-
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 14, die
einen Übergang
des Luft-Kraftstoffverhältnisses
und der Abgasbestandteile zeigt, wenn sich der 3-Wege-Katalysator
verschlechtert.
-
In 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.
-
Darüber hinaus
wird auf die nachveröffentlichte
EP 0 930 425 A2 und
die zugehörige
DE 699 17 816 T2 verwiesen,
aus denen ein Luftkraftstoffverhältnisregelsystem
bekannt ist, das einen stromaufwärtigen
Katalysator, der Sauerstoffauffangfähigkeit hat, und einen stromabwärtigen Katalysator
umfaßt, der
NOx in dem Abgas absorbiert, wenn sich das Luftkraftstoffverhältnis auf
der mageren Luftkraftstoffverhältnisseite
befindet, und der das absorbierte NOx abgibt und reduziert, wenn
das Luftkraftstoffverhältnis
zeitweilig auf die fette Seite geregelt wird. Das System schätzt die
Größe der Sauerstoffauffangfähigkeit
des stromaufwärtigen
Katalysators ab und vermindert den Anreicherungsgrad des Luftkraftstoffgemisches,
wenn das Luftkraftstoffverhältnis
auf die fette Seite geregelt wird und sich die Größe der Sauerstoffauffangfähigkeit
des stromaufwärtigen
Katalysators vermindert.
-
Die
Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Luftkraftstoffverhältnisregelsystem für eine Brennkraftmaschine,
das einen Verschlechterungszustand eines Katalysators, der auf der stromaufwärtigen Seite
eines NOx-Katalysators
positioniert ist, genau erfassen kann, um dadurch Abgas unabhängig von
dem Verschlechterungszustand des stromaufwärtigen Katalysators reinigen
zu können.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Luftkraftstoffverhältnisregelsystem
gelöst,
wie es im Patentanspruch 1 definiert ist.
-
Der
stromaufwärtige
Katalysator kann ein 3-Wege-Katalysator,
ein Oxidationskatalysator oder dergleichen sein, der 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 Fettverbrennungsregelung 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 sich die Sauerstoffspeicherfähigkeit des 3-Wege-Katalysators
von Katalysator zu Katalysator ändert
und sich in Abhängigkeit
von der Katalysatorbetriebstemperatur ändert.
-
Dabei
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 die unbehandelte Gasbestandteilmenge berechnet für eine Zeitperiode
von dem Start des Motors bis der Katalysator aufgewärmt ist,
und die Verschlechterung des Katalysators wird auf der Grundlage
der unbehandelten Gasbestandteilmenge erfaßt. 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, so daß sich die
Katalysatorverschlechterung genau erfassen läßt.
-
Dabei
wird vorzugsweise ein Integralwert eines Änderungsbetrags des Luftkraftstoffverhältnisses
nach jeder vorgegebenen Zeit, nachdem das Abgas durch den stromaufwärtigen Katalysator
durchgetreten ist, als eine unbehandelte Gasbestandteilmenge berechnet,
und es wird ein höherer
Grad der Verschlechterung erfaßt,
wenn die unbehandelte Gasbestandteilmenge ansteigt.
-
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.
-
Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich
aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen. In den Zeichnungen:
-
zeigt 1 eine
schematische Ansicht eines gesamten Luftkraftstoffverhältnisregelsystems
für einen
Motor gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
-
zeigt 2 eine
Ablaufdiagramm einer Luftkraftstoffverhältnisregelroutine;
-
zeigt 3 ein
Ablaufdiagramm einer Soll-Luftkraftstoffverhältniseinrichtroutine;
-
zeigt 4 ein
Diagramm der Beziehung zwischen dem Grad der Verschlechterung eines 3-Wege-Katalysators
und eines Referenzfettbrennbereichs;
-
zeigt 5 ein Diagramm der Beziehung zwischen
dem Durchsatz des Abgases und einem Korrekturfaktor des Abgasdurchsatzes;
-
zeigt 6 ein
Ablaufdiagramm einer 3-Wege-Katalysatorverschlechterungserfassungsroutine;
-
zeigt 7 ein
Diagramm zum Ermitteln des Grads der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators
auf der Grundlage eines Integralwert einer Spannungsabweichung;
-
zeigt 8 ein
Zeitdiagramm eines Betriebs des Ausführungsbeispiels;
-
zeigt 9 ein
Blockschaltbild der allgemeinen Skizze eines Regelsystems gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel;
-
zeigt 10 ein
Ablaufdiagramm einer Routine zum Erfassen der Verschlechterung des
3-Wege-Katalysators bei dem zweiten Ausführungsbeispiel;
-
zeigt 11 ein
Ablaufdiagramm einer Katalysatortemperaturschätzroutine;
-
zeigt 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;
-
zeigt 13 ein
Diagramm zum Ermitteln des Grads der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators;
und
-
14 zeigt
ein Zeitdiagramm des Übergangs
eines Luft-Kraftstoffverhältnisses
und Abgasbestandteilen bei einem herkömmlichen System.
-
Ein
Brennkraftmaschine 1 in 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 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-Luftkraftstoffverhältnisses
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-Kraftstoffverhältnis 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 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-Luftkraftstoffverhältniskorrekturbetrags 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 =
MAFm – 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-Luftkraftstoffverhältnisses
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
Korrketurfaktoren 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-Luftkraftstoffverhältnisses MAF, die beim Schritt 200 ausgeführt wird,
wird unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
In 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 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 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 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 4.
Gemäß 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 2
zurück. Dabei
wird der beim Schritt 207 eingerichtete MAF-Wert für die Berechnung
beim Schritt 108 (a) und den folgenden Schritten in 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-Luftkraftstoffverhältnis 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|·Abgasdurchflußkorrekturfaktor” wird nur
zu dem vorangegangenen Fettbrennabweichungsintegralwert RAFAD(i – 1) addiert,
wenn der Korrekturfaktor positiv ist, nämlich wenn das Ist-Luftkraftstoffverhältnis AFm
sich auf der fetten Luftkraftstoffverhältnisseite befindet relativ
zu dem Luftkraftstoffverhältnisreferenzwert
AFSD. Das Ist-Luftkraftstoffverhältnis 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 5 erhalten.
Gemäß 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.
-
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 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 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 8 spezifischer beschrieben. 8(a) zeigt
das Verhalten des Luft-Kraftstoffverhältnisses und der Abgasbestandteile,
wenn der 3-Wege-Katalysator 13 neu ist. 8(b) stellt
das Verhalten des Luft-Kraftstoffverhältnisses und der Abgasbestandteile
dar, wenn sich der 3-Wege-Katalysator 13 verschlechtert.
In 8(a) und 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 8(a) und 8(b) zur Vereinfachung, daß die Luftkraftstoffverhältnisse
gleichzeitig verschoben werden.
-
Wie
in 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 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 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 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 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 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 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 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 3). Da
dabei die Katalysatorverschlechterung fortgeschritten ist, ist ein
relativ kleiner Referenzfettbrennbereich RAFADSD gegeben (siehe 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 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 8(b), kürzer als
die Zeit von t12 nach t13 in 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 9). Gemäß 8(b) können auf
eine ähnlich
Weise wie in 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 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 6 und durch
die CPU 31 mit einem vorgegebenen Zeitzyklus ausgeführt (beispielsweise
ein Zyklus von 64 mSek), wie in 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 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 11. In 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 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 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 (Ausgangspannung des
Luftkraftstoffsensors 26) und dem Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis (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 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 12 zeigen die Zeichen O, ☐ 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 13 erfaßt, die in dem ROM 32 gespeichert ist.
Gemäß der 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 3.
-
Das
Verfahren zum Erfassen der Verschlechterung des 3-Wege-Katalysators
13 in
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
Referenzfettbrennmenge (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 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 12gezeigt 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.