator zu messen. Diese Vorrichtung erfasst eine Katalysatorverschlechterung gemäß der gemessenen Sauerstoffspeichermenge.
Patentdokument 1: JP-A-2004-176611
Patentdokument 2: Japanisches Patent Nr. 2812023
Patentdokument 3: Japanisches Patent Nr. 3264234
Patentdokument 4: Japanisches Patent Nr. 2806248
Die JP 2004 044 450 A offenbart eine gattungsbildende Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 2 und 4.
Eine weiteres Verfahren zur Bestimmung der Verschlechterung eines Katalysators ist aus der DE 10 2006 043 446 A1 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Wenn sich die Ausgabe eines Sensors ändert (umkehrt), der stromabwärts des Katalysators installiert ist, wird die vorstehend beschriebene aktive Steuerung ausgeführt, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu ändern, das stromaufwärts des Katalysators vorherrscht.
Jedoch können sich die Zusammensetzung und die Konzentration von unverbranntem HC, die Zusammensetzung eines NOx-Gases, die Konzentration eines CO-Gases und dergleichen an einem Katalysatorauslass aufgrund von bspw. Änderungen der Katalysatorbetttemperatur, der Abgasmenge oder des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ändern, das stromaufwärts des Katalysators vorherrscht. Diese Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass stabilisieren die Zeitabstimmung, mit der sich die Ausgabe des Sensors, der stromabwärts des Katalysators angeordnet ist, ändert (umkehrt). Falls bspw. die Ausgabe des Sensors, der stromabwärts des Katalysators angeordnet ist, sich frühzeitig ändert (umkehrt), erweist sich die gemessene Sauerstoffspeichermenge kleiner als die tatsächliche Sauerstoffspeichermenge. Demzufolge wird unrichtig beurteilt, dass der Katalysator verschlechtert ist, selbst wenn dieser normal ist.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das vorstehende Problem zu lösen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung vorzusehen, die eine unrichtige Erfassung einer Katalysatorverschlechterung durch Abwenden des Einflusses von Gaszustandsänderungen an einem Katalysatorauslass auf die Sauerstoffspeichermenge vermeiden kann.
Einrichtung zum Lösen des Problems
Um die vorstehend genannten Ziele zu erreichen, ist der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung, die eine Katalysatorverschlechterung durch Ausführen einer aktiven Steuerung zum Umschalten eines Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnisses, das stromaufwärts eines Katalysators vorherrscht, zwischen einer mageren Seite und einer fetten Seite erfasst, wobei die Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung Folgendes aufweist:
einen Abgassensor, der stromabwärts des Katalysators installiert ist, um den Ausgabewert gemäß einem Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis zu ändern, das stromabwärts des Katalysators vorherrscht;
eine Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungseinrichtung, die eine Steuerung ausführt, um das Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis, das stromaufwärts des Katalysators vorherrscht, auf eine Vielzahl von unterschiedlichen magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen festzulegen;
eine Sauerstoffspeichermengenberechnungseinrichtung, die die Sauerstoffüberschuss-/Sauerstoffdefizitmenge einer zu dem Katalysator führenden Strömung vor einer Änderung des Ausgabewerts des Abgassensors bei jedem der Vielzahl von verschiedenen magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen berechnet und die die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators gemäß der Sauerstoffüberschuss-/Sauerstoffdefizitmenge berechnet; und
eine Verschlechterungserfassungseinrichtung, die die Verschlechterung des Katalysators gemäß einer Vielzahl von Sauerstoffspeichermengen erfasst, die durch die Sauerstoffspeichermengenberechnungseinrichtung berechnet werden.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung, die eine Katalysatorverschlechterung durch Ausführen einer aktiven Steuerung zum umschalten eines Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnisses, das stromaufwärts eines Katalysators vorherrscht, zwischen einer mageren Seite und einer fetten Seite erfasst, wobei die Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung Folgendes aufweist:
einen Abgassensor, der stromabwärts des Katalysators installiert ist, um den Ausgabewert gemäß einem Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis zu ändern, das stromabwärts des Katalysators vorherrscht;
eine Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungseinrichtung, die eine Steuerung ausführt, um das Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis, das stromaufwärts des Katalysators vorherrscht, auf eine Vielzahl von verschiedenen magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen festzulegen;
eine Sauerstoffspeichermengenberechnungseinrichtung, die die Sauerstoffüberschuss-/Sauerstoffdefizitmenge einer zu dem Katalysator führenden Strömung vor einer Änderung des Ausgabewerts des Abgassensors bei jedem der Vielzahl von verschiedenen magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen berechnet und die die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators gemäß der Sauerstoffüberschuss-/Sauerstoffdefizitmenge berechnet; und
eine Verschlechterungserfassungseinrichtung, die die Verschlechterung des Katalysators gemäß einer Vielzahl von Sauerstoffspeichermengen berechnet, die durch die Sauerstoffspeichermengenberechnungseinrichtung berechnet werden;
wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungseinrichtung wenigstens einen Steuerungsbetrieb zum Umschalten zu einem magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit Bezug auf ein bestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einen Steuerungsbetrieb zum Umschalten zu einem magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit Bezug auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausführt, das anders als das bestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungseinrichtung wenigstens zwei Steuerungsbetriebe von drei verschiedenen Steuerungsbetrieben zum Umschalten zwischen einem magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit Bezug auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, zum Umschalten zwischen einem magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit Bezug auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und zum Umschalten zwischen magerseitigen einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit Bezug auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausführt, das fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Der vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung, die eine Katalysatorverschlechterung durch Ausführen einer aktiven Steuerung zum Umschalten eines Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnisses, das stromaufwärts eines Katalysators vorherrscht, zwischen einer mageren Seite und einer fetten Seite erfasst, wobei die Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung Folgendes aufweist:
einen Abgassensor, der stromabwärts des Katalysators installiert ist, um den Ausgabewert gemäß einem Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis zu variieren, das stromabwärts des Katalysators vorherrscht;
eine Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungseinrichtung, die eine Steuerung ausführt, um das Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis, das stromaufwärts des Katalysators vorherrscht, auf eine Vielzahl von verschiedenen magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen Seite festzulegen;
eine Sauerstoffspeichermengenberechnungseinrichtung, die die Sauerstoffüberschuss-/Sauerstoffdefizitmenge einer zu dem Katalysator führenden Strömung vor einer Änderung des Ausgabewerts des Abgassensors bei jedem der Vielzahl von verschiedenen magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen berechnet und die die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators gemäß der Sauerstoffüberschuss-/Sauerstoffdefizitmenge berechnet; und
eine Verschlechterungserfassungseinrichtung, die die Verschlechterung des Katalysators gemäß einer Vielzahl von Sauerstoffspeichermengen erfasst, die durch die Sauerstoffspeichermengenberechnungseinrichtung berechnet werden;
wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungseinrichtung eine Steuerung zum Umschalten einer Vielzahl von magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen mit Bezug auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausführt, wobei die Vielzahl von magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen sich in dem Grad einer Abweichung von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterscheiden.
Der fünfte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung gemäß einem von dem ersten bis vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei die Verschlechterungserfassungseinrichtung die Verschlechterung des Katalysators erfasst, wenn alle der Vielzahl von Sauerstoffspeichermengen, die durch die Sauerstoffspeichermengenberechnungseinrichtung berechnet werden, gleich wie oder geringer als ein Referenzwert ist.
Der sechste Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung gemäß einem von dem ersten bis fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungseinrichtung nacheinander zu einer Vielzahl von verschiedenen magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen in einem vordefinierten Betriebszustand umschaltet.
Vorteile der Erfindung
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung legt das Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis, das stromaufwärts des Katalysators vorherrscht, auf eine Vielzahl von verschiedenen magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen fest, und berechnet die jeweiligen Sauerstoffspeichermengen durch den Katalysator. Wenigstens eine der berechneten Sauerstoffspeichermengen wird durch Gaszustandsänderungen an einem Katalysatorauslass nicht beeinflusst. Deshalb ermöglicht der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine unrichtige Katalysatorverschlechterungserfassung zu vermeiden, die sich durch die Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass ergeben kann.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung führt wenigstens Steuerungsbetriebe zum Umschalten zwischen einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit Bezug auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Steuerungspunkts und zum Umschalten zwischen einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit Bezug auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines anderen Steuerungspunkts durch. Da zwei verschiedene Steuerungsbetriebe gemäß Luft-Kraftstoff-Verhältnissen mit verschiedenen Steuerungspunkten durchgeführt werden, stellt der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung sicher, dass die Sauerstoffspeichermenge durch Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass unbeeinflusst bleibt.
Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung führt wenigstens zwei Steuerungsbetriebe von drei Steuerungsbetrieben zum Umschalten zwischen einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit Bezug auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, zum Umschalten zwischen einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit Bezug auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und zum Umschalten zwischen einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit Bezug auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch, das fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Demzufolge stellt der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung sicher, dass die Sauerstoffspeichermenge durch Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass unbeeinflusst bleibt.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit Bezug auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis festzulegen ist, legt der vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf eine Vielzahl von mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnissen fest, die sich in dem Grad einer Abweichung von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterscheiden. Demzufolge stellt der vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung sicher, dass die Sauerstoffspeichermenge durch Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass unbeeinflusst bleibt.
Gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Katalysatorverschlechterung ungeachtet des Einflusses von Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass erfasst werden, falls alle die berechneten Sauerstoffspeichermengen kleiner als der Referenzwert sind.
Gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung schaltet die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungseinrichtung nacheinander zu einer Vielzahl von verschiedenen mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnissen in einem vordefinierten Betriebszustand. Falls ein Schalten zu der Vielzahl von verschiedenen mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnissen in verschiedenen Betriebszuständen bewirkt wird, kann der Einfluss von Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass in Abhängigkeit des Unterschieds zwischen Betriebszuständen abgewendet werden. Wenn ein derartiges Schalten in einem vordefinierten Betriebszustand nacheinander ausgeführt wird, wie in dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, ist es möglich, zu verhindern, dass der Einfluss von Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass in Abhängigkeit des Unterschieds zwischen Betriebszuständen abgewendet wird. Deshalb kann der Einfluss von Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass nur abgewendet werden, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf eine Vielzahl von verschiedenen mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnissen festgelegt wird. Dies macht es möglich, eine Katalysatorverschlechterung mit erhöhter Genauigkeit zu erfassen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Diagramm, das ein typisches Verfahren des Berechnens der maximalen Sauerstoffspeichermenge Cmax des Katalysators darstellt.
3 stellt einen Fall dar, in dem die Zeitabstimmung, mit der sich die Ausgabe des zweiten Sauerstoffsensors ändert (umkehrt), aufgrund von Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass destabilisiert ist.
4 zeigt magerseitige Zielwerte und fettseitige Zielwerte, die das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis darstellen.
5 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zeigt, die die ECU 60 in der vorliegenden Ausführungsform ausführt.
6 ist ein Diagramm, das magerseitige Zielwerte und fettseitige Zielwerte für das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß einer modifizierten Version der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Diagramm, das magerseitige Zielwerte und fettseitige Zielwerte für das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß einer weiteren modifizierten Version der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
10: Brennkammer
44: Abgasweg
46: Abgasreinigungskatalysator
48: Katalysatorbetttemperatursensor
50: erster Sauerstoffsensor
52: zweiter Sauerstoffsensor
60: ECU (elektronische Steuereinheit)

Beste Form zum Ausführen der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Gleiche Elemente in den Zeichnungen werden durch die selben Bezugszeichen identifiziert und werden nicht redundant beschrieben.
[Systemaufbau]
1 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das System gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat eine Brennkraftmaschine 1. Die Brennkraftmaschine 1 hat eine Vielzahl von Zylindern 2; jedoch zeigt 1 nur einen von diesen.
Die Brennkraftmaschine 1 hat einen Zylinderblock 6, der einen Kolben 4 im Inneren hat. Ein Zylinderkopf 8 ist an der Oberseite des Zylinderblocks 6 montiert. Der Raum zwischen der oberen Fläche des Kolbens 4 und dem Zylinderkopf 8 bildet eine Brennkammer 10. Der Zylinderkopf 8 hat eine Zündkerze 12, die ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Brennkammer 10 zündet.
Der Zylinderkopf 8 hat einen Einlassanschluss 14, der mit der Brennkammer 10 in Verbindung ist. Eine Verbindung zwischen dem Einlassanschluss 14 und der Brennkammer 10 ist mit einem Einlassventil 16 versehen. Der Einlassanschluss 14 ist mit einem Einlassweg 18 verbunden. Der Einlassweg 18 ist mit einem Injektor 20 versehen, der Kraftstoff in die Nähe des Einlassanschlusses 14 einspritzt.
Ein Ausgleichsbehälter 22 ist in der Mitte des Einlasswegs 18 installiert. Eine Drosselklappe 24 ist stromaufwärts des Ausgleichsbehälters 22 montiert. Die Drosselklappe 24 ist ein elektronisch gesteuertes Ventil, das durch einen Drosselmotor 26 angetrieben wird. Die Drosselklappe 24 wird gemäß einer Beschleunigeröffnung AA angetrieben, die durch einen Beschleunigeröffnungssensor 30 erfasst wird. Ein Drosselöffnungssensor 28, der eine Drosselöffnung TA erfasst, ist nahe der Drosselklappe 24 installiert. Ein Luftmengenmesser 32, der eine Einlassluftmange Ga erfasst, ist stromaufwärts der Drosselklappe 24 installiert. Ein Luftreinigungsbauteil 34 ist stromaufwärts des Luftmengenmessers 32 installiert.
Der Zylinderkopf 8 hat auch einen Auslassanschluss 40, der mit der Brennkammer in Verbindung ist. Eine Verbindung zwischen dem Auslassanschluss 40 und der Brennkammer 10 ist mit einem Auslassventil 42 versehen. Der Auslassanschluss 40 ist mit einem Abgasweg 44 verbunden. Der Abgasweg 44 ist mit einem Abgasreinigungskatalysator 46 (nachstehend als der Katalysator bezeichnet) versehen, der ein Abgas reinigt. Der Katalysator 46 ist mit einem Katalysatorbetttemperatursensor 48 versehen, der die Temperatur eines Katalysatorbetts erfasst. In dem Abgasweg 44 ist ein erster Sauerstoffsensor 50 stromaufwärts des Katalysators 46 installiert, während ein zweiter Sauerstoffsensor 52 stromabwärts des Katalysators 46 installiert ist. Der erste und zweite Sauerstoffsensor 59, 52 sind aufgebaut, um die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas zu erfassen.
Das System gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat auch einen ECU (elektronische Steuerungseinheit) 60, die als eine Steuerungsvorrichtung dient. Das Ausgabeende der ECU 60 ist bspw. mit der Zündkerze 12, dem Injektor 20 und dem Drosselmotor 26 verbunden. Das Eingabeende der ECU 60 ist bspw. mit dem Drosselöffnungssensor 28, dem Beschleunigeröffnungssensor 30, dem Luftmengenmesser 32, dem Katalysatorbetttemperatursensor 48 und den Sauerstoffsensoren 50, 52 verbunden.
Die ECU 60 kann eine aktive Steuerung ausführen, in der ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die Luft-Kraftstoff-Gemisch-Zufuhr zu einem Zylinder gesteuert wird, um das Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis, das stromaufwärts des Katalysators vorherrscht, zwischen einer kraftstoffmageren Seite (nachstehend als die magere Seite abgekürzt) und einer kraftstofffetten Seite (nachstehend als die fette Seite abgekürzt) zwangsweise umzuschalten.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen System kann die maximale Sauerstoffspeichermenge Cmax des Katalysators 46 durch Berechnen der Sauerstoffüberschuss-/Sauerstoffdefizitmenge einer Abgasströmung zu dem Katalysator 46 während des Zeitintervalls zwischen dem Augenblick, zu dem das Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis, das stromaufwärts des Katalysators vorherrscht, zwangsweise von der fetten Seite (oder der mageren Seite) zu der mageren Seite (oder der fetten Seite) geändert wird, und dem Augenblick berechnet werden, bei dem sich die Ausgabe des stromabwärts des Katalysators installierten Sensors ändert (umkehrt). Mit anderen Worten gesagt kann die maximale Sauerstoffspeichermenge Cmax des Katalysators 46 durch Ausführen der aktiven Steuerung berechnet werden.
Das Verfahren des Berechnens der maximalen Sauerstoffspeichermenge Cmax des Katalysators wird nun mit Bezug auf 2 beschrieben. 2 ist ein Diagramm, das ein typisches Verfahren des Berechnens der maximalen Sauerstoffspeichermenge Cmax des Katalysators darstellt.
Genauer gesagt zeigt 2A eine Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältniseinstellung (Ziel-A/F-Einstellung) für das zu einem Zylinder zuzuführende Luft-Kraftstoff-Gemisch; 2B zeigt Änderungen der Ausgabe oxs1 des ersten Sauerstoffsensors, der stromaufwärts des Katalysators installiert ist; und 2C zeigt Änderungen der Ausgabe oxs2 des zweiten Sauerstoffsensors, der stromabwärts des Katalysators installiert ist.
Das Ziel-Luft-Krafstoff-Verhältnis für das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das zu einem Zylinder zuzuführen ist (im Inneren der Brennkammer 10), ist zu einer Zeit t0 auf einen magerseitigen Zielwert afL festgelegt, wie in 2A gezeigt ist, für den Zweck des Sättigens des Sauerstoffspeichervermögens des Katalysators 46. In diesem Zustand ist die Ausgabe oxs1 des ersten Sauerstoffsensors hoch, weil ein mageres Abgas, das Sauerstoff enthält, von dem Zylinder abgegeben wird. Des Weiteren, wenn das magere Abgas in den Katalysator 46 strömt, okkludiert der Katalysator 46 überschüssigen Sauerstoff in dem Abgas. Während das Sauerstoffspeichervermögen des Katalysators 46 ungesättigt ist, ist die Ausgabe oxs2 des zweiten Sauerstoffsensors niedrig, weil das magere Abgas nicht durch den Katalysator 46 strömt.
Wenn das Sauerstoffspeichervermögen des Katalysators 46 nach und nach gesättigt wird, strömt das magere Abgas durch den Katalysator 46. Deshalb steigt die Ausgabe oxs2 des zweiten Sauerstoffsensors allmählich an.
Wenn die Ausgabe oxs2 des zweiten Sauerstoffsensors einen Magerheitsbeurteilungswert oxsL zu einer Zeit t1 erreicht, schaltet das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fettseitigen Zielwert afR um, wie in 2A gezeigt ist. Ein fettes Abgas wird dann von dem Zylinder abgegeben, so dass sich die Ausgabe oxs1 des ersten Sauerstoffsensors verringert. Wenn das fette Abgas in den Katalysator 46 strömt, arbeitet ein Reduktionsmittel in dem Abgas, so dass der von dem Katalysator 46 okkludierte Sauerstoff reduziert und abgegeben wird. Dies bewirkt, dass die Ausgabe oxs2 des zweiten Sauerstoffsensors ansteigt.
Wenn der von dem Katalysator 46 okkludierte Sauerstoff später verbraucht wird, strömt das fette Abgas durch den Katalysator 46. Deshalb verringert sich die Ausgabe oxs2 des zweiten Sauerstoffsensors allmählich.
Wenn die Ausgabe oxs2 des zweiten Sauerstoffsensors einen Fettigkeitsbeurteilungswert oxsR zu einer Zeit t2 erreicht, schaltet das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem magerseitigen Zielwert afL um, wie in 2A gezeigt ist, damit der Katalysator 46 Sauerstoff okkludieren kann. Ein Abschnitt P1, der in 2B mit nach oben rechts diagonal verlaufenden Linien schraffiert ist, entspricht der Sauerstoffmenge, die von dem Katalysator 46 während einer Zeitspanne zwischen einer Zeit t1 und einer Zeit t2 abgegeben wird, während der sich die Ausgabe oxs2 des zweiten Sauerstoffsensors ändert (umkehrt). Mit anderen Worten gesagt kann die Sauerstoffmenge, die von dem Katalysator 46 freigegeben wird, durch Addieren der Sauerstoffdefizitmenge in dem Abgas, das festgelegt ist, um fett zu sein, während einer Zeitspanne zwischen einer Zeit t1 und einer Zeit t2 bestimmt werden.
Wenn das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf den magerseitigen Zielwert afL festgelegt ist, steigt die Ausgabe oxs1 des ersten Sauerstoffsensors an, weil das magere Abgas von dem Zylinder abgegeben wird. Wenn das magere Abgas in den Katalysator 46 strömt, okkludiert der Katalysator 46 überschüssigen Sauerstoff in dem Abgas.
Während der Sauerstoff von dem Katalysator 46 okkludiert wird, strömt das magere Abgas nicht durch den Katalysator 46. Demzufolge verringert sich die Ausgabe oxs2 des zweiten Sauerstoffsensors.
Wenn das Sauerstoffspeichervermögen des Katalysators 46 nach und nach gesättigt wird, strömt das magere Abgas durch den Katalysator 46. Deshalb steigt die Ausgabe oxs2 des zweiten Sauerstoffsensors allmählich an.
Wenn die Ausgabe oxs2 des zweiten Sauerstoffsensors den Magerheitsbeurteilungswert oxsL zu einer Zeit t3 erreicht, schaltet das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem fettseitigen Zielwert afR, wie in 2A gezeigt ist. Ein Abschnitt P2, in 2B der mit nach unten rechts diagonal verlaufenden Linien schraffiert ist, entspricht der Sauerstoffmenge, die von dem Katalysator 46 während einer Zeitspanne zwischen einer Zeit t2 und einer Zeit t3 okkludiert wird, während der sich die Ausgabe oxs2 des zweiten Sauerstoffsensors ändert (umkehrt). Mit anderen Worten gesagt, kann die Sauerstoffmenge, die von dem Katalysator 46 okkludiert wird, durch Addieren der Sauerstoffüberschussmenge in dem Abgas, das festgelegt ist, um mager zu sein, während einer Zeitspanne zwischen einer Zeit t2 und einer Zeit t3 bestimmt werden.
Die maximale Sauerstoffspeichermenge Cmax des Katalysators 46 wird durch Berechnen des Durchschnittswerts der Sauerstofffreigabemenge und der Sauerstoffspeichermenge erhalten, die wie vorstehend beschrieben bestimmt werden. Wenn die maximale Sauerstoffspeichermenge Cmax kleiner als ein Referenzwert ist, kann beurteilt werden, dass der Katalysator 46 verschlechtert ist.
Des Weiteren können die Komponenten und die Konzentration eines HC-Gases, die Komponenten und die Konzentration eines NOx-Gases, die Konzentration eines CO-Gases und dergleichen sich an einem Katalysatorauslass in Abhängigkeit bspw. von der Katalysatorbetttemperatur, Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das stromaufwärts des Katalysators in einem stetigen Antriebsmodus vorherrscht, und der Menge einer Abgasströmung zu dem Katalysator ändern. Diese Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass können die Ausgabe des zweiten Sauerstoffsensors, der stromabwärts des Katalysators installiert ist, beeinflussen und die Zeitabstimmung destabilisieren, mit der sich die Sensorausgabe ändert (umkehrt). Unter den vorstehend beschriebenen Umständen wird die maximale Sauerstoffspeichermenge Cmax durch Umschalten des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen der fetten Seite und der mageren Seite, wie vorstehend beschrieben ist, gemäß Ausgabeänderungen des Sauerstoffsensors bestimmt, der stromabwärts des Katalysators installiert ist (d. h. Sauerstoffkonzentrationsänderungen). Deshalb kann eine Katalysatorverschlechterung unrichtig erfasst werden, weil die maximale Sauerstoffspeichermenge Cmax nicht mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann.
3 stellt einen Fall dar, in dem eine Zeitabstimmung, mit der sich die Ausgabe des zweiten Sauerstoffsensors ändert (umkehrt), aufgrund von Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass destabilisiert ist. In 3 ist eine Zeit t2 die Zeit, zu der der zweite Sauerstoffsensor normalerweise eine Fettigkeitsbeurteilung machen sollte. Aufgrund von bspw. Gaskomponentenänderungen an dem Katalysatorauslass kann jedoch die Fettigkeitsbeurteilung zu einer Zeit t10 gemacht werden, die früher als die normale Fettigkeitsbeurteilungszeit t2 ist, oder zu einer Zeit t11, die später als die normale Fettigkeitsbeurteilungszeit t2 ist. Falls die Fettigkeitsbeurteilung zu einer Zeit t11 gemacht wird, die später als die normale Fettigkeitsbeurteilungszeit t2 ist, ist die berechnete maximale Sauerstoffspeichermenge Cmax größer als ein normaler Wert, so dass der Katalysator 46 als normal beurteilt wird. Es gibt kein Problem mit dieser Katalysatorbeurteilung. Falls jedoch die Fettigkeitsbeurteilung zu einer Zeit t10 gemacht wird, die früher als die normale Fettigkeitsbeurteilungszeit t2 ist, ist die berechnete maximale Sauerstoffspeichermenge Cmax kleiner als ein normaler Wert, so dass der Katalysator 46 unrichtig als verschlechtert beurteilt wird.
In gleicher Weise, falls eine Magerheitsbeurteilung zu einer Zeit gemacht wird, die früher als eine normale Magerheitsbeurteilungszeit ist (Zeit t3 in 3), wird der Katalysator 46 unrichtig als verschlechtert beurteilt.
Ein Verfahren zum Vermeiden der vorstehend beschriebenen unrichtigen Katalysatorverschlechterungserfassung könnte sein, die Anzahl der fetten/mageren Umschaltungen während einer aktiven Steuerung zu erhöhen, die Sauerstofffreisetzmenge und Sauerstoffspeichermenge einer Anzahl mehrere Male zu bestimmen, und den Durchschnitt der erhaltenen Sauerstofffreigabemengen und der Sauerstoffspeichermengen bilden. Jedoch, selbst falls die Anzahl von Umschaltungen erhöht wird, wie vorstehend beschrieben ist, ändert sich die Fettigkeitsbeurteilungszeit oder die Magerheitsbeurteilungszeit nicht signifikant. Dies macht es schwierig, eine unrichtige Katalysatorverschlechterungserfassung zu vermeiden.
Im Hinblick darauf ändert die vorliegende Ausführungsform das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wie nachstehend beschrieben ist, um eine unrichtige Erfassung zu vermeiden, die von Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass resultieren kann. 4 zeigt magerseitige Zielwerte und fettseitige Zielwerte, die das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der vorliegenden Ausführungsform darstellen.
Wie in 4 gezeigt ist, führt die vorliegende Ausführungsform eine Steuerung (14,6 ± 0,5) zum Umschalten des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen einem magerseitigen Zielwert afL1 (= 15,1) und einem fettseitigen Zielwert afR1 (= 14,1) mit Bezug auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F1 (= 14,6), eine Steuerung (14,7 ± 0,5) zum Umschalten des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen einem magerseitigen Zielwert afL2 (= 15,2) und einem fettseitigen Zielwert afR2 (= 14,2) mit Bezug auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F2 (= 14,7), das magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und eine Steuerung (14,5 ± 0,5) zum Umschalten des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen einem magerseitigen Zielwert afL3 (= 15,0) und einem fettseitigen Zielwert afR3 (= 14,0) mit Bezug auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F3 (= 14,5) aus, das fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Mit anderen Worten gesagt, führt die vorliegende Ausführungsform eine Vielzahl von aktiven Steuerungsbetrieben durch, die sich in dem Referenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterscheiden. Die Sauerstofffreigabemengen und Sauerstoffspeichermengen, die in jedem Steuerungsbetrieb bestimmt werden, werden dann gemittelt, um die maximale Sauerstoffspeichermenge Cmax1, Cmax2, Cmax3 zu berechnen, die jeden Steuerungsbetrieb betrifft.
Gemäß Studien, die durch den Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden sind, bleibt wenigstens eine der Vielzahl von maximalen Sauerstoffspeichermengen Cmax1, Cmax2, Cmax3 von den Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass unbeeinflusst. Deshalb, falls alle diese maximalen Sauerstoffspeichermengen Cmax1, Cmax2, Cmax3 kleiner als ein Referenzwert Cmaxth sind, wird beurteilt, dass der Katalysator 46 verschlechtert ist, ohne die Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass zu berücksichtigen. Andererseits, falls eine der Vielzahl von maximalen Sauerstoffspeichermengen Cmax1, Cmax2, Cmax3 größer als der Referenzwert Cmaxth ist, wird beurteilt, dass der Katalysator 46 normal ist, egal ob irgendeine andere maximale Sauerstoffspeichermenge kleiner als der Referenzwert Cmaxth ist.
Demzufolge ermöglicht es die vorliegende Ausführungsform, eine unrichtige Katalysatorverschlechterungserfassung zu vermeiden, die von Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass resultieren kann.
[Details eines durchgeführten Prozesses]
5 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zeigt, die die ECU 60 in der vorliegenden Ausführungsform ausführt.
Gemäß der in 5 gezeigten Routine wird der erste Schritt (Schritt 100) durchgeführt, um zu beurteilen, ob der Katalysator und die Brennkraftmaschine vollständig aufgewärmt bzw. warm sind. Als nächstes wird Schritt 102 durchgeführt, um zu beurteilen, ob die Brennkraftmaschine 1 in einem stetigen Antriebsmodus ist. Schritte 100 und 102 werden durchgeführt, um zu beurteilen, ob die Voraussetzungen für eine aktive Steuerung erfüllt sind.
Falls das in Schritt 100 erhaltene Beurteilungsergebnis anzeigt, dass ein Aufwärmen nicht beendet ist, oder falls das in Schritt 102 erhaltene Beurteilungsergebnis anzeigt, dass die Brennkraftmaschine 1 nicht in dem stetigen Antriebsmodus ist, endet die Routine. Falls andererseits das in Schritt 102 erhaltene Beurteilungsergebnis anzeigt, dass die Brennkraftmaschine 1 in dem stetigen Antriebsmodus ist, d. h. die Voraussetzungen für eine aktive Steuerung sind erfüllt, wird Schritt 104 durchgeführt, um eine Ausführung der aktiven Steuerung zu beginnen.
Zuerst wird Schritt 106 durchgeführt, um den magerseitigen Zielwert und den fettseitigen Zielwert für das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf afL1 bzw. afR1 festzulegen und die maximale Sauerstoffmenge Cmax1 zu berechnen. In Schritt 106 führt die Routine eine Steuerung aus, um das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen dem magerseitigen Zielwert afL1 und dem fettseitigen Zielwert afR1 mit Bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis umzuschalten, und berechnet die maximale Sauerstoffspeichermenge Cmax1.
Als nächstes wird Schritt S108 durchgeführt, um den magerseitigen Zielwert und den fettseitigen Zielwert für das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf afL2 bzw. afR2 festzulegen und die maximale Sauerstoffspeichermenge Cmax2 zu berechnen. In Schritt 108 führt die Routine eine Steuerung aus, um das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen dem magerseitigen Zielwert afL2 und dem fettseitigen Zielwert afR2 mit Bezug auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis umzuschalten, das magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und berechnet die maximale Sauerstoffspeichermenge Cmax2.
Des Weiteren wird Schritt 110 durchgeführt, um den magerseitigen Zielwert und den fettseitigen Zielwert für das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf afL3 bzw. afR3 festzulegen und die maximale Sauerstoffspeichermenge Cmax3 zu berechnen. In Schritt 110 führt die Routine eine Steuerung aus, um das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen dem magerseitigen Zielwert afL3 und dem fettseitigen Zielwert afR3 mit Bezug auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis umzuschalten, das fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und berechnet die maximale Sauerstoffspeichermenge Cmax3.
Schritte 106, 108 und 110 werden nacheinander durchgeführt, soweit der in Schritt 102 beurteilte Betriebszustand andauert. Genauer gesagt wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufeinander folgend zu einer Vielzahl von verschiedenen magerseitigen Zielwerten afL1, afL2, afL3 und fettseitigen Zielwerten afR1, afR2, afR3 in einem vordefinierten Betriebszustand umgeschaltet.
Als nächstes wird Schritt 112 durchgeführt, um zu beurteilen, welche der maximalen Sauerstoffspeichermengen Cmax1, Cmax2, Cmax3, die in Schritten 106, 108 und 110 berechnet worden sind, größer als der Referenzwert Cmaxth ist. Eine der berechneten maximalen Sauerstoffspeichermengen Cmax1, Cmax2, Cmax3 wird durch die Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass nicht beeinflusst. Deshalb wird Schritt 112 durchgeführt, um zu beurteilen, ob eine der maximalen Sauerstoffspeichermengen, die durch die Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass nicht beeinflusst wird, größer als der Referenzwert Cmaxth ist.
Falls das in Schritt 112 erhaltene Beurteilungsergebnis anzeigt, dass eine der maximalen Sauerstoffspeichermengen Cmax1, Cmax2, Cmax3 größer als der Referenzwert Cmaxth ist, folgt Schritt 114, um zu beurteilen, dass der Katalysator normal ist. Falls andererseits das in Schritt 112 erhaltene Beurteilungsergebnis anzeigt, dass eine der maximalen Sauerstoffspeichermengen Cmax1, Cmax2, Cmax3 gleich wie oder geringer als der Referenzwert Cmaxth ist, das heißt dass alle die maximalen Sauerstoffspeichermengen Cmax1, Cmax2, Cmax3 gleich wie oder geringer als der Referenzwert Cmaxth sind, folgt Schritt 116, um zu beurteilen, dass der Katalysator verschlechtert ist, ungeachtet von Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass.
Anschließend beendet die Routine die aktive Steuerung (Schritt 118).
Wie vorstehend beschrieben ist berechnet die in 5 gezeigte Routine die maximalen Sauerstoffspeichermengen Cmax1, Cmax2, Cmax3 in Bezug auf verschiedene Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisse. Wenn alle diese berechneten Werte gleich zu oder kleiner als der Referenzwert Cmaxth sind, erfasst die Routine eine Katalysatorverschlechterung. Wenigstens eine der maximalen Sauerstoffspeichermengen Cmax1, Cmax2, Cmax3 wird durch die Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass nicht beeinflusst. Deshalb ist es möglich, eine unrichtige Katalysatorverschlechterungserfassung zu vermeiden, die von Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass resultieren kann.
Des Weiteren kann die in 5 gezeigte Routine nacheinander das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einer Vielzahl von verschiedenen magerseitigen Zielwerten afL1, afL2, afL3 und fettseitigen Zielwerten afR1, afR2, afR3 in einem vordefinierten Betriebszustand umschalten. Selbst in einem stetigen Antriebsmodus kann der Einfluss von Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass in Abhängigkeit des Unterschieds zwischen Betriebszuständen abgewendet werden. Deshalb, falls das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einer Vielzahl von verschiedenen magerseitigen Zielwerten afL1, afL2, afL3 und fettseitigen Zielwerten afR1, afR2, afR3 in verschiedenen Betriebszuständen umgeschaltet wird, kann der Einfluss von Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass in Abhängigkeit des Unterschieds zwischen den Betriebszuständen abgewendet werden. Falls andererseits ein Schalten zu der Vielzahl von verschiedenen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen aufeinanderfolgend in einem vorbestimmten Betriebszustand bewirkt wird, ist es möglich, zu verhindern, dass der Einfluss von Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass in Abhängigkeit des Unterschieds zwischen den Betriebszuständen abgewendet wird. Deshalb kann der Einfluss von Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass nur vermieden werden, wenn ein Schalten zu einer Vielzahl von verschiedenen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen bewirkt wird. Demzufolge kann eine Katalysatorverschlechterung mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
Die vorliegende Ausführungsform, die vorstehend beschrieben ist, schaltet zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis, die um den selben Betrag (±0,5) von dem Referenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweichen, wobei das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (14,6), das magerseitige Luft-Kraftstoff-Verhältnis (14,7) oder das fettseitige Luft-Kraftstoff-Verhältnis (14,5) als das Referenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis verwendet wird. Jedoch schaltet die vorliegende Erfindung nicht immer in der vorstehend beschriebenen Weise zu den fetten und mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnissen. Die vorliegende Erfindung kann auch auf einen Fall angewendet werden, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert wird, wie in 6 dargestellt ist. 6 ist ein Diagramm, das magerseitige Zielwerte und fettseitige Zielwerte für das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß einer modifizierten Version der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Wie in 6 gezeigt ist, führt die modifizierte Version der vorliegenden Ausführungsform eine Steuerung (14,6 ± 0,5) zum Umschalten des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen einem magerseitigen Zielwert afL1 (= 15,1) und einem fettseitigen Zielwert afR1 (= 14,1) mit Bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (= 14,6), eine Steuerung (14,6 ± 0,6) zum Umschalten des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen einem magerseitigen Zielwert afL2 (= 15,2) und einem fettseitigen Zielwert afR2 (= 14,0) mit Bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (14,6) und eine Steuerung (14,6 ± 0,4) zum Umschalten des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen einem magerseitigen afL3 (= 15,0) und einem fettseitigen Zielwert afR3 (= 14,2) mit Bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (= 14,6) aus. Mit anderen Worten gesagt ändert sich die Abweichung des magerseitigen oder fettseitigen Zielwerts von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Die modifizierte Version der vorliegenden Ausführungsform berechnet dann die maximalen Sauerstoffspeichermengen, die die Steuerungsbetriebe betreffen, so wie es bei der vorstehenden Ausführungsform der Fall ist. Falls alle maximalen Sauerstoffspeichermengen kleiner als der Referenzwert sind, erfasst die modifizierte Version der vorliegenden Ausführungsform, dass der Katalysator 46 verschlechtert ist. Je größer der Grad der Abweichung von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, desto höher ist die Reaktionsgeschwindigkeit in dem Katalysator, und desto höher ist somit die berechnete maximale Sauerstoffspeichermenge. Deshalb können verschiedene Referenzwerte in Schritt 112 in 5 verwendet werden, um eine Vielzahl von maximalen Sauerstoffspeichermengen zu beurteilen. Genauer gesagt, wenn der Grad einer Abweichung von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis klein ist, kann ein kleiner Referenzwert verwendet werden.
Gemäß den Studien, die durch den Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden sind, wird wenigstens eine der Vielzahl von maximalen Sauerstoffspeichermengen durch Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass nicht beeinflusst. Deshalb kann die modifizierte Version der vorliegenden Ausführungsform eine unrichtige Katalysatorverschlechterungserfassung vermeiden, die von Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass resultieren kann.
Des Weiteren können Schritte 106, 108 und 110 in 5 alternativ durchgeführt werden, um das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis mehrere Male (zwei- oder dreimal) zu den selben magerseitigen und fettseitigen Zielwerten umzuschalten, und die maximalen Sauerstoffspeichermengen zu berechnen und zu mitteln, um die maximale Sauerstoffspeichermenge für jeden Schritt zu bestimmen.
Wenn das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis einmal zu einem magerseitigen/fettseitigen Zielwert geschaltet wird, um die maximale Sauerstoffspeichermenge zu bestimmen, kann die maximale Sauerstoffspeichermenge durch das vorher festgelegte Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis beeinflusst werden. In diesem Fall, da die bestimmte maximale Sauerstoffspeichermenge durch das vorher festgelegte Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis beeinflusst ist, kann die maximale Sauerstoffspeichermenge nicht mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
Wenn jedoch das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis mehrere Male zu dem selben magerseitigen/fettseitigen Zielwert geschaltet wird, um die maximalen Sauerstoffspeichermengen zu berechnen und zu mitteln, kann der Einfluss des vorher festgelegten Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf die maximale Sauerstoffspeichermenge minimiert werden. Dies ermöglicht es, die maximale Sauerstoffspeichermenge mit hoher Präzision zu bestimmen und die Katalysatorverschlechterung mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
Die vorliegenden Ausführungsform und ihre modifizierte Version gehen beide davon aus, dass das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu drei verschiedenen magerseitigen Zielwerten afL1, afL2, afL3 und drei verschiedenen fettseitigen Zielwerten afR1, afR2, afR3 umgeschaltet wird. Alternativ kann jedoch der Einfluss von Gaszustandsänderungen an dem Katalysatorauslass auf nur eine der maximalen Sauerstoffspeichermengen durch Umschalten zu wenigstens zwei magerseitigen Zielwerten und zwei fettseitigen Zielwerten abgewendet werden. Beispielsweise sieht die vorstehende Alternative die selben Vorteile wie die vorangegangene Ausführungsform vor, wenn sie eine Steuerung (14,6 ± 0,5), wie in 7 gezeigt ist, zum Umschalten des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen einem magerseitigen Zielwert afL1 (= 15,1) und einem fettseitigen Zielwert afR1 (= 14,1) mit Bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F1 (= 14,6) und eine Steuerung (14,7 ± 0,5) zum Umschalten des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen einem magerseitigen Zielwert afL2 (= 15,2) und einem fettseitigen Zielwert afR2 (= 14,2) mit Bezug auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F2 (= 14,7) ausführt, das sich von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F1 unterscheidet. 7 ist ein Diagramm, das magerseitige Zielwerte und fettseitige Zielwerte für das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß einer weiteren modifizierten Version der vorliegenden Ausführungsform zeigt, die vorstehend beschrieben worden ist.
Des Weiteren können Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren anstelle der Sauerstoffsensoren 50, 52 verwendet werden. In diesem Fall können auch die selben Vorteile vorgesehen werden, wie es der Fall bei der vorangegangenen Ausführungsform ist.
In der vorliegenden Ausführungsform entspricht der Katalysator 46 dem „Katalysator” gemäß dem ersten, zweiten und vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung; und der zweite Sauerstoffsensor 52 entspricht dem „Abgassensor” gemäß dem ersten, zweiten und vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Ausführungsform und ihren modifizierten Versionen ist die „Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung” gemäß dem ersten bis vierten und sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung realisiert, wenn die ECU 60 Schritte 106, 108 und 110 durchführt; die „Sauerstoffspeichermengenberechnungseinrichtung” gemäß dem ersten, zweiten und vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist realisiert, wenn die ECU 60 Schritte 106, 108 und 110 durchführt; die „Verschlechterungserfassungseinrichtung” gemäß dem ersten, zweiten und vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist realisiert, wenn die ECU 60 Schritte 112, 114 und 116 durchführt; und die „Verschlechterungserfassungseinrichtung” gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist realisiert, wenn die ECU 60 Schritte 112 und 116 durchführt.

Claims

Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung, die eine Katalysatorverschlechterung durch Ausführen einer aktiven Steuerung zum Umschalten eines Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnisses, das stromaufwärts eines Katalysators (46) vorherrscht, zwischen einer mageren Seite und einer fetten Seite erfasst, wobei die Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung Folgendes aufweist: einen Abgassensor (52), der stromabwärts des Katalysators (46) installiert ist, um den Ausgabewert gemäß einem Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis zu ändern, das stromabwärts des Katalysators (46) vorherrscht; und eine Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungseinrichtung (60), die eine Steuerung ausführt, um das Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis, das stromaufwärts des Katalysators (46) vorherrscht, auf eine Vielzahl von verschiedenen magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen festzulegen; gekennzeichnet durch eine Sauerstoffspeichermengenberechnungseinrichtung (60), die die Sauerstoffüberschuss-/Sauerstoffdefizitmenge einer zu dem Katalysator (46) führenden Strömung vor einer Änderung des Ausgabewerts des Abgassensors (52) bei jedem der Vielzahl von verschiedenen magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen berechnet und die die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators (46) gemäß der Sauerstoffüberschuss-/Sauerstoffdefizitmenge berechnet; und eine Verschlechterungserfassungseinrichtung (60), die die Verschlechterung des Katalysators (46) gemäß einer Vielzahl von Sauerstoffspeichermengen erfasst, die durch die Sauerstoffspeichermengenberechnungseinrichtung (60) berechnet werden.
Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung, die eine Katalysatorverschlechterung durch Ausführen einer aktiven Steuerung zum Umschalten eines Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnisses, das stromaufwärts eines Katalysators (46) vorherrscht, zwischen einer mageren Seite und einer fetten Seite erfasst, wobei die Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung Folgendes aufweist: einen Abgassensor (52), der stromabwärts des Katalysators (46) installiert ist, um den Ausgabewert gemäß einem Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis zu ändern, das stromabwärts des Katalysators (46) vorherrscht; und eine Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungseinrichtung (60), die eine Steuerung ausführt, um das Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis, das stromaufwärts des Katalysators (46) vorherrscht, auf eine Vielzahl von verschiedenen magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen festzulegen; gekennzeichnet durch eine Sauerstoffspeichermengenberechnungseinrichtung (60), die die Sauerstoffüberschuss-/Sauerstoffdefizitmenge einer zu dem Katalysator (46) führenden Strömung vor einer Änderung des Ausgabewerts des Abgassensors (52) bei jedem der Vielzahl von verschiedenen magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen berechnet und die die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators (46) gemäß der Sauerstoffüberschuss-/Sauerstoffdefizitmenge berechnet; und eine Verschlechterungserfassungseinrichtung (60), die die Verschlechterung des Katalysators (46) gemäß einer Vielzahl von Sauerstoffspeichermengen erfasst, die durch die Sauerstoffspeichermengenberechnungseinrichtung (60) berechnet werden; wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungseinrichtung (60) wenigstens einen Steuerungsbetrieb zum Umschalten zu einem magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Bezug auf ein bestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einen Steuerungsbetrieb zum Umschalten zu einem magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Bezug auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchführt, das anders als das bestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungseinrichtung (60) wenigstens zwei Steuerungsbetriebe von drei verschiedenen Steuerungsbetrieben zum Umschalten zwischen einem magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Bezug auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, zum Umschalten zwischen einem magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Bezug auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und zum Umschalten zwischen einem magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Bezug auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausführt, das fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung, die eine Katalysatorverschlechterung durch Ausführen einer aktiven Steuerung zum Umschalten eines Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnisses, das stromaufwärts eines Katalysators (46) vorherrscht, zwischen einer mageren Seite und einer fetten Seite erfasst, wobei die Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung Folgendes aufweist: einen Abgassensor (52), der stromabwärts des Katalysators (46) installiert ist, um den Ausgabewert gemäß einem Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis zu ändern, das stromabwärts des Katalysators (46) vorherrscht; eine Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungseinrichtung (60), die eine Steuerung ausführt, um das Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis, das stromaufwärts des Katalysators (46) vorherrscht, auf eine Vielzahl von verschiedenen magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen festzulegen; gekennzeichnet durch eine Sauerstoffspeichermengenberechnungseinrichtung (60), die die Sauerstoffüberschuss-/Sauerstoffdefizitmenge einer zu dem Katalysator (46) führenden Strömung vor einer Änderung des Ausgabewerts des Abgassensors (52) bei jedem der Vielzahl von verschiedenen magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen berechnet und die die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators (46) gemäß der Sauerstoffüberschuss-/Sauerstoffdefizitmenge berechnet; und eine Verschlechterungserfassungseinrichtung (60), die die Verschlechterung des Katalysators (46) gemäß einer Vielzahl von Sauerstoffspeichermengen erfasst, die durch die Sauerstoffspeichermengenberechnungseinrichtung (60) berechnet werden; wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungseinrichtung (60) eine Steuerung zum Umschalten zu einer Vielzahl von magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen in Bezug auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausführt, wobei die Vielzahl von magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen sich in dem Grad einer Abweichung von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterscheiden.
Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Verschlechterungserfassungseinrichtung die Verschlechterung des Katalysators (46) erfasst, wenn alle der Vielzahl von Sauerstoffspeichermengen, die durch die Sauerstoffspeichermengenberechnungseinrichtung (60) berechnet werden, gleich wie oder kleiner als ein Referenzwert sind.
Katalysatorverschlechterungserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungseinrichtung (60) nacheinander zu einer Vielzahl von verschiedenen magerseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen und fettseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen in einem vordefinierten Betriebszustand umschaltet.