DE19912832A1

DE19912832A1 - Luft-Kraftstoffverhältnissteuerung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE19912832A1
Application number: DE1999112832
Authority: DE
Inventors: Yukihiro Yamashita
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1999-03-22
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2019-03-23
Also published as: JP3896685B2; JPH11271272A; DE19912832B4

Abstract

Eine Luft-Kraftstoffverhältnissteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1), die einen NOx-Absorptions-Reduktionskatalysator (NOx-Katalysator) (13) aufweist, der in einer Abgasleitung (12) angebracht ist. Stromaufwärts von dem NOx-Katalysator (13) befindet sich ein Gassensor vom zusammengesetzten Typ (26), der ein Luft-Kraftstoffverhältnis und eine NOx-Konzentration erfaßt und die Ergebnisse gleichzeitig abgibt. Ein Motorsteuerungsmikrocomputer (31) in einer elektronischen Steuereinheit (ECU) (30) bewerkstelligt eine magere Verbrennung auf der mageren Verbrennungsseite des Luft-Kraftstoffverhältnisses während NOx im Abgas in dem NOx-Katalysator (13) während der mageren Verbrennung absorbiert wird. Während der mageren Verbrennungssteuerung wird das Luft-Kraftstoffverhältnis zeitweise auf die fetter Verbrennungsseite eingestellt, um das von dem NOx-Katalysator (13) absorbierte NOx auszustoßen. Eine CPU (33) wählt in einer Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung (32) entweder ein Luft-Kraftstoffverhältnissignal oder ein NOx-Signal von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs (26) aus und gibt das ausgewählte Signal an den Motorsteuerungsmikrocomputer (31) als einen Parameter für die Luft-Kraftstoffverhältnissteuerung aus. Dies sorgt für eine Luft-Kraftstoffverhältnissteuerungsvorrichtung, die eine zeitweise fette Verbrennung zuläßt, während ein magerer Verbrennungsmodus ausgeführt wird, wodurch die magere und fette Verbrennung über optimal verteilte Zeiten bei ...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich eine Luft-Kraftstoff- Verhältnissteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der eine magere Verbrennung in einem mageren Verbrennungsbereich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausführt. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Luft-Kraftstoff- Verhältnissteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der einen NOx Absorptions- (bzw. Okklusions-) Reduktionskatalysator enthält, zur Entfernung von Abgasstickstoffoxiden (NOx), die während einer mageren Verbrennung erzeugt werden.

In den letzten Jahren wurde eine zunehmende Anzahl an Luft- Kraftstoff-Verhältnissteuerungsvorrichtungen für Verbrennungsmotoren, was als Magerverbrennungssteuerung bekannt ist, angewendet, d. h., Technologien zur Verbrennung von Kraftstoff auf der mageren Seite eines stoichiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnisses, um die Kraftstoffausbeute zu verbessern.

Indem der Motor ein solches mageres Gemisch verbrennt, erzeugt er große Mengen an NOx im Abgas. Solche NOx-Emissionen müssen aus Umweltschutzgründen minimiert werden. Eine Anzahl an Technologien zur Unterstützung der Reduzierung der NOx-Emissionen wurde eingeführt. Beispielsweise ist die Abgasleistung mit einem NOx- Absorptions-Reduktionskatalysator ausgerüstet, um es von ausgestoßenem NOx zu reinigen. Als anderes Beispiel ist die Abgasleitung mit einem NOx-Sensor ausgerüstet, um eine NOx- Konzentration im Abgas zu überwachen.

Ein System mit einem NOx-Katalysator zur Absorption von NOx, das in einem mageren Verbrennungsmodus erzeugt wird, erreicht die Grenzen seiner NOx-Reinigungsfähigkeit, wenn der Katalysator mit NOx gesättigt ist. Ist der Katalysator einmal gesättigt, werden bekannte Technologien verwendet, um den Motor zeitweise in einem fetten Verbrennungsmodus laufen zu lassen, um die Reinigungsfähigkeit des NOx-Katalysators wiederherzustellen, um die NOx-Emissionen zu reduzieren.

Eine Technologie, die zu dem obigen Schema gehört, ist beispielsweise in der WO-A-94-17291 offenbart. Diese Technologie bringt die Installation eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (A/F-Sensor) stromabwärts des Katalysators mit sich. Wenn sich das von dem Sensor erfaßte Verhältnis von der mageren Seite zur fetten Seite ändert, wird festgestellt, daß das Freiwerden von NOx vom NOx- Katalysator vollendet ist. Man vermutet, daß diese Technologie zwei herkömmlicherweise erfahrene Nachteile beseitigt: eine gekürzte fette Verbrennungszeit, die die NOx-Absorptionsfähigkeit des NOx- Katalysators sinken lassen würde; und eine verlängerte fette Verbrennungszeit, die große Mengen an unverbranntem HC und CO in die Atmosphäre freigeben würde.

Die oben offenbarten Technologien haben die folgenden Hauptnachteile: während der Motor im mageren Verbrennungsmodus läuft, ist es unmöglich, zu wissen, um wieviel die NOx- Absorptionsfähigkeit des Katalysators mit der Zeit gesunken ist, wenn NOx absorbiert wurde; oder, während der Motor im fetten Verbrennungsmodus läuft, ist es unmöglich zu wissen, wieviel von der NOx-Absorptionsfähigkeit wiederhergestellt wurde. Die Unfähigkeit, eine magere Verbrennung und eine fette Verbrennung über optimal verteilte Zeiten auszuführen, kann andere Nachteile hervorrufen. Wo beispielsweise die Reduktion von NOx-Emissionen Vorrang vor anderen Angelegenheiten hat, kann eine übermäßige fette Verbrennung die Kraftstoffausbeute verschlechtern und Drehmomentschwankungen verursachen.

Eine Lösung der obigen Nachteile liegt darin, daß die Motorabgasleitung in Kombination mit einem Luft-Kraftstoff- Verhältnissensor und einem NOx-Sensor (beispielsweise Meßvorrichtung, wie sie in der JP-A-8-271476 offenbart ist) ausgerüstet ist. Die zwei Sensoren überwachen kontinuierlich die NOx-Absorptionsfähigkeit des Katalysators in mageren und fetten Verbrennungsmodi. Das Problem liegt darin, daß die Kosten einer solchen Anordnung ungebührlich hoch sein können. Heute, da mehr und mehr Funktionen des Fahrzeugs und seines Motors elektronisch gesteuert werden, besteht insbesondere eine Notwendigkeit darin, die Steuerungsstruktur zu vereinfachen und Operationsbelastungen für eingebaute elektronische Steuervorrichtungen (beispielsweise Mikrocomputer) abzumildern.

Die vorliegende Erfindung wurde im Lichte des vorgenannten Problems durchgeführt und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Luft-Krafstoff-Verhältnissteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, der während einem mageren Verbrennungsmodus zeitweise in einem fetten Verbrennungsmodus läuft, wodurch eine magere Verbrennung und eine fette Verbrennung über optimal verteilte Zeiten durchgeführt werden, um eine Kostenminimierung damit zu verbinden.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Luft- Kraftstoff-Verhältnissteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor vorgesehen, die folgende Bauteile aufweist: einen Abgassensor zum Ausgeben eines ersten Signals, basierend auf einer NOx-Konzentration in einem Abgas des Motors, und eines zweiten Signals basierend auf einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases; eine Signalauswahlvorrichtung zum Auswählen eines der ersten und zweiten Signale, die von dem Abgassensor ausgegeben wurden; eine Signalausgabevorrichtung zum Ausgeben des ausgewählten Signals als einen Parameter für die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung; und eine Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungsvorrichtung zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Abhängigkeit von dem einen der ersten und der zweiten Signale, die von der Signalausgabevorrichtung ausgegeben wurden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das erste Signal (NOx- Konzentrationssignal) oder das zweite Signal (Sauerstoffkonzentrationssignal) wahlweise als ein Parameter für die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung verwendet. Die wahlweise Verwendung des Signals ermöglicht es, zu erfassen, um wieviel die NOx-Absorptionsfähigkeit des Katalysators in einem Magerverbrennungsmodus nachgelassen hat, und um wieviel sie in einem fetten Verbrennungsmodus wiederhergestellt wurde. Dies ermöglicht es einer mageren Verbrennung und einer fetten Verbrennung über optimal verteilte Zeiten stattzufinden, wodurch eine Verschlechterung der Kraftstoffausbeute und ein Hervorrufen von Drehmomentschwankungen, die die fette Verbrennung mit sich bringen, verhindert werden.

Das erste und das zweite Signal werden beide von einem einzigen Abgassensor bereitgestellt, im Gegensatz zum herkömmlichen Aufbau, der zwei Sensoren erfordert, einen zur Erfassung einer NOx- Konzentration, und einen anderen zur Erfassung einer Sauerstoffkonzentration (Luft-Kraftstoff-Verhältnis). Damit steht eine Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungsvorrichtung zur Verfügung, die in der Lage ist, einen Verbrennungsmotor während dem mageren Verbrennungsmodus zeitweise in einem fetten Verbrennungsmodus laufen zu lassen, wodurch die magere und die fette Verbrennung über optimal verteilte Zeiten durchgeführt werden, was v.a. Kosten reduziert.

Andere Aufgaben, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden ebenso wie Verfahren zur Durchführung und die Funktion der dazugehörigen Teile anhand eines Studiums der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, der beigefügten Ansprüche und der Zeichnungen deutlich.

In den Zeichnungen ist folgendes gezeigt:

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die ein gesamtes Luft- Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystem zeigt, das eine Luft- Kraftstoff-Verhältnissteuerungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Teilquerschnittansicht eines Gassensors vom zusammengesetzten Typ gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.

Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Kraftstoffeinspritzsteuerungsroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.

Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Signalschaltroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.

Die Fig. 5A bis 5F sind Zeitablaufdiagramme zur Erläuterung der Steuerungsvorgänge gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht, die einen Teil eines Luft- Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystem zeigt, das eine Luft- Kraftstoff-Verhältnissteuerungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält.

Fig. 7 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Signal zeigt, das eine Routine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel schaltet.

Die Fig. 8A bis 8D sind zeitliche Ablaufdiagramme zur Erläuterung der Steuerungsfunktionen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.

Fig. 9 ist eine schematische Ansicht, die einen Teil eines Luft- Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystems zeigt, das eine Luft- Kraftstoff-Verhältnissteuerungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 10 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Kraftstoffeinspritzsteuerungsroutine gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.

Die Fig. 11A, 11B und 11C sind zeitliche Ablaufdiagramme zur Erläuterung der Steuerungsvorgänge gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.

Fig. 12 ist eine vergrößerte Teilquerschnittansicht eines Gassensors des zusammengebauten Typs gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Im übrigen ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis proportional zu einer Sauerstoffkonzentration in einem Abgas. Aus diesem Grund werden ein Signal, das auf dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis basiert, und ein Signal, das auf der Sauerstoffkonzentration basiert, hier als äquivalent betrachtet.

(Erstes Ausführungsbeispiel)

Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystem des ersten Ausführungsbeispiels führt eine sogenannte magere Verbrennungssteuerung durch, die eine magere Verbrennung in einem mageren Verbrennungsbereich eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors steuert. Hauptkomponenten des Systems enthalten einen NOx- Absorptions-Reduktionskatalysator (im folgenden wird darauf als NOx- Katalysator Bezug genommen), der auf halbem Weg durch eine Abgasleitung des Motors vorgesehen ist. Stromaufwärts von dem NOx- Katalysator 13 ist ein Gassensor vom zusammengesetzten Typ 26 angeordnet, der in der Lage ist, zwei Signale abzugeben, eines, das die Sauerstoffkonzentration (Luft-Kraftstoff-Verhältnis) darstellt, und das andere, das eine NOx-Konzentration in einem Abgas darstellt. Eine elektronische Steuereinheit 30 (im nachfolgenden wird darauf als ECU Bezug genommen), die hauptsächlich einen Mikrocomputer 31 aufweist, empfängt vom Gassensor der zusammengesetzten Bauart 26 die Signale, die die erfaßten Ergebnisse darstellen. Gemäß den erfaßten Signalen steuert die ECU 30 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Eine ausführliche Erläuterung des ersten Ausführungsbeispiels wird nachstehend unter Bezugnahme auf die relevanten Zeichnungen beschrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist der verbundene Motor ein fremdgezündeter Vierzylinder-Vier-Takt-Motor (im nachfolgenden wird darauf als Motor 1 Bezug genommen). Ansaugluft für den Motor gelangt zuerst in einen Luftfilter 2 und strömt durch eine Ansaugleitung 3, eine Drosselklappe 4, einen Druckausgleichsbehälter 5 und einen Ansaugkrümmer 6. In dem Ansaugkrümmer 6 wird die Ansaugluft mit von einem Kraftstoffeinspritzventil 7 für jeden der Zylinder eingespritzten Kraftstoff vermischt. Ein solches Luft- Kraftstoffgemisch, das ein bestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) hat, wird an die Zylinder geliefert.

Jede der Zündkerzen 8, die an den jeweiligen Zylindern des Motors 1 befestigt sind, wird mit einer Hochspannung versorgt, die von einem Zündungsschaltkreis 9 über einen Verteiler 10 geliefert wird. Die Zündkerzen 8 zünden das Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Zylindern in einer zeitlich geeignet gesteuerten Art und Weise.

Nach der Verbrennung strömt das Abgas von den Zylindern durch einen Abgaskrümmer 11 und eine Abgasleitung 12. Nach dem Durchgang durch den NOx-Katalysator 13, der in der Abgasleitung 12 angeordnet ist, wird das Abgas an die Umgebung abgegeben. Während der Verbrennung bei einem mageren Verbrennungsluft-Kraftstoff-Verhältnis absorbiert der NOx-Katalysator 13 das NOx; während der Verbrennung eines fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verwendet der Katalysator fette Elemente wie CO und HC, um das absorbierte NOx zu reduzieren und in die Luft abzugeben.

Dieses Steuerungssystem hat mehrere Sensoren. Ein Ansaugluftdrucksensor 22 ist in der Einlaßleitung 3 eingebaut, um einen Unterdruck an der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe zu erfassen (Ansaugluftdruck PM). Ein Drosselklappensensor 23, der an einem Drosselklappenventil 4 befestigt ist, stellt fest, wie stark das Ventil 4 geöffnet ist (Drosselklappenöffnungsgrad TH).

Der Drosselklappensensor 23 enthält einen Leerlaufschalter, um ein Signal auszugeben, das, wenn sich das Drosselklappenventil 4 in einem im wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand befindet, dafür steht, daß das Drosselklappenventil 4 sich im wesentlichen in einem vollständig geschlossenen Zustand befindet.

Ein Wassertemperatursensor 24 ist im Zylinderblock des Motors 1 angeordnet und wird dazu verwendet, die Temperatur des Motorkühlwassers zu erfassen (Kühlwassertemperatur Thw). Ein Umdrehungssensor 25, der in dem Verteiler 10 eingebaut ist, gibt 24 Pulssignale mit gleichen Intervallen (Ne Pulse) zu jeder Zeit ab, wenn der Motor 1 zwei Umdrehungen beendet, d. h. alle 720° Kurbelwinkel.

In der Abgasleitung 12 ist stromaufwärts von dem NOx-Katalysator 13 ist der Gassensor vom zusammengesetzten Typ 26 vorgesehen, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnissignal und das NOx-Signal abzugeben, das jeweils einer Sauerstoffkonzentration und einer NOx-Konzentration in dem Abgas von dem Motor 1 entspricht. Der Gassensor vom zusammengesetzten Typ 26 stellt gleichzeitig das Luft-Kraftstoff- Verhältnis und die NOx-Konzentration fest und gibt die erfaßten Ergebnisse bei Bedarf an die ECU 30 ab.

Der detaillierte Aufbau des Gassensors vom zusammengesetzten Typ 26 wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Fig. 2 ist eine vergrößerte Teilquerschnittansicht, die ein Sensorelement zeigt, d. h., einen Hauptabschnitt des Gassensors vom zusammengesetzten Typ 26.

In Fig. 2 hat das Sensorelement des Gassensors 26 einen laminierten Aufbau, der erste und zweite Festelektrolytsubstrate 41 und 42 enthält, die eine Sauerstoffionenleitfähigkeit besitzen; Substrate 43, 44 und 45; und ein Heizgerät 46. Ein Heizelement 46a ist in dem Heizgerät 46 eingebettet. Eine Probegaskammer 47 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Festelektrolytsubstrat 41 und 42 ausgebildet, und zwischen dem zweiten Festelektrolytsubstrat 42 und dem Heizgerät 46 ist eine Referenzgaskammer 48 vorgesehen. Die Probegaskammer 47 ist durch das Substrat 44 in eine erste Gaskammer 47a und eine zweite Gaskammer 47b unterteilt. Die ersten und die zweiten Gaskammern 47a und 47b stehen durch einen Diffusionspfad 49 in wechselseitiger Verbindung.

Der Gassensor vom zusammengesetzten Typ 26 weist ferner folgendes auf: eine Pumpenzelle 52, die auf der Oberseite und am Boden (wie in Fig. 2 gesehen) des ersten Festelektrolytsubstrats 41 ein Paar Elektroden 50 und 51 hat, und die entweder ein Sauerstoffgas vom Inneren der Probegaskammer 47 freigibt, oder ein Sauerstoffgas in die Probegaskammer 47 einführt; eine Erfassungszelle 55, die auf der Oberseite und am Boden des zweiten Festelektrolytsubstrats 42 ein Paar Elektroden 53 und 54 hat und die eine NOx-Konzentration in der Probegaskammer 47 erfaßt; und eine Sensorzelle 58, die auf der Oberseite und am Boden des zweiten Festelektrolytsubstrats 42 ein Paar Elektroden 56 und 57 hat, und die eine Sauerstoffkonzentration in der Probegaskammer 47 feststellt.

Ein Probegaseinführpfad 59 ist in der Mitte der Elektroden 50 und 51 ausgebildet. Unter den Elektroden 50 und 51, die die Pumpenzelle 52 bilden, ist die Elektrode 50 eine Pt-Elektrode und die Elektrode 51 ist eine Au-addierte Pt-Elektrode, die gegenüber dem NOx inaktiv ist. Unter den Elektroden 53 und 54, die die Erfassungszelle 55 bilden, ist die Elektrode 53 eine Pt oder eine Pt/Rh-Elektrode, d. h. eine aktive Elektrode, die NOx in Stickstoff- und Sauerstoffionen zerlegt, und die Elektrode 54 ist eine Pt-Elektrode. Unter den Elektroden 56 und 57, die die Sensorzelle 58 bilden, ist die Elektrode 56 eine Au-addierte Pt-Elektrode, die gegenüber dem NOx inaktiv ist, und die Elektrode 57 ist eine Pt-Elektrode.

Die Erfassungszelle 55 ist mit einem Erfassungsschaltkreis 62 verbunden, der einen ersten Amperemeter 60 und eine Stromversorgung 61 aufweist. Die Pumpenzelle 52 ist mit einem Pumpenschaltkreis 65 verbunden, der einen zweiten Amperemeter 63 und eine variable Stromversorgung 64 enthält. Die Sensorzelle 58 ist mit einem Sensorkreislauf 67 verbunden, der mit einem Voltmeter 66 ausgerüstet ist.

Ein Rückkopplungskreis 70 regelt die variable Stromversorgung 64, indem er die Steuerung 71 so betreibt, daß ein erfaßter Wert des Voltmeters 66 konstant gehalten wird. Eine NOx- Konzentrationsmeßvorrichtung 72 mißt eine NOx-Konzentration in dem Probegas (Abgas) auf der Grundlage eines erfaßten Werts des ersten Amperemeters 60. Eine Luft-Kraftstoff-Verhältnismeßvorrichtung 73 mißt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Probegas (Abgas) in Abhängigkeit von erfaßten Werten des zweiten Amperemeters 63.

Das Probegas (Abgas) wird über den Probegas einführenden Pfad 59 in die erste und die zweite Gaskammer 47a und 47b eingeführt. Die Sensorzelle 58 überwacht kontinuierlich die Sauerstoffkonzentration in dem eingeführten Probegas. D.h., die Sensorzelle 58 wirkt als eine Sauerstoffkonzentrationszelle. Eine elektromotorische Kraft, die der Sauerstoffkonzentration in der zweiten Gaskammer 47b entspricht, wird zwischen den Elektroden 56 und 57 der Sensorzelle 58 erzeugt.

Die elektromotorische Kraft, die somit erzeugt wurde, wird durch das Voltmeter 66 erfaßt. Zu dieser Zeit wird die variable Stromversorgung 64 des Pumpenkreises 65 durch die Steuerung 71 über den Rückkopplungsregelungskreis 70 so gesteuert, daß die elektromotorische Kraft konstant bleiben wird, d. h., daß die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Gaskammer 47b auf einer Referenzkonzentration gehalten wird.

Wenn die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Gaskammer 47b höher als die Referenzkonzentration ist, fällt das Einlesen des Voltmeters 66 unter die elektromotorische Kraft, die der Referenzkonzentration (0,4 V) entspricht. In jenem Fall wird die Versorgungsspannung der variablen Stromversorgung 64 verstärkt, um ein Freisetzen von Sauerstoff durch die Pumpenzellen 52 zu fördern.

Wenn die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Gaskammer 47b niedriger als die Referenzkonzentration ist, überschreitet anschließend das Eingelesene aus dem Voltmeter 66 die elektromotorische Kraft, die der Referenzkonzentration (0,4 V) entspricht. Dies bewirkt, daß die variable Stromversorgung 64 ihre Versorgungsspannung senkt, wobei die Freigabe von Sauerstoff durch die Pumpenzelle 52 unterdrückt wird. In einigen Fällen kann der Ausstoß von Sauerstoff gestoppt werden und es kann Sauerstoff eingeführt werden.

Dementsprechend wird die Sauerstoffkonzentration in der ersten Gaskammer 47a im wesentlichen auf der Referenzkonzentration gehalten. Weil das Probegas in einem solchen Zustand in die zweite Gaskammer 47b strömt, wird auch die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Gaskammer 47b ungefähr auf dem Referenzkonzentrationsniveau gehalten. Wenn die Pumpenzellenspannung gesteuert wird, um in der zweiten Gaskammer 47b eine konstante Sauerstoffkonzentration aufrechtzuerhalten, tritt ein Pumpenstrom auf, der die Sauerstoffkonzentration in dem Probegas (Abgas) darstellt, d. h., ein Strom, der dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht. Der Pumpenstrom wird durch das zweite Amperemeter 63 erfaßt. Dementsprechend kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch die Luft- Kraftstoff-Verhältnismeßvorrichtung 73 erfaßt werden.

In der Erfassungszelle 55 gelangt NOx von der zweiten Abgaskammer 47b mit der Elektrode 53 in Kontakt und wird dadurch zu Sauerstoffionen reduziert. Der Rest an Sauerstoff in der zweiten Gaskammer 47b wird in ähnlicher Weise zu Sauerstoffionen reduziert.

In dem Erfassungsschaltkreis 62 bringt die Stromversorgung 61 kontinuierlich eine konstante Spannung (0,45 V) zwischen den Elektroden 53 und 54 auf. Dies erlaubt es dem ersten Amperemeter 60, einen dem Betrag an Sauerstoffionen entsprechenden Grenzstrom zu erfassen.

Da die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Gaskammer 47b im wesentlichen konstant ist, verbleibt der übrige Betrag an Sauerstoffionen ferner unannähernd konstant. Dies wiederum übt eine im wesentlichen konstanten Effekt auf das erste Amperemeter 60 auf, so daß Schwankungen in der NOx-Konzentration von dem Grenzstrom, der durch das erste Amperemeter 60 erfaßt wurde, gemessen werden kann. D.h., die NOx-Konzentrationsmeßvorrichtung 72 kann die NOx- Konzentrationen messen.

Wie beschrieben wurde, erfaßt der Gassensor vom zusammengesetzten Typ 26, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die NOx-Konzentration in dem Probegas (Abgas) gleichzeitig. Genauere Details über den Aufbau und die Eigenschaften des Gassensors vom zusammengesetzten Typ 26 werden in der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 9-180446, die von dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung stammt, offenbart.

Gemäß Fig. 1 weist die ECU 30 einen Motorsteuerungsmikrocomputer 31 auf, der verschiedene Funktionen des Motors 1 steuert, und ferner eine Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 32, die wahlweise ein Signal, das von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 erfaßt wird (Luft-Kraftstoff-Verhältnissignal oder NOx-Signal), an den Motorsteuerungsmikrocomputer 31 ausgibt. Der Motorsteuerungsmikrocomputer 31 und die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 32 sind beispielsweise durch SCI-Verbindungen (serielle Verbindungsschnittstelle) zur gegenseitigen Kommunikation miteinander verbunden.

Der Motorsteuerungsmikrocomputer 31 enthält eine CPU und einen Speicher bekannter Bauarten. Im Betrieb empfängt der Mikrocomputer 31 Signale, die durch verschiedene Sensoren erfaßt wurden (Ansaugluftdruck PM, Drosselklappenöffnungsgrad TH, Kühlwassertemperatur Thw, Ne Pulse). Die empfangenen Signale werden als eine Basis zur Berechnung und zur Erzeugung von Steuersignalen verwendet, um eine Kraftstoffeinspritzmenge TAU, einen Zündzeitpunkt Ig und dergleichen zu steuern. Diese Steuersignale werden an die Kraftstoffeinspritzventile 7, an den Zündschaltkreis 9 und dergleichen ausgegeben. Der Mikrocomputer 31 leitet ein Ausgangsanfragesignal an die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 32, um die Abgabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissignals oder des NOx-Signals zu erfragen.

Die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 32 enthält eine CPU 33, einen Vorspannsteuerschaltkreis 34 und einen Heizgerätesteuerschaltkreis 35. Die CPU 33 bewirkt, daß der Vorspannsteuerschaltkreis 34 das Luft-Kraftstoff-Verhältnissignal und das NOx-Signal von dem Gassensor der zusammengesetzten Bauart 26 erhält. Gemäß der Ausgangsanfrage von dem Motorsteuerungsmikrocomputer 31 wählt die CPU 33 eines der zwei Signale aus und überträgt das ausgewählte Signal an den Mikrocomputer 31.

Der Vorspannsteuerschaltkreis 34 enthält den Erfassungsschaltkreis 62, der in Fig. 2 gezeigt ist, ein Pumpenschaltkreis 65, einen Sensorschaltkreis 67, einen Rückkopplungsschaltkreis 70, einen Regler 71, eine NOx-Konzentrationsmeßvorrichtung 72 und eine Luft- Kraftstoff-Verhältnismeßvorrichtung 73. Der Heizgerätesteuerschaltkreis 35 aktiviert das Heizgerät 46 (Heizelement 46a), um das Sensorelement auf einer vorbestimmten aktiven Temperatur zu halten (ungefähr 700°C).

Die Vorgänge des vorstehend beschriebenen Luft-Kraftstoff- Verhältnissteuersystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel werden nun beschrieben. Fig. 3 ist eine Ablaufdiagramm, das eine Kraftstoffeinspritzsteuerroutine zeigt, die durch den Motorsteuerungsmikrocomputer 31 in der ECU 30 ausgeführt wird. Diese Routine wird bei jeder Kraftstoffeinspritzung an den jeweiligen Zylindern ausgeführt (in Intervallen von 180°C Kurbelwinkel für das erste Ausführungsbeispiel).

Mit der Routine aus Fig. 3 wird die Kraftstoffeinspritzmenge bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der mageren Seite eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gesteuert. Genauer gesagt, wird die Kraftstoffeinspritzmenge so gesteuert, daß während dem mageren Verbrennungsmodus zeitweise eine fette Verbrennung ausgeführt wird. In dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden eine magere Verbrennungsperiode TL und eine fette Verbrennungsperiode TR erzeugt, um eine vorbestimmtes Zeitverhältnis basierend auf einem Zykluszähler CT zu erzeugen, der jedes mal erhöht wird, wenn ein Kraftstoffeinspritzvorgang stattfindet. Die magere Verbrennung und die fette Verbrennung werden abwechselnd in Abhängigkeit von TL und TR ausgeführt.

Wenn die Kraftstoffeinspritzsteuerungsroutine aus Fig. 3 einmal begonnen hat, gelangt der Mikrocomputer 31 zuerst zu Schritt 101, um verschiedene Sensorausgänge einzulesen (Motordrehzahlen Ne, Ansaugdruckluft PM, Wassertemperatur Thw, etc.), die die Betriebsbedingungen des Motors darstellen.

Im Schritt 102 stellt der Mikrocomputer 31 fest, ob der Zykluszähler CT derzeit Null ist. Wenn festgestellt ist, daß der CT Null ist ("JA" in Schritt 102) geht der Mikrocomputer 31 zu Schritt 103 um die magere Periode TL und die fette Periode TR festzulegen. Wenn der Zykluszähler CT nicht Null ist ("NEIN" in Schritt 102), überspringt der Mikrocomputer 31 anschließend den Prozeß von Schritt 103.

Die magere Periode TL entspricht einer Anzahl an Kraftstoffeinspritzungen mit einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis und die fette Periode TR entspricht einer Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen mit einem fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnis. Die Zeiten TL und TR werden in einem Zeitverhältnis von ungefähr 50 zu 1 festgelegt. Das Zeitverhältnis kann in Abhängigkeit von dem Grad der Verschlechterung des NOx-Katalysators und in Abhängigkeit von dem Motorbetriebsbedingungen wie den Motordrehzahlen Ne und dem Ansaugluftdruck PM variiert werden.

In Schritt 104 erhöht der Mikrocomputer 31 den Zykluszähler CT um 1. In Schritt 105 wird festgestellt, ob der Zykluszähler CT einen Wert erreicht hat, der der vorstehend erstellten Magerperiode TL entspricht. Wenn der Zykluszähler CT einen Wert hat, der kleiner als die Magerperiode TL ist (NEIN in Schritt 105), geht der Mikrocomputer 31 anschließend zu Schritt 106.

In Schritt 106 überträgt der Mikrocomputer 31 eine Ausgangssignalanfrage an die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 32 und empfängt das letzte NOx-Ausgangssignal (Erfassungszellenausgangssignal), das in Reaktion auf die Ausgangsanfrage zurückgegeben wird.

In Schritt 107 legt der Mikrocomputer 31 ferner eine Kraftstoffeinspritzmenge TAU so fest, daß das Luft-Kraftstoff- Verhältnis in einem mageren Verbrennungsbereich gesteuert wird. Dem Schritt 107 folgend wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem mageren Vebrennungsbereich von beispielsweise A/F = 20 bis 23 unter offener Regelkreissteuerung gehalten.

In Schritt 108 berechnet der Mikrocomputer 31 einen integrierten Wert der NOx-Konzentration während der mageren Verbrennungsperiode auf der Grundlage des NOx-Ausgangs, der von der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 32 übertragen wird. Die Routine wird anschließend für den Moment beendet.

Wenn der Zykluszähler CT festgestellt hat, daß er einen bestimmten Wert erreicht oder überschritten hat, der der mageren Periode TL entspricht ("JA" in Schritt 105), geht der Mikrocomputer 31 zu Schritt 109. In Schritt 109 sendet der Mikrocomputer 31 eine Anfrage über ein Luft-Kraftstoff-Verhältnisausgangssignal an die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 32 und empfängt das letzte Luft-Kraftstoff-Verhältnisausgangssignal (Pumpenzellenausgangssignal), das in Reaktion auf die Ausgangssignalanfrage zurückgegeben wird.

In Schritt 110 legt der Mikrocomputer 31 einen Kraftstoffeinspritzbetrag TAU fest, so daß das Luft-Kraftstoff- Verhältnis in einem fetten Verbrennungsbereich gesteuert wird. Wie fett der Kraftstoffeinspritzbetrag sein sollte, wird in Abhängigkeit von dem integrierten Wert der NOx-Konzentration (das ist der Wert, der in Schritt 108 erhalten wurde) in einem mageren Verbrennungsmodus bestimmt. Mit anderen Worten, es wird abgeschätzt, daß je größer der integrierte Wert der NOx-Konzentration ist, desto größer der abgeschätzte Wert des absorbierten NOx in dem NOx- Katalysator 13 ist. Dies hat zur Folge, daß ein Soll-Luft- Kraftstoff-Verhältnis auf der fetten Seite festgelegt wird. Nachfolgend auf Schritt 110 wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem fetten Verbrennungsbereich von beispielsweise A/F = 12 bis 14 unter einer Rückkopplungssteuerung aufrechterhalten.

In Schritt 111 bestimmt der Mikrocomputer 31, ob der Zykluszähler CT einen Wert erreicht hat, der der Summe der mageren Periode TL und der fetten Periode TR entspricht. Wenn der Zykluszähler CT geringer als die Summe von TL und TR ist ("NEIN" in Schritt 111) wird diese Routine so wie sie ist beendet.

Wenn festgestellt wird, daß der Zykluszähler CT die Summe von TL und TR erreicht oder überschritten hat ("JA" in Schritt 111) geht der Mikrocomputer 31 zu Schritt 112, wo der Zykluszähler CT auf Null zurückgesetzt wird. Die Routine wird anschließend beendet. Wenn der Zykluszähler CT gelöscht ist, wird das nächste Bestimmungsergebnis in Schritt 102 bestätigt. Anschließend werden in Schritt 103 eine neue magere Periode TL und eine neue fette Periode TR festgelegt. Die neu festgelegten mageren und fetten Perioden TL und TR werden wieder als eine Basis zur Steuerung des mageren und des fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnisses verwendet.

Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Signalschaltroutine zeigt, die durch die CPU 33 in der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 32 ausgeführt wird. Diese Routine wird von der CPU 33 alle acht Millisekunden durchgeführt.

In Schritt 201 aus Fig. 4 stellt die CPU 33 fest, ob die Ausgangssignalanfrage von dem Motorsteuerungsmikrocomputer 31 das Luft-Kraftstoff-Verhältnisausgangssignal ist. Wenn in Schritt 201 ein "JA" festgestellt wird, geht die CPU 33 zu Schritt 202. In Schritt 202 wählt die CPU 33 das Luft-Kraftstoff- Verhältnisausgangssignal in Bevorzugung zu dem NOx-Ausgangssignal als das Sensorausgangssignal, wobei beide von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 kommen. In Schritt 204 überträgt die CPU 33 das Luft-Kraftstoff-Verhältnisausgangssignal an den Motorsteuerungsmikrocomputer 31.

Wenn im Schritt 201 ein "NEIN" festgestellt wird, geht die CPU 33 zu Schritt 203. In Schritt 203 wählt die CPU 33 das NOx-Ausgangssignal in Bevorzugung zu dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ausgangssignal als das Sensorausgangssignal, wobei beide von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 kommen. In Schritt 204 sendet die CPU 33 das NOx-Ausgangssignal an den Motorsteuerungsmikrocomputer 31.

Die Fig. 5A bis 5F sind zeitliche Ablaufdiagramme zur genaueren Erläuterung der Steuerungsoperationen, die oben beschrieben wurden, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In den Fig. 5A bis 5F wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der mageren Seite gehalten (Schritt 107 in Fig. 3), da der Zykluszähler CT bei einer Zeit zwischen t12 und t13 zwischen 0 und TL liegt, und das NOx in dem Abgas wird durch den NOx-Katalysator absorbiert. In einem solchen mageren Verbrennungsmodus überträgt der Motorsteuerungsmikrocomputer 31 eine NOx-Ausgangssignalanfrage an die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 32 (Schritt 106 in Fig. 3) und der Gassensor vom zusammengesetzten Typ 26 überträgt das NOx- Ausgangssignal von Zeit zu Zeit an den Motorsteuerungsmikrocomputer 31 (Schritte 203 und 204 in Fig. 4). Des weiteren wird zwischen den Zeiten t12 und t13 ein integrierter Wert des NOx-Ausgangssignals berechnet (Schritt 108 in Fig. 3).

Zwischen den Zeiten t11 und t12 und zwischen den Zeiten t13 und r14 wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der fetten Seiten gehalten (Schritt 110 in Fig. 3), da der Zykluszähler CT zwischen TL und TL + TR liegt, und das absorbierte NOx wird durch die fetten Elemente (CO, HC) reduziert und in die Luft abgegeben. Unter der fetten Verbrennungssteuerung überträgt der Mikrosteuerungsmikrocomputer 31 eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ausgangssignalanfrage an die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 32 (Schritt 109 in Fig. 3), und der Gassensor vom zusammengesetzten Typ 26 sendet ein Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Ausgangssignal an den Motorsteuerungsmikrocomputer 31 (Schritte 202 und 204 in Fig. 4).

Während dem fetten Verbrennungsmodus zwischen den Zeiten t11 und t12 und zwischen den Zeiten t13 und t14 unterliegt das Luft-Kraftstoff- Verhältnis einer Rückkopplungssteuerung mit einem Sollverhältnis einer fetten Seite in Abhängigkeit von dem integrierten NOx-Wert, der während der mageren Verbrennungsteuerung berechnet wurde. Während einer solchen fetten Verbrennungssteuerung erhöht das Schalten von dem mageren zum fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis die Verbrennungstemperatur und läßt zeitweise die NOx-Konzentration anwachsen.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bilden die Schritte 106 und 109 in Fig. 3 die Ausgangssignalanfragevorrichtung und die Schritte 107 und 110 bilden die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung. Ferner entsprechen die Schritte 201 bis 203 in Fig. 4 der Signalauswahlvorrichtung und der Schritt 204 entspricht der Signalausgabevorrichtung der vorliegenden Erfindung.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben wurde, werden die folgenden Vorteile erzielt:

(a) Die Motorabgasleitung 12 ist mit dem Gassensor der zusammengesetzten Typs 26 ausgestattet, der zwei Signale abgibt: Ein NOx-Signal (erstes Signal), das der NOx-Konzentration in dem Abgas entspricht, und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissignal (zweites Signal), das der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas entspricht.
Eines der zwei Signale vom dem Gassensor 26 wird ausgewählt und das ausgewählte Signal wird als Parameter für die Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Steuerung abgegeben.
Mit dem obigen Aufbau ist es von Zeit zu Zeit möglich, festzustellen, wie stark die NOx-Absorptionsfähigkeit des NOx- Katalysators 13 während einem mageren Verbrennungsmodus gesunken ist, und wie stark sie während eines fetten Verbrennungsmodus wiederhergestellt wurde. Dies ermöglicht, daß die magere Verbrennung und die fette Verbrennung mit der optimalen zeitlichen Steuerung ausgeführt werden können, wodurch verhindert wird, daß durch die übermäßige fette Verbrennung die Kraftstoffausbeute gefährdet wird und Drehmomentschwankungen erzeugt werden. Das NOx-Signal und das Luft-Kraftstoff-Verhältnissignal werden beide von einem einzigen Abgassensor erhalten, d. h., von einem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26, im Gegensatz zu herkömmlichen Konfigurationen, die zwei Sensoren erfordern, einen zur Erfassung der NOx-Konzentration und einen anderen zur Erfassung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses. Dies sorgt für eine Luft-Kraftsstoff- Verhältnissteuerungsvorrichtung, die in der Lage ist, einen Verbrennungsmotor während dem mageren Verbrennungsmodus zeitweise in einem fetten Verbrennungsmodus zu betreiben, wodurch die magere und die fette Verbrennung mit einer optimalen zeitlichen Steuerung ausgeführt werden, wobei eine Kostenreduzierung erreicht wird.
(b) In der Praxis fordert der Motorsteuerungsmikrocomputer 31 einen NOx-Signalausgang an, wenn der Motor 1 in dem mageren Verbrennungsmodus betrieben wird, und er fordert einen Luft- Kraftstoff-Verhältnissignalausgang an, wenn der Motor 1 im fetten Verbrennungsmodus betrieben wird. Nach dem Erhalt der Ausgangssignalanfrage von dem Motorsteuerungsmikrocomputer 31 schaltet die CPU 33 in der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung wahlweise zwischen dem NOx-Signal und dem Luft-Kraftstoff- Verhältnissignal von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26. Da ein heutiges ECU 30 so konstruiert ist, daß es mehrere Funktionen in komplizierteren Betriebsarten als vorher ausführen kann, können der CPU 33 in einem solchen Fall Funktionen zugewiesen werden, um zwischen dem NOx- und dem Kraftstoff-Verhältnissignal umzuschalten und die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung wirksam unter Verwendung des ausgewählten Signals auszuführen.
(c) Während der Kraftstoffeinspritzsteuerung durch den Motorsteuerungsmikrocomputer 31 wird die absorbierte NOx-Menge in dem NOx-Katalysator 13 auf der Basis des NOx-Signals von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 während dem mageren Verbrennungsmodus abgeschätzt. Wenn nachfolgend der fette Verbrennungsmodus ausgeführt wird, wird die Kraftstoffeinspritzmenge auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert, das in Abhängigkeit von der abgeschätzten Menge des absorbierten NOx festgelegt wird. Als ein Ergebnis kann eine optimale fette Verbrennungsperiode - eine notwendige und ausreichende Zeitdauer für die fette Verbrennung - hergestellt werden. Mit anderen Worten, die absorbierte NOx-Menge in dem NOx-Katalysator 13 wird unter Verwendung NOx-Signals genau abgeschätzt. Wenn die Kraftstoffeinspritzmenge auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, das die Menge des absorbierten NOx widerspiegelt, ist es möglich, den NOx-Katalysator mit fetten Komponenten in den tatsächlich benötigten Mengen zu versorgen.

(2. Ausführungsbeispiel)

Unter Bezugnahme auf die Fig. 6, 7 und 8A bis 8D wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung im folgenden beschrieben.

In diesem und in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind diejenigen Bauteile, die einander im wesentlichen gleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Wie bereits beschrieben, wählt das erste Ausführungsbeispiel eines der Ausgangssignale von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 in Reaktion auf die Ausgangssignalanforderung von dem Motorsteuerungsmikrocomputer 31 aus und überträgt das ausgewählte Ausgangssignal an den Motorsteuerungsmikrocomputer 31. Im Gegensatz dazu schaltet das zweite Ausführungsbeispiel wahlweise zwischen Sensorausgangssignalen in Abhängigkeit davon, ob sich das Luft- Kraftstoff-Verhältnis, das durch den Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 erfaßt wird, auf der mageren Seite oder auf der fetten Seite befindet, und überträgt das ausgewählte Sensorausgangssignal an den Motorsteuerungsmikrocomputer 31. In jenem Fall wird im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel keine Ausgangssignalanforderung von dem Motorsteuerungsmikrocomputer 31 an die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 32 erteilt.

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht, die die wesentlichen Komponenten eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Die übrigen Komponenten, die nicht in Fig. 6 gezeigt sind, sind dieselben, wie ihre Gegenstücke in Fig. 1.

Wie gezeigt ist, befindet sich der Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 stromabwärts von dem NOx-Katalysator 13. D. h., der Gassensor 26 erfaßt sowohl ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis als auch eine NOx-Konzentration in dem Abgas, das den Katalysator passiert hat. Die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 32 wählt entweder ein Luft-Kraftstoff-Verhältnisausgangssignal oder ein NOx- Ausgangssignal aus und überträgt das ausgewählte Signal an den Motorsteuerungsmikrocomputer 31.

Fig. 7 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Signalschaltroutine zeigt, die durch die CPU 33 in der Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 32 ausgeführt wird. Diese Routine wird anstelle von derjenigen, die in Fig. 4 gezeigt ist, ausgeführt.

In Schritt 301 bestimmt die CPU 33, ob ein Magerausgangssignalflag XLEAN auf 1 gesetzt ist. Das Magerausgangssignalflag XLEAN zeigt an, welches Ausgangssignal von dem Luft-Kraftstoff- Verhältnisausgangssignal und dem NOx-Ausgangssignal von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 an den Motorsteuerungsmikrocomputer 31 übertragen wird. Wenn XLEAN = 0 ist, bedeutet das, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnisausgangssignal übertragen wird; wenn XLEAN = 1 ist, bedeutet das, daß das NOx- Ausgangssignal übertragen wird.

Wenn XLEAN = 1, geht die CPU 33 zu Schritt 302. In Schritt 302 wird festgestellt, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Pumpenzellenausgang), das durch den Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 erfaßt wurde, fetter als das stöchiometrische Luft- Kraftstoff-Verhältnis von "14.7" ist. Wenn das erfaßte Luft- Kraftstoff-Verhältnis gleich oder größer als 14.7 ist ("NEIN" in Schritt 302), geht die CPU 33 zu Schritt 303. Im Schritt 303 überträgt die CPU 33 das NOx-Ausgangssignal von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 an den Motorsteuerungsmikrocomputer 31 und beendet diese Routine für den Moment. D.h., daß das laufende NOx- Ausgangssignal weiter übertragen wird.

Wenn festgestellt wird, daß das erfaßte Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner als 14.7 ist ("JA" in Schritt 302), geht die CPU 33 zu Schritt 304. In Schritt 304 wird das Luft-Kraftstoff- Verhältnisausgangssignal des Gassensors des zusammengesetzten Typs 26 auf den Motorsteuerungsmikrocomputer 31 übertragen. Im Schritt 305 setzt die CPU 33 das Magerausgangssignalflag XLEAN auf Null zurück und beendet diese Routine für diesen Moment. D.h., daß für die Übertragung von dem NOx-Ausgangssignal auf das Luft-Kraftstoff- Verhältnisausgangssignal umgeschaltet wird.

Wenn XLEAN = 0, geht die CPU 33 zu Schritt 306. Im Schritt 306 wird festgestellt, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Pumpenzellenausgang), das durch den Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 erfaßt wird, größer als ein vorbestimmtes Referenzverhältnis (beispielsweise 15.5) ist, das magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Es soll darauf hingewiesen werden, daß eine Hysterese zwischen den zwei Referenzverhältnissen besteht: Das Referenzverhältnis, mit dem festgestellt wird, ob sich das erfaßte Signal von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 von der mageren zur fetten Seite verschoben hat (das Referenzverhältnis in Schritt 302), und das Referenzverhältnis, durch das festgestellt wird, ob das erfaßte Signal von der fetten Seite zur mageren Seite zurückgekehrt ist (das Referenzverhältnis in Schritt 306).

Wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis gleich oder niedriger als 15,5 ist ("NEIN" in Schritt 306), schreitet die CPU 33 zu Schritt 307. In Schritt 307 überträgt die CPU 33 das Luft- Kraftstoffverhältnisausgangssignal des Gassensors des zusammengesetzten Typs 26 an den Motorsteuerungsmikrocomputer 31 und beendet diese Routine für den Moment. D.h., daß das laufende Luft- Kraftstoffverhältnisausgangssignal weiterhin kontinuierlich übertragen wird.

Wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis größer als 15,5 ist ("JA" in Schritt 306) geht die CPU 33 zu Schritt 308. In Schritt 308 wird das NOx-Ausgangssignal des Gassensors vom zusammengesetzten Typ 26 auf den Motorsteuerungsmikrocomputer 31 übertragen. In Schritt 309 setzt die CPU 33 das magere Ausgangssignalflag XLEAN auf 1 und beendet diese Routine für den Moment. D.h., daß für die Übertragung von dem laufenden Luft-Kraftstoffverhältnisausgangssignal auf das NOx- Ausgangssignal umgeschaltet wird.

Die Fig. 8A bis 8D sind zeitliche Ablaufdiagramme zur weiteren Erläuterung der Steuerungsvorgänge, die vorstehend beschrieben wurden. Die Kennlinien, die identisch zu denjenigen sind, die in den zeitlichen Ablaufdiagrammen der Fig. 5A bis 5F gezeigt sind, werden von den Fig. 8A bis 8D weggelassen, ebenso wie ihre Beschreibungen.

In den Fig. 8A bis 8D wird eine magere Verbrennungssteuerung bewerkstelligt und das magere Ausgangssignalflag XLEAN wird, bspw. vor der Zeit t21, auf 1 gesetzt. Unter der Magerverbrennungssteuerung wird das NOx-Ausgangssignal von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 auf den Motorsteuerungsmikrocomputer 31 übertragen (Schritt 303 in Fig. 7).

Zur Zeit t21 wird das Steuerungs-Luft-Kraftstoffverhältnis von dem mageren zu einem fetten Verhältnis umgeschaltet. Dies bewirkt, daß das tatsächliche Luft-Kraftstoffverhältnis beginnt, fetter zu werden. Zur Zeit t22, zu der das Luft-Kraftstoffverhältnis kleiner als 14,7 wird, wird das Luft-Kraftstoffverhältnisausgangssignal des Gassensors des zusammengesetzten Typs 26 an den Motorsteuerungsmikrocomputer 31 übertragen (Schritt 304 in Fig. 7).

Ferner wird zur Zeit t22 das magere Ausgangssignalflag XLEAN auf Null zurückgesetzt (Schritt 305 in Fig. 7). Wenn das tatsächliche Luft-Kraftstoffverhältnis zum fetten Verbrennungsbereich wandert, wird das in dem NOx-Katalysator 13 absorbierte NOx reduziert und ausgestoßen. Dementsprechend beginnt die NOx-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des Katalysators abzunehmen.

Zur Zeit t23 wird das Steuerungs-Luft-Kraftstoffverhältnis zurück auf das magere Verhältnis umgeschaltet. Anschließend wird zur Zeit t24 das Luft-Kraftstoffverhältnis höher als 15,5. Nach der Zeit t24 wird das NOx-Ausgangssignal wieder auf den Motorsteuerungsmikrocomputer 31 übertragen (Schritt 308 in Fig. 7). Desweiteren wird zur Zeit t24 das magere Ausgangssignalflag XLEAN auf 1 festgesetzt (Schritt 309 in Fig. 7).

Im zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entsprechen die Schritte 302 und 306 in Fig. 7 der Signalauswahlvorrichtung und die Schritte 303, 304, 307 und 308 entsprechen der Signalausgabevorrichtung.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel führt die Luft- Kraftstoffverhältnis-Steuerungsvorrichtung ähnlich zum ersten Ausführungsbeispiel eine temporäre fette Verbrennung durch, während ein magerer Verbrennungsmodus stattfindet, wodurch die magere und die fette Verbrennung über optimal verteilte Zeiten durchgeführt werden, wobei besonders die Kosten reduziert werden. Wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis infolge des Übergangs vom mageren zum fetten Verbrennungsmodus in das fette Verhältnis umgeschaltet wird, wird desweiteren festgestellt, ob das Luft-Kraftstoffverhältnis in Übereinstimmung mit dem erfaßten Signal von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 auf die fette Seite umgeschaltet wurde. Wenn festgestellt wurde, daß das Luft-Kraftstoffverhältnis auf der fetten Seite liegt, wird anschließend das Luft- Kraftstoffverhältnissignal ausgewählt. Wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis auf die magere Seite zurückgekehrt ist, wird das NOx-Signal ausgewählt. Es wird entweder das NOx-Signal oder das Luft-Kraftstoffverhältnissignal in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das durch das Motorabgasrohr 12 strömt, ausgewählt. Auf diese Art und Weise wird die abwechselnde Umschaltung zwischen dem NOx-Signal und dem Luft- Kraftstoffverhältnissignal zuverlässiger ausgeführt als vorher.

Die Hysterese ist für die zwei Referenzwerte gegeben: ein Wert, durch den festgestellt wird, ob das erfaßte Signal von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 von der mageren Seite zur fetten Seite verschoben wurde, und der andere Wert, durch den festgestellt wird, ob das erfaßte Signal von der fetten zur mageren Seite zurückgekehrt ist. Dementsprechend wird jeglicher Pendelvorgang infolge des Signalumschaltvorgangs verhindert, sogar wenn sich das Luft- Kraftstoffverhältnis über das stöchiometrische Luft- Kraftstoffverhältnis ändert.

(Drittes Ausführungsbeispiel)

Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 9, 10 und 11A bis 11C beschrieben. Das erste und zweite Ausführungsbeispiel, wie sie vorstehend beschrieben wurden, wählt ein Ausgangssignal aus dem Luft-Kraftstoffverhältnisausgangssignal und dem NOx-Ausgangssignal von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 aus und überträgt das ausgewählte Ausgangssignal an den Motorsteuerungsmikrocomputer 31. Im Gegensatz dazu überträgt das dritte Ausführungsbeispiel sowohl das Luft-Kraftstoffverhältnisausgangssignal als auch das NOx- Ausgangssignal des Gassensor vom zusammengesetzten Typ 26 an den Motorsteuerungsmikrocomputer 31. Unter Erhalt dieser zwei Signale wählt der Motorsteuerungsmikrocomputer 31 eines davon zur weiteren Verwendung aus.

Fig. 9 ist eine schematische Ansicht, die die Hauptkomponente eines Luft-Kraftstoffverhältnissteuerungssystems, wie sie das vierte Ausführungsbeispiel dieser Erfindung praktiziert, zeigt. Die übrigen Komponenten, die nicht in Fig. 9 gezeigt sind, sind dieselben wie ihre Gegenstücke in Fig. 1. Wie dargestellt ist, befindet sich der Gassensor vom zusammengesetzten Typ 26 auf der stromabwärtigen Seite des NOx-Katalysators 13. Die Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 32 überträgt sowohl das Luft-Kraftstoffverhältnisausgangssignal als auch das NOx-Ausgangssignal an den Motorsteuerungsmikrocomputer 31.

Fig. 10 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Teil einer Kraftstoffeinspritzsteuerungsroutine zeigt, die durch den Motorsteuerungsmikrocomputer 31 in der ECU 30 ausgeführt wird. Wenn sie ausgeführt wird, ersetzt diese Routine diejenige, die in Fig. 3 gezeigt ist.

In Schritt 401 aus Fig. 10 stellt der Mikrocomputer 30 fest, ob die Magerverbrennungssteuerung derzeit ausgeführt wird. Wenn festgestellt wird, daß die Magerverbrennungssteuerung stattfindet, geht er zu Schritt 402.

In Schritt 402 stellt der Mikrocomputer 31 auf der Grundlage des NOx-Ausgangssignals (Ausgangssignal der Erfassungszelle 55 in Fig. 2) von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 fest, ob die NOx- Konzentration höher als ein vorbestimmter Wert (bspw. 20 ppm) ist. Wenn festgestellt wird, daß die NOx-Konzentration gleich oder niedriger als 20 ppm ist, geht der Mikrocomputer 31 zu Schritt 403. In Schritt 403 wird das Luft-Kraftstoffverhältnis in den mageren Verbrennungsbereich gesteuert. Wenn in Schritt 402 festgestellt wird, daß die NOx-Konzentration größer als 20 ppm ist, geht der Mikrocomputer 31 zu Schritt 404. Im Schritt 404 wird das Luft- Kraftstoffverhältnis in den fetten Verbrennungsbereich gesteuert.

Wenn festgestellt wird, daß die fette Verbrennungssteuerung stattfindet ("NEIN" in Schritt 401) geht der Mikrocomputer 31 zum Schritt 405. In Schritt 405 erhöht der Mikrocomputer 31 einen Zähler zum Zählen der Dauer der fetten Verbrennung um 1. In Schritt 406 wird festgestellt, ob der Zählwert gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert K ist. Wenn festgestellt wird, daß der Zählerwert gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert K ist, geht der Mikrocomputer 31 zu Schritt 407.

In Schritt 407 stellt der Mikrocomputer 31 auf der Grundlage des Luft-Kraftstoffverhältnisausgangssignals (Ausgang der Pumpenzelle 52 in Fig. 2) von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 fest, ob das Luft-Kraftstoffverhältnis kleiner als ein vorbestimmter Wert (bspw. 12) ist. Wenn festgestellt wird, daß das Luft- Kraftstoffverhältnis gleich oder größer als 12 ist, geht der Mikrocomputer 31 zum Schritt 408. In Schritt 408 wird das Luft- Kraftstoffverhältnis in den fetten Verbrennungsbereich gesteuert.

Wenn festgestellt wird, daß das Luft-Kraftstoffverhältnis kleiner als 12 ist, geht der Mikrocomputer 31 zu Schritt 409. In Schritt 409 wird das Luft-Kraftstoffverhältnis in den fetten Verbrennungsbereich gesteuert. In Schritt 410 setzt der Mikrocomputer 31 den Zähler auf Null zurück. Wenn die Feststellung in Schritt 406 negativ ist (d. h. wenn der Zählerwert größer als der vorbestimmte Wert K ist), stellt der Mikrocomputer 31 fest, daß es nicht länger notwendig ist, die fette Verbrennungssteuerung auszuführen und geht zu Schritt 409, um die fette Verbrennungssteuerung zu beenden.

Die Fig. 11A, 11B und 11C sind zeitliche Ablaufdiagramme zur weiteren Erläuterung der Steuerungsoperationen, die vorstehend beschrieben wurden. Die Kennlinien, die identisch zu denjenigen in den zeitlichen Ablaufdiagrammen in den Fig. 5A bis 5F sind, werden von den Fig. 11A bis 11C weggelassen, ebenso wie deren Beschreibungen.

In den Fig. 11A bis 11C ist die NOx-Konzentration gezeigt, die 20 ppm überschreitet, bspw. zu der Zeit t31. An jenem Punkt wird die soweit betriebene Magerverbrennungssteuerung angehalten und durch die fette Verbrennungssteuerung ersetzt (Schritt 404 in Fig. 10). Ferner wird das erfaßte Signal von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 von dem NOx-Ausgangssignal zum Luft- Kraftstoffverhältnisausgangssignal umgeschaltet. Dementsprechend beginnt das tatsächliche Luft-Kraftstoffverhältnis fetter zu werden. Wenn das tatsächliche Luft-Kraftstoffverhältnis zur Zeit t32 den fetten Verbrennungsbereich erreicht, wird das absorbierte NOx in dem NOx-Katalysator 13 reduziert und ausgestoßen und die NOx- Konzentration an der stromabwärtigen Seite des Katalysators beginnt abzunehmen.

Wenn das tatsächliche Luft-Kraftstoffverhältnis zur Zeit t33 niedriger als 12 ist, wird die gerade stattfindende fette Verbrennungssteuerung durch die magere Verbrennungssteuerung ersetzt (Schritt 409 in Fig. 10). Das erfaßte Signal von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 wird ferner von dem Luft- Kraftstoffverhältnisausgang zurück zum NOx-Ausgang umgeschaltet.

Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel entsprechen die Schritte 402 und 407 in Fig. 10 der Feststellungsvorrichtung.

Wie bereits beschrieben, erhält das dritte Ausführungsbeispiel den Motorsteuerungsmikrocomputer 31, um die NOx- und die Luft- Kraftstoffverhältnissignale von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 kontinuierlich zu überwachen. Ein Übergang von der mageren zur fetten Verbrennungssteuerung wird basierend auf dem NOx-Signal festgestellt und ein Übergang von der fetten zur mageren Verbrennungssteuerung wird auf der Basis des Luft- Kraftstoffverhältnissignals festgestellt. Der Aufbau des dritten Ausführungsbeispiels gestattet ein zuverlässiges Umschalten zwischen dem NOx-Signal und dem Luft-Kraftstoffverhältnissignal, die abwechselnd verwendet werden. Dies sorgt wie beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel für eine Luft- Kraftstoffverhältnissteuerungsvorrichtung, die während eines mageren Verbrennungsmodus eine temporäre fette Verbrennung zuläßt, wodurch die magere und die fette Verbrennung über optimal verteilte Zeiten ausgeführt werden, besonders um die Kosten zu reuzieren.

Die vorliegende Erfindung kann ferner in anderen Varianten angewendet werden. Bspw. wurde das erste, zweite und dritte Ausführungsbeispiel gezeigt, das den Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 an der stromabwärtigen Seite des NOx-Katalysators 13 angeordnet hat. Alternativ dazu kann jedes der ersten bis dritten Ausführungsbeispiele den Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 auf der gegenüberliegenden Seite des NOx-Katalysators 13 angeordnet haben. Die erfaßten Signale des Sensors 26 werden für die Luft- Kraftstoffverhältnissteuerung verwendet.

Im zweiten Ausführungsbeispiel wird eine Hysterese zwischen dem Referenzwert, durch den festgestellt wird, ob das erfaßte Signal von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 von der mageren zur fetten Seite verschoben wurde, und dem Referenzwert, durch den festgestellt wird, ob das erfaßte Signal von der fetten zur mageren Seite zurückgekehrt ist, angegeben. Alternativ dazu kann eine solche Hysterese weggelassen werden, so daß die Referenzwerte einander identisch sind. In diesem Fall kann eine Zeitverzögerung bezüglich der Ausgangsumschaltung von der fetten zur mageren Verbrennungssteuerung vorgesehen werden.

Der Aufbau des Gassensors vom zusammengesetzten Typ kann modifiziert werden, wie in Fig. 12 veranschaulicht wird. Ein Gassensor des zusammengesetzten Typs 80 in Fig. 12 hat einen laminierten Aufbau, der ein erstes und ein zweites Festelektrolytsubstrat 81 und 82, eine verteilte Widerstandsschicht 83 und ein Heizgerät 84 aufweist. Ein Heizelement 84a ist in dem Heizgerät 84 eingebettet. Eine Umgebungsluftkammer 85 ist zwischen dem zweiten Festelektrolytsubstrat 82 und dem Heizgerät 84 ausgebildet. Die verteilte Widerstandsschicht 83 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Festelektrolytsubstrat 81 und 82 eingelegt, in die das Abgas von der linken Seite in Fig. 12 eingeführt wird. Stromaufwärts von dem Abgasstrom, der durch dessen Pfad strömt, ist eine Pumpenzelle 88 aus einem Paar Elektroden 86 und 87 aufgebaut. Eine Sensorzelle 91, die aus einem Paar Elektroden 89 und 90 zusammengesetzt ist, ist stromabwärts von dem Abgaspfad vorgesehen.

Wenn das Abgas in der gezeigten Pfeilrichtung in die verteilte Widerstandsschicht 83 eingeführt wird, erfaßt die Pumpenzelle 88 einen Stromwert, der die Sauerstoffkonzentration (Luft- Kraftstoffverhältnis) in dem Abgas darstellt, und die Sensorzelle 91 erfaßt einen Stromwert, der die NOx-Konzentration in dem Abgas bezeichnet, aus dem der Sauerstoff entfernt wurde. In der Sensorzelle 91 wird das NOx in dem Abgas in Stickstoff- und Sauerstoffionen zerlegt, die den Stromwert hervorrufen, der erfaßt werden soll. Wie beschrieben wurde, erlaubt der Gassensor des zusammengesetzten Typs 80 aus Fig. 12 ferner, daß die NOx- Konzentration und das Luft-Kraftstoffverhältnis vom Abgas gleichzeitig erfaßt werden. Deshalb kann der Gassensor vom zusammengesetzten Typ 80 auf jedes der ersten bis dritten Ausführungsbeispiele angewandt werden.

Eine Luft-Kraftstoffverhältnissteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor 1, die einen NOx-Absorptions-Reduktionskatalysator (NOx-Katalysator) 13 aufweist, der in einer Abgasleitung 12 angebracht ist. Stromaufwärts von dem NOx-Katalysator 13 befindet sich ein Gassensor vom zusammengesetzten Typ 26, der ein Luft- Kraftstoffverhältnis und eine NOx-Konzentration erfaßt und die Ergebnisse gleichzeitig abgibt. Ein Motorsteuerungsmikrocomputer 31 in einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 30 bewerkstelligt eine magere Verbrennung auf der mageren Verbrennungsseite des Luft- Kraftstoffverhältnisses während NOx in dem Abgas in dem NOx- Katalysator 13 während der mageren Verbrennung absorbiert wird. Während der mageren Verbrennungssteuerung wird das Luft- Kraftstoffverhältnis zeitweise auf die fette Verbrennungsseite eingestellt, um das von dem NOx-Katalysator 13 absorbierte NOx auszustoßen. Eine CPU 33 wählt in einer Gaskonzentrationserfassungsvorrichtung 32 entweder ein Luft- Kraftstoffverhältnissignal oder ein NOx-Signal von dem Gassensor des zusammengesetzten Typs 26 aus und gibt das ausgewählte Signal an den Motorsteuerungsmikrocomputer 31 als einen Parameter für die Luft- Kraftstoffverhältnissteuerung aus. Dies sorgt für eine Luft- Kraftstoffverhältnissteuerungsvorrichtung, die eine zeitweise fette Verbrennung zuläßt, während ein magerer Verbrennungsmodus ausgeführt wird, wodurch die magere und fette Verbrennung über optimal verteilte Zeiten bei reduzierten Kosten ausgeführt wird.

Claims

1. Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die die folgenden Bauteile aufweist:
einen Abgassensor (26) zum Ausgeben eines ersten Signals, das auf einer NOx-Konzentration in einem Abgas des Motors basiert, und zum Ausgeben eines zweiten Signals, das auf einem Luft- Kraftstoffverhältnis des Abgases basiert;
eine Signalauswahlvorrichtung (33; Schritte 201-203) zur Auswahl von einem Signal aus dem ersten Signal und dem zweiten Signal, das von dem Abgassensor (26) ausgegeben wurde;
eine Signalausgabevorrichtung (33; Schritt 204) zur Ausgabe des einen der ersten und zweiten Signale, das durch die Signalauswahlvorrichtung ausgewählt wurde, als ein Parameter zur Steuerung eines Luft-Kraftstoffverhältnisses des Motors; und
eine Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuerungsvorrichtung (31; Schritt 107, 110) zur Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses gemäß dem einen Signal der ersten und zweiten Signale, das von der Signalausgabevorrichtung ausgegeben wurde.

2. Luft-Kraftstoffverhältnissteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren folgende Bauteile aufweist:
eine Ausgangssignalanforderungsvorrichtung (31; Schritte 106, 109) zur Anforderung eines Ausgangssignals des ersten Signals, wenn sich der Verbrennungsmotor im Magerverbrennungsbetrieb befindet, und zur Anforderung eines Ausgangssignals des zweiten Signals, wenn sich der Verbrennungsmotor im fetten Verbrennungsbetrieb befindet, wobei
die Signalauswahlvorrichtung (33) eines der ersten und zweiten Signale, die von dem Abgassensor (26) ausgegeben wurden, in Abhängigkeit von der Ausgangssignalanforderung durch die Ausgangssignalanforderungsvorrichtung (31) auswählt.

3. Luft-Kraftstoffverhältnissteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalauswahlvorrichtung (33) das erste Signal auswählt, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis größer als ein vorbestimmter Wert ist, und die das zweite Signal auswählt, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist.

4. Luft-Kraftstoffverhältnissteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalauswahlvorrichtung (33) eines der ersten und zweiten Signale in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Hysteresekennlinie auswählt.

5. Luft-Kraftstoffverhältnissteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren folgende Bauteile aufweist:
eine Übergangserfassungsvorrichtung (33; 301, 302, 306) zur kontinuierlichen Überwachung der ersten und zweiten Signale von dem Abgassensor und zur Erfassung eines Übergangs des Luft- Kraftstoffverhältnisses von einem mageren Verbrennungsbereich zu einem fetten Verbrennungsbereich, der fetter als ein vorbestimmter Wert ist, basierend auf dem ersten Signal, und zur Erfassung eines Übergangs des Luft-Kraftstoffverhältnisses von dem fetten Verbrennungsbereich zum mageren Verbrennungsbereich, basierend auf dem zweiten Signal, wobei
die Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuerungsvorrichtung das Luft- Kraftstoffverhältnis unter Verwendung eines Signals der ersten und zweiten Signale, basierend auf einem Erfassungsergebnis, das durch die Übergangserfassungsvorrichtung erfaßt wurde, steuert.

6. Luft-Kraftstoffverhältnissteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft-Kraftstoffverhältnis- Steuerungsvorrichtung folgende Bauteile enthält:
eine Mager-Steuerungsvorrichtung (107, 403, 409) zum Aufrechterhalten des Luft-Kraftstoffverhältnisses unter einer mageren Verbrennungssteuerung; und
eine Fett-Steuerungsvorrichtung (110, 404, 408) zum Aufrechterhalten des Luft-Kraftstoffverhältnisses unter einer fetten Verbrennungssteuerung, um das von einem NOx-Katalysator (13) absorbierte NOx auszustoßen, während die magere Verbrennungssteuerung ausgeführt wird.

7. Luft-Kraftstoffverhältnissteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuerungsvorrichtung eine absorbierte NOx-Menge in dem NOx-Katalysator (13) abschätzt, während das Luft- Kraftstoffverhältnis durch die Mager-Steuerungsvorrichtung unter einer mageren Verbrennungssteuerung gesteuert wird, und wobei die Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuerungsvorrichtung eine Kraftstoffeinspritzmenge steuert, während das Luft- Kraftstoffverhältnis einer fetten Verbrennungssteuerung durch die Fett-Steuerungsvorrichtung unterliegt, wobei in Übereinstimmung mit der absorbierten NOx-Menge, die während der mageren Verbrennungssteuerung abgeschätzt wird, ein fettes Luft- Kraftstoffverhältnis hergestellt wird.

8. Luft-Kraftstoffverhältnissteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgassensor ein Gassensor vom zusammengesetzten Typ (26) ist, der als erstes Signal ein Signal abgibt, das der NOx-Konzentration in dem Abgas entspricht, und der als das zweite Signal ein Signal abgibt, das einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas entspricht.