DE19918875A1 - Luftkraftstoffverhältnisregelsystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Luftkraftstoffverhältnisregelsystem für eine Brennkraftmaschine

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Abstract

Ein 3-Wege-Katalysator (13) und ein NOx Katalysator (14) sind in Reihe in einer Motorabgasleitung (12) angeordnet. Ein Luftkraftstoffsensor (26) ist stromaufwärts von dem 3-Wege-Katalysator angeordnet. Eine CPU (31) in einer ECU (30) führt normalerweise eine Magerbrennregelung in einem Bereich durch, wobei sich das Luftkraftstoffverhältnis auf der mageren Luftkraftstoffverhältnisseite befindet, und zur zeitweilig eine Fettbrennregelung. Der NOx Katalysator (14) absorbiert NOx in dem Abgas und gibt die absorbierten NOx bei der Fettbrennregelung ab. Die CPU (31) erfaßt den Grad der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators (13) und regelt das Luftkraftstoffverhältnis fett auf der Grundlage des Grads der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators (13). Eine Referenzfettbrennmenge ist eingerichtet auf der Grundlage des Grads der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators (13), ein Fettbrennmengenintegralwert bei der Fettbrennregelung wird berechnet als ein Ausgang des Luftkraftstoffsensors (26) und die Fettbrennregelung wird beendet, wenn der Fettbrennmengenintegralwert die Referenzfettbrennmenge erreicht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Luftkraftstoffverhältnisregelsystem für eine Brennkraftmaschine zum Ermöglichen der Durchführung einer mageren Luftkraftstoffverhältnisverbrennung bei einem Luft-Kraftstoffverhältnis, das sich auf der mageren Luftkraftstoffverhältnisseite befindet. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Luftkraftstoffverhältnisregelsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator für die Reduktion von Stickoxiden (NOx) in Abgasen, die bei der Magergemischverbrennung freigegeben werden.
Bei einem Luftkraftstoffverhältnisregelsystem für eine Brennkraftmaschine wird in den letzten Jahren eine Technik immer mehr verwendet zum Durchführen einer mageren Luftkraftstoffgemischverbrennungsregelung (magere Brennregelung) zum Verbrennen von Kraftstoff auf der mageren Luftkraftstoffverhältnisseite gegenüber dem stöchiometrischen Verhältnis, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern. Beim Ausführen einer mageren Verbrennung umfassen die Abgase, die von der Brennkraftmaschine abgegeben werden, eine große Menge an NOx, so daß ein NOx-Katalysator für die Reduktion von NOx notwendig ist.
Beispielsweise offenbart das japanische Patent Nr. 2600492 ein NOx-Absorptionsmittel (NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator) und ein Abgasreinigungsgerät mit dem NOx-Absorptionsmittel. Das NOx-Absorptionsmittel absorbiert NOx, wenn sich das aus der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas erfaßte Luftkraftstoffverhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches auf der mageren Luftkraftstoffverhältnisseite befindet und gibt absorbierte NOx frei, wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases gesenkt ist, d. h. wenn das Luftkraftstoffverhältnis sich auf der kraftstoff-fetten Seite befindet. Dieses Gerät hat eine Bauweise, daß ein 3-Wege-Katalysator stromaufwärts eines Motorabgaspfades angeordnet ist, und ein NOx-Katalysator stromabwärts vorgesehen ist.
Bei einem System für die Absorption von NOx, die bei der mageren Verbrennung erzeugt werden, durch einen NOx-Katalysator erreicht die NOx-Reduktionsfähigkeit ihre Grenze, wenn der NOx-Katalysator mit NOx gesättigt ist. Eine Technik zum Ermöglichen der fetten Verbrennung ist bekannt, um zeitweilig durchgeführt zu werden, um die Emission von NOx zu unterdrücken durch Wiederherstellen der Reduktionsfähigkeit des NOx-Katalysators. Beispielsweise offenbart das Dokument JP-A-8-261041 ein Gerät zum Erfassen des Grads der Verschlechterung des NOx-Katalysators (NOx-Absorptionsmittel) und Erhöhen der fetten Luftkraftstoffgemischverbrennungszeit (fette Verbrennung) in Übereinstimmung mit dem erfaßten Grad der Verschlechterung des NOx-Katalysators.
Da bei dem System, bei dem der 3-Wege-Katalysator stromaufwärts des Motorabgaspfades angeordnet ist und der NOx-Katalysator stromabwärts angeordnet ist, Sauerstoff und fette Bestandteile zeitweilig in dem 3-Wege-Katalysator gespeichert werden, ändern sich die Abgasbestandteile, die zu dem stromabwärtigen NOx-Katalysator zugeführt werden. Selbst wenn insbesondere die magere Verbrennung zu der fetten Verbrennung umgeschaltet wird, um die in dem NOx-Katalysator absorbierten NOx zu reduzieren und freizugeben, ändert sich das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf der stromabwärtigen Seite des 3-Wege-Katalysators (das Luftkraftstoffverhältnis des zu dem NOx-Katalysator zugeführten Abgases) nicht sofort von der mageren Luftkraftstoffverhältnisseite zu der fetten Luftkraftstoffverhältnisseite. Nach Vollendung der Reaktion mit dem in dem 3-Wege-Katalysator gespeicherten Sauerstoff ändert sich das Luftkraftstoffverhältnis zu der fetten Luftkraftstoffverhältnisseite. Um die in dem NOx-Katalysator absorbierten NOx zu reduzieren und freizugeben, ist deshalb die Zeit für die fette Verbrennung eingerichtet auf der Grundlage der Reaktionszeit mit dem gespeicherten Sauerstoff.
Wenn beispielsweise ein neuer 3-Wege-Katalysator und ein verschlechterter 3-Wege-Katalysator miteinander verglichen werden, hat der neue Katalysator eine höhere Sauerstoffspeicherfähigkeit und speichert eine relativ große Menge an Sauerstoff bei einer mageren Verbrennung. D. h., daß die Sauerstoffspeicherfähigkeit sinkt, wenn die Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators fortschreitet. Wenn eine ähnliche fette Verbrennungsregelung mit einem neuen 3-Wege-Katalysator und einem verschlechterten 3-Wege-Katalysator ausgeführt wird, werden die fetten Bestandteile (HC und CO), die auf die NOx-Katalysatorseite zugeführt werden, übermäßig bei der Verwendung des verschlechterten Katalysators. Somit ist es wahrscheinlich, daß die fetten Bestandteile ohne reduziert zu werden abgegeben werden. Das wird kurz beschrieben unter Bezugnahme auf Fig. 14, die einen Übergang des Luft-Kraft­ stoffverhältnisses und der Abgasbestandteile zeigt, wenn sich der 3-Wege-Katalysator verschlechtert.
In Fig. 14 wird das Luftkraftstoffverhältnis von der mageren Luftkraftstoffverhältnisseite (M) zu der fetten Luftkraftstoffverhältnisseite (F) zum Zeitpunkt t31 umgeschaltet, und die Luftkraftstoffverhältnisse stromaufwärts und stromabwärts des 3-Wege-Katalysators verschieben sich zu der fetten Luftkraftstoffverhältnisseite. Zum Zeitpunkt t31 erreichen die Luftkraftstoffverhältnisse stromaufwärts und stromabwärts des 3-Wege-Katalysators das stöchiometrische Verhältnis (λ = 1). Wenn der 3-Wege-Katalysator eine Sauerstoffspeicherfähigkeit hat, die äquivalent der eines neuen Katalysators ist, wird das Luftkraftstoffverhältnis stromabwärts des 3-Wege-Katalysators natürlich bei dem stöchiometrischen Verhältnis gehalten für eine vorgegebene Zeit (Reaktionszeit mit dem gespeicherten Sauerstoff). Da sich der 3-Wege-Katalysator verschlechtert und die gespeicherte Sauerstoffmenge klein ist, verschiebt sich das Luftkraftstoffverhältnis zu der fetten Luftkraftstoffverhältnisseite zum Zeitpunkt t33 unmittelbar danach. Ab dem Zeitpunkt t33 werden die fetten Bestandteile zu der NOx-Katalysatorseite zugeführt, so daß die absorbierten NOx in dem Katalysator reduziert und freigegeben werden. Danach kehrt das Luftkraftstoffverhältnis zum Zeitpunkt t34 zu dem ursprünglichen mageren Zustand zurück.
Dabei wird die Periode (fette Verbrennungszeit vom Zeitpunkt t31 zum Zeitpunkt t34), während der das Luftkraftstoffverhältnis so geregelt wird, daß es sich auf der fetten Luftkraftstoffverhältnisseite befindet, voreingestellt angesichts der gespeicherten Sauerstoffmenge des 3-Wege-Katalysators unter Verwendung eines neuen 3-Wege-Katalysators als eine Referenz. Wenn sich jedoch der 3-Wege-Katalysator wie vorstehend erwähnt verschlechtert, vermindert sich die gespeicherte Sauerstoffmenge mehr als erwartet und die dem NOx-Katalysator zugeführten fetten Bestandteile werden übermäßig um eine Menge in Übereinstimmung mit der Abnahme. Folglich werden die fetten Bestandteile auch nach Vollendung der Reduktion der absorbierten NOx zugeführt und die Abgasbestandteile, wie beispielsweise HC und CO, werden ohne eine Reduktion freigegeben.
Wenn andererseits die fette Verbrennungszeit eingerichtet wird unter Verwendung des verschlechterten 3-Wege-Katalysators als eine Referenz werden die für die Reduktion und Freigabe der absorbierten NOx notwendigen fetten Bestandteile bei der Verwendung eines neuen 3-Wege-Katalysators knapp, und es ist wahrscheinlich, daß NOx ohne eine Reinigung abgegeben wird.
Die Verschlechterung des NOx-Katalysators und die des 3-Wege-Katalysators sind unterschiedlich in ihrer Ursache und der Geschwindigkeit. Es wird angenommen, daß sich der NOx-Katalysator hauptsächlich durch die Bildung von Sulfat BaSO4 verschlechtert, während sich im Gegensatz der 3-Wege-Katalysator hauptsächlich durch Wärme verschlechtert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Luftkraftstoffverhältnisregelsystems für eine Brennkraftmaschine, das Abgas reinigen kann unabhängig von einem Verschlechterungszustand eines Katalysators, der auf der stromaufwärtigen Seite eines NOx-Katalysators positioniert ist.
Erfindungsgemäß hat ein Luftkraftstoffverhältnisregelsystem einen stromaufwärtigen Katalysator, der stromaufwärts eines Motorabgaspfads vorgesehen ist und zumindest eine oxidierende Wirkung hat, und eine stromabwärtigen Katalysator, der stromabwärts des Motorabgaspfads vorgesehen ist und eine NOx-Absorptions- und Reduktionswirkung hat. Das System ist so gestaltet, um eine magere Luftkraftstoffgemischverbrennung bei einem Bereich durchzuführen, wobei sich das Luftkraftstoffverhältnis auf der mageren Luftkraftstoffverhältnisseite befindet. Der stromabwärtige Katalysator absorbiert NOx in dem Abgas, das abgegeben wird bei der mageren Verbrennung und gibt das absorbierte NOx ab, wenn das Luftkraftstoffverhältnis des Gemisches zeitweilig bei der fetten Seite geregelt wird. Das System erfaßt den Grad der Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators, und die fette Luftkraftstoffgemischverbrennung (fette Verbrennung) wird geregelt auf der Grundlage des erfaßten Grads der Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators.
Der stromaufwärtige Katalysator kann ein 3-Wege-Katalysator sein, ein Oxidationskatalysator oder dergleichen, der eine Sauerstoffspeicherfähigkeit hat. Die Sauerstoffspeichermenge ändert sich gemäß dem Grad der Verschlechterung des Katalysators. Wenn sich dabei der stromaufwärtige Katalysator verschlechtert, nimmt die Sauerstoffspeicherfähigkeit ab. Wenn sich das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases stromaufwärts des stromaufwärtigen Katalysators ändert, ändert sich das Luftkraftstoffverhältnis stromabwärts des Katalysators unmittelbar. Der Grad der Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators wird erfaßt, und die fette Verbrennungsregelung wird geändert gemäß dem Grad der Verschlechterung. Folglich ist es weniger wahrscheinlich, daß eine große Menge an HC und CO abgegeben werden, da die übermäßigen fetten Bestandteile (HC, CO, H2 und dergleichen) zugeführt werden, wenn sich der stromaufwärtige Katalysator verschlechtert.
Somit können die Abgase immer gereinigt werden unabhängig von dem Verschlechterungszustand des Katalysators, der auf der stromaufwärtigen Seite des NOx-Katalysators positioniert ist. Des weiteren ist diese Regelung auch wirksam, wenn die Sauerstoffspeicherfähigkeit des 3-Wege-Katalysators sich ändert von Katalysator zu Katalysator und sich ändert in Abhängigkeit von der Katalysatorbetriebstemperatur.
Vorzugsweise wird eine Referenzfettbrennmenge bei der Fettbrennregelung ermittelt auf der Grundlage des Grads der Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators, und die Fettbrennregelung wird durchgeführt in Übereinstimmung mit der Referenzfettbrennmenge. Insbesondere wird ein Fettbrennmengenintegrationswert berechnet bei der Fettbrennregelung, und der berechnete Fettbrennmengenintegrationswert wird verglichen mit der Referenzfettbrennmenge. Die Fettbrennregelung ist beendet, wenn der Fettbrennmengenintegrationswert die Referenzfettbrennmenge erreicht.
Die Fettbrennregelung wird nur um eine Menge ausgeführt in Übereinstimmung mit der Referenzfettbrennmenge gemäß dem Grad der Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators. Somit kann eine ausreichende Fettbrennregelung durchgeführt werden, selbst wenn sich der Katalysator verschlechtert.
Je höher der Grad der Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators ist, um so kleiner ist der Wert der eingerichteten Referenzfettbrennmenge. D. h., daß die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators abnimmt, wenn die Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators fortschreitet. Folglich nehmen die fetten Bestandteile, die mit dem in dem stromaufwärtigen Katalysator gespeicherten Sauerstoff reagieren, bei der Fettbrennregelung um so mehr ab, je höher der Grad der Verschlechterung des Katalysators ist. Die Fettbrennzeit wird gekürzt um einen Betrag in Übereinstimmung mit der Abnahme.
Vorzugsweise wird eine Menge der Gasbestandteile berechnet, die in dem Katalysator nicht behandelt werden für eine Zeitperiode von dem Start der Brennkraftmaschine bis der stromaufwärtige Katalysator eine vorgegebene Temperatur erreicht, und der Grad der Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators wird ermittelt auf der Grundlage der berechneten Menge der behandelten Gasbestandteile.
Insbesondere bei dem Vergleich des stromaufwärtigen Katalysators vor der Verschlechterung (wenn er neu ist) und dem nach der Verschlechterung sind die Mengen der Gasbestandteile unterschiedlich, die in dem Katalysator nicht behandelt werden (unbehandelte Gasbestandteilmenge). Deshalb wird beispielsweise die unbehandelte Gasbestandteilmenge berechnet für eine Zeitperiode von dem Start des Motors bis der Katalysator aufgewärmt ist, und die Verschlechterung des Katalysators ist mangelhaft auf der Grundlage der unbehandelten Gasbestandteilmenge. Folglich kann die Katalysatorverschlechterungserfassung, bei der eine Erhöhung der Emission vor dem Aktivwerden des Katalysators betrachtet wird, mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden. Das Verhältnis der Reinigung unterscheidet sich stark gemäß dem Grad der Verschlechterung des Katalysators bevor der Katalysator aufgewärmt ist, um die Katalysatorverschlechterung genau zu erfassen.
Dabei wird vorzugsweise ein Integralwert eines Änderungsbetrags des Luft-Kraftstoffverhältnisses nach jeder vorgegebenen Zeit erhalten nachdem das Abgas durch den stromaufwärtigen Katalysator durchtritt als eine unbehandelte Gasbestandteilmenge und ein höherer Grad der Verschlechterung erfaßt wird, wenn die unbehandelte Gasbestandteilmenge ansteigt.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Bei den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines gesamten Luftkraftstoffverhältnisregelsystems für einen Motor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine Ablaufdiagramm einer Luftkraftstoffverhältnisregelroutine;
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm einer Soll-Luft­ kraftstoffverhältniseinrichtroutine;
Fig. 4 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Grad der Verschlechterung eines 3-Wege-Katalysators und eines Referenzfettbrennbereichs;
Fig. 5 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Durchsatz des Abgases und einem Korrekturfaktor des Abgasdurchsatzes;
Fig. 6 ein Ablaufdiagramm einer 3-Wege-Katalysator­ verschlechterungserfassungsroutine;
Fig. 7 ein Diagramm zum Ermitteln des Grads der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators auf der Grundlage eines Integralwert einer Spannungsabweichung;
Fig. 8 ein Zeitdiagramm eines Betriebs des Ausführungsbeispiels;
Fig. 9 ein Blockschaltbild der allgemeinen Skizze eines Regelsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 10 ein Ablaufdiagramm einer Routine zum Erfassen der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators bei dem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 11 ein Ablaufdiagramm einer Katalysatortemperaturschätzroutine;
Fig. 12 ein Diagramm der Beziehung zwischen Daten EV, die eine Menge der unbehandelten Gasbestandteile reflektieren, und Daten der Änderung der Gasbestandteile, die durch den Katalysator strömen;
Fig. 13 ein Diagramm zum Ermitteln des Grads der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators; und
Fig. 14 zeigt ein Zeitdiagramm des Übergangs eines Luft-Kraft­ stoffverhältnisses und Abgasbestandteilen bei einem herkömmlichen System.
Ein Brennkraftmaschine 1 in Fig. 1 ist eine fremdgezündete Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine. Ansaugluft tritt von der stromaufwärtigen Seite durch einen Luftreiniger 2 durch, eine Ansaugleitung 3, eine Drosselklappe 4, einen Windkessel 5 und einen Ansaugkrümmer 6 und wird mit Kraftstoff gemischt, der von Kraftstoffeinspritzventilen 7 in die jeweiligen Zylinder des Ansaugkrümmers 6 eingespritzt wird. Das Luftkraftstoffgemisch wird zugeführt mit einem vorgegebenen Luftkraftstoffverhältnis zu den jeweiligen Zylindern.
Eine von einem Zündschaltkreis 9 zugeführte Hochspannung wird verteilt über einen Verteiler 10 auf eine Zündkerze 8, die für jeden Zylinder in dem Motor 1 vorgesehen ist, die Zündkerze 8 zündet das Gemisch von jedem Zylinder bei einem vorgegebenen Zeitgebung. Abgase, die von jedem Zylinder nach der Verbrennung des Gemisches abgegeben werden, treten durch einen Abgaskrümmer 11, eine Abgasleitung 12, einen 3-Wege-Katalysator durch zum Behandeln der 3 Bestandteile HC, CO und NOx in den Abgasen, und einen NOx-Katalysator 14 zum Behandeln von NOx in dem Abgas und werden zu der Atmosphäre freigegeben.
Der NOx-Katalysator 14 absorbiert NOx während der Luftkraftstoffgemischverbrennung mit einem mageren Luftkraftstoffverhältnis, reduziert die absorbierten NOx mit fetten Bestandteilen (wie beispielsweise Co und HC) während einer Luftkraftstoffgemischverbrennung mit einem fetten Luftkraftstoffverhältnis und gibt die resultierenden Gase frei. Der 3-Wege-Katalysator 13 hat eine kleinere Kapazität als der NOx-Katalysator 14 und wirkt als ein Startkatalysator, der aktiviert wird bei einem frühen Stadium nach einem Kaltstart des Motors 1, um schädliche Gase zu reduzieren.
Die Ansaugleitung 3 ist mit einem Ansaugtemperatursensor 21 und einem Ansaugdrucksensor 22 versehen. Der Ansaugtemperatursensor 21 nimmt die Temperatur einer Ansaugluft wahr, (Ansauglufttemperatur Tam) und der Ansaugdrucksensor 22 nimmt einen Unterdruck in der Ansaugleitung (Ansaugluftdruck PM) stromabwärts der Drosselklappe 4 wahr. Die Drosselklappe 4 ist mit einem Drosselsensor 23 versehen zum Wahrnehmen des Öffnungswinkels der Drosselklappe 4 (Drosselwinkel TH). Der Drosselsensor 23 erzeugt ein analoges Signal gemäß dem Drosselwinkel TH. Der Drosselsensor 23 hat im Inneren einen Leerlaufschalter und erzeugt ein Sensorsignal, das anzeigt, daß die Drosselklappe 4 im wesentlichen geschlossen ist.
Ein Zylinderblock des Motors 1 ist mit einem Wasserkühlmitteltemperatursensor 24 versehen. Der Temperatursensor 24 nimmt die Temperatur des Kühlwassers wahr (Kühlwassertemperatur Thw), das in dem Motor 1 zirkuliert. Der Verteiler 10 ist mit einem Drehzahlsensor 25 versehen zum Wahrnehmen der Drehzahl des Motors 1 (Motordrehzahl Ne). Der Drehzahlsensor 25 erzeugt 24 Impulssignale in gleichmäßigen Intervallen alle zwei Umdrehungen des Motors 1, d. h. alle 720° KW.
Des weiteren ist ein strombegrenzender Luftkraftstoffsensor 26 stromaufwärts des 3-Wege-Katalysators 13 in der Abgasleitung 12 vorgesehen. Der Sensor 26 erzeugt ein Luftkraftstoffverhältnissignal (AFm), das linear ist über einen breiten Luftkraftstoffverhältnisbereich und proportional ist zu der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen, die von dem Motor 1 abgegeben werden (oder Konzentration der CO in den unverbrannten Gasen). Ein Sauerstoffsensor 27 ist an der stromabwärtigen Seite des NOx-Katalysators 14 vorgesehen. Der Sensor 27 erzeugt ein elektromotorisches Kraftsignal (VS), das sich ändert gemäß dem Luftkraftstoffverhältnis (fett oder mager) der Abgase.
Eine ECU 30 (Electonic Control Unit = elektronische Regeleinheit) ist als eine logische Betriebseinheit aufgebaut mit den Hauptbestandteilen einer CPU 31 (Central Processing Unit = zentrale Verarbeitungseinheit), einem ROM 32 (Read Only Memory = nur Lesespeicher), einem RAM 33 (Random Excess Memory = flüchtiger Zugriffspeicher) und einem Sicherungs-RAM 34, die mit einem Eingangsanschluss 35 verbunden sind zum Aufnehmen von Sensorsignalen von den Sensoren und einem Ausgangsanschluss 36 zum Abgeben von Steuersignalen zu den Stellgliedern (Kraftstoffeinspritzventil 7 und Zündschaltkreis 9) und dergleichen über einen Bus 37. Die ECU 30 empfängt Sensorsignale (Ansauglufttemperatur Tam, Ansaugluftdruck PM, Drosselwinkel TH, Kühlwassertemperatur Thw, Motordrehzahl Ne, Luftkraftstoffverhältnissignal Afm und dergleichen) von verschiedenen Sensoren über den Eingangsanschluss 35. Die ECU 30 erzeugt Regelsignale, wie eine Kraftstoffeinspritzmenge TAU und eine Zündzeitgebung Ig auf der Grundlage der empfangenen Werte und gibt die Steuersignale zu dem Kraftstoffeinspritzventil 7, den Zündschaltkreisen 9 und dergleichen ab über den Ausgangsanschluss 36.
Bei dem System wird das Luftkraftstoffverhältnis im geschlossenen Regelkreis bei dem mageren Luftkraftstoffverhältnisbereich geregelt in Relation zu dem stöchiometrischen Verhältnis, und die fette Luftkraftstoffgemischverbrennregelung (fette Brennregelung) wird zeitweilig durchgeführt während der mageren Luftkraftstoffgemischregelung (magere Brennregelung). Bei diesem Ausführungsbeispiel wird insbesondere zusätzlich zu einer "Hauptrückführregelung" auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses des Luftkraftstoffsensors 26 stromaufwärts des 3-Wege-Katalysators 13 eine "Nebenrückführregelung" auf der Grundlage einer Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors 27 stromabwärts des NOx-Katalysators 14 ausgeführt.
Insbesondere wird bei der Hauptrückführregelung ein Rückführprozess durchgeführt in Übereinstimmung mit einer PI-Regelprozedur gemäß der Abweichung zwischen dem Sensorausgang (Ist-Luftkraftstoffverhältnis) AFm des Luftkraftstoffsensors 26 und einem Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis MAF. Um bei der Nebenrückführregelung die Ausgangsspannung (Ist-Spannung) Vs des Sauerstoffsensors 27 rückzuführen, um eine vorgegebene Soll-Spannung MVs zu sein (beispielsweise ein Wert in Übereinstimmung mit dem stöchiometrischen Verhältnis), wird das Soll-Luftkraftstoffverhältnis MAF der Hauptrückführregelung korrigiert auf der Grundlage eines Integralwerts einer Abweichung zwischen der Ist-Spannung Vs und der Soll-Spannung MVs.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, die eine durch die CPU 31 ausgeführte Luftkraftstoffverhältnisregelroutine zeigt, wird die Routine bei jeder Kraftstoffeinspritzung von jedem Zylinder ausgeführt (alle 180° KW).
Zunächst ermittelt die CPU 31 beim Schritt 101, ob die Luftkraftstoffverhältnisrückführausführbedingungen erfüllt sind oder nicht. Wenn die Bedingungen nicht erfüllt sind, regelt die CPU 31 das Luftkraftstoffverhältnis beim Schritt 102 im offenen Regelkreis und beendet die Routine sofort. Die Luftkraftstoffverhältnisrückführausführbedingungen umfassen das folgende:
die Motorkühlwassertemperatur Thw ist gleich oder höher als eine vorgegebene Temperatur;
der Luftkraftstoffsensor 26 und der Sauerstoffsensor 27 sind ausreichend aktiviert; und
der Motor befindet sich nicht bei einem Hochdrehzahl- und Hochlastzustand.
Wenn alle diese Bedingungen erfüllt sind, sind die Luftkraftstoffverhältnisrückführausführbedingungen erfüllt. Wenn die Rückführausführbedingungen erfüllt sind, schreitet die CPU 31 zu den Prozessen von Schritt 103 und den folgenden Schritten fort.
Die CPU 31 richtet eine Soll-Spannung MVs für die Nebenrückführregelung beim Schritt 103 ein. Die Soll-Spannung MVs ist eine Soll-Wert des Ausgangs des Sauerstoffsensors 27 stromabwärts des NOx-Katalysators 14, die berechnet wird aus einem (nicht gezeigten) zweidimensionalem Kennfeld, das voreingestellt ist gemäß der Motordrehzahl Ne und dem Ansaugluftdruck PM. Dabei ist die Soll-Spannung MVs um so höher, je höher beispielsweise die Drehzahl Ne ist.
Beim Schritt 104 berechnet die CPU 31 eine Spannungsabweichung ΔVs zwischen der Ausgangsspannung (Ist-Spannung Vs) des Sauerstoffsensors 27 und der Soll-Spannung MVs (ΔVs = Vs - MVs). Beim Schritt 105 berechnet die CPU 31 den Integralwert VsSUM(i) der Spannungsabweichung ΔVs durch die folgende Gleichung.
VsSUM(i) = VsSUM(i-1) + ΔVs
wobei das Hauptzeichen "i" den Wert bei diesem Mal bezeichnet und "i-1" den Wert beim vorangegangen Mal bezeichnet.
Beim Schritt 106 berechnet die CPU 31 einen Nebenrückführkorrekturbetrag ΔVs durch die folgende Gleichung unter Verwendung der berechneten Spannungsabweichung ΔVs und des Integralwerts VsSUM(i).
ΔFs = KPs.ΔVs + Kis.VsSUM(i)
wobei KPs einen Proportionalkoeffizienten bezeichnet und KIs bezeichnet einen Integralkoeffizienten.
Beim Schritt 107 wandelt die CPU 31 des weiteren den berechneten Nebenrückführkorrekturbetrag ΔFs in einen Korrekturbetrag ΔMAF um für die Korrektur des Soll-Luft­ kraftstoffverhältnisses MAF der Hauptrückführregelung. Wenn beispielsweise der Nebenrückführkorrekturbetrag ΔFs sich auf der fetten Luftkraftstoffverhältnisseite befindet (bei ΔFs < 0), wird der Korrekturbetrag ΔMAF berechnet als ein Betrag der Korrektur des Soll-Luftkraftstoffverhältnisses MAF der Hauptrückführregelung zu der mageren Luftkraftstoffverhältnisseite (ΔMAF < 0). Wenn im Gegensatz hierzu der Nebenrückführkorrekturbetrag ΔFs sich auf der mageren Luftkraftstoffverhältnisseite befindet (bei ΔFs ≧ 0), wird der Korrekturbetrag ΔMAF berechnet als ein Betrag der Korrektur des Soll-Luftkraftstoffverhältnisses MAF der Hauptrückführregelung zu der fetten Luftkraftstoffverhältnisseite (ΔMAF ≦ 0).
Beim Schritt 200 richtet die CPU 31 das Soll-Luft-Kraft­ stoffverhältnis MAF der Hauptrückführregelung ein. Das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis MAF ist so eingerichtet, daß die fette Brennregelung durchgeführt wird zeitweilig während der mageren Brennregelung in Übereinstimmung mit der Routine von Fig. 3, die nachfolgend beschrieben wird.
Danach korrigiert die CPU 31 beim Schritt 108 das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis MAF der Hauptrückführregelung unter Verwendung des berechneten Soll-Luft­ kraftstoffverhältniskorrekturbetrags ΔMAF, wodurch ein neues Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis MAFm berechnet wird (MAFm = MAF + ΔMAF). Beim Schritt 109 berechnet die CPU 31 eine Abweichung AFm zwischen dem Ausgang AFm des Luftkraftstoffsensors 26 stromaufwärts des 3-Wege-Katalysators 13 und dem Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis MAFm (ΔAFm = MAEm - AFm). Beim Schritt 110 berechnet die CPU 31 einen Integralwert AFmSUM der Abweichung ΔAFm durch die folgende Gleichung.
AfmSUM(i) = AFmSUM(i-1) + ΔAfm.
Danach berechnet die CPU 31 den Korrekturbetrag ΔFm der Hauptrückführregelung durch die folgende Gleichung unter Verwendung der Abweichung ΔAFm des berechneten Soll-Luft­ kraftstoffverhältnisses MAFm und seines Integralwerts AFmSUM.
ΔFm = KPm.ΔAFm + Kim.AFmSUM(i)
wobei KPm ein Proportionalkoeffizienten bezeichnet und Kim bezeichnet eine Integralkoeffizienten.
Schließlich berechnet die CPU 31 beim Schritt 112 die Kraftstoffeinspritzmenge TAU durch die folgende Gleichung unter Verwendung einer Grundeinspritzmenge Tp, die aus der Motordrehzahl Ne und dem Anzahlluftdruck PM berechnet wird, eines Korrekturfaktors FALL durch die Ansauglufttemperatur oder dergleichen und der berechneten Korrekturmenge ΔFm der Hauptrückführregelung und beendet die Routine.
TAU = Tp.FALL.ΔFm.
Der Korrekturfaktor FALL umfaßt Korrekturfaktoren der Kühlwassertemperatur Thw, EGR und dergleichen. Vorzugsweise wird eine Krümmerfeuchte-Menge als ein Korrekturwert bei dem Übergang addiert, um den TAU-Wert zu berechnen.
Die Prozedur des Einrichtens des Soll-Luft­ kraftstoffverhältnisses MAF, die beim Schritt 200 ausgeführt wird, wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. In Fig. 3 ermittelt die CPU 31 beim Schritt 201, ob eine Fettbrennregelmarke XREX, die den Ausführzustand der Fettbrennregelung anzeigt, "0" ist oder nicht. Dabei zeigt XREX = 0 an, daß die Fettbrennregelung nicht ausgeführt wird, d. h., daß die magere Brennregelung ausgeführt wird. XREX = 1 zeigt, daß die Fettbrennregelung ausgeführt wird. Wenn der Zündschalter eingeschaltet ist (Stromzufuhr ist eingeschaltet), wird die Marke XREX gelöscht auf "0" durch einen Intitialisierprozess.
Bei XREX = 0 schreitet die CPU 31 zum Schritt 202 fort und ermittelt, ob der Wert eines Magerbrennzählers, der die Anzahl der Verbrennungen bei einem mageren Luftkraftstoffverhältnis anzeigt, kleiner ist als ein vorgegebener Wert α oder nicht. Es ist ausreichend, den vorgegebenen Wert auf "beispielsweise ungefähr 100" einzurichten. Wenn der Magerbrennzähler einen Wert kleiner als α zeigt (JA beim Schritt 202), richtet die CPU 31 "1,5" auf das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis MAF beim Schritt 203 ein, zählt den Magerbrennzähler um "1" beim Schritt 204 hoch und kehrt zu der ursprünglichen Routine der Fig. 2 zurück. Bei einem derartigen Fall wird der beim Schritt 203 eingerichtete MAF-Wert für die arithmetischen Operationen beim Schritt 108(a) und den folgenden Schritten in Fig. 2 verwendet, um das Luftkraftstoffverhältnis mager zu regeln. D. h. bei einem JA beim Schritt 202 wird die Magerbrennregelung kontinuierlich durchgeführt.
Wenn sich der Magerbrennzähler graduell erhöht und gleich oder größer als α wird (NEIN beim Schritt 202), richtet die CPU 31 "1" auf die Fettbrennregelmarke XREX beim Schritt 205 ein. Beim Schritt 206 liest die CPU 31 den Grad der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 aus, der in dem Sicherungs-RAM 34 gespeichert ist, und richtet einen Referenzfettbrennbereich RAFADSD ein gemäß dem Grad der Verschlechterung. Der Grad der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 wird erfaßt gemäß der Routine von Fig. 6, die nachfolgend beschrieben wird.
Der Referenzfettbrennbereich RAFADSD entspricht einem Referenzfettbrennbetrag, der notwendig ist für die Reduktion und Freigabe von NOx, die in dem NOx-Katalysator 14 absorbiert sind, und wird erhalten durch Umwandeln des Referenzfettbetrags in einen Bereich als ein Integralwert der Luftkraftstoffverhältnisfettbrennzeit an der stromaufwärtigen Seite des 3-Wege-Katalysators 13. Insbesondere wird der Referenzfettbrennbereich RAFADSD erhalten gemäß dem Grad der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 bei jeder Gelegenheit und eingerichtet als ein Wert in Übereinstimmung mit der Sauerstoffmenge, die in dem 3-Wege-Katalysator 13 gespeichert ist unter Verwendung beispielsweise der Beziehung von Fig. 4. Gemäß Fig. 4 ist der Referenzfettbrennbereich RAFADSD auf einen kleineren Wert eingerichtet je höher der Grad der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 ist. D. h., daß sich die Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators 13 verschlechtert, wenn die Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators fortschreitet. Folglich nehmen die fetten Bestandteile, die mit dem in dem 3-Wege-Katalysator 13 gespeicherten Sauerstoff reagieren bei der Fettbrennregelung ab, je höher der Grad der Katalysatorverschlechterung wird, und der Fettbrennbereich (Fettbrennzeit) wird reduziert um einem Betrag in Übereinstimmung mit dem Abnahmebetrag.
Nach dem Einrichten des Soll-Luftkraftstoffverhältnisses MAF auf "0,75" beim Schritt 207, kehrt die CPU 31 zu der ursprünglichen Routine von Fig. 2 zurück. Dabei wird der beim Schritt 207 eingerichtete MAF-Wert für die Berechnung beim Schritt 108(a) und den folgenden Schritten in Fig. 2 verwendet. Durch diesen Vorgang wird das Luftkraftstoffverhältnis des zu dem Motor zugeführten Gemisches fett geregelt. D. h., daß bei einem NEIN beim Schritt 202 die Magerbrennregelung, die durchgeführt wurde, auf die Fettbrennregelung umgeschaltet wird.
Wenn die Luft-Kraftstoffverhältnisregelung von der Magerbrennregelung auf die Fettbrennregelung umgeschaltet wird, ermittelt die CPU 31 beim Schritt 201 negativ und schreitet zum Schritt 208 fort, um einen Fettbrennabweichungsintegralwert RAFAD zu berechnen. Der Fettbrennabweichungsintegralwert RAFAD wird beispielsweise durch die folgende Gleichung berechnet.
RAFAD(i) = RAFAD(i-1) + |AFSD - AFm|. Abgasdurchflußkorrekturfaktor.
Insbesondere wird ein Wert, der durch eine Multiplikation des Absolutwerts der Abweichung zwischen dem Luftkraftstoffverhältnisreferenzwert AFSD (beispielsweise stöchiometrisches Verhältnis) und dem Ist-Luft­ kraftstoffverhältnis AFm mit dem Abgasdurchflußkorrekturfaktor erhalten wird, zu dem vorangegangenen Fettbrennabweichungsintegralwert RAFAD(i-1) addiert, wodurch der Fettbrennabweichungsintegralwert RAFAD(i) bei diesem Mal erhalten wird. "|AFSD - AFm|.Ab­ gasdurchflußkorrekturfaktor" wird nur zu dem vorangegangenen Fettbrennabweichungsintegralwert RAFAD(i-1) addiert, wenn der Korrekturfaktor positiv ist, nämlich wenn das Ist-Luft­ kraftstoffverhältnis AFm sich auf der fetten Luftkraftstoffverhältnisseite befindet relativ zu dem Luftkraftstoffverhältnisreferenzwert AFSD. Das Ist-Luft­ kraftstoffverhältnis AFm ist ein Ausgang des Luftkraftstoffsensors 26, der auf der stromaufwärtigen Seite des 3-Wege-Katalysators 13 positioniert ist.
Der Abgasdurchflußkorrekturfaktor wird aus der Beziehung von Fig. 5 erhalten. Gemäß Fig. 5 wird der Abgasdurchflußkorrekturfaktor um so größer je mehr der Abgasdurchfluß ansteigt. Der Abgasdurchfluß ist proportional zu dem Ansaugluftvolumen, das aus der Motordrehzahl Ne und dem Ansaugluftdruck PM bei diesem Mal erhalten wird. Beim Berechnen des Abgasdurchflußkorrekturwerts wird der Abgasdurchfluß berechnet auf der Grundlage des Ansaugluftvolumens. Der Abgasdurchfluß kann auch unmittelbar erfaßt werden durch ein Abgasdurchflußmeßgerät, das für die Abgasleitung 12 vorgesehen ist.
Danach ermittelt die CPU 31 beim Schritt 209, ob der berechnete Fettbrennabweichungsintegralwert RAFAD kleiner ist als der Referenzfettbrennbereich RAFADSD oder nicht. Bei RAFAD < RAFADSD (JA beim Schritt 209) schreitet die CPU 31 zum Schritt 207 fort und setzt die Fettbrennregelung fort.
Bei RAFAD ≧ RAFADSD (NEIN beim Schritt 209) schreitet die CPU 31 zum Schritt 210 fort. Die CPU 31 löscht die Fettbrennregelmarke XREX auf "0" beim Schritt 210, löscht den Fettbrennabweichungsintegralwert RAFAD auf "0" beim Schritt 211 und schreitet dann zum Schritt 203 fort. Die Fettbrennregelung wird folglich beendet und die Routine kehrt zu der Magerbrennreglung zurück.
Wie vorstehend beschrieben ist, sinkt die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators 13, wenn sich der 3-Wege-Katalysator 13 im Verlauf der Zeit verschlechtert. D. h., daß sich der Katalysator mit Sauerstoff sättigt und der Absorptionsbetrag reduziert wird. Ein Ausgang des Sauerstoffsensors 27 stromabwärts des NOx-Katalysators 14 wird demgemäß beeinflußt, die Abweichung ΔVs (=Vs - MVs) zwischen der Ausgangsspannung Vs des Sauerstoffsensors 27 und der Soll­ spannung MVs wird reduziert und der Integralwert wird deshalb klein. Da die Sauerstoffspeicherfähigkeit des 3-Wege-Katalysators 13 vor der Verschlechterung hoch ist, ist eine Änderung des Luft-Kraftstoffverhältnisses auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators verzögert und die Spannungsabweichung ΔVs wird ein relativ großer Wert. Bei dem Ausführungsbeispiel wird deshalb der Grad der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 erfaßt in Übereinstimmung mit dem Integralwert der Spannungsabweichung ΔVs.
Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Routine zum Erfassen der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators. Die Routine wird auch durch die CPU 31 ausgeführt bei jeder Kraftstoffeinspritzung von jedem Zylinder (alle 180°KW bei diesem Ausführungsbeispiel).
Wenn diese Routine startet, wird zunächst beim Schritt 301 ein Integralwert DVsSUM(i) der Spannungsabweichung ΔVs berechnet durch einen 1/8 Glättungsvorgang unter Verwendung der folgenden Gleichung.
DVsSUM(i) = DVsSUM(i-1) + |*ΔVs/8|.
Bei der Gleichung ist der Glättungsvorgang ein Prozeß zum Beseitigen von Störungen, wie beispielsweise Rauschen, und eine Glättungskonstante kann neben 1/8 auf 1/16, 1/4, 1/2 oder dergleichen eingerichtet sein.
Beim Schritt 302 ermittelt die CPU 31, ob eine vorgegebene Zeit (beispielsweise ungefähr 1 Minute) verstrichen ist oder nicht seit die Integration der Spannungsabweichung ΔVs begonnen wurde. Bei dem Zustand, daß die vorgegeben Zeit verstrichen ist, schreitet die CPU 31 zum Schritt 303 fort und erfaßt den Grad der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 in Übereinstimmung mit dem DVsSUM-Wert dieses Mal. Dabei wird beispielsweise aus der Beziehung der Fig. 7 erfaßt, daß der Grad der Verschlechterung um so höher wird, je kleiner der DVsSUM-Wert ist. Das Ergebnis der Erfassung des Grads der Verschlechterung wird in dem Sicherungs-RAM 34 jedes Mal gespeichert.
Des weiteren löscht die CPU 31 den Integralwert DVsSUM(i) der Spannungsabweichung auf "0" beim Schritt 304 und beendet dann die Routine. Das Erfassungsergebnis der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13, das beim Schritt 303 erhalten wird, wird verwendet zum Einrichten des Referenzfettbrennbereichs RAFADSD beim Schritt 206 in Fig. 3.
Das vorstehende Verfahren zum Erfassen der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 ist detailliert in dem Dokument "Gerät für die Diagnose von Fehlern im Abgassystem einer Brennkraftmaschine" des Dokuments JP-A-8-338286 des Anmelders offenbart.
Der Regelvorgang wird nun insbesondere unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm der Fig. 8 spezifischer beschrieben. Fig. 8(a) zeigt das Verhalten des Luft-Kraftstoffverhältnisses und der Abgasbestandteile, wenn der 3-Wege-Katalysator 13 neu ist. Fig. 8(b) stellt das Verhalten des Luft-Kraftstoffverhältnisses und der Abgasbestandteile dar, wenn sich der 3-Wege-Katalysator 13 verschlechtert. In Fig. 8(a) und Fig. 8(b) wird die Fettbrennregelung zeitweilig ausgeführt während der Magerbrennregelung. Das Luftkraftstoffverhältnis wird so geregelt, daß es sich auf der fetten Luftkraftstoffverhältnisseite befindet, so daß sowohl das Luftkraftstoffverhältnis stromaufwärts als auch stromabwärts des 3-Wege-Katalysators 13 zu der fetten Luftkraftstoffverhältnisseite verschoben ist. Obwohl das Luftkraftstoffverhältnis nach dem 3-Wege-Katalysators in Wirklichkeit hinter dem Luftkraftstoffverhältnis vor dem Katalysator nur um einen Betrag in Übereinstimmung mit dem Weg des Abgases verschoben ist, zeigen Fig. 8(a) und Fig. 8(b) zur Vereinfachung, daß die Luftkraftstoffverhältnisse gleichzeitig verschoben werden.
Wie in Fig. 8(a) gezeigt ist, wird die Magerbrennregelung vor dem Zeitpunkt t11 ausgeführt und ein (nicht gezeigter) Magerbrennzähler wird bei jeder Verbrennung in jedem Zylinder hochgezählt (Schritt 204 in Fig. 3). Wenn beim Zeitpunkt t11 der Wert des Magerbrennzählers den vorgegebenen Wert α erreicht, wird das Luftkraftstoffverhältnis von der mageren Luftkraftstoffverhältnisseite zu der fetten Luftkraftstoffverhältnisseite umgeschaltet (NEIN beim Schritt 202 in Fig. 3). Beim Zeitpunkt t11 wird auch der Referenzfettbrennbereich RAFADSD auf der Grundlage des Grads der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 berechnet (Schritt 206 in Fig. 3).
Zum Zeitpunkt t12 erreichen die Luftkraftstoffverhältnisse stromaufwärts und stromabwärts des 3-Wege-Katalysators 13 das stöchiometrische Verhältnis (λ = 1). Obwohl das Luftkraftstoffverhältnis stromaufwärts des 3-Wege-Katalysators 13 unmittelbar verschoben wird zu der fetten Luftkraftstoffverhältnisseite relativ zu dem stöchiometrischen Verhältnis, da Sauerstoff in dem 3-Wege-Katalysator 13 gespeichert ist, reagiert der gespeicherte Sauerstoff mit fetten Bestandteilen (HC, CO und dergleichen) in dem Abgas, und das Luftkraftstoffverhältnis nach dem 3-Wege-Katalysator 13 wird einmal bei dem stöchiometrischen Verhältnis gehalten. Wenn die Reaktion zwischen dem gespeicherten Sauerstoff und den fetten Bestandteilen beendet ist, verschiebt sich das Luftkraftstoffverhältnis stromabwärts des 3-Wege-Katalysators 13 zu der fetten Luftkraftstoffverhältnisseite (zum Zeitpunkt t13). Da die fetten Bestandteile zu dem NOx-Katalysator 14 zugeführt werden nach dem Zeitpunkt t13, werden die in dem Katalysator 14 absorbierten NOx reduziert und freigegeben.
Nach dem Umschalten zu der Fettbrennregelung (nach dem Zeitpunkt t11), wird der Fettbrennabweichungsintegralwert RAFAD berechnet bei einem Zustand, bei dem sich das Luftkraftstoffverhältnis vor dem 3-Wege-Katalysator 13, d. h. der Sensorwert des Luftkraftstoffsensors 26, sich auf der fetten Luftkraftstoffverhältnisseite befindet relativ zu dem stöchiometrischen Verhältnis (Schritt 208 in Fig. 3). Wenn zum Zeitpunkt t14 der Fettbrennabweichungsintegralwert RAFAD den Referenzfettbrennbereich RAFADSD erreicht, kehrt das Luftkraftstoffverhältnis auf einen Wert auf der mageren Luftkraftstoffverhältnisseite zurück (NEIN beim Schritt 209 in Fig. 3).
Danach wird das Luftkraftstoffverhältnis nach dem 3-Wege-Katalysator 13 bei dem stöchiometrischen Verhältnis gehalten für eine vorgegebene Periode (von dem Zeitpunkt t15 nach t16), in der die mageren Bestandteile in dem Abgas, das von stromaufwärts zugeführt wird, mit den fetten Bestandteilen reagieren, die in dem Katalysator 13 gespeichert sind, dann kehrt es zu einem mageren Brennregelwert zurück. Gemäß Fig. 8(a) können die HC und CO Bestandteile in dem Abgas bei der Fettbrennregelung auch auf eine sehr kleine Menge unterdrückt werden.
Wenn andererseits der 3-Wege-Katalysator 13 verschlechtert ist, wie in Fig. 8(b) gezeigt ist, wird das Luftkraftstoffverhältnis von der mageren Luftkraftstoffverhältnisseite zu der fetten Luftkraftstoffverhältnisseite zum Zeitpunkt t21 umgeschaltet, und der Referenzfettbrennbereich RAFADSD wird berechnet aus der Grundlage des Grads der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 (Schritt 206 in Fig. 3). Da dabei die Katalysatorverschlechterung fortgeschritten ist, ist ein relativ kleiner Referenzfettbrennbereich RAFADSD gegeben (siehe Fig. 4).
Danach zum Zeitpunkt t22 erreichen sowohl das Luftkraftstoffverhältnis vor als auch nach dem 3-Wege-Katalysator 13 das stöchiometrische Verhältnis (λ 0 1). Obwohl dabei das Luftkraftstoffverhältnis nach dem 3-Wege-Katalysator 13 einmal bei dem stöchiometrischen Verhältnis gehalten wird, ist die in dem Katalysator gespeicherte Sauerstoffmenge klein auf Grund der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13, so daß das Luftkraftstoffverhältnis zu der fetten Luftkraftstoffverhältnisseite (Zeitpunkt t23) verschoben wird schneller als bei dem Fall von Fig. 8(a). Insbesondere ist die Zeit, in der der in dem 3-Wege-Katalysator 13 gespeicherte Sauerstoff mit den fetten Bestandteilen in dem Abgas reagiert, nämlich die Zeit von t22 nach t23 in Fig. 8(b), kürzer als die Zeit von t12 nach t13 in Fig. 8(a). Nach dem Zeitpunkt t23 werden die fetten Bestandteile zu der NOx-Katalysatorseite 14 zugeführt, so daß in dem Katalysator 14 absorbierte NOx reduziert und freigegeben werden.
Wenn zum Zeitpunkt t24 der Fettbrennabweichungsintegralwert RAFAD den Referenzfettbrennbereich RAFADSD erreicht, kehrt das Luftkraftstoffverhältnis zu einem mageren Wert zurück (NEIN beim Schritt 209 in Fig. 9). Gemäß Fig. 8 (b) können auf eine ähnlich Weise wie in Fig. 8(a) die HC und CO Bestandteile in dem Abgas zum Zeitpunkt der Fettbrennregelung auf eine sehr kleine Menge unterdrückt werden.
Gemäß dem vorstehenden Ausführungsbeispiel können die folgenden Wirkungen erhalten werden.
Der Grad der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13, der stromaufwärts des NOx-Katalysators 14 positioniert ist, wird erfaßt, und die Fettbrennregelung wird durchgeführt auf der Grundlage des Grads der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13. In Folge dessen können unabhängig von dem Verschlechterungszustand des 3-Wege-Katalysators 13 die Abgase wirksam behandelt werden. D. h., daß der Nachteil wie bei dem herkömmlichen Gerät gelöst werden kann, daß übermäßig fette Bestandteile (HC, CO, H2 und dergleichen) zugeführt werden, wenn der 3-Wege-Katalysator verschlechtert ist und eine große Menge an HC und CO abgegeben werden. Das Ausführungsbeispiel ist auch wirksam, wenn sich die Sauerstoffspeicherfähigkeit ändert gemäß jedem 3-Wege-Katalysator 13 und der Betriebstemperatur, und das Abgas kann vorzugsweise behandelt werden auch bei diesem Fall.
In der Praxis wird die Referenzfettbrennmenge (Referenzfettbrennbereich RAFADSD vor dem 3-Wege-Katalysator) eingerichtet auf der Grundlage des Grads der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13, und die Fettbrennregelung ist beendet, wenn der Integralwert des Fettbrennbetrags zum Zeitpunkt der Fettbrennregelung (Fettbrennabweichungsintegralwert RAFAD vor dem 3-Wege-Katalysator) den Referenzfettbrennbereich RAFADSD erreicht. Auf eine derartige Weise kann eine ausreichende Fettbrennregelung ausgeführt werden, selbst wenn sich der 3-Wege-Katalysator 13 verschlechtert.
Der Integralwert DVsSUM der Abweichung zwischen der Ausgangsspannung Vs des Sauerstoffsensors 27 stromabwärts des NOx-Katalysators 14 und der Soll-Spannung MVs wird erhalten, und der Grad der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 wird erfaßt auf der Grundlage des Integralwerts DVsSUM. Dabei kann die Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 erfaßt werden mit hoher Genauigkeit, so daß eine sehr zuverlässige Luft-Kraftstoffverhältnisregelung verwirklicht werden kann.
Zweites Ausführungsbeispiel
Bei einem in Fig. 9 gezeigten 2. Ausführungsbeispiel ist der Sauerstoffsensor 27 zwischen dem 3-Wege-Katalysator 13 und dem NOx-Katalysator 14 angeordnet, und der Sauerstoffsensor 27 erzeugt ein elektromotorisches Kraftsignal VOX2 gemäß dem Luftkraftstoffverhältnis (fett oder mager). Die Ansaugleitung 3 ist mit einem Luftdurchflußmeßgerät 29 versehen zum Messen einer Ansaugdurchflußmenge Q.
Die ECU 30 und insbesondere die CPU 31 erfaßt den Grad der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 auf der Grundlage der Sensorergebnisse des Luftkraftstoffsensors 26 und des Sauerstoffsensors 27. Insbesondere wird bei diesem Ausführungsbeispiel in einer Periode, bis die Temperatur des 3-Wege-Katalysators 13 beim Beginn des Starts des Motors eine Aktivierungstemperatur erreicht, der Grad der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 erfaßt gemäß einer Menge der Gasbestandteile, die in dem Katalysator 13 behandelt werden. Bei der Luft-Kraftstoffverhältnisregelung durch die CPU 31 wird die Nebenrückführregelung wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel nicht ausgeführt, aber die Rückführregelung unter Verwendung des Luftkraftstoffverhältnissignals AF des Luftkraftstoffsensors 26 wird durchgeführt.
Eine Verschlechterungserfassungsroutine wird ausgeführt anstelle der Routine der Fig. 6 und durch die CPU 31 mit einem vorgegebenen Zeitzyklus ausgeführt (beispielsweise ein Zyklus von 64 mSek), wie in Fig. 10 gezeigt ist.
Wenn diese Routine startet, ermittelt die CPU 31 zunächst beim Schritt 401, ob eine Verschlechterungserfassungsmarke XCAT, die anzeigt, ob der 3-Wege-Katalysator 13 bereits einer Verschlechterungserfassung ausgesetzt wird oder nicht, gleich "0" ist. Dabei bedeutet XCAT = 0, daß die Verschlechterungserfassung noch nicht ausgeführt ist. XCAT = 1 deutet an, daß die Verschlechterungserfassung durchgeführt ist.
Beim Zustand XCAT = 0 schreitet die CPU 31 zum Schritt 500 fort und schätzt eine Katalysatortemperatur TCAT in Übereinstimmung mit dem Prozeß der Fig. 11. Wenn XCAT = 1 gilt, beendet die CPU 31 sofort die Routine. D. h., wenn der 3-Wege-Katalysator 13 bereits der Verschlechterungserfassung ausgesetzt ist, werden die Prozesse des Schritts 500 und der folgenden Schritte nicht durchgeführt.
Die Prozedur des Schätzens der Katalysatortemperatur TCAT wird beschrieben unter Bezugnahme auf Fig. 11. In Fig. 11 ermittelt die CPU 31 zunächst beim Schritt 501, ob der Motorstart vervollständigt ist oder nicht. Wenn beispielsweise nach dem Einschalten des IG, die Motordrehzahl Ne eine vorgegebene Startdrehzahl nicht erreicht hat, wird der Schritt 501 negativ ermittelt. D. h., wenn der Startvorgang noch nicht abgeschlossen ist, schreitet die CPU 31 zum Schritt 502 fort, richtet die Katalysatortemperatur TCAT als eine Ansaugtemperatur TAM (=Außenlufttemperatur) ein, und kehrt zu der ursprünglichen Routine der Fig. 10 zurück.
Wenn der Motorstartvorgang abgeschlossen ist, schreitet die CPU 31 zum Schritt 503 fort und schätzt eine Abgastemperatur TEX. Dabei werden in Abhängigkeit, ob der Kraftstoff abgesperrt ist oder nicht, zwei Arten von Kennfeldern, die vorher in dem ROM 32 gespeichert sind, geeignet verwendet zum Schätzen der Abgastemperatur TEX.
Wenn der Kraftstoff nicht abgesperrt ist, wird die Abgastemperatur TEX aus der Motordrehzahl Ne und der Ansaugdurchflußmenge Q bei jeder Gelegenheit geschätzt. Das Schätzverfahren wendet derartige Eigenschaften an, daß die Abgastemperatur TEX um so höher wird, je mehr die Motorlast (Ne, Q) ansteigt.
Wenn der Kraftstoff abgesperrt ist, gibt es keine Wärme durch verbrennenden Kraftstoff, so daß die Abgastemperatur TEX plötzlich abnimmt. Folglich wird anstatt dem Schätzen der Abgastemperatur TEX aus der Motordrehzahl Ne und der Ansaugdurchflußmenge Q die Abgastemperatur TEX aus der Katalysatortemperatur TCAT (Schätzwert) geschätzt zum Zeitpunkt des Starts der Kraftstoffabsperrung. Das Schätzverfahren wendet derartige Eigenschaften an, daß die Abgastemperatur TEX um so höher wird, je höher die Katalysatortemperatur TCAT wird durch die Wärmeabgabe des 3-Wege-Katalysators 13.
Danach vergleicht die CPU 31 einen vorangegangenen Schätzwert TCAT(i-1) der Katalysatortemperatur mit der Abgastemperatur TEX beim Schritt 504 und ermittelt, ob die Katalysatortemperatur TCAT abnimmt oder ansteigt in Übereinstimmung mit dem Ergebnis des Vergleichs. Wenn TCAT(i-1) < TEX gilt, nimmt die CPU 31 an, daß die Katalysatortemperatur TCAT abnimmt und berechnet den Wert TCAT(i) der Katalysatortemperatur dieses Mal durch die folgende Gleichung beim Schritt 505.
TCAT(i) = TCAT(i-1) - K1.|TCAT(i-1) - TEX|
wobei K1 einen vorher in dem ROM 32 gespeicherten Koeffizienten bezeichnet, der eingerichtet ist gemäß Änderungswerten, wie beispielsweise der Ansaugdurchflußmenge Q und der Motordrehzahl Ne.
Wenn andererseits TCAT(i-1) < TEX gilt, nimmt die CPU 31 an, daß die Katalysatortemperatur TCAT ansteigt, der Wert TCAT(i) dieses Mal der Katalysatortemperatur wird berechnet durch die folgende Gleichung beim Schritt 506.
TCAT(i) = TCAT(i-1) + K2.|TCAT(i-1) - TEX|
wobei K2 ein vorher in dem ROM 32 gespeicherter Koeffizient ist und der gemäß beispielsweise der Ansaugdurchflußmenge Q eingerichtet ist. Bei der Kraftstoffabsperrung können die Koeffizienten K1 und K2 auf vorgegebene Werte fixiert werden.
Nach dem Schätzen der Katalysatortemperatur TCAT kehrt die CPU 31 zu der ursprünglichen Routine der Fig. 10 zurück und ermittelt, ob die Katalysatortemperatur TCAT die Starttemperatur der Verschlechterungserfassung (beispielsweise 150°C) überschreitet oder nicht beim Schritt 402. Wenn TCAT < 150°C, wird die Routine sofort beendet ohne Ausführen des folgenden Verschlechterungserfassungsprozesses. Da die Temperatur des Sauerstoffsensors 27 bei einem Zustand niedrig ist, bei dem sich die Katalysatortemperatur TCAT unterhalb der Starttemperatur der Verschlechterungserfassung befindet und der Sensorausgang VOX2 nicht stabil ist, wird der Verschlechterungserfassungsprozess gehemmt bei einem derartigen Fall, wodurch eine Reduktion der Erfassungsgenauigkeit der Katalysatorverschlechterung verhindert wird.
Wenn TCAT < 150°C, schreitet die CPU 31 zum Schritt 403 fort und zählt einen Zeitzähler 1 hoch. Beim Schritt 404 berechnet die CPU 31 Daten "ΣV1" (Änderungsort der Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors 27), die die unbehandelte Gasbestandteilmenge reflektieren, durch die folgende Gleichung.
ΣV1 = ΣV1 + |VOX2(i) - VOX2(i-1)|
wobei das Hauptzeichen "1" von ΣV" zeigt, daß der Wert ein Wert der momentanen Zeit ist. D. h., daß gemäß der Gleichung durch Integrieren der Änderungsbreite der Ausgangsspannung VOX2 des Sauerstoffsensors 27 bei einem vorgegebenen Beispielzyklus, (beispielsweise 64 mSek) der Änderungsort der Ausgangsspannung des Sensors 27 erhalten wird und die unbehandelte Gasbestandteilmenge in dem 3-Wege-Katalysator 13 geschätzt wird.
Des weiteren berechnet die CPU 31 beim Schritt 404 Daten "ΣΔAF.Q1" durch Umwandeln der Änderung der Gasbestandteile, die durch den Katalysator hindurchströmen, in eine Anzahl durch die folgende Gleichung.
ΣΔAF.Q1 = ΣΔAF.Q1 + Q.|Soll-AF - AF|
wobei die Ansaugdurchflußmenge Q verwendet wird als Datenersatz für die Abgasdurchflußmenge. Die Abgasdurchflußmenge kann auch ersetzt werden durch die Ansaugdurchflußmenge Q. Sie kann tatsächlich gemessen werden oder aus anderen Daten geschätzt werden. Sie kann offensichtlich aus der Ansaugdurchflußmenge Q geschätzt werden. Das Hauptzeichen "1" von "ΣΔAF.Q" zeigt an, daß der Wert ein Wert ist bei der momentanen Zeit. |Soll-AF - AF| ist der Absolutwert der Abweichung zwischen dem Ist-Luftkraftstoffverhältnis (Ausgangsspannung des Luftkraftstoffsensors 26) und dem Soll-Luft-Kraft­ stoffverhältnis (beispielsweise stöchiometrisches Verhältnis). Die vorstehende Gleichung dient dem Erhalten von Daten ΣΔAF.Q1 der Änderung der Gasbestandteile, die durch den Katalysator hindurch strömen, durch multiplizieren der Abweichung |Soll-Af - AF| des Luft-Kraftstoffverhältnisses mit der Abgasdurchflußmenge (=Ansaugdurchflußmenge Q) bei einem vorgegebenen Beispielzyklus (beispielsweise 64 mSek) und integrieren des Multiplikationswerts.
Danach ermittelt die CPU 31 beim Schritt 405, ob der Zählwert des Zeitzählers 1 einen vorgegeben Wert (10 sek bei diesem Ausführungsbeispiel) überschreitet oder nicht. Wenn der Zählwert 10 sek nicht überschreitet, werden die Prozesse der Schritte 401 bis 404 wiederholt. Durch den Vorgang werden die ΣV1 Werte und die ΣΔAF.Q1 Werte in der Periode von 10 sek berechnet.
Zu dem Zeitpunkt, wenn der Zählwert des Zeitzählers 1 die 10 Sek überschreitet, schreitet die CPU 31 zum Schritt 406 fort und ermittelt, ob die Daten "ΣΔAF.Q1" der Änderung der Gasbestandteile, die durch den Katalysator hindurch geströmt sind, für die Periode von 10 sek innerhalb dem vorgegebenen Bereich liegen oder nicht. Wenn sie innerhalb dem vorgegebenen Bereich liegen, schreitet die CPU 31 zum Schritt 407 fort, erneuert den ΣV Wert durch eine Integration des ΣV1 Werts bei diesem Mal in dem vorangegangenen Integralwert ΣV des ΣV1 Werts und erneuert den ΣΔAF.Q Wert durch eine Integration des ΣΔAF.Q1 Wert bei diesem Mal in dem vorangegangenen integralwert ΣΔAF.Q des ΣΔAF.Q1 Werts. Danach schreitet die CPU 31 zum Schritt 408(a) und löscht jeden Wert des Zeitzählers 1, des ΣV1 Werts und des ΣΔAF.Q1 Werts auf "0".
Wenn andererseits beim Schritt 406 ermittelt wird, daß die Daten "ΣΔAF.Q1" der Änderung der Gasbestandteile, die durch den Katalysator hindurchgeströmt sind, sich nicht innerhalb dem vorgegebenen Bereich befinden, schreitet die CPU 31 zum Schritt 408 fort ohne Durchführen des Integrationsvorgangs von Schritt 407 und löscht jeden Wert des Zeitzählers 1, des ΣV1 Werts und des ΣΔAF.Q1 Werts auf "0" aus dem folgenden Grund. Wenn die Änderung der Gasbestandteile, die durch den Katalysator hindurchgeströmt sind, zu groß ist oder zu klein, sinkt die Berechnungsgenauigkeit der unbehandelten Gasbestandteilmenge. Wenn folglich die Daten "ΣΔAF.Q1" der Änderung der Gasbestandteile, die durch den Katalysator hindurchgeströmt sind, sich nicht innerhalb dem vorgegebenen Bereich befinden, werden sowohl der ΣV1 Wert als auch der ΣΔAF.Q1 Wert gelöscht und der Integrationsprozeß wird nicht ausgeführt, wodurch eine Reduktion der Genauigkeit der Verschlechterungserfassung auf Grund der Änderung der Gasbestandteile verhindert wird, die durch den Katalysator hindurchgeströmt sind.
Danach ermittelt die CPU 31 beim Schritt 409, ob die geschätzte Katalysatortemperatur TCAT die Aktivierungstemperatur (beispielsweise 550°C) des 3-Wege-Katalysators 13 überschreitet oder nicht. Wenn nein, wird die Routine einmal beendet ohne Erfassen der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators. Die CPU 31 schreitet zum Schritt 410 bei einem Zeitpunkt fort, wenn die Katalysatortemperatur TCAT 550°C überschreitet und erfaßt den Grad der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 auf der Grundlage der Daten ΣV (Änderungsort der Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors 27), die die unbehandelte Gasbestandteilmenge reflektieren, die integriert wurde.
Das Katalysatorverschlechterungserfassungsverfahren wird beschrieben unter Bezugnahme auf Fig. 12, die die Beziehung zeigt zwischen den Daten ΣV, die die unbehandelte Gasbestandteilmenge reflektieren und den Daten ΣΔAF.Q der Änderung der Gasbestandteile, die durch den Katalysator hindurchgeströmt sind, die tatsächlich gemessen wurden. In Fig. 12 zeigen die Zeichen ○, und ∇ jeweils Meßwerte eines neuen Katalysators, eines verschlechterten Katalysators und eines Attrappenkatalysators (eine Keramikstütze, auf der eine katalytische Schicht nicht an der Oberfläche ausgebildet ist). Bezüglich dem neuen Katalysator ist der ΣV Wert klein unabhängig von dem ΣΔAF.Q Wert. Bezüglich dem verschlechterten Katalysator tendiert der ΣV Wert zu einem Anstieg mit einem Anstieg der ΣΔAF.Q Wert. Wenn die katalytische Verschlechterung stark fortschreitet und es keine katalytische Wirkung gibt, wird der verschlechterte Katalysator wie der Attrappenkatalysator. Wenn der ΣΔAF.Q Wert derselbe ist, bedeutet dies, daß die katalytische Verschlechterung um so mehr fortschreitet, je höher der ΣV Wert ist.
Durch eine Verwendung der Beziehung wird der Grad der Verschlechterung aus der Beziehung der Fig. 13 erfaßt, die in dem ROM 32 gespeichert ist. Gemäß der Fig. 13 wird der Grad der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 erfaßt gemäß dem ΣV Wert und dem ΣΔAF.Q Wert bei jeder Gelegenheit und in dem Sicherungs-RAM 34 gespeichert, wenn immer es notwendig ist.
Nach der Erfassung der Verschlechterung beim Schritt 410 richtet die CPU 31 die Verschlechterungserfassungsmarke XCAT beim Schritt 411 auf "1" ein und beendet die Routine. Durch den Markenvorgang wird der Verschlechterungserfassungsprozess vom nächsten Mal an nicht ausgeführt. Das Ergebnis der Erfassung der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13, das beim Schritt 410 erhalten wird, wird verwendet zum Einrichten des Referenzfettbrennbereichs RAFADSD beim Schritt 206 in Fig. 3.
Das Verfahren zum Erfassen der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 in Fig. 10 ist detailliert in dem Dokument "Gerät zum Erfassen der Verschlechterung eines Katalysators zum Behandeln von Abgasen" des Dokuments JP-A-9-31612 des Anmelders offenbart.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann auf eine ähnliche Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel die Abgasbehandlung wirksam durchgeführt werden unabhängig von dem Verschlechterungszustand des 3-Wege-Katalysators 13. Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Menge der Gasbestandteile (Daten ΣV, die die unbehandelte Gasbestandteilmenge reflektieren), die in dem Katalysator 13 in einer Zeitperiode von dem Start des Motors 1 bis der 3-Wege-Katalysator 13 aufgewärmt ist behandelt werden, berechnet und der Grad der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 wird erfaßt auf der Grundlage der unbehandelten Gasbestandteilmenge. Die Katalysatorverschlechterungserfassung, bei der der Emissionsanstieg vor der Aktivierung des Katalysators betrachtet wird, kann deshalb mit hoher Genauigkeit fortgeführt werden. Das Reinigungsverhältnis ändert sich stark gemäß dem Grad der Verschlechterung des Katalysators vor dem Aufwärmen des 3-Wege-Katalysators 13, so daß die Katalysatorverschlechterung einfach und genau erfaßt werden kann.
Zum Erfassen der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 werden außer den Daten ΣV, die die unbehandelte Gasbestandteilmenge reflektieren, auch die Daten ΣΔAF.Q der Änderung der Gasbestandteile betrachtet, die durch den Katalysator hindurch geströmt sind bis der 3-Wege-Katalysator 13 eine vorgegebene Temperatur (550°C) erreicht. Deshalb kann die sehr genaue Katalysatorverschlechterungserfassung ausgeführt werden, bei der der Einfluß der Änderung der Gasbestandteile beseitigt wird, die durch den Katalysator hindurch geströmt sind.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung können folgendermaßen abgewandelt werden.
Wenn der Grad der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 erfaßt wird, wird der Grad der Verschlechterung schrittweise erfaßt. Insbesondere wird der Verschlechterungszustand, der sich von dem neuen Zustand bis zur Ermittlung eines Fehlers ändert, in einer Vielzahl von Stufen beschlossen, (beispielsweise ungefähr 4 bis 6 Stufen) und die Referenzfettbrenninenge (Referenzfettbrennbereich RAFADSD) zum Zeitpunkt der Fettbrennregelung wird eingerichtet gemäß der Verschlechterungsstufe.
Obwohl der "Referenzfettbrennbereich RAFADSD" als eine Referenzfettbrennmenge eingerichtet ist und die Fettbrennregelung beendet wird, wenn der Fettbrennabweichungsintegralwert RAFAD bei der Fettbrennregelung den Referenzfettbrennbereich RAFADSD bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen erreicht, kann die Bauweise folgendermaßen geändert werden. Beispielsweise wird die "Referenzfettbrennzeit" als eine Referenzfettbrennmenge eingerichtet und die Fettbrennregelung wird beendet, wenn die Ist-Fettbrennzeit bei der Fettbrennregelung die "Referenzfettbrennzeit" erreicht.
Obwohl die Katalysatortemperatur TCAT geschätzt wird gemäß der Abgastemperatur TEX bei dem Prozeß der Fig. 11 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Erfindung nicht auf das Temperaturschätzverfahren beschränkt, sondern andere Schätzverfahren können auch verwendet werden. Beispielsweise kann ein Temperatursensor zum Wahrnehmen der Abgastemperatur oder der Katalysatortemperatur in dem Motorabgassystem angeordnet sein. Dabei kann die Aufgabe der Erfindung genauso vollständig gelöst werden.
Wie offensichtlich verständlich ist aus der Beziehung zwischen dem ΣV Wert und dem ΣΔAF.Q Wert, die in Fig. 12 gezeigt ist, neigt die Neigung "ΣV/(ΣΔAF.Q)" des ΣV Werts zu einem Anstieg um so mehr, je mehr sich der Katalysator verschlechtert. Der Grad der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 kann deshalb aus dem Grad der Neigung "ΣV/(ΣΔAF.Q)" des ΣV Werts erfaßt werden.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel werden, wenn die Katalysatortemperatur TCAT innerhalb vom dem Bereich 150°C bis 550°C liegt, die unbehandelte Gasbestandteilmenge berechnet und der Grad der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 wird erfaßt auf der Grundlage des Ergebnisses der Berechnung. Die Erfindung ist nicht auf die Berechnungsperiode der unbehandelten Gasbestandteilmenge beschränkt. Kurz kann jede Bauweise eingesetzt werden, solange wie die unbehandelte Gasbestandteilmenge berechnet werden kann für eine Zeitperiode, in der die Differenz des Reinigungsverhältnisses zwischen dem 3-Wege-Katalysator 13 und dem verschlechterten 3-Wege-Katalysator groß ist.
Als Gaskonzentrationssensoren, die vor und nach dem 3-Wege-Katalysator 13 (stromaufwärtiger Katalysator) und dem NOx-Katalysator 14 (stromabwärtiger Katalysator) vorgesehen sind, können neben den vorstehenden Luftkraftstoffsensoren und Sauerstoffsensoren andere Sensoren verwendet werden. Beispielsweise können Sensoren, wie beispielsweise ein NOx-Sensor zum Messen der Konzentration von NOx, ein HC-Sensor zum Messen der Konzentration von HC, ein Zusammensetzungssensor zum zusammengesetzten Messen der Konzentration von O2, NOx, HC und der gleichen eingesetzt werden. Kurz kann jede Bauweise verwendet werden, solange wie die Verschlechterung des 3-Wege-Katalysator wahrgenommen werden kann. Als ein Beispiel wird eine NOx Menge in dem Abgas, die durch den 3-Wege-Katalysator hindurch tritt, durch den NOx-Sensor gemessen und der Grad der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators wird erfaßt auf der Grundlage des Ansprechens der gemessenen NOx Menge beim Umschalten von der fetten Verbrennung zu der mageren Verbrennung.
Als ein Verfahren zum Erfassen der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators (stromaufwärtiger Katalysator) kann auch ein anderes Verfahren als das erste und zweite Ausführungsbeispiel angewandt werden. Da der Grad der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 im Verlauf der Zeit fortschreitet durch eine thermische Beeinflussung, kann die Katalysatorverschlechterung auch wahrgenommen werden durch Betrachten beispielsweise einer gesamten Fahrstrecke des Fahrzeugs, gesamten Betriebszeit und dergleichen. Die Katalysatorverschlechterung kann auch erfaßt werden gemäß der gemessenen Zeit und Anzahl, wie oft der 3-Wege-Katalysator 13 einen vorgegebenen hohen Temperaturbereich erreicht.
In der Motorabgasleitung 12 sind ein 3-Wege-Katalysator 13 und ein NOx Katalysator 14 in Reihe angeordnet. Der Luftkraftstoffsensor 26 ist stromaufwärts von dem 3-Wege-Katalysator angeordnet. Die CPU 31 in der ECU 30 führt normalerweise eine Magerbrennregelung in einem Bereich durch, wobei sich das Luftkraftstoffverhältnis auf der mageren Luftkraftstoffverhältnisseite befindet, und nur zeitweilig eine Fettbrennregelung. Der NOx Katalysator 14 absorbiert NOx in dem Abgas und gibt die absorbierten NOx bei der Fettbrennregelung ab. Die CPU 31 erfaßt den Grad der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13 und regelt das Luftkraftstoffverhältnis fett auf der Grundlage des Grads der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13. Die Referenzfettbrennmenge ist eingerichtet auf der Grundlage des Grads der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators 13, der Fettbrennmengenintegralwert bei der Fettbrennregelung wird berechnet als ein Ausgang des Luftkraftstoffsensors 26 und die Fettbrennregelung wird beendet, wenn der Fettbrennmengenintegralwert die Referenzfettbrennmenge erreicht.

Claims (6)

1. Luftkraftstoffverhältnisregelsystem für eine Brennkraftmaschine (1) mit einem stromaufwärtigen Katalysator (13), der stromaufwärts eines Motorabgaspfads (12) vorgesehen ist und eine Sauerstoffspeicherwirkung hat, und einem stromabwärtigen Katalysator (14), der stromabwärts des Motorabgaspfads vorgesehen ist und eine NOx-Absorptions- und Reduktionswirkung hat, zum Durchführen einer Magergemischverbrennung in einem Bereich, wobei sich das Luftkraftstoffverhältnis auf einer mageren Luftkraftstoffverhältnisseite befindet, wobei NOx in dem Abgas, das zum Zeitpunkt der Magergemisch-Verbrennung abgegeben wird, durch den stromabwärtigen Katalysator absorbiert wird und die absorbierten NOx von dem stromabwärtigen Katalysator freigegeben werden durch zeitweiliges fettes Regeln des Luft-Kraftstoffverhältnisses, wobei das System gekennzeichnet ist durch:
eine Verschlechterungserfassungseinrichtung (30, 31, 301-304, 401-411) zum Erfassen des Grads der Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysator; und
eine Fettbrennregeleinrichtung (30, 31, 201-211) zum Durchführen einer Fettgemischverbrennungsregelung auf der Grundlage des erfaßten Grads der Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators.
2. System nach Anspruch 1, wobei die Fettbrennregeleinrichtung (30, 31, 201-211) eine Referenzfettbrennmenge ermittelt bei der Fettgemischverbrennungsregelung auf der Grundlage des Grads der Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators und die Fettgemischverbrennungsregelung durchführt in Übereinstimmung mit der Referenzfettbrennmenge.
3. System nach Anspruch 2, wobei die Fettbrennregeleinrichtung (30, 31, 201-211) eine Einrichtung (208) aufweist zum Berechnen eines Fettbrennmengenintegralwerts bei der Fettgemischverbrennungsregelung und eine Einrichtung (206) zum Vergleichen des berechneten Fettbrennmengenintegralwerts mit der Referenzfettbrennmenge und Beenden der Fettgemischverbrennungsregelung, wenn der erstgenannte Wert den letztgenannten Wert erreicht.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Fettbrennregeleinrichtung (30, 31, 201-211) die Referenzfettbrennmenge auf einen kleineren Wert einrichtet, wenn der Grad der Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators ansteigt.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Verschlechterungserfassungseinrichtung (30, 31, 301-304 401-411) folgendes aufweist:
eine Einrichtung (301) zum Berechnen einer Menge der Gasbestandteile, die nicht behandelt werden in dem Katalysator für eine Zeitperiode von dem Start der Brennkraftmaschine bis der stromaufwärtige Katalysator eine vorgegebene Temperatur erreicht; und
eine Einrichtung (303) zum Erfassen des Grads der Verschlechterung des stromaufwärtigen Katalysators auf der Grundlage der berechneten Menge der unbehandelten Gasbestandteile.
6. System nach Anspruch 5, wobei die Verschlechterungserfassungseinrichtung (30, 31, 301-304, 401-411) einen Integralwert der Luftkraftstoffverhältnisänderungsmenge berechnet bei jeder vorgegebenen Zeit nachdem das Abgas durch den stromaufwärtigen Katalysator durchgetreten ist als eine Menge der unbehandelten Gasbestandteile und einen höheren Grad der Verschlechterung erfaßt, wenn die integrierte Gasbestandteilmenge ansteigt.
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