DE112014004478T5 - Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

In einer Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, in der eine Verarbeitung zur Regeneration der NOx-Speicherkapazität eines NSR-Katalysators in Verbindung mit einer Verarbeitung zur Diagnostizierung einer Abnormalität in einer den NSR-Katalysator enthaltenden Abgasreinigungsvorrichtung durchgeführt wird, bezweckt die vorliegende Erfindung eine Unterdrückung der Drehmomentschwankung zum Zeitpunkt der Regeneration der NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators und eine schnelle Beendigung der Abnormalitätsdiagnoseverarbeitung. Indem ein Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das vor dem Start der Verarbeitung der Regeneration der NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators auf ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wurde, auf ein schwach mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, das kleiner als ein normal mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis und höher als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, ist es gemäß der Erfindung möglich, die Drehmomentschwankung zum Startzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung zu unterdrücken und die Abnormalitätsdiagnoseverarbeitung zu einem frühzeitigen Zeitpunkt zu beenden.

Description

  • [TECHNISCHES GEBIET]
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Technik zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine, begleitet von einer Abnormalitätsdiagnoseverarbeitung einer Abgasreinigungsvorrichtung mit einem NOx-Speicherreduktionskatalysator (NSR-Katalysator).
  • [HINTERGRUND DER TECHNIK]
  • Als eine in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnete Abgasreinigungsvorrichtung ist eine Vorrichtung bekannt, die einen NSR-Katalysator in sich aufnimmt. Als ein Verfahren zur Diagnostizierung einer Abnormalität in der den NSR-Katalysator aufnehmenden Abgasreinigungsvorrichtung ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine im NSR-Katalysator eingelagerte oder gespeicherte Menge von NOx (nachfolgend als NOx-Speichermenge bezeichnet) zu dem Zeitpunkt anfällt, wenn eine aus dem NSR-Katalysator ausströmende NOx-Menge einen festen Betrag überschritten hat, und die Abnormalität der Abgasreinigungsvorrichtung anhand der NOx-Speichermenge festgestellt wird.
  • Bei einem Aufbau, wo im Abgaskanal nachgeschaltet zur Abgasreinigungsvorrichtung ein NOx-Sensor angeordnet ist, der in der Lage ist, eine NOx-Konzentration in einem Abgas zu messen, wird insbesondere eine NOx-Menge berechnet, die im NSR-Katalysator in einem Zeitraum ab einem Zeitpunkt, an dem eine Verarbeitung zur Regeneration der NOx-Einlagerungs- oder -Speicherkapazität des NSR-Katalysators beendet ist, bis zu einem Zeitpunkt, an dem die Ausgabe des NOx-Sensors einen festen Wert übersteigt, gespeichert wird, und wenn der so berechnete Wert kleiner als ein Schwellenwert ist, erfolgt eine Feststellung (Diagnose), dass eine Abnormalität der Abgasreinigungsvorrichtung vorliegt (siehe beispielsweise erste Patentliteratur).
  • [ZITATLISTE]
  • [Patentliteratur]
    • [Erste Patentliteratur] Japanische Offengelegte Patentschrift Nr. 2001-271697
    • [Zweite Patentliteratur] Japanische Offengelegte Patentschrift Nr. H07-208151
    • [Dritte Patentliteratur] Japanische Offengelegte Patentschrift Nr. H07-180535
    • [Vierte Patentliteratur] Japanische Offengelegte Patentschrift Nr. 2013-092055
    • [Fünfte Patentliteratur] Japanische Offengelegte Patentschrift Nr. H09-184438
  • [KURZFASSUNG DER ERFINDUNG]
  • [Technisches Problem]
  • Wenn die Abnormalitätsdiagnoseverarbeitung für die Abgasreinigungsvorrichtung mittels des oben erwähnten Verfahrens durchgeführt wird, sinkt jedoch die NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators, und dadurch ist es nach Ende der Abnormalitätsdiagnoseverarbeitung notwendig, das im NSR-Katalysator gespeicherte NOx schnell zu entfernen oder zu reduzieren und dadurch die NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators wiederherzustellen.
  • In Fällen, in denen eine Regeneration der NOx-Speicherkapazität veranlasst wird, wird eine Desorption des im NSR-Katalysator gespeicherten NOx dadurch bewirkt, dass ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine (ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Gemischs, nachfolgend als Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bezeichnet) auf ein ”fettes” Luft/Kraftstoff-Verhältnis (z. B. ca. 12) unterhalb eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eingestellt wird, so dass im Abgas enthaltene überschüssige unverbrannte Kraftstoffbestandteile (z. B. Kohlenwasserstoff (HC), Kohlenstoffmonoxid (CO) usw.) zu einer Reduktion des so aus dem Katalysator ausgetriebenen (desorbierten) NOx führen. In Fällen, in denen das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich oder größer als 20 eingestellt wird, wächst jedoch zum Zeitpunkt, an dem die Verarbeitung der Regeneration der NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators gestartet wird, ein Änderungsbetrag des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses stark an. Demzufolge ist es möglich, dass die Leistungsabgabe (Drehmoment) der Brennkraftmaschine ansteigen kann.
  • Darüber hinaus ist eine bestimmte Zeitdauer ab dem Zeitpunkt, an dem die Verarbeitung der Regeneration der NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators beendet ist, bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Ausgabe des NOx-Sensors den festen Wert übersteigt, erforderlich, und somit besteht die Möglichkeit, dass das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis in das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder in ein fettes Luft/Krafftstoff-Verhältnis wechselt, bevor die NOx-Sensorausgabe den Festwert übersteigt. In einem solchen Fall muss die Abnormalitätsdiagnoseverarbeitung unterbrochen oder angehalten werden, und dadurch wird eventuell eine schnelle Erkennung der Abnormalität des NSR-Katalysators unmöglich gemacht.
  • Die vorliegende Erfindung wurde vor dem Hintergrund der oben erwähnten realen Gegebenheiten entwickelt, und das Ziel der Erfindung besteht in der schnellen Erkennung einer Abnormalität in einer Abgasreinigungsvorrichtung bei gleichzeitiger Unterdrückung der Drehmomentschwankung zum Zeitpunkt der Regeneration der NOx-Speicherkapazität eines NSR-Katalysators in einer Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, in der die Verarbeitung der Regeneration der NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators zusammen mit der Verarbeitung der Diagnostizierung der Abnormalität der den NSR-Katalysator enthaltenden Abgasreinigungsvorrichtung durchgeführt wird.
  • [Problemlösung]
  • Die vorliegende Erfindung verwendet zur Lösung des vorgenannten Problems folgende Mittel bzw. Lösung.
  • Die vorliegende Erfindung liegt demnach in einer Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, in der eine einen NSR-Katalysator umfassende Abgasreinigungsvorrichtung und eine Messvorrichtung zum Messen einer aus dem NSR-Katalysator ausströmenden NOx-Menge in einem Abgaskanal angeordnet sind und die Folgendes umfasst:
    eine Regenerationseinheit, die für die Durchführung einer Regenerationsverarbeitung ausgelegt ist, die eine Verarbeitung zur Wiederherstellung der NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators ist;
    eine Diagnoseeinheit, die für die Durchführung einer NSR-Diagnoseverarbeitung ausgelegt ist, die eine Verarbeitung zur Diagnostizierung einer Abnormalität im NSR-Katalysator auf Grundlage eines Messwertes der Messvorrichtung zu einem vorherbestimmten NSR-Diagnosezeitpunkt nach Ende der Regenerationsverarbeitung ist; und
    eine Steuereinheit, die zur Steuerung eines Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ausgelegt ist, das ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines zur Brennkraftmaschine zu führenden Gemischs ist;
    wobei in Fällen, in denen die NSR-Diagnoseverarbeitung durchgeführt wird, die Steuereinheit das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Zeitraum ab einem vorherbestimmten Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs nach einem Endzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt auf ein schwach mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis regelt, das niedriger als ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ist und das höher als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, und das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach dem NSR-Diagnosezeitpunkt vom schwach mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ändert, das niedriger als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist.
  • Die hier genannte ”Regenerationsverarbeitung” ist eine Verarbeitung, bei der eine Reduktion des im NSR-Katalysator gespeicherten NOx bewirkt wird, oder eine Verarbeitung, bei der eine Beseitigung einer Schwefelvergiftung des NSR-Katalysators bewirkt wird, oder dergleichen, wenn die Brennkraftmaschine unter der Bedingung, dass die NSR-Diagnoseverarbeitung nicht durchgeführt wird, in einem Magerverbrennungsbetrieb (ein Betrieb, bei dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist) betrieben wird. Der ”NSR-Diagnoseprozess” kann eine Verarbeitung sein, bei der die Abnormalität des NSR-Katalysators dadurch diagnostiziert wird, dass nur ein Augenblicksmesswert der Messvorrichtung zum NSR-Diagnosezeitpunkt verwendet wird, oder kann eine Verarbeitung sein, bei der die Abnormalität des NSR-Katalysators dadurch diagnostiziert wird, dass ein integrierter Wert des Messwertes der Messvorrichtung in einem Zeitraum ab dem Endzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt einschließlich des Messwertes der Messvorrichtung zum NSR-Diagnosezeitpunkt verwendet wird. Der ”NSR-Diagnosezeitpunkt” kann darüber hinaus auf einen Zeitpunkt eingestellt werden, an dem eine vorherbestimmte Zeitdauer ab dem Endzeitpunkt der Regenerationsvorbereitung durch die Regenerationseinheit abgelaufen ist, oder kann auf einen Zeitpunkt eingestellt werden, an dem ein integrierter Wert des ab dem Endzeitpunkt der von der Regenerationseinheit durchgeführten Regenerationsverarbeitung in den NRS-Katalysator einströmenden NOx (nachfolgend bezeichnet als ”Gesamt-NOx-Einströmmenge”) einen Wert gleich oder größer als eine vorherbestimmte Menge erreicht. Die vorherbestimmte Zeitdauer oder die vorherbestimmte Menge wird in diesem Fall so eingestellt, dass im Messwert der Messvorrichtung eine erhebliche Differenz zwischen einem Fall der Normalität des NSR-Katalysators und einem Fall der Abnormalität des NSR-Katalysators eintritt. Das ”magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine” ist ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das entsprechend der erforderlichen Leistung(sabgabe) der Brennkraftmaschine in Fällen eingestellt wird, wo die NSR-Diagnoseverarbeitung nicht durchgeführt wird, und das nachfolgend als ”normal mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis” bezeichnet wird.
  • Gemäß der so ausgestalteten Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine wird im Falle der Durchführung der NSR-Diagnoseverarbeitung das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einer Zeitdauer ab dem Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs (d. h. dem Startzeitpunkt eines schwach mageren Verbrennungsvorgangs der Brennkraftmaschine) bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt, innerhalb eines Zeitraums ab dem Endzeitpunkt der von der Regenerationseinheit durchgeführten Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt, auf ein schwach mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis geregelt, das niedriger als das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis und höher als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist. Zum NSR-Diagnosezeitpunkt wird dann das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom schwach mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert.
  • Wenn das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Diagnosezeitpunkt vom schwach mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis wechselt, verändert sich das in den NSR-Katalysator einströmende Abgas zu einer fetten Atmosphäre. Wenn das Abgas einer fetten Atmosphäre in den NSR-Katalysator einströmt, reagiert das im NSR-Katalysator gespeicherte NOx mit den im Abgas enthaltenen unverbrannten Kraftstoffbestandteilen (HC, CO usw.) bei gleichzeitiger Desorption vom NSR-Katalysator, so dass es zu Stickstoff (N2) reduziert wird. Im Ergebnis wird die NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators wiederhergestellt. Im Folgenden wird die Verarbeitung zur Regeneration der NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators durch Einstellen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nach dem NSR-Diagnosezeitpunkt auf das fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis als ”Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose” bezeichnet. Im Folgenden wird zudem die Regenerationsverarbeitung, die von der Regenerationseinheit zu vom NSR-Diagnosezeitpunkt abweichenden Zeiten durchgeführt wird, als ”gewöhnliche Regenerationsverarbeitung” bezeichnet.
  • Da das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis niedriger als das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, nimmt der Änderungsbetrag des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zum Startzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose einen kleinen Wert an. Infolgedessen nimmt die Drehmomentschwankung in der Brennkraftmaschine zum Zeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose einen kleinen Wert an.
  • Als ein Verfahren zur Reduzierung der mit einer Änderung des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses einhergehenden Drehmomentschwankung kann ein Verfahren zur Verzögerung des Zündzeitpunktes und ein Verfahren zur Verminderung einer Ansaugluftmenge ins Auge gefasst werden. Die Steuerung der Ansaugluftmenge ist jedoch mit einer Ansprechverzögerung verbunden, und bei Eintreten einer solchen Ansprechverzögerung der Ansaugluftmenge ist es notwendig, die Drehmomentschwankung durch die Verzögerung des Zündzeitpunktes zu reduzieren. Da der Änderungsbetrag des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ansteigt, muss dementsprechend der Zündzeitpunkt stärker verzögert werden, was möglicherweise dazu führen kann, dass der Betriebszustand der Brennkraftmaschine instabil wird.
  • Wenn andererseits der Änderungsbetrag des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zum Startzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose einen geringen Wert annimmt, ist eine stärkere Verzögerung des Zündzeitpunktes nicht notwendig, auch dann nicht, wenn die Ansprechverzögerung der Ansaugluftmenge eingetreten ist. Dadurch wird eine Unterdrückung der Drehmomentschwankung in der Brennkraftmaschine ermöglicht, ohne dass der Betriebszustand der Brennkraftmaschine instabil wird.
  • In Fällen, wo das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, erhöht sich zudem die aus der Brennkraftmaschine auszutragende NOx-Menge im Vergleich zu dem Fall, dass das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird. Aus diesem Grund verkürzt sich die Zeitdauer ab dem Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt dadurch, dass das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Zeitraum ab dem Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt, innerhalb des Zeitraums ab dem Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt, vom schwach mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird.
  • Wenn der Zeitraum ab dem Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt sich verlängert, kann es dazu kommen, dass der Betriebszustand der Brennkraftmaschine in der Mitte dieses Zeitraums aus einem Magerbetriebsbereich (d. h. einem Betriebsbereich, in dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, das höher als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist) herausfällt, so dass die NSR-Diagnoseverarbeitung gegebenenfalls angehalten oder unterbrochen wird.
  • Wenn andererseits der Zeitraum ab dem Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt sich verkürzt, ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass der Betriebszustand der Brennkraftmaschine in der Mitte dieses Zeitraums vom Magerbetriebsbereich abweicht. Dementsprechend ist auch die Wahrscheinlichkeit gering, dass die NSR-Diagnoseverarbeitung in der Mitte dieses Zeitraums angehalten oder unterbrochen wird. Infolge dessen wird es möglich, die Abnormalität des NSR-Katalysators auf schnelle Weise zu erkennen.
  • Gemäß der Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach vorliegender Erfindung wird dementsprechend eine schnelle Erkennung der Abnormalität der Abgasreinigungsvorrichtung ermöglicht, während gleichzeitig die Drehmomentschwankung zum Ausführungszeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose unterdrückt wird.
  • Hierbei ist anzumerken, dass in der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine der Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs auf den Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung eingestellt werden kann. In diesem Fall wird das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im gesamten Zeitraum ab dem Zeitpunkt der Beendigung der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Infolge dessen kann die Zeitdauer vom Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt zuverlässiger verkürzt werden. Dadurch lässt sich die Abnormalität der Abgasreinigungsvorrichtung schneller erkennen. Da das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung vom fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert wird, kann auch die Drehmomentschwankung der Brennkraftmaschine, gegenüber dem Fall, bei dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung vom fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert wird, klein gehalten werden.
  • In der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine kann der Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs auf einen Zeitpunkt nach dem Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung und vor dem NSR-Diagnosezeitpunkt eingestellt werden. Im Falle, dass als NSR-Diagnosezeitpunkt der Zeitpunkt eingestellt wird, an dem die ab dem Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung eingeströmte NOx-Gesamtmenge einen Wert gleich oder größer als die vorherbestimmte Menge erreicht, kann der Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs auf einen Zeitpunkt eingestellt werden, an dem die ab einem Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung eingeströmte NOx-Gesamtmenge den Schwellenwert erreicht, der kleiner als die vorherbestimmte Menge ist. In diesem Fall muss die Steuereinheit das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Zeitraum ab dem Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum Anfangszeitpunkt des Schwachmagerbetriebs nur auf das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis einstellen.
  • Gemäß einer solchen Ausgestaltung wird das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nur in einem Teil des Zeitraums kurz vor dem Startzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose, innerhalb des Zeitraums ab dem Zeitpunkt der Beendigung der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt, auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. In Fällen, wo das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, kann es hier vorkommen, dass die Kraftstoffverbrauchsmenge der Brennkraftmaschine sich gegenüber dem Fall, dass das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, erhöht. Wenn das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nur in einem Teil des Zeitraums vom Zeitpunkt der Beendigung der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, ist es dementsprechend möglich, die Drehmomentschwankung in der Brennkraftmaschine zum Zeitpunkt des Startens der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose zu vermindern und dabei gleichzeitig eine Erhöhung der Kraftstoffverbrauchsmenge zu unterdrücken. Zudem ist es auch möglich, den Zeitraum vom Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NRS-Diagnosezeitpunkt gegenüber dem Fall zu verkürzen, dass das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im gesamten Zeitraum vom Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt auf das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird.
  • Die erfindungsgemäße Steuereinheit kann das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis hier in einem Zeitraum, in dem die Temperatur des NSR-Katalysators einen Temperaturbereich unterschreitet, in dem die NOx-Reduktionsfähigkeit des NSR-Katalysators aktiv wird, innerhalb des Zeitraums vom Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs, auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis einstellen.
  • In Fällen, wo das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, besteht eine Neigung, dass die Temperatur des NSR-Katalysators sich im Vergleich zu dem Fall, dass das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, erhöht. Wenn das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Zeitraum, in dem die Temperatur des NSR-Katalysators den Temperaturbereich (d. h. den aktiven Temperaturreich), in dem die NOx-Reduktionsfähigkeit des NSR-Katalysators aktiv wird, innerhalb des Zeitraums ab dem Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs, unterschreitet, auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis geregelt wird, wird dementsprechend verhindert, dass die Temperatur des NSR-Katalysators zum Zeitpunkt, an dem die Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose durchgeführt wird, unter den aktiven Temperaturbereich fällt. Die Durchführung der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose ermöglicht demzufolge eine zuverlässigere Regeneration der NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators.
  • In der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine kann ferner die Abgasreinigungsvorrichtung mit einem NSR-Katalysator und einem dem NSR-Katalysator nachgeschalteten selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR-Katalysator) ausgerüstet sein, und die Messvorrichtung kann mit einer ersten Messeinheit, die eine aus dem NSR-Katalysator ausströmende NOx-Menge misst, und einer zweiten Messeinheit, die eine aus dem SCR-Katalysator ausströmende NOx-Menge misst, ausgerüstet sein. In einer solchen Anordnung kann die Steuereinheit in Fällen, wo eine Diagnostizierung einer Abnormalität des SCR-Katalysators notwendig ist, das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Zeitraum ab dem Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs bis zu einem vorherbestimmten SCR-Diagnosezeitpunkt, der später als der NSR-Diagnosezeitpunkt liegt, auf ein schwach mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis regeln, das niedriger als das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis und höher als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, und kann das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach dem SCR-Diagnosezeitpunkt vom schwach mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ändern, das niedriger als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist. Die Diagnoseeinheit kann anschließend eine SCR-Diagnoseverarbeitung durchführen, die eine Verarbeitung zur Diagnostizierung einer Abnormalität im SCR-Katalysator auf Grundlage eines Messwertes der zweiten Messvorrichtung zum SCR-Diagnosezeitpunkt ist. Hierbei ist zu beachten, dass der hier so bezeichnete ”SCR-Diagnosezeitpunkt” so eingestellt wird, dass im Messwert der zweiten Messvorrichtung eine erhebliche Differenz zwischen einem Fall der Normalität des SCR-Katalysators und einem Fall der Abnormalität des SCR-Katalysators eintritt.
  • Gemäß einer solchen Ausführungsform wird in Fällen, wo die SCR-Diagnoseverarbeitung durchgeführt wird, das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Zeitraum ab dem Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs bis zum SCR-Diagnosezeitpunkt auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, so dass die Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose in der Mitte dieses Zeitraums zum NSR-Diagnosezeitpunkt nicht mehr durchgeführt wird. Wenn das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis dann zum SCR-Diagnosezeitpunkt, der später als der NSR-Diagnosezeitpunkt liegt, vom schwach mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert wird, wird die NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators regeneriert. Im Folgenden wird die Verarbeitung zur Regeneration der NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators durch Einstellen des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nach dem SCR-Diagnosezeitpunkt auf das fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis als ”Regenerationsverarbeitung für die SCR-Diagnose” bezeichnet. Wenn die Regenerationsverarbeitung für die SCR-Diagnose gestartet wird, wird das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom schwach mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert, so wie im Falle der Durchführung der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose, so dass der Änderungsbetrag des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses klein gehalten werden kann. Dadurch wird eine Unterdrückung der Drehmomentschwankung in der Brennkraftmaschine ermöglicht, ohne dass eine starke Verzögerung der Zündzeit vorgenommen wird. Zudem verkürzt sich die Zeitdauer ab dem Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum SCR-Diagnosezeitpunkt dadurch, dass das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Zeitraum ab dem Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs bis zum SCR-Diagnosezeitpunkt auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird.
  • Dies ermöglicht dementsprechend eine schnelle Erkennung der Abnormalität des SCR-Katalysators bei gleichzeitiger Unterdrückung der Drehmomentschwankung im Falle der Durchführung einer SCR-Diagnoseverarbeitung. Hierbei kann der Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs im Falle der Durchführung der SCR-Diagnoseverarbeitung auf den Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung eingestellt werden oder auf einen Zeitpunkt nach dem Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung und vor dem SCR-Diagnosezeitpunkt eingestellt werden.
  • Hierbei ist anzumerken, dass die erfindungsgemäße Steuereinheit das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, in einem Zeitraum ab einem vorherbestimmten Zeitpunkt vor dem Start der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum Start der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung, auf ein Zwischen-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das kleiner als das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis und höher als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, einstellen kann.
  • Wenn das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Startzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung vom normal mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert wird, kann die Drehmomentschwankung in der Brennkraftmaschine einen hohen Wert annehmen. Wird hingegen das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Startzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung vom Zwischen-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert, kann die Drehmomentschwankung in der Brennkraftmaschine auf einen niedrigen Wert gedrückt werden.
  • Hierbei ist anzumerken, dass es bei einer Einstellung des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf das Zwischen-Luft/Kraftstoff-Verhältnis über einen unnötig langen Zeitraum dazu kommen kann, dass sich die Kraftstoffverbrauchsmenge erhöht oder die Durchführungshäufigkeit der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung ansteigt. Aus diesem Grunde ist es ratsam, den Zeitraum, in dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das Zwischen-Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist, kürzer zu halten als den Zeitraum ab dem Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt (oder SCR-Diagnosezeitpunkt). Infolge dessen kann die Drehmomentschwankung zum Startzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung klein gehalten werden, während gleichzeitig eine Erhöhung der Kraftstoffverbrauchsmenge und eine Erhöhung der Durchführungshäufigkeit der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung verhindert wird.
  • Darüber hinaus kann das Zwischen-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einen Wert höher als das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt werden. Wird das Zwischen-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf diese Weise eingestellt, sinken im Falle der Einstellung des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf das Zwischen-Luft/Kraftstoff-Verhältnis die Kraftstoffverbrauchsmenge und die aus der Brennkraftmaschine auszutragende NOx-Menge auf einen Wert, der kleiner ist als der Wert im Falle einer Einstellung des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Dementsprechend kann die Drehmomentschwankung zum Startzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung klein gehalten werden, während gleichzeitig eine Erhöhung der Kraftstoffverbrauchsmenge und eine Erhöhung der Durchführungshäufigkeit der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung mit größerer Zuverlässigkeit unterdrückt wird.
  • [Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
  • In einer Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, in der eine Verarbeitung zur Regeneration der NOx-Speicherkapazität eines NSR-Katalysators in Verbindung mit einer Verarbeitung zur Diagnostizierung einer Abnormalität in einer den NSR-Katalysator enthaltenden Abgasreinigungsvorrichtung durchgeführt wird, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine schnelle Erkennung der Abnormalität der Abgasreinigungsvorrichtung bei gleichzeitiger Unterdrückung der Drehmomentschwankung zum Zeitpunkt der Regeneration der NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators ermöglicht.
  • [KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN]
  • 1 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Brennkraftmaschine und ihres Abgassystems, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet wird.
  • 2 ist eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs eines integrierten Wertes einer in einen NSR-Katalysator einströmenden NOx-Menge und der aus dem NSR-Katalysator pro Zeiteinheit ausströmenden NOx-Menge.
  • 3 zeigt die zeitlichen Verläufe eines Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, der Ansaugluftmenge und eines Zündzeitpunkts in Fällen, wo eine Verarbeitung zur Regeneration der NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators durchgeführt wird.
  • 4 ist ein Zeitdiagramm zur Darstellung eines Steuerverfahrens für das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei Durchführung einer NSR-Diagnoseverarbeitung in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer bei Durchführung einer NSR-Diagnoseverarbeitung von einer Motorsteuerung (ECU) ausgeführten Verarbeitungsroutine in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer von der Motorsteuerung (ECU) ausgeführten Verarbeitungsroutine im Falle der Steuerung des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zum Zeitpunkt der Ausführung der NSR-Diagnoseverarbeitung in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist ein Zeitdiagramm zur Darstellung eines Steuerverfahrens für ein Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei Durchführung einer SCR-Diagnoseverarbeitung in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer bei Durchführung einer SCR-Diagnoseverarbeitung von einer Motorsteuerung (ECU) ausgeführten Verarbeitungsroutine in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 9 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer von einer Motorsteuerung (ECU) ausgeführten Verarbeitungsroutine im Falle der Steuerung des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zum Zeitpunkt der Ausführung der SCR-Diagnoseverarbeitung in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ist ein Zeitdiagramm zur Darstellung eines Steuerverfahrens für ein Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei Durchführung einer NSR-Diagnoseverarbeitung in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 11 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer von einer Motorsteuerung (ECU) ausgeführten Verarbeitungsroutine im Falle der Steuerung des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zum Zeitpunkt der Ausführung der NSR-Diagnoseverarbeitung in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 12 ist eine Ansicht zur Darstellung der Beziehung zwischen der Temperatur eines NSR-Katalysators und der NOx-Beseitigungs- oder NOx-Reduktionsrate des NSR-Katalysators in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 13 ist ein Zeitdiagramm zur Darstellung eines Steuerverfahrens für ein Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei Durchführung einer NSR-Diagnoseverarbeitung in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 14 ist eine Ansicht zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der Temperatur des NSR-Katalysators in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 15 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer von einer Motorsteuerung (ECU) ausgeführten Verarbeitungsroutine im Falle der Steuerung des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zum Zeitpunkt der Ausführung der NSR-Diagnoseverarbeitung in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 16 ist ein Zeitdiagramm zur Darstellung eines Steuerverfahrens für das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei Durchführung einer SCR-Diagnoseverarbeitung in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 17 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer von einer Motorsteuerung (ECU) ausgeführten Verarbeitungsroutine im Falle der Steuerung des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zum Zeitpunkt der Ausführung der SCR-Diagnoseverarbeitung in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 18 ist ein Zeitdiagramm zur Darstellung eines Steuerverfahrens bei Einstellung eines Zwischen-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • [BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN]
  • Nachfolgend werden besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der angehängten Zeichnungen beschrieben. Die in den Ausführungsformen beschriebenen Abmessungen, Werkstoffe, Formgestaltungen, relativen Anordnungen und so weiter der einzelnen Bestandteile sollen den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf selbige beschränken, insbesondere soweit keine speziellen Angaben dazu getroffen werden.
  • <Erste Ausführungsform>
  • Zunächst wird anhand der 1 bis 6 auf eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwiesen. 1 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Brennkraftmaschine und ihres Abgassystems, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet wird. Die in 1 dargestellte Brennkraftmaschine 1 ist ein fremdgezündeter Verbrennungsmotor mit Fähigkeit zur Durchführung eines Magerverbrennungsbetriebs. Hierbei ist anzumerken, dass die Brennkraftmaschine 1 ein selbstgezündeter Verbrennungsmotor sein kann, in dem ein Magerverbrennungsbetrieb durchgeführt wird.
  • Der Verbrennungsmotor 1 ist mit einem Kraftstoffeinspritzventil 2 versehen. Das Kraftstoffeinspritzventil 2 kann ein Ventilmechanismus sein, der dazu dient, Kraftstoff in einen Ansaugkanal (z. B. einen Saugstutzen) einzuspritzen, oder kann ein Ventilmechanismus sein, der dazu dient, Kraftstoff in einen Zylinder einzuspritzen.
  • Der Verbrennungsmotor 1 ist mit einem Abgaskanal 3 verbunden. Der Abgaskanal 3 ist ein Kanal, den ein im Innenraum des Zylinders des Verbrennungsmotors 1 verbranntes Gas (Abgas) durchströmt. In einem mittleren Abschnitt des Abgaskanals 3 ist eine Abgasreinigungsvorrichtung angeordnet. Die Abgasreinigungsvorrichtung ist mit einem ersten Katalysatorgehäuse 4, einem zweiten Katalysatorgehäuse 5 und einem dritten Katalysatorgehäuse 6 versehen.
  • Das erste Katalysatorgehäuse 4 nimmt einen Dreiwegekatalysator auf, der aus einem Wabenstrukturkörper, der mit einer Schicht wie Aluminiumoxid überzogen ist, und einem von der Schicht getragenen Edelmetall (z. B. Platin, Palladium oder Rhodium usw.) besteht.
  • Das zweite Katalysatorgehäuse 5 ist im Abgaskanal 3 dem ersten Katalysatorgehäuse 4 nachgeschaltet. Das zweite Katalysatorgehäuse 5 nimmt einen NSR-Katalysator auf, der aus einem Wabenstrukturkörper, der mit einer Schicht wie Aluminiumoxid überzogen ist, einem von der Schicht getragenen Edelmetall (z. B. Platin, Palladium oder Rhodium usw.) und einem von der Schicht getragenen NOx-Einlagerungs- oder -Speichermittel (Barium, Lithium usw.) besteht.
  • Das dritte Katalysatorgehäuse 6 ist im Abgaskanal 3 dem zweiten Katalysatorgehäuse 5 nachgeschaltet. Das dritte Katalysatorgehäuse 6 nimmt einen selektiven Reduktionskatalysator (SCR-Katalysator) auf, der aus einem Wabenstrukturkörper aus Cordierit oder Fe-Cr-Al-basiertem hitzebeständigen Stahl, einer den Wabenstrukturkörper bedeckenden Aluminiumoxid- oder Zeolith-basierten Schicht und einem von der Schicht getragenen Edelmetall (Platin, Palladium usw.) besteht.
  • In Kombination mit dem so ausgestalteten Verbrennungsmotor 1 ist eine Motorsteuerung (ECU) 7 vorgesehen. Die ECU 7 ist eine elektronische Steuereinheit, die aus einer CPU, einem ROM, einem RAM, einem Backup-RAM und so weiter besteht. Die ECU 7 ist mit verschiedenen Arten von Sensoren elektrisch verbunden, wie einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (A/F-Sensor) 8, einem Sauerstoffkonzentrationssensor (Sauerstoffsensor) 9, einem ersten Temperatursensor 10, einem ersten NOx-Sensor 11, einem zweiten NOx-Sensor 12, einem zweiten Temperatursensor 13, einem Gaspedalstellungssensor 14, einem Kurbelwellenpositionssensor 15, einem Luftmengenmesser 16 und so weiter.
  • Der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 8 ist am Abgaskanal 3 an einer zum ersten Katalysatorgehäuse 4 vorgeschalteten Position angebracht und gibt ein elektrisches Signal aus, das mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in das erste Katalysatorgehäuse 4 einströmenden Abgases korreliert. Der Sauerstoffkonzentrationssensor 9 ist am Abgaskanal 3 an einer Position zwischen dem ersten Katalysatorgehäuse 4 und dem zweiten Katalysatorgehäuse 5 angebracht und gibt ein elektrisches Signal aus, das mit einer Sauerstoffkonzentration des aus dem ersten Katalysatorgehäuse 4 ausströmenden Abgases korreliert. Der erste Temperatursensor 10 ist am Abgaskanal 3 an einer Position zwischen dem zweiten Katalysatorgehäuse 5 und dem dritten Katalysatorgehäuse 6 angebracht und gibt ein elektrisches Signal aus, das mit einer Temperatur des aus dem zweiten Katalysatorgehäuse 5 ausströmenden Abgases korreliert. Der erste NOx-Sensor 11 ist am Abgaskanal 3 an einer Position zwischen dem zweiten Katalysatorgehäuse 5 und dem dritten Katalysatorgehäuse 6 angebracht und gibt ein elektrisches Signal (eine NOx-Konzentration) aus, das mit einer Menge an NOx (einer einströmendem NOx-Menge) in dem aus dem zweiten Katalysatorgehäuse 5 ausströmenden Abgas (d. h. mit dem in das dritte Katalysatorgehäuse 6 einströmenden Abgas) korreliert. Der zweite NOx-Sensor 12 ist am Abgaskanal 3 an einer Position nachgeschaltet zum dritten Katalysatorgehäuse 6 angebracht und gibt ein elektrisches Signal (eine NOx-Konzentration) aus, das mit einer Menge an NOx (einer ausströmendem NOx-Menge) in dem aus dem dritten Katalysatorgehäuse 6 ausströmenden Abgas korreliert. Der zweite Temperatursensor 13 ist am Abgaskanal 3 an einer Position nachgeschaltet zum dritten Katalysatorgehäuse 6 angebracht und gibt ein elektrisches Signal aus, das mit einer Temperatur des aus dem dritten Katalysatorgehäuse 6 ausströmenden Abgases korreliert. Der Gaspedalstellungssensor 14 gibt ein elektrisches Signal aus, das mit einem Betätigungsbetrag eines Gaspedals (d. h. einem Öffnungsgrad eines Gaspedals) korreliert. Der Kurbelwellenpositionssensor 15 gibt ein elektrisches Signal aus, das mit einer Drehstellung einer Abtriebswelle (Kurbelwelle) des Verbrennungsmotors 1 korreliert. Der Luftmengenmesser 16 gibt ein elektrisches Signal aus, das mit einer in den Zylinder des Verbrennungsmotors 1 eingesaugten Luftmenge (d. h. einer Ansaugluftmenge) korreliert. Hierbei ist zu beachten, dass der erste NOx-Sensor 11 einer ersten Messeinheit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung entspricht. Außerdem entspricht der zweite NOx-Sensor 12 einer zweiten Messeinheit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung.
  • Die ECU 7 steuert den Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 anhand der Ausgabesignale der oben erwähnten vielfältigen Arten von Sensoren. Die ECU 7 berechnet beispielsweise einen Sollwert (einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert) eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (eines Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses) eines an den Verbrennungsmotor 1 bereitzustellenden Gemischs anhand einer Motordrehzahl, die ausgehend vom Ausgabesignal des Kurbelwellenpositionssensors 15 und vom Ausgabesignal des Gaspedalstellungssensors 14 (Gaspedalöffnungsgrad) berechnet wird. Die ECU 7 berechnet einen Sollwert einer Kraftstoffeinspritzmenge (eine Kraftstoffeinspritzdauer) des Kraftstoffeinspritzventils 2 anhand des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sollwerts und des Ausgabesignals des Luftmengenmessers 16 (Luftansaugmenge) und betätigt das Kraftstoffeinspritzventil 2 entsprechend dem so berechneten Sollwert der Kraftstoffeinspritzmenge.
  • In Fällen, in denen der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 sich in einem niederen Drehzahlbereich und niederen Lastbereich oder in einem mittleren Drehzahlbereich und mittleren Lastbereich befindet, stellt die ECU 7 das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein, das höher als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist. In Fällen, in denen der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 sich in einem hohen Lastbereich und hohen Drehzahlbereich befindet, stellt die ECU 7 zudem das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder auf ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis niedriger als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein.
  • Wenn der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 in den niederen Drehzahlbereich und niederen Lastbereich oder in den mittleren Drehzahlbereich und mittleren Lastbereich fällt (nachfolgend werden diese Betriebsbereiche als ”Magerbetriebsbereich” bezeichnet), ist es demnach möglich, falls der Verbrennungsmotor 1 in einem mageren Verbrennungszustand betrieben wird, die Kraftstoffverbrauchsmenge auf einen niedrigen Wert zu senken.
  • Hierbei ist anzumerken, dass die ECU 7 auch eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung, bei der die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge so korrigiert wird, dass das Ausgangssignal des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 8 mit dem oben genannten Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt, eine lernende Steuerung von Korrekturkoeffizienten für die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung anhand des Ausgangssignals des Sauerstoffkonzentrationssensors 9 usw. durchführt.
  • In Fällen, wo das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, nimmt die NOx-Reinigungsleistung (Entstickungsleistung) des im ersten Katalysatorgehäuse 4 untergebrachten Dreiwegekatalysators einen niedrigen Wert an. In Fällen, wo das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, ist deshalb eine Beseitigung oder Reduktion von NOx im Abgas mittels des NSR-Katalysators des zweiten Katalysatorgehäuses 5 und des SCR-Katalysators des dritten Katalysatorgehäuses 6 notwendig.
  • Der NSR-Katalysator adsorbiert oder speichert im Abgas enthaltenes NOx, wenn das in das zweite Katalysatorgehäuse 5 einströmende Abgas sich in einem Zustand mit Sauerstoffüberschuss befindet (d. h. wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist). Wenn die Sauerstoffkonzentration des in das zweite Katalysatorgehäuse 5 einströmenden Abgases niedrig ist und wenn die Konzentration reduzierender Bestandteile wie Kohlenwasserstoff (HC), Kohlenstoffmonoxid (CO) usw. im Abgas hoch ist, gibt der NSR-Katalysator das in ihm gespeicherte NOx frei und bewirkt gleichzeitig die Reduktion des so frei gewordenen NOx zu Stickstoff (N2).
  • Hierbei ist anzumerken, dass die NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators begrenzt ist, und somit vermindert sich die NOx-Menge, die vom NSR-Katalysator adsorbiert oder gespeichert werden kann, in dem Maße, wie sich die NOx-Speichermenge im NSR-Katalysator erhöht. Wenn die vom NSR-Katalysator aufnehmbare oder speicherbare NOx-Menge einen im Verhältnis zu der in den NSR-Katalysator einströmenden NOx-Menge geringen Wert annimmt, wird ein Teil des in den NSR-Katalysator eingeströmten NOx ausgetragen, ohne im NSR-Katalysator adsorbiert oder gespeichert zu werden (Durchbruchszustand). Mit dem weiteren Anstieg der NOx-Speichermenge im NSR-Katalysator kommt es zur Sättigung der NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators (d. h. die vom NSR-Katalysator adsorbierbare oder speicherbare NOx-Menge erreicht den Wert null), und fast die gesamte in den NSR-Katalysator einströmende NOx-Menge wird ausgetragen, ohne im NSR-Katalysator adsorbiert oder gespeichert zu werden.
  • Bevor es zu einem Durchbruchbetrieb des NSR-Katalysators kommt, ist es dementsprechend notwendig, das im NSR-Katalysator gespeicherte NOx zu reduzieren und seine NOx-Speicherkapazität zu regenerieren. Im oben erwähnten Magerbetriebsbereich realisiert die ECU 7 andererseits zweckmäßigerweise die Verarbeitung (Anfettverarbeitung) zur Änderung des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf ein vorherbestimmtes fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis (nachfolgend als ”Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die Regeneration” bezeichnet), das kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Insbesondere führt die ECU 7 wenigstens eine der folgenden Verarbeitungen durch: nämlich die Verarbeitung zur Erhöhung der Krafteinspritzmenge des Krafteinspritzventils 2 und die Verarbeitung zur Senkung des Öffnungsgrades eines Ansaugdrosselventils (Drosselventil). Bei Durchführen der Anfettverarbeitung sinkt die Sauerstoffkonzentration im Abgas und steigt die HC- bzw. CO-Konzentration. Das im NSR-Katalysator gespeicherte NOx desorbiert dadurch vom NSR-Katalysator und reagiert mit den im Abgas enthaltenen Reduktionsbestandteilen wie HC, CO usw., so dass es zu Stickstoff (N2) reduziert wird.
  • Die oben erwähnte Anfettverarbeitung muss nur durchgeführt werden, wenn die NOx-Speichermenge im NSR-Katalysator einen Wert gleich oder größer als eine feste Menge annimmt oder wenn die Betriebsdauer des Verbrennungsmotors 1 seit dem Endzeitpunkt der letzten Anfettverarbeitung (vorzugsweise die Betriebsdauer, in welcher das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wurde) einen Wert gleich oder größer als eine feste Zeitdauer annimmt, oder wenn der Fahrweg eines Fahrzeugs, in dem der Verbrennungsmotor 1 montiert ist, seit dem Zeitpunkt der letzten Anfettverarbeitung (vorzugsweise der Fahrweg, über den das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wurde) einen Wert gleich oder größer als einen festen Weg annimmt. Hierbei ist anzumerken, dass in dieser Ausführungsform angenommen wird, dass eine Anfettverarbeitung dann durchgeführt wird, wenn die NOx-Speichermenge im NRS-Katalysator einen Wert gleich oder größer als die feste Menge annimmt. Die hier so bezeichnete ”feste Menge” ist eine Menge kleiner als eine NOx-Speichermenge im NRS-Katalysator zum Zeitpunkt, an dem beim normalen NSR-Katalysator der Durchbruchbetrieb beginnt, und ist eine Menge, die durch eine Anpassungsverarbeitung mit Hilfe von Experimenten usw. im Vorfeld eingestellt wurde (nachfolgend bezeichnet als ”Bestimmungswert für die Regeneration”).
  • Außerdem können im Abgas enthaltene Schwefeloxide (SOx) im NSR-Katalysator adsorbiert oder eingelagert (gespeichert) werden. Mit Erhöhung der im NSR-Katalysator gespeicherten oder adsorbierten SOx-Menge nimmt die NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators entsprechend ab. Wenn die im NSR-Katalysator gespeicherte oder adsorbierte SOx-Menge einen vorherbestimmten Vergiftungsbestimmungswert erreicht oder übersteigt, führt deshalb die ECU 7 eine Verarbeitung (S-Regenerationsverarbeitung) zur Oxidierung und Beseitigung des im NSR-Katalysator gespeicherten oder adsorbierten SOx durch, indem der NSR-Katalysator in eine heiße und kraftstoffreiche Atmosphäre überführt wird.
  • Anschließend adsorbiert der SCR-Katalysator im Abgas enthaltenes Ammoniak (NH3). Der SCR-Katalysator reduziert NOx zu Stickstoff (N2), indem er das am SCR-Katalysator adsorbierte NH3 und das im Abgas enthaltene NOx zur Reaktion bringt. Das an den SCR-Katalysator bereitzustellende NH3 wird im Dreiwegekatalysator oder NSR-Katalysator erzeugt. Beispielsweise wird in Fällen, wo die Anfettverarbeitung durchgeführt wird, im Dreiwegekatalysator ein Teil des darin befindlichen NOx zu NH3 reduziert und im NSR-Katalysator ein Teil des vom NSR-Katalysator desorbierten NOx zu NH3 reduziert.
  • Hierbei ist anzumerken, dass die im NSR-Katalysator erzeugte NH3-Menge sich ändert, abhängig vom Intervall, in dem die Anfettverarbeitung durchgeführt wird, vom Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Zeitpunkt, an dem die Anfettverarbeitung erfolgt, usw. In Fällen, wo eine Bereitstellung von NH3 an den SCR-Katalysator notwendig ist, muss dementsprechend das Ausführungsintervall der Anfettverarbeitung nur auf ein für die Erzeugung von NH3 geeignetes Intervall eingestellt werden oder muss das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis während der Ausführung der Anfettverarbeitung nur auf ein für die Erzeugung von NH3 geeignetes Luft/Kraftstoff-Verhältnis (z. B. 14,1 oder ähnlich) eingestellt werden.
  • Wenn jedoch eine Abnormalität auftritt, bei der die NOx-Reduktionsleistung des NSR-Katalysators abnimmt, kann es sein, dass sich die in die Atmosphäre der Umgebungsluft ausgetragene NOx-Menge erhöht. Im Falle des Eintretens einer Abnormalität des NSR-Katalysators ist demzufolge eine schnelle Erkennung dieser Abnormalität notwendig, so dass der Fahrer des Fahrzeugs zur Instandsetzung des NSR-Katalysators aufgefordert werden kann oder der Magerverbrennungsbetrieb (bzw. Magerbetrieb) des Verbrennungsmotors 1 verhindert werden kann.
  • (Abnormalitätsdiagnoseverfahren für NSR-Katalysator)
  • Hier wird ein Verfahren zur Diagnostizierung der Abnormalität des NSR-Katalysators beschrieben. 2 ist eine Ansicht zur Darstellung der zeitlichen Verläufe des integrierten Wertes der in den NSR-Katalysator einströmenden NOx-Menge und der aus dem NSR-Katalysator pro Zeiteinheit ausströmenden NOx-Menge in Fällen, wo das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist (d. h. in Fällen, wo der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 in den oben erwähnten Magerbetriebsbereich fällt). Eine Volllinie in 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der aus dem NSR-Katalysator pro Zeiteinheit ausströmenden NOx-Menge im Falle der Normalität des NSR-Katalysators, und eine Strichpunktlinie in 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der aus dem NSR-Katalysator pro Zeiteinheit ausströmenden NOx-Menge im Falle der Abnormalität des NSR-Katalysators. Hierbei ist anzumerken, dass die beiden in 2 dargestellten Zeitverläufe unter der gleichen Bedingung gemessen sind. Ferner wird angenommen, dass die NOx-Speichermenge im NSR-Katalysator zu einem Zeitpunkt t0 in 2 null beträgt.
  • In 2 verschiebt sich ein Durchbruchzeitpunkt (t1 in 2) des NSR-Katalysators im Falle der Abnormalität des NSR-Katalysators auf einen früheren Zeitwert als ein Durchbruchzeitpunkt (t2 in 2) des NSR-Katalysators im Falle der Normalität des NSR-Katalysators. Aus diesem Grund steigt die aus dem NSR-Katalysator ausströmende NOx-Menge zum Zeitpunkt t2 in 2 im Falle der Abnormalität des NSR-Katalysators auf einen höheren Wert als im Falle des normalen NSR-Katalysators. Aus diesem Grund steigt der integrierte Wert der aus dem NSR-Katalysator ausströmenden NOx-Menge in einem Zeitraum von t0 bis t2 in 2 im Falle der Abnormalität des NSR-Katalysators auf einen höheren Wert als im Falle des normalen NSR-Katalysators.
  • In Fällen, wo von der Normalität des NSR-Katalysators ausgegangen wird, kann dementsprechend die Abnormalität des NSR-Katalysators festgestellt werden, indem die Integration der in den NSR-Katalysator einströmenden NOx-Menge mit dem Endzeitpunkt der Anfettverarbeitung oder S-Regenerationsverarbeitung beginnt und der Messwert des ersten NOx-Sensors 11 zu einem Zeitpunkt (d. h. NSR-Diagnosezeitpunkt), an dem der integrierte Wert (die Gesamt-NOx-Einströmmenge) einen vorherbestimmten Wert erreicht, als Parameter verwendet wird.
  • Beispielsweise kann, wenn der Messwert des ersten NOx-Sensors 11 zum NSR-Diagnosezeitpunkt einen Normalwert (d. h. einen Höchstwert, den der Messwert des ersten NOx-Sensors 11 zum NSR-Diagnosezeitpunkt annehmen kann, oder einen Wert, der durch Hinzuaddieren einer Toleranz zum Höchstwert ermittelt wird, soweit von der Normalität des NSR-Katalysators ausgegangen wird) übersteigt, eine Abnormalität des NSR-Katalysators diagnostiziert werden. Darüber hinaus wird der Messwert des ersten NOx-Sensors 11 in einem Zeitraum vom Endzeitpunkt der Anfettverarbeitung oder Endzeitpunkt der S-Regenerationsverarbeitung bis zum oben genannten NSR-Diagnosezeitpunkt integriert, und wenn der so ermittelte integrierte Wert des Messwertes des ersten NOx-Sensors 11 (d. h. die Gesamt-NOx-Ausströmmenge) einen entsprechenden Normalwert (d. h. den Höchstwert, den die Gesamt-NOx-Ausströmmenge annehmen kann, oder eine Menge, die durch das Hinzuaddieren einer Toleranz zum Höchstwert ermittelt wird, falls eine Normalität des NSR-Katalysators vorliegt) übersteigt, kann diagnostiziert werden, dass eine Abnormalität des NSR-Katalysators vorliegt. Ferner kann, wenn ein Verhältnis der Gesamt-NOx-Ausströmmenge zum oben erwähnten vorherbestimmten Menge einen Normalwert (d. h. einen Höchstwert, den das Verhältnis der Gesamt-NOx-Ausströmmenge zur oben erwähnten Menge annehmen kann, oder einen Wert, der durch Hinzuaddieren einer Toleranz zum Höchstwert ermittelt wird, soweit von der Normalität des NSR-Katalysators ausgegangen wird) übersteigt, diagnostiziert werden, dass eine Abnormalität des NSR-Katalysators vorliegt. Die hier so bezeichnete ”vorherbestimmte Menge” ist eine Gesamt-NOx-Einströmmenge zum Startzeitpunkt eines Durchbruchs des normalen NSR-Katalysators oder eine Menge, die dadurch ermittelt wird, dass eine Toleranz von der Gesamt-NOx-Einströmmenge subtrahiert wird, und die den oben erwähnten Bestimmungswert für die Regeneration übersteigt.
  • Wenn jedoch die Abnormalitätsdiagnoseverarbeitung (die NSR-Diagnoseverarbeitung) des NSR-Katalysators nach dem oben beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, überschreitet die NOx-Speichermenge im NSR-Katalysator zum NSR-Diagnosezeitpunkt den oben erwähnten Bestimmungswert für die Regeneration, und dadurch wird es notwendig, die Verarbeitung zur Regeneration der NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators bald nach dem NSR-Diagnosezeitpunkt durchzuführen. Dementsprechend wird in dieser Ausführungsform die Verarbeitung zur Regeneration der NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators (Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose) dadurch durchgeführt, dass das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach dem NSR-Diagnosezeitpunkt auf das Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die Regeneration eingestellt wird. Hierbei ist zu bemerken, dass im Folgenden die Anfettverarbeitung oder S-Regenerationsverarbeitung, die zu vom NSR-Diagnosezeitpunkt abweichenden Zeiten durchgeführt wird, als gewöhnliche Regenerationsverarbeitung bezeichnet wird.
  • Wenn das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Startzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose vom mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis (z. B. 20 bis 25), das für den Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 geeignet ist, auf das Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die Regeneration (z. B. 12 bis 14), das für die Regeneration der NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators geeignet ist, geändert wird, kann es dazu kommen, dass das Drehmoment des Verbrennungsmotors eventuell schnell ansteigt. Aus diesem Grund ist es notwendig, geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen, wie die Senkung der Ansaugluftmenge, die Verzögerung des Zündzeitpunkts usw.
  • 3 zeigt hier zeitliche Verläufe des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, der Ansaugluftmenge und des Zündzeitpunkts im Falle, dass die Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose durchgeführt wurde. Ein Regenerationsflag für die NSR-Diagnose in 3 ist ein Flag, das zum NSR-Diagnosezeitpunkt eingeschaltet wird und zum Endzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose ausgeschaltet wird. Wenn das Regenerationsflag für die NSR-Diagnose zum NRS-Diagnosezeitpunkt (t3 in 3) von Aus auf Ein geschaltet wird, beginnt die Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose. Unverzüglich nach dem Start der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose (d. h. in einem Zeitraum von t3 bis t4 in 3) kommt es zu einer Ansprechverzögerung der Ansaugluftmenge, so dass eine Ist-Ansaugluftmenge eine Soll-Ansaugluftmenge überschreitet. Deshalb ist in einem Zeitraum, in dem die Ist-Ansaugluftmenge die Soll-Ansaugluftmenge übersteigt, eine starke Verzögerung des Zündzeitpunkts notwendig. Bei einer starken Verzögerung des Zündzeitpunkts besteht jedoch die Möglichkeit, dass der Betriebszustand des Verbrennungsmotors instabil werden kann. Dementsprechend ist ein Betrag der Zündzeitpunktverzögerung auf einen Wert gleich oder kleiner als ein im Vorfeld eingestellter oberer Grenzwert (Verzögerungsgrenze) begrenzt. Bei einer solchen Begrenzung des Betrags der Zündzeitpunktverzögerung auf einen Wert gleich oder kleiner als der obere Grenzwert kann es vorkommen, dass es unmöglich wird, die Drehmomentschwankung des Verbrennungsmotors 1 unmittelbar nach dem Start der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose zu unterdrücken.
  • Zur Abhilfe wird ein Verfahren ins Auge gefasst, bei dem zu Beginn der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zunächst auf ein schwach fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, das höher als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die Regeneration und kleiner als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, und das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis anschließend vom schwach fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die Regeneration gesenkt wird. In Fällen, wo das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das schwach fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, ist jedoch die Menge an unverbrannten Kraftstoffbestandteilen im Abgas gering, so dass ein Teil des vom NSR-Katalysator desorbierten NOx gegebenenfalls nicht reduziert wird.
  • Im Falle der Durchführung der NSR-Diagnoseverarbeitung, wenn die gewöhnliche Regenerationsverarbeitung während des Zeitraums vom Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt durchgeführt wird, nimmt die Diagnosegenauigkeit der NSR-Diagnoseverarbeitung ab, und dadurch wird die Ausführung der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung während dieses Zeitraums verhindert. Im Zeitraum ab dem Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt kann jedoch die aus dem Verbrennungsmotor 1 pro Zeiteinheit auszutragende NOx-Menge einen niedrigen Wert annehmen, wenn das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein für eine Betriebsbedingung (erforderliche Ausgangsleistung) des Verbrennungsmotors 1 geeignetes mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis (normal mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis) eingestellt wird. In einem solchen Falle besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 vom Magerbetriebsbereich abweichen kann, bevor die Gesamt-NOx-Einströmmenge im NSR-Katalysator die oben erwähnte vorherbestimmte Menge erreicht, und dementsprechend besteht ebenfalls eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass eventuell die NSR-Diagnoseverarbeitung unterbrochen oder angehalten wird. Wenn die NSR-Diagnoseverarbeitung unterbrochen oder angehalten wird, wird eine Schnellerkennung der Abnormalität des NSR-Katalysators unmöglich.
  • (Steuerverfahren für das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Falle der Ausführung der NSR-Diagnoseverarbeitung)
  • In dieser Ausführungsform wird im Falle der Durchführung der NSR-Diagnoseverarbeitung dementsprechend die Ausführung der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung in einem Zeitraum ab dem Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt verhindert, und das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis in diesem Zeitraum wird auf ein schwach mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, das kleiner als das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis und größer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist. Hierbei ist anzumerken, dass, wenn das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einen Wert in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eingestellt wird, das im NSR-Katalysator gespeicherte NOx desorbieren kann. Dementsprechend wird davon ausgegangen, dass das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht nur niedriger als das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis und höher als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, sondern auch auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis (z. B. ca. 16 bis 17), bei dem NOx nicht vom NSR-Katalysator desorbiert.
  • Hierbei wird auf ein Steuerverfahren für ein Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Zeitpunkt der Durchführung der NSR-Diagnoseverarbeitung entsprechend dem Zeitdiagramm von 4 verwiesen. Ein NSR-Diagnose-Flag in 4 wird eingeschaltet, wenn der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 in den Magerbetriebsbereich fällt und gleichzeitig die gewöhnliche Regenerationsverarbeitung beendet ist, wohingegen es ausgeschaltet wird, wenn die Gesamtmenge des einströmenden NOx ab einem Zeitpunkt der Einschaltung des NSR-Diagnose-Flag den oben erwähnten vorherbestimmten Mengenwert erreicht hat (d. h. zum NSR-Diagnosezeitpunkt). Ein Flag der gewöhnlichen Regeneration in 4 wird eingeschaltet, wenn der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 in den Magerbetriebsbereich fällt und gleichzeitig die im NSR-Katalysator gespeicherte NOx-Menge einen Wert erreicht hat, der gleich oder größer als der oben erwähnte Bestimmungswert für die Regeneration ist, wohingegen es ausgeschaltet wird, wenn eingeschätzt wird, dass die NOx-Speichermenge im NSR-Katalysator auf null gefallen ist.
  • In 4 wird in einem Zeitraum ab einem Zeitpunkt (t5 in 4), an dem das NSR-Diagnose-Flag eingeschaltet wurde (d. h. an dem das Flag der gewöhnlichen Regeneration ausgeschaltet wurde), bis zu einem Zeitpunkt (t6 in 4), an dem das NSR-Diagnose-Flag ausgeschaltet wird (d. h. an dem das Regenerationsflag für die NSR-Diagnose eingeschaltet wird), das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, das kleiner als das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis und größer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist.
  • In Fällen, wo das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, erhöht sich zudem die aus dem Verbrennungsmotor 1 auszutragende NOx-Menge im Vergleich zu dem Fall, wo das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wurde. Infolge dessen wird die Zeitdauer vom Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt verkürzt. Deshalb ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 vom Magerbetriebsbereich abweicht, bevor die Gesamt-NOx-Einströmmenge im NSR-Katalysator die oben erwähnte vorherbestimmte Menge erreicht, und dementsprechend ist es wenig wahrscheinlich, dass die NSR-Diagnoseverarbeitung unterbrochen oder angehalten wird.
  • Nachdem das NSR-Diagnose-Flag von Ein auf Aus geschaltet wurde, wird außerdem auch das Regenerationsflag für die NSR-Diagnose von Aus auf Ein geschaltet, wodurch die Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose gestartet wird. Beim Starten der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose wird das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom schwach mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die Regeneration geändert. Da das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu diesem Zeitpunkt auf einen Wert kleiner als das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wurde, ist die Drehmomentschwankung zum Zeitpunkt, an dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom schwach mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die Regeneration wechselt, kleiner als die Drehmomentschwankung zum Zeitpunkt, an dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom normal mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die Regeneration wechselt. Selbst in Fällen des Auftretens einer Ansprechverzögerung der Ansaugluftmenge wird somit eine Unterdrückung der Drehmomentschwankung ermöglicht, während gleichzeitig die Zündzeitverzögerung auf einen Betrag gehalten werden kann, der gleich oder kleiner als der obere Grenzwert ist.
  • (Ausführungsverfahren für die NSR-Diagnoseverarbeitung und Steuerverfahren für das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis)
  • Nachstehend wird auf eine Verfahrensweise zur Ausführung der NSR-Diagnoseverarbeitung und auf eine Verfahrensweise zur Steuerung des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dieser Ausführungsform entsprechend den 5, 6 Bezug genommen. Zunächst wird das Ausführungsverfahren für die NSR-Diagnoseverarbeitung anhand von 5 beschrieben. 5 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Verarbeitungsroutine, die von der ECU 7 zu dem Zeitpunkt abgearbeitet wird, an dem die NSR-Diagnoseverarbeitung erfolgt. Die Verarbeitungsroutine von 5 wurde vorab im ROM der ECU 7 abgelegt und wird mittels der ECU 7 (CPU) ausgeführt, wenn die gewöhnliche Regenerationsverarbeitung beendet ist. Hierbei ist anzumerken, dass mit dem Ausführen der Verarbeitungsroutine von 5 durch die ECU 7 eine erfindungsgemäße Diagnoseeinheit erzielt wird.
  • In der Verarbeitungsroutine von 5 bestimmt die ECU 7 zunächst im Schritt S101, ob der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 in den Magerbetriebsbereich fällt. Falls in der Verarbeitung von Schritt S101 die Bestimmung positiv ausfällt (ja), fährt die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S102 fort, bei dem das NSR-Diagnose-Flag eingeschaltet wird.
  • Bei der Verarbeitung von Schritt S103 berechnet die ECU 7 eine NOx-Gesamtmenge SUMAnsrin (eine Gesamt-NOx-Einströmmenge), die seit dem Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum aktuellen Zeitpunkt in den NSR-Katalysator eingeströmt ist. Insbesondere bestimmt die ECU 7 auf Schätzungsbasis eine pro Zeiteinheit in den NSR-Katalysator einströmende NOx-Menge (eine NOx-Einströmmenge Ansrin) und integriert den so ermittelten Schätzwert. Hier kann die pro Zeiteinheit in den NSR-Katalysator einströmende NOx-Menge auch anhand eines Messwerts eines NOx-Sensors, der im Abgaskanal 3 dem ersten Katalysatorgehäuse 4 vorgeschaltet ist, und der Ansaugluftmenge berechnet werden. Außerdem kann die pro Zeiteinheit in den NSR-Katalysator einströmende NOx-Menge auch dadurch berechnet werden, dass eine Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors 1 (z. B. eine Motordrehzahl, ein Lastfaktor usw.) als Parameter verwendet wird.
  • Bei der Verarbeitung von Schritt S104 bestimmt die ECU 7, ob die Gesamt-NOx-Einströmmenge SUMAnsrin gleich oder größer als eine vorherbestimmte Menge A1 ist. Die hier so bezeichnete ”vorherbestimmte Menge” entspricht einer Gesamt-NOx-Einströmmenge zum Startzeitpunkt eines Durchbruchs des normalen NSR-Katalysators oder einer Menge, die dadurch ermittelt wird, dass eine Toleranz von der Gesamt-NOx-Einströmmenge subtrahiert wird, und die den oben erwähnten Bestimmungswert für die Regeneration übersteigt.
  • Falls in der Verarbeitung von Schritt S104 die Bestimmung negativ ausfällt (SUMAnsrin < A1), kehrt die Routine der ECU 7 zur Verarbeitung von Schritt S101 zurück. Falls hingegen bei der Verarbeitung von Schritt S104 die Bestimmung positiv ausfällt ('SUMAnsrin' nicht kleiner als 'A1'), fährt die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S105 fort. In der Verarbeitung von Schritt S105 wird ein Messwert Ansrout des ersten NOx-Sensors 11 (eine NOx-Ausströmmenge) eingelesen. Diese NOx-Ausströmmenge Ansrout entspricht einer zum NSR-Diagnosezeitpunkt aus dem NSR-Katalysator ausströmenden NOx-Menge.
  • Bei der Verarbeitung von Schritt S106 bestimmt die ECU 7, ob die durch die Verarbeitung des obigen Schritts S105 eingelesene NOx-Ausströmmenge Ansrout gleich oder kleiner als ein Normalwert Thre1 ist. Der hier so bezeichnete ”Normalwert Thre1” ist ein Höchstwert, den der Messwert des ersten NOx-Sensors 11 zum NSR-Diagnosezeitpunkt annehmen kann, oder ein Wert, der durch Hinzuaddieren einer Toleranz zum Höchstwert ermittelt wird, soweit von der Normalität des NSR-Katalysators ausgegangen wird.
  • Falls in der Verarbeitung von Schritt S106 die Bestimmung positiv ausfällt ('Ansrout' nicht größer als 'Thre1'), kehrt die Routine der ECU 7 zur Verarbeitung von Schritt S107 zurück, wo die Normalität des NSR-Katalysators bestimmt wird. Falls hingegen in der Verarbeitung von Schritt S106 die Bestimmung negativ ausfällt (Ansrout > Thre1), setzt die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S108 fort, wo eine Bestimmung dahingehend erfolgt, dass eine Abnormalität des NSR-Katalysators vorliegt.
  • Nach Ausführung der Verarbeitung von Schritt S107 oder S108 geht die Routine der ECU 7 zur Verarbeitung von Schritt S109 über, bei dem das NSR-Diagnose-Flag ausgeschaltet wird. Hierbei ist anzumerken, dass in Fällen, wo das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach dem Ende der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder auf ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wurde, oder in Fällen, wo der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 in der Mitte des Zeitraums vom Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt den Magerbetriebsbereich verlassen hat, wodurch das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder auf ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wurde, die in der Verarbeitung des oben genannten Schritts S101 durchgeführte Bestimmung zu einem negativen Ergebnis führt. Dann geht die Routine der ECU 7 zur Verarbeitung von Schritt S109 über, bei dem das NSR-Diagnose-Flag ausgeschaltet wird. In diesem Falle wird die NSR-Diagnoseverarbeitung nicht ausgeführt oder die NSR-Diagnoseverarbeitung wird abgebrochen.
  • Als nächstes wird auf ein Steuerverfahren für das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Falle der Durchführung der NSR-Diagnoseverarbeitung entsprechend 6 verwiesen. 6 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Verarbeitungsroutine, die von der ECU 7 in dem Falle ausgeführt wird, dass das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Zeitpunkt der Durchführung der NSR-Diagnoseverarbeitung gesteuert wird. Diese Verarbeitungsroutine wurde vorab im ROM der ECU 7 abgelegt und wird mittels der ECU 7 (CPU) zu dem Zeitpunkt ausgeführt, an dem das oben erwähnte NSR-Diagnose-Flag von Aus auf Ein geschaltet wurde. Hierbei ist anzumerken, dass mit dem Ausführen der Verarbeitungsroutine von 6 durch die ECU 7 eine erfindungsgemäße Steuereinheit erzielt wird.
  • In der Verarbeitungsroutine von 6 bestimmt die ECU 7 in der Verarbeitung von Schritt S201 zunächst, ob der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 in den Magerbetriebsbereich fällt. Falls in der Verarbeitung von Schritt S201 eine positive Bestimmung erfolgt (ja), fährt die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S202 fort, bei dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein schwach mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, das kleiner als das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis und größer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist.
  • Bei der Verarbeitung von Schritt S203 liest die ECU 7 die Gesamt-NOx-Einströmmenge SUMAnsrin ein, die in der oben beschriebenen Verarbeitungsroutine von 5 berechnet wurde. Anschließend bestimmt die ECU 7 bei Verarbeitung von Schritt S204, ob die bei der vorgenannten Verarbeitung von Schritt S203 entsprechend eingelesene Gesamt-NOx-Einströmmenge SUMAnsrin gleich oder größer als die vorherbestimmte Menge A1 ist. Falls in der Verarbeitung von Schritt S204 die Bestimmung negativ ausfällt (SUMAnsrin < A1), kehrt die Routine der ECU 7 zur Verarbeitung von Schritt S201 zurück. Falls hingegen bei der Verarbeitung von Schritt S204 die Bestimmung positiv ausfällt ('SUMAnsrin' nicht kleiner als 'A1'), fährt die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S205 fort.
  • In der Verarbeitung von Schritt S205 schaltet die ECU 7 das Regenerationsflag für die NSR-Diagnose ein. Anschließend führt die ECU 7 bei der Verarbeitung von Schritt S206 die Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose durch. Insbesondere ändert die ECU 7 das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom schwach mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein für die Wiederherstellung der NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators geeignetes fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die Regeneration).
  • In der Verarbeitung von Schritt S207 bestimmt die ECU 7, ob die Regeneration des NSR-Katalysators beendet ist. Wenn zu diesem Zeitpunkt die NOx-Speichermenge im NSR-Katalysator auf null geschätzt wird, kann von der ECU 7 bestimmt werden, dass die Regeneration des NSR-Katalysators beendet ist. Beispielsweise schätzt die ECU 7 die pro Zeiteinheit reduzierte NOx-Menge auf Grundlage einer pro Zeiteinheit zum NSR-Katalysator geführten Menge von reduzierenden Bestandteilen (HC oder CO) und integriert den so ermittelten Schätzwert. Danach muss die ECU 7 nur den integrierten Wert von der NOx-Speichermenge subtrahieren und erhält so die NOx-Speichermenge im NSR-Katalysator.
  • Falls in der Verarbeitung des oben genannten Schrittes S207 die Bestimmung negativ ausfällt, kehrt die Routine der ECU 7 zur Verarbeitung von Schritt S206 zurück. Falls hingegen in der Verarbeitung des oben genannten Schrittes S207 die Bestimmung positiv ausfällt, setzt die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S208 fort, bei dem das Regenerationsflag für die NSR-Diagnose ausgeschaltet wird. Hierbei ist anzumerken, dass in Fällen, wo der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 in der Mitte des Zeitraums vom Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt den Magerbetriebsbereich verlassen hat, die Verarbeitung des oben erwähnten Schrittes S101 zu einem negativen Bestimmungsergebnis führt. Auch in diesem Falle setzt die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S208 fort, bei dem das Regenerationsflag für die NSR-Diagnose ausgeschaltet wird.
  • Wenn die ECU 7 die Verarbeitungsroutine von 6 ausführt, wird, wie dies oben angegeben ist, das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Zeitraum vom Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, das kleiner als das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, so dass sich ein Zeitraum verkürzt, der zu gewährleisten ist, bis die in den NSR-Katalysator einströmende NOx-Gesamtmenge SUMAnsrin die vorherbestimmte Menge A1 erreicht. Dementsprechend ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass die NSR-Diagnoseverarbeitung unterbrochen oder angehalten wird, bevor die Gesamt-NOx-Einströmmenge im NSR-Katalysator SUMAnsrin den vorherbestimmten Mengenwert A1 erreicht. Der Änderungsbetrag des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zum Startzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose nimmt außerdem einen niedrigen Wert an, so dass selbst in Fällen mit eingetretener Ansprechverzögerung der Ansaugluftmenge eine Unterdrückung der Drehmomentschwankung im Verbrennungsmotor 1 ohne eine übermäßige Verzögerung des Zündzeitpunktes möglich wird. Dies ermöglicht eine schnelle Erkennung der Abnormalität des NSR-Katalysators bei gleichzeitiger Unterdrückung der Drehmomentschwankung des Verbrennungsmotors 1 zum Startzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose.
  • Hierbei ist anzumerken, dass in der Verarbeitungsroutine von 6 der Ausführungszeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose, das heißt der Zeitpunkt, an dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom schwach mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis wechselt, anhand der Gesamt-NOx-Einströmmenge SUMAnsrin festgelegt wird, aber dass der oben genannte Wechselzeitpunkt anhand der Betriebszeitdauer des Verbrennungsmotors 1 ab dem Ende der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung festgelegt werden kann. Wenn beispielsweise die Betriebszeitdauer mit dem Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung eine vorherbestimmte Zeitdauer erreicht, kann die Verarbeitung zur Regeneration der NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators gestartet werden. Die vorherbestimmte Zeitdauer entspricht in diesem Falle dem Zeitraum, der notwendig ist, damit die Gesamt-NOx-Einströmmenge SUMAnsrin die vorherbestimmte Menge A1 erreicht.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • Als nächstes wird anhand der 7 bis 9 auf eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwiesen. Diese wird hier beschrieben, soweit die Ausgestaltung von der oben genannten ersten Ausführungsform abweicht, während Darlegungen zu identischen Elementen weggelassen werden.
  • In der oben erwähnten ersten Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Falle der Durchführung der NSR-Diagnoseverarbeitung gesteuert wurde, aber in der vorliegenden zweiten Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Falle der Diagnostizierung der Abnormalität des SCR-Katalysators gesteuert wird.
  • (Abnormalitätsdiagnoseverfahren für SCR-Katalysator)
  • Als ein Verfahren zur Diagnostizierung der Abnormalität des SCR-Katalysators kann ein Verfahren ins Auge gefasst werden, bei dem eine NOx-Reinigungsrate (NOx-Reduktionsrate oder Entstickungsrate) des SCR-Katalysators (d. h. ein Verhältnis einer vom SCR-Katalysator reduzierten NOx-Menge zur in den SCR-Katalysator einströmenden NOx-Menge) mit Hilfe einer pro Zeiteinheit in den SCR-Katalysator einströmenden NOx-Menge und einer pro Zeiteinheit aus dem SCR-Katalysator ausströmenden NOx-Menge berechnet wird, und wenn die so ermittelte NOx-Reduktionsrate einen entsprechenden Normalwert (d. h. einen Mindestwert, den die NOx-Reduktionsrate des normalen SCR-Katalysators annehmen kann, oder einen Wert, der ermittelt wird, indem eine Toleranz vom Mindestwert subtrahiert wird) unterschreitet, kann das Vorliegen einer Abnormalität des SCR-Katalysators diagnostiziert werden.
  • In einer Ausgestaltung, bei der der NSR-Katalysator dem SCR-Katalysator vorgeschaltet ist, d. h. oberstromseitig zum SCR-Katalysator angeordnet ist, wird jedoch eine pro Zeiteinheit in den SCR-Katalysator einströmende NOx-Menge extrem gering. Andererseits können die Messwerte des ersten NOx-Sensors 11 und des zweiten NOx-Sensors 12 jeweils eine Variation und einen Fehler enthalten. Wenn die NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators mit Hilfe der Messwerte des ersten NOx-Sensors 11 und des zweiten NOx-Sensors 12 zum Zeitpunkt berechnet wird, an dem die pro Zeiteinheit in den SCR-Katalysator einströmende NOx-Menge gering ist, kann deshalb, trotz gegebener Normalität des SCR-Katalysators, die NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators unter den Normalwert fallen.
  • Infolge dessen ist es wünschenswert, die Berechnung der NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators anhand der Messwerte des ersten NOx-Sensors 11 und des zweiten NOx-Sensors 12 zu dem Zeitpunkt durchzuführen, an dem der NSR-Katalysator sich in einem Durchbruchzustand befindet. Dementsprechend erfolgt in dieser zweiten Ausführungsform eine Verhinderung der Ausführung der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung und der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose über einen Zeitraum vom Endzeitpunkt der normalen Regenerationsverarbeitung bis zu einem Zeitpunkt (SCR-Diagnosezeitpunkt), an dem die oben genannte Gesamt-NOx-Einströmmenge eine zweite vorherbestimmte Menge erreicht, die größer ist als die zuvor genannte vorherbestimmte Menge (letztere nachfolgend als ”erste vorherbestimmte Menge” bezeichnet). Dann wird die NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators unter Zuhilfenahme des Messwertes vom ersten NOx-Sensor 11 und des Messwertes vom zweiten NOx-Sensor 12 zum SCR-Diagnosezeitpunkt berechnet. Insbesondere kann die NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators so berechnet werden, dass ausschließlich die zum SCR-Diagnosezeitpunkt erfassten Messwerte des ersten NOx-Sensors 11 und des zweiten NOx-Sensors 12 als Parameter verwendet werden. Indem die Messwerte des ersten NOx-Sensors 11 und des zweiten NOx-Sensors 12 in einem Zeitraum von einem Zeitpunkt, der dem oben genannten NSR-Diagnosezeitpunkt entspricht, bis zum oben genannten SCR-Diagnosezeitpunkt als Parameter verwendet werden, wobei die Messwerte des ersten NOx-Sensors 11 und des zweiten NOx-Sensors 12 zum SCR-Diagnosezeitpunkt mit inbegriffen sind, können außerdem ein integrierter Wert einer in den SCR-Katalysator eingeströmten NOx-Menge und ein integrierter Wert einer aus dem SCR-Katalysator ausgeströmten Menge über den gleichen Zeitraum berechnet werden, und es kann aus den so ermittelten integrierten Werten die NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators berechnet werden.
  • Im Falle der Normalität des NSR-Katalysators fällt hierbei ein integrierter Wert einer NOx-Menge, die in einem Zeitraum bis zum Zeitpunkt, an dem die Gesamt-NOx-Einströmmenge im NSR-Katalysator die erste vorherbestimmte Menge erreicht, in den SCR-Katalysator einströmt, im Wesentlichen auf null. Wenn dann die Gesamt-NOx-Einströmmenge im NSR-Katalysator die erste vorherbestimmte Menge übersteigt, nimmt der NSR-Katalysator den Durchbruchzustand an, so dass sich die pro Zeiteinheit in den SCR-Katalysator einströmende NOx-Menge erhöht. Im Falle einer Abnormalität des NSR-Katalysators hingegen kommt es beim NSR-Katalysator zu einem Durchbruch, bevor die Gesamt-NOx-Einströmmenge im NSR-Katalysator die erste vorherbestimmte Menge erreicht, und nachdem die Gesamt-NOx-Einströmmenge im NSR-Katalysator die erste vorherbestimmte Menge überschritten hat, erhöht sich also mit Sicherheit die pro Zeiteinheit in den SCR-Katalysator einströmende Menge an NOx.
  • In einem Zeitraum ab dem Zeitpunkt, nach dem die Gesamt-NOx-Einströmmenge im NSR-Katalysator die erste vorherbestimmte Menge erreicht, bis zu dem Zeitpunkt, an dem sie die zweite vorherbestimmte Menge erreicht, erhöht sich dementsprechend die pro Zeiteinheit in den SCR-Katalysator einströmende NOx-Menge, und der integrierte Wert der in den SCR-Katalysator einströmenden NOx-Menge wird dementsprechend über den gleichen Zeitraum auch ausreichend hoch. Auch in Fällen, wo die Messwerte des ersten NOx-Sensors 11 und des zweiten NOx-Sensors 12 eine Variation oder einen Fehler enthalten, wird es demzufolge möglich, die Abnormalität des SCR-Katalysators mit einer höheren Genauigkeit zu diagnostizieren.
  • Wird eine SCR-Diagnoseverarbeitung mittels des oben beschriebenen Verfahrens vorgenommen, tritt der NSR-Katalysator jedoch in den Durchbruchzustand ein, und das führt zu der Notwendigkeit, die Verarbeitung zur Regenerierung der NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators bald nach dem SCR-Diagnosezeitpunkt durchzuführen. Dementsprechend erfolgt in dieser zweiten Ausführungsform die Verarbeitung zur Regeneration der NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators (Regenerationsverarbeitung für die SCR-Diagnose) dadurch, dass das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach dem SCR-Diagnosezeitpunkt auf ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird.
  • Wenn das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Startzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die SCR-Diagnose vom normal mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die Regeneration geändert wird, besteht eine Wahrscheinlichkeit, dass die Drehmomentschwankung im Verbrennungsmotor 1 nicht unterdrückt werden kann. Wenn das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Zeitraum vom Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum SCR-Diagnosezeitpunkt auf das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, verlängert sich der Zeitraum, der notwendig ist, damit die Gesamt-NOx-Einströmmenge einen Wert gleich oder größer als die oben genannte zweite vorherbestimmte Menge annimmt, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit stark erhöht, dass die SCR-Diagnoseverarbeitung unterbrochen oder angehalten wird. Dadurch kann es möglicherweise dazu kommen, dass die Abnormalität des NSR-Katalysators nicht auf schnelle Weise erkannt werden kann.
  • (Steuerverfahren für das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Falle der Ausführung der SCR-Diagnoseverarbeitung)
  • In dieser zweiten Ausführungsform wird im Falle der Durchführung der SCR-Diagnoseverarbeitung dementsprechend die Ausführung der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung im Zeitraum ab dem Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum SCR-Diagnosezeitpunkt verhindert, und das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird über diesen Zeitraum auf ein schwach mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Es wird davon ausgegangen, dass das hier so bezeichnete ”schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis” nicht nur niedriger als das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis und höher als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, sondern auch auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis (z. B. ca. 16 bis 17), bei dem NOx nicht vom NSR-Katalysator desorbiert, so wie im oben beschriebenen Falle der Durchführung der NSR-Diagnoseverarbeitung.
  • Hier wird auf ein Steuerverfahren für ein Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Zeitpunkt der Durchführung der SCR-Diagnoseverarbeitung entsprechend dem Zeitdiagramm von 7 verwiesen. Ein SCR-Diagnose-Flag in 7 wird eingeschaltet, wenn der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 in den Magerbetriebsbereich fällt und gleichzeitig die gewöhnliche Regenerationsverarbeitung beendet ist, wohingegen es ausgeschaltet wird, wenn ein integrierter Wert der in den NSR-Katalysator einströmenden NOx-Menge (Gesamt-NOx-Einströmmenge) ab einem Zeitpunkt der Einschaltung des NSR-Diagnose-Flag den oben erwähnten zweiten vorherbestimmten Mengenwert erreicht hat (d. h. zum SCR-Diagnosezeitpunkt). Ein Regenerationsflag für die SCR-Diagnose ist zudem ein Flag, der zum SCR-Diagnosezeitpunkt eingeschaltet wird und zum Endzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die SCR-Diagnose ausgeschaltet wird (d. h. zu einem Zeitpunkt, an dem die NOx-Speichermenge im NSR-Katalysator auf null geschätzt wird).
  • In 7 wird in einem Zeitraum ab einem Zeitpunkt (t5 in 7), an dem das SCR-Diagnose-Flag eingeschaltet wurde (d. h. an dem das Flag der gewöhnlichen Regeneration ausgeschaltet wurde), bis zu einem Zeitpunkt (t7 in 7), an dem das NSR-Diagnose-Flag ausgeschaltet wird (d. h. an dem das Regenerationsflag für die SCR-Diagnose eingeschaltet wird), das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Infolgedessen wird die Zeitdauer vom Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum SCR-Diagnosezeitpunkt verkürzt. Deshalb ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 vom Magerbetriebsbereich abweicht, bevor die Gesamt-NOx-Einströmmenge im NSR-Katalysator die oben erwähnte zweite vorherbestimmte Menge erreicht, und dementsprechend ist es auch wenig wahrscheinlich, dass die SCR-Diagnoseverarbeitung unterbrochen oder angehalten wird.
  • Nachdem das SCR-Diagnose-Flag von Ein auf Aus geschaltet wurde, da die Gesamt-NOx-Einströmmenge im NSR-Katalysator einen Wert gleich oder größer als die zweite vorherbestimmte Menge annimmt, wird zudem auch das Regenerationsflag für die SCR-Diagnose von Aus auf Ein geschaltet, wodurch die Regenerationsverarbeitung für die SCR-Diagnose gestartet wird. Beim Starten der Regenerationsverarbeitung für die SCR-Diagnose wird das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom schwach mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die Regeneration geändert. Infolgedessen kann die Drehmomentschwankung im Verbrennungsmotor 1 unterdrückt werden, wie im Falle der Durchführung der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose.
  • (Ausführungsverfahren für die SCR-Diagnoseverarbeitung und Steuerverfahren für das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis)
  • Nachstehend wird auf eine Verfahrensweise zur Ausführung der SCR-Diagnoseverarbeitung und auf eine Verfahrensweise zur Steuerung des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dieser zweiten Ausführungsform entsprechend den 8, 9 Bezug genommen. Zunächst wird das Ausführungsverfahren für die SCR-Diagnoseverarbeitung anhand von 8 beschrieben. 8 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Verarbeitungsroutine, die von der ECU 7 zu dem Zeitpunkt abgearbeitet wird, an dem die SCR-Diagnoseverarbeitung erfolgt. Die Verarbeitungsroutine von 8 wurde vorab im ROM der ECU 7 abgelegt und wird mittels der ECU 7 (CPU) ausgeführt, wenn die gewöhnliche Regenerationsverarbeitung beendet ist.
  • In der Verarbeitungsroutine von 8 bestimmt die ECU 7 in der Verarbeitung von Schritt S301, ob eine am SCR-Katalysator adsorbierte Menge von NH3 (eine NH3-Adsorptionsmenge) gleich oder größer als eine vorgegebene Menge ist. Die hier so bezeichnete ”vorgegebene Menge” ist beispielsweise eine Menge, die ermittelt wird, indem eine vorherbestimmte Toleranz von einer vom SCR-Katalysator maximal adsorbierbaren NH3-Menge subtrahiert wird (d. h. eine NH3-Adsorptionsmenge zum Zeitpunkt, an dem eine NH3-Adsorptionsrate und eine NH3-Desorptionsrate des SCR-Katalysators sich im Gleichgewichtszustand befinden).
  • Falls bei der Verarbeitung des oben genannten Schritts S301 der Bestimmungsvorgang positiv ausfällt (ja), geht die Routine der ECU 7 zu Schritt S302 über, wo eine Bestimmung erfolgt, ob der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 in den Magerbetriebsbereich fällt. Falls in der Verarbeitung von Schritt S302 die Bestimmung positiv ausfällt, fährt die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S303 fort, bei dem das SCR-Diagnose-Flag eingeschaltet wird.
  • In der Verarbeitung von Schritt S304 berechnet die ECU 7 eine Gesamt-NOx-Einströmmenge SUMAnsrin. Die Gesamt-NOx-Einströmmenge SUMAnsrin wird mittels des gleichen Verfahrens wie bei Verarbeitung von Schritt S103 in der oben beschriebenen Verarbeitungsroutine von 5 berechnet. Anschließend bestimmt die ECU 7 bei Verarbeitung von Schritt S305, ob die in der vorgenannten Verarbeitung von Schritt S304 entsprechend berechnete Gesamt-NOx-Einströmmenge SUMAnsrin gleich oder größer als eine erste vorherbestimmte Menge A1 ist.
  • Falls in der Verarbeitung von Schritt S305 die Bestimmung negativ ausfällt (SUMAnsrin < A1), kehrt die Routine der ECU 7 zur Verarbeitung von Schritt S302 zurück. Falls hingegen bei der Verarbeitung von Schritt S305 die Bestimmung positiv ausfällt ('SUMAnsrin' nicht kleiner als 'A1'), fährt die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S306 fort. In der Verarbeitung von Schritt S306 berechnet die ECU 7 einen integrierten Wert SUMAscrin der in den SCR-Katalysator einströmenden Menge an NOx (NOx-Einströmmenge) und einen integrierten Wert SUMAscrout der aus dem SCR-Katalysator ausströmenden Menge an NOx (NOx-Ausströmmenge). Insbesondere berechnet die ECU 7 zunächst die pro Zeiteinheit in den SCR-Katalysator einströmende NOx-Menge anhand des Messwertes vom ersten NOx-Sensor 11 und des Messwertes vom Luftmengenmesser 16 und berechnet anschließend den oben erwähnten integrierten Wert SUMAscrin durch Integration des so erhaltenen berechneten Wertes. Ebenso berechnet die ECU 7 zunächst die pro Zeiteinheit aus dem SCR-Katalysator ausströmende NOx-Menge anhand des Messwertes vom zweiten NOx-Sensor 12 und des Messwertes vom Luftmengenmesser 16 und berechnet anschließend den oben erwähnten integrierten Wert SUMAscrout durch Integration des so erhaltenen berechneten Wertes.
  • In der Verarbeitung von Schritt S307 bestimmt die ECU 7, ob die in der vorgenannten Verarbeitung von Schritt S304 berechnete Gesamt-NOx-Einströmmenge SUMAnsrin gleich oder größer als eine zweite vorherbestimmte Menge A2 ist. Die hier so bezeichnete ”zweite vorherbestimmte Menge A2” ist eine Menge größer als die oben erwähnte erste vorherbestimmte Menge A1 sowie auch größer als eine Gesamt-NOx-Einströmmenge im NSR-Katalysator zum Startzeitpunkt des Durchbruchbetriebs des normalen NSR-Katalysators. Falls in der Verarbeitung von Schritt S307 die Bestimmung negativ ausfällt (SUMAnsrin < A2), kehrt die Routine der ECU 7 zur Verarbeitung von Schritt S302 zurück. Falls hingegen bei der Verarbeitung von Schritt S307 die Bestimmung positiv ausfällt ('SUMAnsrin' nicht kleiner als 'A2'), fährt die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S308 fort.
  • Bei der Verarbeitung von Schritt S308 wird die NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators Esnox (= 1 – (SUMAscrout/SUMAscrin)) mit Hilfe der in der oben genannten Verarbeitung von Schritt S306 berechneten integrierten Werte SUMAscrin und SUMAscrout berechnet.
  • In der Verarbeitung von Schritt S309 bestimmt die ECU 7, ob die in der vorgenannten Verarbeitung von Schritt S308 berechnete Reduktionsrate Esnox gleich oder größer als ein Normalwert Thre2 ist. Der hier so bezeichnete ”Normalwert Thre2” ist ein Mindestwert, den die NOx-Reduktionsrate Esnox annehmen kann, oder ein Wert, der ermittelt wird, indem vom Mindestwert eine Toleranz subtrahiert wird, soweit von der Normalität des SCR-Katalysators ausgegangen wird.
  • Falls in der Verarbeitung des oben genannten Schrittes S309 die Bestimmung positiv ausfällt ('Esnox' nicht kleiner als 'Thre2'), fährt die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S310 fort, wo die Normalität des SCR-Katalysators bestimmt wird. Falls hingegen in der Verarbeitung des oben genannten Schrittes S309 die Bestimmung negativ ausfällt (Esnox < Thre2), setzt die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S311 fort, wo eine Bestimmung dahingehend erfolgt, dass eine Abnormalität des SCR-Katalysators vorliegt.
  • Nach Ausführung der Verarbeitung des oben genannten Schrittes S310 oder S311 geht die Routine der ECU 7 zur Verarbeitung von Schritt S312 über, bei dem das SCR-Diagnose-Flag ausgeschaltet wird. Hierbei ist anzumerken, dass in Fällen, wo auch in der Verarbeitung des oben genannten Schrittes S301 oder S302 die Bestimmung negativ ausfällt, die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S312 fortsetzt, bei dem das SCR-Diagnose-Flag ausgeschaltet wird. In diesem Falle wird die SCR-Diagnoseverarbeitung nicht ausgeführt oder die SCR-Diagnoseverarbeitung wird abgebrochen.
  • Als nächstes wird auf ein Steuerverfahren für das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Falle der Durchführung der SCR-Diagnoseverarbeitung entsprechend 9 verwiesen. 9 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Verarbeitungsroutine, die von der ECU 7 in dem Falle ausgeführt wird, dass das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Zeitpunkt der Durchführung der SCR-Diagnoseverarbeitung gesteuert wird. Diese Verarbeitungsroutine wurde vorab im ROM der ECU 7 abgelegt und wird mittels der ECU 7 (CPU) zu dem Zeitpunkt ausgeführt, an dem das oben erwähnte SCR-Diagnose-Flag von Aus auf Ein geschaltet wurde.
  • In der Verarbeitungsroutine von 9 sind die Verarbeitungen der Schritte S401 bis S402 identisch mit den Verarbeitungen der Schritte S201 bis S202 in der oben erwähnten Verarbeitungsroutine von 6. Bei der Verarbeitung von Schritt S403 liest die ECU 7 die Gesamt-NOx-Einströmmenge SUMAnsrin ein, die in der oben beschriebenen Verarbeitungsroutine von 8 berechnet wurde. Anschließend geht die ECU 7 zur Verarbeitung von Schritt S404 über und bestimmt dort, ob die bei der vorgenannten Verarbeitung von Schritt S403 entsprechend eingelesene Gesamt-NOx-Einströmmenge SUMAnsrin gleich oder größer als die zweite vorherbestimmte Menge A2 ist.
  • Falls in der Verarbeitung von Schritt S404 die Bestimmung negativ ausfällt (SUMAnsrin < A2), kehrt die Routine der ECU 7 zur Verarbeitung von Schritt S401 zurück. Falls hingegen bei der Verarbeitung von Schritt S404 die Bestimmung positiv ausfällt ('SUMAnsrin' nicht kleiner als 'A2'), fährt die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S405 fort. In der Verarbeitung von Schritt S405 schaltet die ECU 7 das Regenerationsflag für die SCR-Diagnose ein. Anschließend führt die ECU 7 in der Verarbeitung von Schritt S406 die Regenerationsverarbeitung für die SCR-Diagnose so durch, dass die ECU 7 das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom schwach mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die Regeneration ändert. Wenn die SCR-Diagnoseverarbeitung durchgeführt wird, vermindert sich hierbei die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators, und so kann das in der Verarbeitung von Schritt S406 eingestellte Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die Regeneration auf ein für die Erzeugung von NH3 geeignetes Luft/Kraftstoff-Verhältnis (z. B. ca. 14) eingestellt werden. In der Verarbeitung von Schritt S407 bestimmt die ECU 7, ob die Regeneration des SCR-Katalysators beendet ist. Falls in der Verarbeitung des oben genannten Schrittes S407 die Bestimmung negativ ausfällt kehrt die Routine der ECU 7 zur Verarbeitung von Schritt S406 zurück. Falls hingegen in der Verarbeitung des oben genannten Schrittes S407 die Bestimmung positiv ausfällt, setzt die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S408 fort, bei dem das Regenerationsflag für die SCR-Diagnose ausgeschaltet wird.
  • Wenn die ECU 7 die Verarbeitungsroutine von 9 ausführt, wird, wie dies oben angegeben ist, das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Zeitraum vom Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum SCR-Diagnosezeitpunkt auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, das kleiner als das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, so dass sich ein Zeitraum verkürzt, der zu gewährleisten ist, bis die in den NSR-Katalysator einströmende NOx-Gesamtmenge SUMAnsrin die zweite vorherbestimmte Menge A2 erreicht. Dementsprechend ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass die SCR-Diagnoseverarbeitung unterbrochen oder angehalten wird, bevor die Gesamt-NOx-Einströmmenge im NSR-Katalysator SUMAnsrin den vorherbestimmten Mengenwert A2 erreicht. Zum Startzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die SCR-Diagnose fällt darüber hinaus ein Änderungsbetrag des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf einen niedrigen Wert, so dass es möglich wird, die Drehmomentschwankung im Verbrennungsmotor 1 zu unterdrücken. Dies ermöglicht eine schnelle Erkennung der Abnormalität des SCR-Katalysators bei gleichzeitiger Unterdrückung der Drehmomentschwankung des Verbrennungsmotors 1 zum Startzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die SCR-Diagnose.
  • <Dritte Ausführungsform>
  • Als nächstes wird anhand der 10 bis 11 auf eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwiesen. Diese wird hier beschrieben, soweit die Ausgestaltung von der oben genannten ersten Ausführungsform abweicht, während Darlegungen zu identischen Elementen weggelassen werden.
  • In der oben genannten ersten Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis über den gesamten Zeitraum vom Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird. In dieser dritten Ausführungsform wird nunmehr hingegen ein Beispiel beschrieben, bei dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nur über einen Teil des vom Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt reichenden Zeitraums auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird.
  • 10 ist ein Zeitdiagramm zur Darstellung eines Steuerverfahrens für ein Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei Durchführung einer NSR-Diagnoseverarbeitung in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 10 wird das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis über einen Zeitraum (d. h. einen Zeitraum von t5 bis t51 in 10) ab einem Zeitpunkt, an dem die gewöhnliche Regenerationsverarbeitung endete (d. h. ab dem Zeitpunkt, an dem das Flag der gewöhnlichen Regeneration ausgeschaltet wurde und das NSR-Diagnose-Flag eingeschaltet wurde) bis zu einem Zeitpunkt, an dem die Gesamt-NOx-Einströmmenge im NSR-Katalysator einen Schwellenwert (d. h. einen Mengenwert, der ermittelt wird, indem eine feste Menge a0 von der ersten vorherbestimmten Menge A1 subtrahiert wird) erreicht, auf das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Anschließend wird das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis über einen Zeitraum (d. h. einen Zeitraum von t51 bis t6 in 10) ab dem Zeitpunkt, an dem die Gesamt-NOx-Einströmmenge im NSR-Katalysator den oben genannten Schwellenwert erreichte (Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs), bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt auf ein schwach mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt.
  • In Fällen, wo das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, erhöht sich zudem die Kraftstoffverbrauchsmenge des Verbrennungsmotors 1 im Vergleich zu dem Fall, dass das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird. Wenn das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im gesamten Zeitraum vom Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, besteht dementsprechend eine Wahrscheinlichkeit, dass die Kraftstoffverbrauchsmenge des Verbrennungsmotors 1 auf einen hohen Wert ansteigt.
  • Wenn das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis hingegen nur in einem Teil des Zeitraums vom Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs bis zum NRS-Diagnosezeitpunkt, innerhalb des Zeitraums vom Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt, auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, ist es möglich, eine Verkürzung des Zeitraums vom Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt sowie eine Verminderung der Drehmomentschwankung zum Startzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose zu erreichen und dabei gleichzeitig eine Erhöhung der Kraftstoffverbrauchsmenge niedrig zu halten.
  • Nachstehend wird auf eine Verfahrensweise zur Steuerung des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dieser dritten Ausführungsform entsprechend 11 Bezug genommen. 11 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Verarbeitungsroutine, die von der ECU 7 im Falle der Durchführung der NSR-Diagnoseverarbeitung abgearbeitet wird. In 11 tragen die gleichen Verarbeitungsgänge die gleichen Symbole wie in der oben erwähnten Verarbeitungsroutine von 6.
  • In der Verarbeitungsroutine von 11 führt die ECU 7 die Verarbeitung von Schritt S203 nach der Ausführung der Verarbeitung von S201 durch. Anschließend führt die ECU 7 nach der Ausführung der Verarbeitung von Schritt S203 die Verarbeitung von Schritt S501 durch. Bei der Verarbeitung von Schritt S501 bestimmt die ECU 7, ob die bei der vorgenannten Verarbeitung von Schritt S203 eingelesene Gesamt-NOx-Einströmmenge SUMAnsrin gleich oder größer als ein Schwellenwert ist. Der hier so bezeichnete ”Schwellenwert” ist eine Menge (A1 – a0), die ermittelt wird, indem die feste Menge a0 von der ersten vorherbestimmten Menge A1 subtrahiert wird, wie dies weiter oben angegeben ist.
  • Falls in der Verarbeitung von Schritt S501 die Bestimmung negativ ausfällt (SUMAnsrin < (A1 – a0)), kehrt die Routine der ECU 7 zur Verarbeitung von Schritt S503 zurück. Bei der Verarbeitung von Schritt S503 stellt die ECU 7 das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein. Die Routine der ECU 7 kehrt nach der Ausführung der Verarbeitung von Schritt S503 zur Verarbeitung von Schritt S201 zurück.
  • Falls hingegen bei der Verarbeitung von Schritt S501 die Bestimmung positiv ausfällt ('SUMAnsrin' nicht kleiner als '(A1 – a0)'), fährt die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S502 fort, bei dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird. Die ECU 7 führt nach der Ausführung der Verarbeitung von Schritt S502 die Verarbeitungen der Schritte S204 bis S208 durch.
  • Wenn die ECU 7 das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend der Verarbeitungsroutine von 11 steuert, ist es möglich, eine Verkürzung des mit der NSR-Diagnoseverarbeitung zu belegenden Zeitraums sowie eine Verminderung der Drehmomentschwankung zum Startzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose zu erreichen und dabei gleichzeitig eine Erhöhung der Kraftstoffverbrauchsmenge niedrig zu halten.
  • Hierbei ist anzumerken, dass im Falle, dass die SCR-Diagnoseverarbeitung so wie in der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform erfolgt, die gleichen Wirkungen oder Vorteile wie in der vorliegenden dritten Ausführungsform erzielt werden können, indem die erste vorherbestimmte Menge A1 in den Verarbeitungen von S501 und S204 in 11 durch die zweite vorherbestimmte Menge A2 ersetzt wird.
  • <Vierte Ausführungsform>
  • Als nächstes wird anhand der 12 bis 14 auf eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwiesen. Diese wird hier beschrieben, soweit die Ausgestaltung von der oben genannten dritten Ausführungsform abweicht, während Darlegungen zu identischen Elementen weggelassen werden.
  • In der dritten Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis über den Zeitraum vom Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt, insbesondere nur in einem Teil dieses Zeitraums unmittelbar vor dem NSR-Diagnosezeitpunkt, auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird. In dieser vierten Ausführungsform wird nunmehr hingegen ein Beispiel beschrieben, bei dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auch über einen Zeitraum, in dem die Temperatur des NSR-Katalysators kleiner als eine vorherbestimmte Temperatur ist, statt nur über einen Teil des vom Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt reichenden Zeitraums unmittelbar vor dem NSR-Diagnosezeitpunkt, auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird.
  • 12 ist eine Ansicht zur Darstellung der Beziehung zwischen der Temperatur des NSR-Katalysators und der NOx-Reduktionsrate des NSR-Katalysators. Die NOx-Reduktionsrate des NSR-Katalysators ist ein Verhältnis einer im NSR-Katalysator reduzierten Menge von NOx zu einer Gesamtsumme aus einer im NSR-Katalysator gespeicherten NOx-Menge und einer in den NSR-Katalysator einströmenden NOx-Menge zum Zeitpunkt, an dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator einströmenden Abgases ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist. Wenn die Temperatur des NSR-Katalysators eine vorherbestimmte Temperatur Tnsrmin unterschreitet, wie dies in 12 dargestellt ist, vermindert sich die tatsächliche NOx-Reduktionsrate gegenüber einem unteren Grenzwert der erforderlichen NOx-Reduktionsrate des NSR-Katalysators. Wird eine Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose zu dem Zeitpunkt ausgeführt, an dem die Temperatur des NSR-Katalysators kleiner als die vorherbestimmte Temperatur Tnsrmin ist, besteht dementsprechend eine Wahrscheinlichkeit, dass ein Teil des vom NSR-Katalysator desorbierten NOx oder ein Teil des in den NSR-Katalysator eingeströmten NOx nicht weiter reduziert wird. Hier ist zu beachten, dass selbst in Fällen, wo die Temperatur des NSR-Katalysators niedriger als die vorherbestimmte Temperatur Tnsrmin ist, der NSR-Katalysator im Abgas enthaltenes NOx speichern kann. Dementsprechend muss die NOx-Reduktionsfähigkeit des NSR-Katalysators nur aktiviert werden, bevor die Gesamt-NOx-Einströmmenge die erste vorherbestimmte Menge erreicht (d. h. bevor die Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose gestartet wird).
  • Dementsprechend wird in dieser vierten Ausführungsform, wie dies in 13 dargestellt ist, das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis über einen Zeitraum (d. h. einen Zeitraum von t52 bis t53 in 13), in dem die Temperatur des NSR-Katalysators die vorherbestimmte Temperatur Tnsrmin unterschreitet, innerhalb eines Zeitraums (d. h. eines Zeitraums von t5 bis t51 in 13) ab dem Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung (d. h. einem Zeitpunkt, an dem das NSR-Diagnose-Flag eingeschaltet wurde) bis zum Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs (d. h. einem Zeitpunkt, an dem die Gesamt-NOx-Einströmmenge den Schwellenwert erreicht), auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt.
  • Die Beziehung zwischen dem Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der Temperatur des NSR-Katalysators in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 14 dargestellt. Bei einem niedrigen Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wie dies in 14 zu sehen ist, steigt die Temperatur des NSR-Katalysators auf einen höheren Wert als bei einem hohen Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis. In Fällen, wo das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, steigt deshalb die Temperatur des NSR-Katalysators im Vergleich zu dem Fall, dass das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird. Wenn das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu dem Zeitpunkt, an dem die Temperatur des NSR-Katalysators kleiner als die vorherbestimmte Temperatur Tnsrmin ist, auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, kann dementsprechend die Temperatur des NSR-Katalysators angehoben werden. Infolgedessen wird es möglich, die Temperatur des NSR-Katalysators zum Startzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose auf einen Wert gleich oder größer als die vorherbestimmte Temperatur Tnsrmin zu bringen.
  • Nachfolgend wird auf eine Verfahrensweise zur Steuerung des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses im Falle einer Abnormalitätsdiagnoseverarbeitung für den NSR-Katalysator in der vorliegenden vierten Ausführungsform entsprechend 15 verwiesen. 15 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Verarbeitungsroutine, die von der ECU 7 in dem Falle ausgeführt wird, dass das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Zeitpunkt der Durchführung der NSR-Diagnoseverarbeitung gesteuert wird. In 15 tragen die gleichen Verarbeitungsgänge die gleichen Symbole wie in der oben erwähnten Verarbeitungsroutine von 11.
  • In der Verarbeitungsroutine von 15 führt die ECU 7 die Verarbeitung von Schritt S601 nach erfolgter Durchführung der Verarbeitung von Schritt S203 aus. In der Verarbeitung von Schritt S601 bestimmt die ECU 7, ob die Temperatur Tnsr des NSR-Katalysators (d. h. der Messwert des ersten Temperatursensors 10) gleich oder größer als die vorherbestimmte Temperatur Tnsrmin ist.
  • Falls bei der Verarbeitung von Schritt S601 die Bestimmung positiv ausfällt ('Tnsr' nicht kleiner als 'Tnsrmin'), fährt die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S501 fort. Falls hingegen in der Verarbeitung von Schritt S601 die Bestimmung negativ ausfällt (Tnsr < Tnsrmin), setzt die Routine der ECU 10 mit der Verarbeitung von Schritt S602 fort. Bei der Verarbeitung von Schritt S602 stellt die ECU 7 das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein. Die Routine der ECU 7 kehrt nach der Ausführung der Verarbeitung von Schritt S602 zur Verarbeitung von Schritt S201 zurück.
  • Wenn die ECU 7 das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend der Verarbeitungsroutine von 15 steuert, können die gleichen Wirkungen oder Vorteile wie in der oben beschriebenen dritten Ausführungsform erreicht werden, und gleichzeitig kann die NOx-Reduktionsrate des NSR-Katalysators zum Zeitpunkt der Durchführung der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose zuverlässig verbessert werden.
  • Hierbei ist anzumerken, dass in Fällen, wo die SCR-Diagnoseverarbeitung gemäß der Beschreibung der oben dargelegten zweiten Ausführungsform erfolgt, eine vorherige Aktivierung der NOx-Reduktionsleistung des SCR-Katalysators zusätzlich zur NOx-Reduktionsleistung des NSR-Katalysators erforderlich ist. Das liegt darin begründet, dass bei Durchführung der SCR-Diagnoseverarbeitung zu einem Zeitpunkt, an dem die NOx-Reinigungsleistung des SCR-Katalysators nicht aktiviert ist, trotz vorliegender Normalität des SCR-Katalysators fälschlicherweise eine Abnormalität des SCR-Katalysators festgestellt wird.
  • Dementsprechend wird in dieser vierten Ausführungsform, wie dies in 16 dargestellt ist, das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis über einen Zeitraum (d. h. einen Zeitraum von t54 bis t55 in 16), der sowohl einen Zeitraum, in dem die Temperatur des NSR-Katalysators die vorherbestimmte Temperatur Tnsrmin unterschreitet, als auch einen Zeitraum, in dem die Temperatur des SCR-Katalysators eine vorherbestimmte Temperatur Tscrmin unterschreitet, innerhalb eines Zeitraums (d. h. eines Zeitraums von t5 bis t51 in 16) ab dem Endzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung (d. h. einem Zeitpunkt, an dem das SCR-Diagnose-Flag eingeschaltet wurde) bis zum Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs (d. h. einem Zeitpunkt, an dem die Gesamt-NOx-Einströmmenge einen Schwellenwert (eine Menge, die ermittelt wird, indem eine vorherbestimmte Menge von der zweiten vorherbestimmten Menge subtrahiert wird) erreicht), auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Die vorherbestimmte Temperatur Tscrmin ist eine Mindesttemperatur (Niedrigsttemperatur), bei der die NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators einen Wert annimmt, der gleich oder größer als der untere Grenzwert der erforderlichen Reduktionsrate des SCR-Katalysators ist.
  • Nachfolgend wird auf eine Verfahrensweise zur Steuerung des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses im Falle der Durchführung einer SCR-Diagnoseverarbeitung in der vorliegenden vierten Ausführungsform entsprechend 17 verwiesen. 17 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Verarbeitungsroutine, die von der ECU 7 in dem Falle ausgeführt wird, dass das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Zeitpunkt der Durchführung der SCR-Diagnoseverarbeitung gesteuert wird. In 17 tragen die gleichen Verarbeitungsgänge die gleichen Symbole wie in der oben erwähnten Verarbeitungsroutine von 9.
  • Falls in der Steuerroutine von 17 in der Verarbeitung von Schritt S401 die Bestimmung positiv ausfällt (ja), führt die ECU 7 die Verarbeitung von Schritt S403 und anschließend die Verarbeitung von Schritt 701 durch. In der Verarbeitung von Schritt S701 bestimmt die ECU 7, ob die Temperatur Tnsr des NSR-Katalysators (d. h. der Messwert des ersten Temperatursensors 10) gleich oder größer als die vorherbestimmte Temperatur Tnsrmin ist.
  • Falls in der Verarbeitung von Schritt 701 die Bestimmung positiv ausfällt ('Tnsr' nicht kleiner als 'Tnsrmin'), geht die Routine der ECU 7 zur Verarbeitung von Schritt S702 über, bei dem bestimmt wird, ob die Temperatur Tscr des SCR-Katalysators (d. h. der Messwert des zweiten Temperatursensors 13) gleich oder größer als die vorherbestimmte Temperatur Tscrmin ist.
  • Falls bei der Verarbeitung von Schritt S701 die Bestimmung negativ ausfällt (Tnsr < Tnsrmin) oder falls bei der Verarbeitung von Schritt S702 die Bestimmung negativ ausfällt (Tscr < Tscrmin), setzt die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S706 fort. Bei der Verarbeitung von Schritt S706 stellt die ECU 7 das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein. Die Routine der ECU 7 kehrt nach der Ausführung der Verarbeitung von Schritt S706 zur Verarbeitung von Schritt S401 zurück.
  • Falls bei der Verarbeitung von Schritt S702 die Bestimmung positiv ausfällt ('Tscr' nicht kleiner als 'Tscrmin'), fährt die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S703 fort. In der Verarbeitung von Schritt S703 bestimmt die ECU 7, ob die berechnete Gesamt-NOx-Einströmmenge SUMAnsrin im NSR-Katalysator gleich oder größer als ein Schwellenwert (d. h. eine Menge, die ermittelt wird, indem eine vorherbestimmte Menge a0 von einer zweiten vorherbestimmten Menge A2 subtrahiert wird) ist.
  • Falls hingegen bei der Verarbeitung von Schritt S703 die Bestimmung negativ ausfällt (SUMAnsrin < (A2 – a0)), setzt die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S705 fort, bei dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird. Die Routine der ECU 7 kehrt nach der Ausführung der Verarbeitung von Schritt S705 zur Verarbeitung von Schritt S401 zurück. Falls hingegen bei der Verarbeitung von Schritt S703 die Bestimmung positiv ausfällt ('SUMAnsrin' nicht kleiner als '(A2 – a0)'), fährt die Routine der ECU 7 mit der Verarbeitung von Schritt S704 fort, bei dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird. Die ECU 7 führt die Verarbeitungen der Schritte S404 bis S408 aufeinanderfolgend nach der Ausführung der Verarbeitung von Schritt S704 durch.
  • Wenn die ECU 7 das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend der Verarbeitungsroutine von 17 steuert, kann die NOx-Reduktionsrate des NSR-Katalysators zum Zeitpunkt der Durchführung der Regenerationsverarbeitung für die SCR-Diagnose verbessert werden und kann gleichzeitig auch die Diagnosegenauigkeit der SCR-Diagnoseverarbeitung verbessert werden.
  • <Fünfte Ausführungsform>
  • Als nächstes wird anhand von 18 auf eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwiesen. Diese wird hier beschrieben, soweit die Ausgestaltung von der oben genannten ersten bis vierten Ausführungsform abweicht, während Darlegungen zu identischen Elementen weggelassen werden.
  • In der oben genannten ersten bis vierten Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis in wenigstens einem Teil des Zeitraums vor dem Startzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose oder Startzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die SCR-Diagnose auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis (d. h. schwach mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis) eingestellt wurde, das kleiner als das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis und größer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, aber in dieser fünften Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis unmittelbar vor dem Start der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Zwischen-Luft/Kraftstoff-Verhältnis) eingestellt wird, das kleiner als das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis und größer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist.
  • Wenn das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Startzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung vom normal mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die Regeneration geändert wird, kann die Drehmomentschwankung im Verbrennungsmotor einen hohen Wert annehmen. Dementsprechend wird in dieser fünften Ausführungsform das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis vor dem Start der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung auf ein Zwischen-Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, das kleiner als das normal magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis und größer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist.
  • Wie dies in 18 dargestellt ist, ändert die ECU 7 hier das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom normal mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das Zwischen-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem vorherbestimmten Zeitpunkt (t21 in 18), der nach dem Endzeitpunkt der letzten gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung (t10 in 18) und vor dem Startzeitpunkt der aktuellen gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung (t20 in 18) liegt. Zu dem Zeitpunkt (t20 in 18), an dem die aktuelle gewöhnliche Regenerationsverarbeitung gestartet wird, ändert die ECU 7 das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Zwischen-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
  • Falls das Zwischen-Luft/Kraftstoff-Verhältnis hier auf einen relativ niedriges Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, kann die Kraftstoffverbrauchsmenge steigen. Wird das Zwischen-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das relativ niedrige Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, erhöht sich außerdem die pro Zeiteinheit aus dem Verbrennungsmotor 1 auszutragende NOx-Menge, so dass sich auch die Durchführungsfrequenz der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung erhöhen kann. Aus diesem Grund ist es ratsam, das Zwischen-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis einzustellen (z. B. auf ca. 18 bis 20), das höher ist als das oben erwähnte schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
  • In Fällen, wo auch ein Zeitraum der Einstellung des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf das Zwischen-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (d. h. ein Zeitraum P1 von t21 bis t20 in 18) auf eine lange Dauer eingestellt wird, kann es zudem zu einer Erhöhung der Kraftstoffverbrauchsmenge und zu einer Erhöhung der Durchführungshäufigkeit der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung kommen. Aus diesem Grund ist es ratsam, die Länge (Dauer) des Zeitraums (P1 in 18), in dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das Zwischen-Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, kürzer einzustellen als einen Zeitraum (Zeitraum P2 von t51 bis t6 in 18), in dem das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, wie dies in der obigen dritten Ausführungsform beschrieben ist. Insbesondere, wenn die Durchführung der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung zu dem Zeitpunkt erfolgt, an dem der integrierte Wert der seit dem Endzeitpunkt der letzten gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung in den NSR-Katalysator eingeströmten Menge an NOx den oben genannten Bestimmungswert für die Regeneration erreicht, sollte das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu dem Zeitpunkt, an dem der oben erwähnte integrierte Wert der NOx-Einströmmenge eine dritte vorherbestimmte Menge erreicht, die kleiner als der Bestimmungswert für die Regeneration ist, vom normal mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das Zwischen-Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert werden, und eine Differenz zwischen dem Bestimmungswert für die Regeneration und der dritten vorherbestimmten Menge sollte so eingestellt werden, dass sie kleiner ist als eine Differenz zwischen dem oben erwähnten Schwellenwert (d. h. dem Wert, der ermittelt wird, indem die feste Menge a0 von der oben genannten ersten vorherbestimmten Menge A1 oder von der oben genannten zweiten vorherbestimmten Menge A2 subtrahiert wird) und der ersten vorherbestimmten Menge bzw. zweiten vorherbestimmten Menge.
  • Gemäß der oben beschriebenen fünften Ausführungsform ist es möglich, die Drehmomentschwankung des Verbrennungsmotors 1 auch zum Startzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung, nicht nur die Drehmomentschwankung des Verbrennungsmotors 1 zum Startzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose oder der Regenerationsverarbeitung für die SCR-Diagnose, klein zu halten. Zudem ist es auch möglich, eine Erhöhung der Kraftstoffverbrauchsmenge sowie eine Erhöhung der Durchführungsfrequenz der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung klein zu halten, bedingt durch das Einstellen des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf das Zwischen-Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
  • < Weitere Ausführungsformen>
  • In Fällen, wo in dem mit dem Verbrennungsmotor 1 ausgerüsteten Fahrzeug ein Automatikgetriebe montiert ist, kann es möglicherweise dazu kommen, dass der Zeitpunkt, an dem die Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose oder die Regenerationsverarbeitung für die SCR-Diagnose gestartet wird, zeitlich mit dem Gangwechsel (Schaltvorgang) des Automatikgetriebes überlappt. In einem solchen Fall wäre eine Schaltsperre übertrieben und könnte den Fahrzeugführer befremden oder sein Fahrgefühl beeinträchtigen.
  • Andererseits kann ein Verfahren ins Auge gefasst werden, bei dem in Fällen, wo der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 nahe an einem Schaltpunkt des Automatikgetriebes liegt, die Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose und die Regenerationsverarbeitung für die SCR-Diagnose verhindert werden. Wird jedoch die Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose oder die Regenerationsverarbeitung für die SCR-Diagnose ausgeführt, liegt die NOx-Speichermenge im NSR-Katalysator in der Nähe einer Durchbruchspeichermenge oder der NSR-Katalysator befindet sich im Durchbruchzustand. Falls die Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose und die Regenerationsverarbeitung für die SCR-Diagnose in einem solchen Fall verhindert wird, kann das zur Verschlechterung der Abgasemissionswerte führen.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird dementsprechend bei Durchführung der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose oder der Regenerationsverarbeitung für die SCR-Diagnose ein Schaltvorgang des Automatikgetriebes verhindert. In Fällen, wo die Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose oder die Regenerationsverarbeitung für die SCR-Diagnose mit dem Schaltvorgang des Automatikgetriebes überlappt, sendet beispielsweise die ECU 7 eine Anforderung zur Verhinderung eines Schaltvorgangs an eine ECU für das Automatikgetriebe. Entsprechend einem solchen Verfahren ist es möglich, eine Verstärkung des Schaltstoßes zu vermeiden und dabei gleichzeitig eine Erhöhung des Schadstoffausstoßes zu unterdrücken. Außerdem kann auch in Fällen, wo der Startzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung mit dem Zeitraum eines Gangwechsels (Schaltvorgangs) des Automatikgetriebes überlappt, die Schaltoperation des Automatikgetriebes verhindert werden. In diesem Falle ist es möglich, die Drehmomentschwankung des Verbrennungsmotors 1 auch zum Startzeitpunkt der gewöhnlichen Regenerationsverarbeitung, nicht nur die Drehmomentschwankung des Verbrennungsmotors 1 zum Startzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung für die NSR-Diagnose oder der Regenerationsverarbeitung für die SCR-Diagnose, klein zu halten.
  • Hierbei ist anzumerken, dass in den obigen fünf Ausführungsformen eine Ausgestaltung, bei der der NSR-Katalysator und der SCR-Katalysator im Abgaskanal 3 des Verbrennungsmotors 1 angeordnet sind, als ein Beispiel genannt wurde. Ein Steuerverfahren für ein Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das in Fällen ausgeführt wird, wo die NSR-Diagnoseverarbeitung in der ersten und dritten bis fünften Ausführungsform durchgeführt wird, kann auch auf eine Ausgestaltung angewendet werden, bei der nur der NSR-Katalysator im Abgaskanal 3 des Verbrennungsmotors 1 angeordnet ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor)
    2
    Kraftstoffeinspritzventil
    3
    Abgaskanal
    4
    erstes Katalysatorgehäuse
    5
    zweites Katalysatorgehäuse
    6
    drittes Katalysatorgehäuse
    7
    Elektronische Motorsteuerung (ECU)
    8
    Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
    9
    Sauerstoffkonzentrationssensor
    10
    erster Temperatursensor
    11
    erster NOx-Sensor
    12
    zweiter NOx-Sensor
    13
    zweiter Temperatursensor

Claims (6)

  1. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, in der eine einen NSR-Katalysator umfassende Abgasreinigungsvorrichtung und eine Messvorrichtung zum Messen einer aus dem NSR-Katalysator ausströmenden NOx-Menge in einem Abgaskanal angeordnet sind, umfassend: eine Regenerationseinheit, ausgelegt für die Durchführung einer Regenerationsverarbeitung, die eine Verarbeitung zur Wiederherstellung der NOx-Speicherkapazität des NSR-Katalysators ist; eine Diagnoseeinheit, ausgelegt für die Durchführung einer NSR-Diagnoseverarbeitung, die eine Verarbeitung zur Diagnostizierung einer Abnormalität im NSR-Katalysator auf Grundlage eines Messwertes der Messvorrichtung zu einem vorherbestimmten NSR-Diagnosezeitpunkt nach Ende der Regenerationsverarbeitung ist; und eine Steuereinheit, ausgelegt für die Steuerung eines Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines zur Brennkraftmaschine zu führenden Gemischs ist; wobei in Fällen, in denen die NSR-Diagnoseverarbeitung durchgeführt wird, die Steuereinheit das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Zeitraum ab einem vorherbestimmten Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs nach einem Endzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung bis zum NSR-Diagnosezeitpunkt auf ein schwach mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis regelt, das niedriger als ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ist und das höher als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, und das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach dem NSR-Diagnosezeitpunkt vom schwach mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ändert, das niedriger als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist.
  2. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei der NSR-Diagnosezeitpunkt ein Zeitpunkt ist, an dem eine einströmende NOx-Gesamtmenge, die ein integrierter Wert einer ab dem Endzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung in den NSR-Katalysator einströmenden Menge von NOx ist, einen Wert gleich oder größer als eine vorherbestimmte Menge annimmt.
  3. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs der Endzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung ist.
  4. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, wobei der Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs ein Zeitpunkt ist, der später als der Endzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung liegt, und an dem die Gesamtmenge an einströmendem NOx einen Wert gleich einem Schwellenwert annimmt, der niedriger ist als die vorherbestimmte Menge; und wobei die Steuereinheit das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Zeitraum ab dem Endzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung bis zum Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs auf das magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine einstellt.
  5. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, wobei die Steuereinheit das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Zeitraum, in dem die Temperatur des NSR-Katalysators einen Temperaturbereich unterschreitet, in dem die NOx-Reduktionsfähigkeit des NSR-Katalysators aktiv wird, innerhalb des Zeitraums vom Endzeitpunkt der Regenerationsverarbeitung bis zum Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs, auf das schwach magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis einstellt.
  6. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung einen SCR-Katalysator umfasst, der unterstromseitig zum NSR-Katalysator angeordnet ist; wobei die Messvorrichtung mit einer ersten Messeinheit, welche die aus dem NSR-Katalysator ausströmende Menge von NOx misst, und eine zweite Messeinheit, die eine aus dem SCR-Katalysator ausströmende Menge von NOx misst, ausgerüstet ist; wobei in Fällen, wo eine Diagnostizierung einer Abnormalität im SCR-Katalysator notwendig ist, die Steuereinheit das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Zeitraum ab dem Startzeitpunkt des Schwachmagerbetriebs bis zu einem vorherbestimmten SCR-Diagnosezeitpunkt, der später als der NSR-Diagnosezeitpunkt liegt, auf ein schwach mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis regelt, das niedriger als das magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ist und das höher als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, und nach dem SCR-Diagnosezeitpunkt das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom schwach mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ändert, das niedriger als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist; und wobei die Diagnoseeinheit eine SCR-Diagnoseverarbeitung durchführt, die eine Verarbeitung zur Diagnostizierung einer Abnormalität im SCR-Katalysator auf Grundlage eines Messwertes der zweiten Messvorrichtung zum SCR-Diagnosezeitpunkt ist.
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