DE60003105T2 - Vorrichtung zur Abgasemissionssteuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur Abgasemissionssteuerung einer Brennkraftmaschine

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Abgasemissions- Steuervorrichtung eines Motors und im Besonderen eine Abgasemissions-Steuerung entsprechend des Oberbegriffs der Patentansprüche 1, 2, 4 und 6.
  • Der Kraftstoffverbrauch wird verbessert, wenn ein interner Verbrennungsmotor mit einem mageren Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird. Während des Betriebes mit magerem Gemisch erhöht sich jedoch der Gehalt an NOx im Abgas. Deshalb wird ein NOx speichernder Katalysator als Abgaskatalysator für einen Motor verwendet, der mit einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis betrieben wird.
  • Der NOx-Speicher scheidet NOx, das im Abgas enthalten ist, ab und speichert es, wenn der Motor mit einem mageren Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird. Wenn der Motor mit einem fetten oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird, dann wird das gespeicherte NOx mit Hilfe der Bestandteile im Abgas, so zum Beispiel HC (Kohlenwasserstoff) und CO, verringert.
  • Die Schwefeloxide (SOx) im Abgas werden jedoch auch durch diesen NOx speichernden Katalysator abgeschieden und gespeichert. Deshalb verringert sich die Fähigkeit des NOx speichernden Katalysators, NOx zu speichern, wenn sich der Betrag an angelagertem SOx erhöht (SOx - Vergiftung).
  • Nach Tokkai Hei 10-54274, welches durch das Japanese Patent Office 1998 veröffentlicht wurde, werden Fehlzündungen bei einem auf vorbestimmte Zeit betriebenen mageren Luft-Kraftstoffgemisch verursacht, wenn sich der Betrag an SOx erhöht, welches sich in dem NOx speichernden Katalysator ablagert, und sich die Abscheideleistung für NOx verringert, so dass nicht verbrannter Kraftstoff in den NOx speichernden Katalysator gelangt. Wenn dieser nicht verbrannte Kraftstoff im Katalysator verbrannt wird oder wenn die Steuerzeiten für die Zündung verzögert werden um die Temperatur des Abgases zu erhöhen, dann wird auch die Temperatur des Katalysators erhöht. Dadurch kann in der Folge das eingelagerte SOx entweichen.
  • Selbst bei einem Motor, der mit einem mageren Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird, wird der Motor außerhalb eines vorher festgelegten Bereiches für gewöhnlich mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisch betrieben, so dass zusätzlich zu dem NOx speichernden Katalysator ein Drei-Wege-Katalysator eingebracht werden muss.
  • Das gebräuchlichste Verfahren, die Verschlechterung des Drei-Wege- Katalysators zu diagnostizieren ist, seine Speicherleistung für Sauerstoff zu messen. Die Speicherleistung für Sauerstoff wird zum Beispiel mit Hilfe einer Messung der Änderung des Luft Kraftstoffgemischs hinter dem Drei-Wege-Katalysator ermittelt, wobei man das Luft-Kraftstoffgemisch des Abgases, welches in den Drei-Wege-Katalysator strömt periodisch zwischen fett und mager um das stöchiometrische Luft-Kraftstoffgemisch schwanken lässt. Aus diesem Grunde wird die Diagnose der Verschlechterung des Drei- Wege-Katalysators durchgeführt, während der Motor mit einem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffgemisch betrieben wird.
  • Falls jedoch der Bereich, in welchem mit magerem Luft-Kraftstoffgemisch gefahren wird, weit eingestellt ist, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern, dann wird der Bereich, in welchem eine Diagnose der Verschlechterung des Drei-Wege- Katalysators durchgeführt werden kann, sehr eng, wodurch sich die Möglichkeiten, überhaupt eine Diagnose durchzuführen, verringern.
  • Da sich die Mengen an nicht verbranntem Kraftstoff und Sauerstoff im Abgas erhöhen und die Temperatur des Abgases steigt, während die Steuerung der SOx- Emission durchgeführt wird, kann weiterhin eine präzise Diagnose der Verschlechterung nicht durchgeführt werden und die Möglichkeiten der Diagnose werden weiter verringert.
  • Es ist deshalb ein Ziel dieser Erfindung, eine präzise Diagnose der Verschlechterung eines Drei-Wege-Katalysators zu ermöglichen, selbst wenn sich die Möglichkeiten der Diagnose aufgrund des Betriebs mit einem mageren Luft- Kraftstoffgemisch oder der Steuerung der SOx-Emission verringert haben.
  • Um dieses Ziel zu erreichen, wurde ein geeignetes Konzept entwickelt, um die Verbesserung einer Abgasemissions-Steuervorrichtung eines Motors der zuvor bereits erwähnten Arten zu ermöglichen, wobei ein Mikroprozessor programmiert ist, um: eine primäre Diagnose durchzuführen, ob sich die Leistung des vorderen Drei-Wege- Katalysators - welche in einem ersten Zeitraum gemessen wurde - auf der Basis des Luft-Kraftstoffgemischs hinter dem vorderen Drei-Wege-Katalysator verschlechtert hat oder nicht, und zwar jedes Mal nachdem die erste Periode vergangen ist und der Motor in einem Diagnosebereich läuft; eine sekundäre Diagnose durchzuführen, ob sich die Leistung des vorderen Drei-Wege-Katalysators - welche in einem zweiten Zeitraum gemessen wurde, der länger ist als der erste Zeitraum - auf der Basis des Luft- Kraftstoffgemischs hinter dem vorderen Drei-Wege-Katalysator verschlechtert hat oder nicht, und zwar jedes Mal nachdem die zweite Periode vergangen ist und der Motor im Diagnosebereich läuft.
  • Entsprechend der Erfindung wird das oben genannte Ziel auf schöpferische Art und Weise für die zuvor erwähnte Abgasemissions-Steuervorrichtung durch die Eigenschaften der bezeichnenden Abschnitte der Patentansprüche 1, 2, 4 und 6 erreicht.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele unterliegen den jeweiligen untergeordneten Patentansprüchen.
  • Im folgenden werden weitere Details und Vorteile der Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
  • Fig. 1 eine schematische Ansicht eine Abgasemissions-Steuervorrichtung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist,
  • Fig. 2a eine erste Hälfte eines Programms zur Diagnose der Verschlechterung zeigt,
  • Fig. 2b eine zweite Hälfte eines Programms zur Diagnose der Verschlechterung zeigt,
  • Fig. 3 ein Kennliniendiagramm für das Festlegen eines Ziel- Gleichgewichtsverhältnisses ist,
  • Fig. 4 ein Programm zeigt zur Feststellung, ob die Bedingungen der SOx- Emission erfüllt werden oder nicht,
  • Fig. 5 ein Programm zeigt zur Feststellung, ob eine Steuerung der SOx Emission durchgeführt wird oder nicht,
  • Fig. 6 ein Programm zum Festlegen eines Ziel-Luft-Kraftstoffgemischs zeigt,
  • Fig. 7 ein Programm zur Berechnung des Betrages der Kraftstoffeinspritzung sowie der Steuerung der Einspritzzeiten zeigt,
  • Fig. 8 ähnlich Fig. 1 ist, jedoch ein zweites Ausführungsbeispiel dieser Erfindung darstellt.
    • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Entsprechend Fig. 1 der Zeichnungen befinden sich ein Luftströmungsmesser 3, welcher eine Menge an zuströmender Luft misst, eine Drosselklappe 4, welche die Menge der zuströmenden Luft reguliert, sowie eine Einspritzdüse 5, welche Kraftstoff in das Ansaugrohr 2 einspritzt, im Ansaugrohr 2 eines internen Verbrennungsmotors 1. Die Einspritzdüse 5 kann Kraftstoff direkt in einen Zylinder des Motors 1 einspritzen.
  • Ein vorderer Katalysator 8 befindet sich in einem Abgasrohr 7 des Motors 1 und ein hinterer Katalysator 9 befindet sich hinter dem vorderen Katalysators 8.
  • Der vordere Katalysator 8 ist ein Drei-Wege-Katalysator; er verringert die NOx- Menge im Abgas und oxidiert Kohlenwasserstoff sowie Kohlenmonoxid mit maximaler Umwandlungseffizienz, wenn der Motor bei einem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffgemisch betrieben wird.
  • Der hintere Katalysator 9 ist ebenfalls ein Drei-Wege-Katalysator; er scheidet NOx ab oder reduziert es entsprechend des Luft Kraftstoffgemischs des einströmenden Abgases. Der hintere Katalysator 9 scheidet NOx, welches erzeugt wird, wenn der Motor 1 bei einem mageren Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird, ab und speichert es. Wenn der Motor 1 bei einem fetten oder stöchiometrischen Luft Kraftstoffgemisch betrieben wird und sich die Sauerstoffkonzentration des Abgases verringert, dann reduziert der hintere Katalysator 9 das angelagerte NOx mit Hilfe von HC und CO im Abgas.
  • Ein vorderer O&sub2;-Sensor 10 und ein hinterer O&sub2;-Sensor 11 befinden sich jeweils vor und hinter dem vorderen Katalysator 8. Der vordere O&sub2;-Sensor 10 und der hintere O&sub2;-Sensor 11 können messen, ob die Luft-Kraftstoffgemische des in den vorderen Katalysator 8 einströmenden Abgases und des aus dem vorderen Katalysator 8 ausströmenden Abgases fetter oder magerer sind, als das stöchiometrische Luft- Kraftstoffgemisch.
  • Ein Sensor 12 für die Temperatur des Katalysators, welcher die Temperatur misst, befindet sich ebenfalls im hinteren Katalysator 9.
  • Zusätzlich zu den Signalen aus dem zuvor erwähnten Luftströmungsmesser 3, dem vorderen O&sub2;-Sensor 10 und dem hinteren O&sub2;-Sensor 11, sowie dem Sensor 12 für die Temperatur des Katalysators werden ein Signal der Kühlwassertemperatur von einem Sensor 13 für die Kühlwassertemperatur, ein Signal Ref und ein Signal Pos von einem Sensor 14 für den Kurbelwinkel, ein Signal des Betrages des Niederdrückens des Beschleunigerpedals von einem Sensor 15 für die Position des Beschleunigerpedals, sowie ein Signal über die Geschwindigkeit des Fahrzeuges von einem Sensor 16 für die Fahrzeuggeschwindigkeit in eine Steuereinheit 6 eingelesen. Die Steuereinheit 6 steuert die Drosselklappe 4, die Einspritzdüse 5 und die Zündkerze 19 auf der Basis dieser verschiedenen Signale.
  • Wenn sich die Menge des im hinteren Katalysator angelagerten SOx erhöht und sich die Abscheideleistung von NOx verringert, führt die Steuereinheit 6 die Steuerung der SOx-Emission unter vorher festgelegten Bedingungen durch und erhöht die Temperatur des hinteren Katalysators 9, um das angelagerte SOx entweichen zu lassen.
  • Da sich die Temperatur des vorderen Katalysators 8 ebenfalls erhöht und sich die Leistung des vorderen Katalysators 8 aufgrund der Wärme verschlechtern könnte, wenn die Steuerung der SOx-Emission durchgeführt wird, führt die Steuereinheit 6 auf der Basis der Ausgabe des vorderen O&sub2;-Sensors 10 und des hinteren O&sub2;-Sensors 11 auch die Diagnose durch, ob sich die Leistung des vorderen Katalysators 8 verschlechtert hat.
  • Fig. 2a und Fig. 2b zeigen ein Programm, mit Hilfe dessen ermittelt wird, ob sich die Leistung des vorderen Katalysators 8 verschlechtert hat. Dieses Programm wird durch die Steuereinheit 6 in einem vorher festgelegten Intervall durchgeführt, zum Beispiel alle 10 Millisekunden.
  • Dieses Programm diagnostiziert die Verschlechterung der Leistung des vorderen Katalysators 8 auf der Basis der Ausgabe des vorderen O&sub2;-Sensors 10 und der Ausgabe des hinteren O&sub2;-Sensors 11 und setzt entsprechend des Ergebnisses dieser Diagnose die Kennzeichen Fdiag1 und Fdiag2.
  • Zuerst wird in einem Schritt S11 ermittelt, ob die Bedingungen des Regelkreises des Luft Kraftstoffgemischs (im folgenden F/B-Bedingungen) erfüllt werden oder nicht.
  • Die F/B-Bedingungen gelten als erfüllt, wenn alle nachfolgenden Bedingungen erfüllt sind.
  • - Aktivierung des vorderen O&sub2;-Sensors 10 ist vollständig durchgeführt.
  • - Die sofort nach dem Starten des Motors erfolgende Steuerung der zusätzlichen Kraftstoffmenge ist vollständig durchgeführt (Korrekturkoeffizient für die zusätzliche Kraftstoffmenge COEF = 1).
  • - Das Ziel-Luft-Kraftstoffgemisch entspricht dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffgemisch (Ziel-Gleichgewichtsverhältnis TFBYA = 1).
  • Wenn festgestellt wird, dass die F/B-Bedingungen erfüllt sind, dann wird das Luft- Kraftstoffgemisch des in den Motor 1 beförderten Kraftstoffgemisches auf der Basis der Ausgabe des vorderen O&sub2;-Sensors 10 bis zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisch geregelt, woraufhin das Programm mit einem Schritt S12 fortfährt. Da das Luft- Kraftstoffgemisch des Abgases, welches in den vorderen Katalysator 8 einströmt, zu diesem Zeitpunkt periodisch zwischen mager und fett um das stöchiometrische Luft- Kraftstoffgemisch schwankt, kann die Verschlechterung der Leistung des vorderen Katalysators 8 diagnostiziert werden, wenn die O&sub2;-Speicherleistung des vorderen Katalysators 8 auf der Basis des hinteren O&sub2;-Sensors 11 gemessen wird.
  • Wenn andererseits festgestellt wird, dass die F/B-Bedingungen nicht erfüllt sind, dann fährt das Programm mit einem Schritt S32 fort, das Kennzeichen Fdiag wird auf Null gesetzt, womit angezeigt wird, dass die Diagnose nicht ausgeführt wird, und das Programm wird beendet.
  • In einem Schritt S12 wird festgestellt, ob die Aktivierung des hinteren O&sub2;- Sensors 11 vollständig erfolgt ist oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass die Aktivierung des hinteren O&sub2;-Sensors 11 vollständig erfolgt ist, dann fährt das Programm mit einem Schritt S13 fort. Im umgekehrten Fall fährt das Programm mit dem Schritt S32 fort, das Kennzeichen Fdiag wird auf Null gesetzt und das Programm wird beendet.
  • In dem Schritt S13 wird festgestellt, ob sich die Drehzahl N des Motors und die Belastung T des Motors in einem Bereich befinden, welcher in Fig. 3 durch eine Strichpunktlinie dargestellt ist (im folgenden "Diagnosebereich" genannt) oder nicht. Der Diagnosebereich wird als Bereich festgelegt, in welchem der Motor 1 regelmäßig läuft. Dabei wird bestimmt, ob sich die Drehzahl N des Motors und die Belastung T des Motors innerhalb des Diagnosebereiches befinden oder nicht. Es kann jedoch auch zusätzlich ermittelt werden, ob die Schwankung der Drehzahl N des Motors und der Belastung T des Motors innerhalb vorher festgelegter Toleranzen liegt. Wenn festgestellt wird, dass sich die Drehzahl N des Motors und die Belastung T des Motors innerhalb des Diagnosebereichs befinden, dann fährt das Programm mit einem Schritt S14 fort. Im umgekehrten Fall fährt das Programm mit dem Schritt S32 fort, das Kennzeichen Fdiag wird auf Null gesetzt und das Programm wird beendet.
  • In dem Schritt S14 wird bestimmt, ob die Steuerung der SOx-Emission durchgeführt wird oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass die Steuerung der SOx- Emission zur Zeit nicht durchgeführt wird, fährt das Programm mit einem Schritt S15 fort, um die Diagnose der Verschlechterung der Leistung durchzuführen, woraufhin das Kennzeichen Fdiag auf 1 gesetzt wird, um anzuzeigen, dass zur Zeit die Diagnose der Verschlechterung der Leistung des vorderen Katalysators 8 durchgeführt wird. Im umgekehrten Fall fährt das Programm mit dem Schritt S32 fort, das Kennzeichen Fdiag wird auf Null gesetzt und das Programm wird beendet.
  • Während der Steuerung der SOx-Emission wird keine Diagnose der Verschlechterung der Leistung durchgeführt, weil sich während der Steuerung der SOx- Emission die Menge von Bestandteilen aus nicht verbranntem Kraftstoff und die Menge an Sauerstoff, der in den Katalysator strömt, erhöhen kann oder der zentrale Steuerungspunkt des Regelkreises des Luft-Kraftstoffgemischs auf fett umschalten könnte, so dass es schwierig wäre, eine präzise Diagnose der Verschlechterung der Leistung durchzuführen.
  • In einem Schritt S16 wird auf der Basis des Kennzeichens Fdiag ermittelt, ob sich das Programm in der Startphase der Diagnose der Verschlechterung der Leistung befindet. Wenn das Kennzeichen Fdiag im unmittelbar vorhergehenden Programmdurchlauf den Wert Null aufwies, und das Kennzeichen Fdiag im gegenwärtigen Programmdurchlauf den Wert 1 aufweist, dann wird festgestellt, dass die Bedingungen der Diagnose exakt erfüllt sind. Wenn festgestellt wird, dass die Diagnose gerade begonnen hat, dann fährt das Programm mit einem Schritt S17 fort. Im anderen Fall fährt das Programm mit einem Schritt S18 fort.
  • In einem Schritt S17 werden die Variablen CTF, HZR, HZRATE und CT initialisiert, welche für die Diagnose der Verschlechterung der Leistung verwendet werden. CTF ist ein Zähler, der die Anzahl von Umkehrungen der Ausgabe des vorderen O&sub2;-Sensors 10 zählt, HZR ist ein Zähler, der die Anzahl an Umkehrungen der Ausgabe des hinteren O&sub2;-Sensors 11 zählt, HZRATE ist das Verhältnis der Anzahl von Inversionen der Ausgabe des hinteren/vorderen O&sub2;-Sensors, welches den Grad der Verschlechterung der Leistung des vorderen Katalysators 8 angibt, und CT ist ein Zähler, der die Anzahl an Berechnungen des gewichteten Durchschnitts von HZRATE zählt.
  • In einem Schritt S18 wird ermittelt, ob die Ausgabe des vorderen O&sub2;-Sensors 10 einen Grenzwert überschritten hat, der mit dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisch korrespondiert. Wenn festgestellt wird, dass die Ausgabe des vorderen O&sub2;- Sensors 10 den Grenzwert überschreitet, dann fährt das Programm mit einem Schritt S19 fort und CTF wird gezählt, andernfalls fährt das Programm mit einem Schritt S20 fort. Der Buchstabe "z" in dem Flussdiagramm steht für den Wert des unmittelbar vorausgehenden Programmdurchlaufs (so auch im folgenden Text).
  • In einem Schritt S20 wird ermittelt, ob die Ausgabe des hinteren O&sub2;-Sensors 11 einen Grenzwert überschritten hat, der mit dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisch korrespondiert. Wenn festgestellt wird, dass die Ausgabe des hinteren O&sub2;- Sensors 11 den Grenzwert überschreitet, dann fährt das Programm mit einem Schritt S21 fort und HZR wird gezählt, andernfalls fährt das Programm mit einem Schritt S22 fort, der in Fig. 2b dargestellt ist.
  • In einem Schritt S22 wird ermittelt, ob CTF eine vorher festgelegte Anzahl von Durchläufen CTFth erreicht hat oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass CTF eine vorher festgelegte Anzahl an Durchläufen CTFth erreicht hat, dann fährt das Programm mit einem Schritt S23 fort, andernfalls wird das Programm beendet.
  • In dem Schritt S23, wird die primäre Diagnose des vorderen Katalysators 8 durchgeführt. Die Anzahl an Umkehrungen der Ausgabe des hinteren O&sub2;-Sensors 11, während derer die Ausgabe des vorderen O&sub2;-Sensors 10 eine vorher festgelegte Anzahl an Umkehrungen durchläuft, repräsentiert die O&sub2;-Speicherleistung des vorderen Katalysators 8. Da sich die O&sub2;-Speicherleistung in dem Maße verringert, in dem sich die Anzahl an Umkehrungen erhöht, heißt das, dass die Verschlechterung der Leistung des vorderen Katalysators 8 mit Hilfe eines Vergleichs von HZR mit einem Referenzwert HZRATEth diagnostiziert werden kann.
  • Im folgenden ist CTFth auf einen Wert festgelegt, durch welchen ein Ergebnis der Diagnose selbst dann erreicht werden kann, wenn die Zeit kurz ist, in welcher die Bedingungen für die Diagnose der Verschlechterung der Leistung erfüllt sind. Obwohl es eine große Anzahl an Möglichkeiten für die Diagnose gibt, wenn die primäre Diagnose in einem kurzen Zeitraum durchgeführt wird, so wird diese andererseits doch leicht durch Störfaktoren beeinflusst, wie zum Beispiel eine Änderung des Betriebszustands des Motors 1, und ist dann nicht ausreichend präzise.
  • In einem Schritt S24 wird ein Kennzeichen Fdiag1 auf den Wert 1 gesetzt, um anzuzeigen, dass für den vorderen Katalysator 8 in der primären Diagnose ermittelt wurde, dass dessen Leistung sich verschlechtert hat. Wenn Fdiag1 auf 1 gesetzt ist, wird selbst für den Fall, dass während der primären Diagnose festgestellt wird, dass sich die Leistung des Katalysators in den nachfolgenden Programmdurchläufen nicht verschlechtert hat, die Entscheidung für die Verschlechterung der Leistung (Fdiag1 = 1) beibehalten.
  • In einem Schritt S25 wird HZRATE berechnet, indem eine Berechnung eines gewichteten Durchschnitts von HZR unter Verwendung der folgenden Formel durchgeführt wird:
  • HZRATE = (1 - k) · HZRATEz + k · HZR (1)
  • k entspricht einem gewichtenden Koeffizienten und nimmt einen Wert zwischen Null und 1 an.
  • In einem Schritt S26 wird CT gezählt. In einem Schritt S27 wird ermittelt, ob CT eine vorher festgelegte Anzahl an Durchläufen CTth erreicht hat oder nicht. Wenn CT die vorher festgelegte Anzahl an Durchläufen erreicht hat, dann fährt das Programm mit einem Schritt S28 fort, andernfalls wird das Programm beendet.
  • In diesem Schritt S28 wird die sekundäre Diagnose des vorderen Katalysators 8 durchgeführt. HZRATE wird mit dem vorher festgelegten Referenzwert HZRATEth verglichen und wenn HZRATE ≥ HZRATEth, dann wird festgestellt, dass sich die Leistung des vorderen Katalysators 8 tatsächlich verschlechtert hat, woraufhin das Programm mit einem Schritt S29 fortfährt. In dieser sekundären Analyse wird ein Ergebnis von ausreichender Genauigkeit erreicht, wenn die Diagnose für eine Periode andauert, die CTth mal der Periode entspricht, während derer die Ausgabe des vorderen O&sub2;-Sensor 10 CTFth Umkehrungen durchläuft.
  • In dem Schritt S29 wird ein Kennzeichen Fdiag2 auf den Wert 1 gesetzt, um anzuzeigen, dass der Katalysator während der sekundären Analyse daraufhin untersucht wird, ob sich die Leistung verschlechtert hat. Wenn in der sekundären Analyse festgestellt wird, dass sich die Leistung des Katalysators verschlechtert hat, dann schaltet sich eine Warnlampe 17 ein, um den Fahrer zu alarmieren.
  • Andererseits, wenn HZRATE < HZRATEth wird festgestellt, dass sich die Leistung des vorderen Katalysators 8 nicht verschlechtert hat, das Programm fährt mit einem Schritt S30 fort und die Kennzeichen Fdiag1 und Fdiag2 werden auf den Wert Null gesetzt.
  • In einem Schritt S31 werden CTF und HZR in Vorbereitung auf die nächste Diagnose jeweils auf Null gesetzt.
  • Indem dieses Programm abläuft werden, wenn die Steuerung der SOx-Emission nicht durchgeführt wird, die primäre und sekundäre Diagnose des vorderen Katalysators 8 auf der Basis der Ausgabe der O&sub2;-Sensoren 10 und 11 durchgeführt. Wenn in der primären Diagnose festgestellt wird, dass sich die Leistung des vorderen Katalysators 8 nicht verschlechtert hat, dann wird Fdiag1 auf den Wert Null gesetzt. Wenn jedoch festgestellt wird, dass sich die Leistung verschlechtert hat, dann wird Fdiag1 auf den Wert 1 gesetzt. In genau derselben Weise wird Fdiag2 auf den Wert Null gesetzt, wenn in der sekundären Diagnose festgestellt wird, dass sich die. Leistung des vorderen Katalysators 8 nicht verschlechtert hat und wenn festgestellt wird, dass sich dessen Leistung verschlechtert hat, dann wird Fdiag2 auf den Wert 1 gesetzt.
  • Fig. 4 zeigt ein Programm, mit welchem ermittelt wird, ob die Bedingungen der SOx-Emission erfüllt sind oder nicht. Dieses Programm wird mit Hilfe der Steuereinheit 6 in einem vorher festgelegten Intervall durchgeführt, zum Beispiel alle 10 Millisekunden.
  • Das Programm ermittelt den Menge an SOx, die sich im hinteren Katalysator 9 angelagert hat. Auf der Basis der ermittelten Menge an angelagertem SOx wird bestimmt, ob die Bedingungen der SOx-Emission erfüllt sind oder nicht, woraufhin ein Kennzeichen Fsox gesetzt wird.
  • Zuerst wird in einem Schritt S41 die Ausgabe des Sensors 12 für die Temperatur des Katalysators in ein digitales Signal umgewandelt und die Temperatur Tcat des hinteren Katalysators 9 wird gemessen. Die Drehzahl N des Motors wird auf der Basis eines Wiederholungsintervalls eines Signals (zum Beispiel Ref-Signal) des Sensors 14 für den Kurbelwinkel berechnet. Eine Belastung T des Motors (zum Beispiel Zieldrehmoment des Motors 1 entsprechend des Betrages des Niederdrückens des Beschleunigerpedals) wird ebenfalls berechnet, und zwar auf der Basis der Ausgabe des Sensors 15 für die Position des Beschleunigerpedals. Die Temperatur Tcat des Katalysators kann auf der Basis der Betriebsbedingungen des Motors ermittelt werden.
  • In einem Schritt S42 wird ermittelt, ob die Temperatur Tcat des Katalysators niedriger ist, als eine Temperatur Tcat2 zur SOx-Emission. Wenn die Temperatur Tcat des Katalysators niedriger ist als die Temperatur Tcat2 zur SOx-Emission, dann wird festgestellt, dass die Bedingungen für den hinteren Katalysator 9, SOx abzuscheiden, erfüllt sind und das Programm fährt mit einem Schritt S43 fort. Andererseits, wenn die Temperatur Tcat des Katalysators höher ist als die Temperatur Tcat2 zur SOx-Emission, wird festgestellt, dass die Bedingungen für den hinteren Katalysator 9, SOx auszustoßen, erfüllt sind und das Programm fährt mit einem Schritt S47 fort.
  • In dem Schritt S43 wird die Menge an SOx, die in einem vorher festgelegten Zeitraum durch den hinteren Katalysator 9 abgeschieden wird (im vorliegenden Fall 10 Millisekunden), mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnet:
  • &Delta;SOXa = (Menge an SOx, die in einem vorher festgelegten Zeitraum in den hinteren Katalysator 9 strömt) · (SOx Abscheiderate des hinteren Katalysators 9) (2)
  • Die Menge an SOx, die in einem vorher festgelegten Zeitraum in den hinteren Katalysator 9 strömt, wird zum Beispiel auf der Basis der Drehzahl N des Motors, der Belastung T des Motors und des durchschnittlichen Luft-Kraftstoffgemisches berechnet. Die SOx-Abscheiderate des hinteren Katalysators 9 (pro Zeiteinheit abgeschiedene Menge an SOx/pro Zeiteinheit einströmende Menge an SOx) wird zum Beispiel auf der Basis einer aktuellen Menge SOXz von angelagertem SOx (ermittelter Wert der Menge von angelagertem SOx, der im unmittelbar vorhergehenden Durchlauf berechnet wurde), der Temperatur Tcat des Katalysators und des durchschnittlichen Luft-Kraftstoffgemisches berechnet. Ein Ziel-Gleichgewichtsverhältnis TFBYA, das von einem später zu beschreibenden Programm festgelegt wird, kann als das durchschnittliche Luft- Kraftstoffgemisch verwendet werden.
  • Die SOx-Abscheiderate des hinteren Katalysators 9 entspricht einem Wert zwischen Null und 1 und weist die folgenden Merkmale auf.
  • - Die SOx-Abscheiderate erhöht sich in demselben Maße, in dem sich die Menge SOX an angelagertem SOx des hinteren Katalysators 9 verringert. Wenn die Menge SOX an angelagertem SOx dem Wert Null entspricht, dann ist die SOx- Abscheiderate maximal.
  • - Die SOx-Abscheiderate liegt bei einem Maximum, wenn die Temperatur Tcat des hinteren Katalysators 9 einer vorher festgelegten Temperatur entspricht. Sie ist geringer, wenn die Temperatur niedriger als die vorher festgelegte Temperatur ist und liegt bei Null unterhalb der Temperatur zur Aktivierung des Katalysators. Die SOx- Abscheiderate nimmt selbst bei einer Temperatur ab, die höher ist als die vorher festgelegte Temperatur und liegt bei Null oberhalb der Temperatur Tcat2 der SOx- Emission.
  • - Die SOx-Abscheiderate nimmt in demselben Maße ab, in dem das Gemisch fetter wird und liegt bei Null bei einem fetten Luft-Kraftstoffgemisch.
  • Nachdem die SOx-Menge &Delta;SOXa berechnet wurde, die in einem vorher festgelegten Zeitraum abgeschieden wurde, fährt das Programm mit einem Schritt S44 fort.
  • In dem Schritt S44 wird &Delta;SOXa zu der ermittelten Menge SOXz von angelagertem SOx addiert, welche im unmittelbar vorhergehenden Durchlauf berechnet wurde, woraufhin die aktualisierte angelagerte SOx-Menge SOX berechnet wird.
  • In einem Schritt S45 wird bestimmt, ob die aktualisierte angelagerte SOx- Menge SOX größer ist als die vorher festgelegte Menge SOXmax. Wenn die aktualisierte angelagerte SOx-Menge SOX größer ist als die vorher festgelegte Menge SOXmax, dann fährt das Programm mit einem Schritt S46 fort und ein Kennzeichen Fsox wird auf den Wert 1 gesetzt, um anzuzeigen, dass die Bedingungen für die SOx-Emission erfüllt sind. Die vorher festgelegte Menge SOXmax ist so festgelegt, dass der hintere Katalysator 9 eine vorher festgelegte Kapazität, NOx zu speichern, behält.
  • Andererseits wird in einem Schritt S47 eine SOx-Menge &Delta;SOXr, die in einem vorher festgelegten Zeitraum (im vorliegenden Fall 10 Millisekunden) aus dem hinteren Katalysator 9 ausgestoßen wird, mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnet:
  • &Delta;SOXr = (vorher festgelegter Zeitraum) · (SOx-Ausstoßrate des hinteren Katalysators 9) (3)
  • Die SOx-Ausstoßrate des hinteren Katalysators 9 entspricht der pro Zeiteinheit aus dem hinteren Katalysator 9 ausgestoßenen Menge an SOx und wird zum Beispiel auf der Basis der aktuellen Menge SOXz von angelagertem SOx (ermittelter Wert der Menge von angelagertem SOx, der im unmittelbar vorhergehenden Durchlauf berechnet wurde), der Temperatur Tcat des Katalysators und dem durchschnittlichen Luft- Kraftstoffgemisch berechnet.
  • Das Ziel-Gleichgewichtsverhältnis TFBYA, welches durch ein später zu beschreibendes Programm festgelegt wird, wird als das durchschnittliche Luft- Kraftstoffgemisch verwendet. Da es jedoch vorkommen kann, dass das durchschnittliche Luft-Kraftstoffgemisch fett wird, indem der zentrale Steuerwert des Regelkreises des Luft-Kraftstoffgemischs variiert wird während TFBYA = 1 beträgt, muss während der Steuerung der SOx-Emission der Grad an Fettheit des Gemischs ebenfalls berücksichtigt werden.
  • Die SOx-Ausstoßrate des hinteren Katalysators 9 weist die folgenden Merkmale auf.
  • - Die SOx-Ausstoßrate nimmt in demselben Maße ab, in dem auch die Menge SOX von im hinteren Katalysator 9 angelagertem SOx abnimmt. Wenn die Menge SOX von angelagertem SOx bei Null liegt, dann beträgt die Rate der SOx- Emission ebenfalls Null.
  • - Die SOx-Ausstoßrate wird umso niedriger, je niedriger die Temperatur Tcat des Katalysators des hinteren Katalysators 9 ist und liegt bei Null unterhalb der SOx- Ausstoßtemperatur Tcat2.
  • - Die SOx-Ausstoßrate nimmt in demselben Maße ab, in der Grad an Fettheit des Gemischs abnimmt und liegt bei einem mageren Luft-Kraftstoffgemisch bei Null.
  • Nachdem die Menge &Delta;SOXr des aus dem hinteren Katalysator ausgestoßenen SOx berechnet wurde, fährt das Programm mit einem Schritt S48 fort und &Delta;SOXr wird von der ermittelten Menge SOXz von angelagertem SOx subtrahiert, die im unmittelbar vorhergehenden Durchlauf berechnet wurde, um die aktualisierte angelagerte SOx- Menge SOX zu ermitteln.
  • In einem Schritt S49 wird bestimmt, ob die aktualisierte angelagerte SOx- Menge SOX geringer ist als ein vorher festgelegter Wert SOXmin. Wenn die Menge geringer ist als der vorher festgelegte Wert SOXmin, dann fährt das Programm mit einem Schritt S50 fort und das Kennzeichen Fsox wird auf den Wert Null gesetzt, um anzuzeigen, dass die Bedingungen für die SOx-Emission nicht erfüllt sind. Der vorher festgelegte Wert SOXmin ist auf einen geringen Wert nahe Null festgelegt.
  • Indem dieses Programm abläuft, wird die Menge &Delta;SOXa von abgeschiedenem SOx oder die Menge &Delta;SOXr der SOx-Emission des hinteren Katalysators 9 in einem vorher festgelegten Zeitraum auf der Basis der Temperatur Tcat des Katalysators berechnet. Die angelagerte SOx-Menge SOX wird ermittelt, indem diese Werte akkumuliert werden.
  • Sobald diese angelagerte SOx-Menge SOX die erlaubte Menge SOXmax übersteigt, wird Fsox = 1 beibehalten, bis das SOx beinahe vollständig ausgestoßen wurde. Der Grund dafür, warum Fsox = 1 beibehalten wird, bis das SOx beinahe vollständig ausgestoßen wurde, liegt darin, dass häufige Unterbrechungen der Steuerung der SOx-Emission vermieden werden sollen.
  • Das im hinteren Katalysator 9 angelagerte SOx wird auch dann vom hinteren Katalysator 9 gespeichert, wenn der Motor 1 stoppt, so dass die ermittelte angelagerte SOx-Menge SOX selbst nach einem Stop des Motors im Speicher der Steuereinheit 6 verbleibt. Die Menge wird als Anfangswert der angelagerten SOx-Menge SOX beim nächsten Start des Motors 1 ausgelesen und wird für die nachfolgenden Berechnungen der angelagerten SOx-Menge SOX verwendet.
  • Dabei wird die angelagerte SOx-Menge SOX ermittelt, indem eine kumulative Berechnung der Menge SOXa von abgeschiedenem SOx und der Menge SOXr von ausgestoßenem SOx in einem vorher festgelegten Zeitraum durchgeführt wird. Diese Berechnung kann jedoch vereinfacht werden. Die Schritte S43 und S47 können zum Beispiel ausgelassen werden und &Delta;SOXa und &Delta;SOXr können in den Schritten S44 und 548 als feste Werte genommen werden.
  • Fig. 5 zeigt das Programm, mit welchem bestimmt wird, ob die Steuerung für die SOx-Emission durchgeführt wird oder nicht. Dieses Programm wird von der Steuereinheit 6 in einem vorher festgelegten Intervall durchgeführt, zum Beispiel alle 10 Millisekunden.
  • Dieses Programm bestimmt auf der Basis des Kennzeichens Fdiag1, des Kennzeichens Fsox und der Temperatur Tcat des Katalysators, ob die Steuerung der SOx-Emission des hinteren Katalysators 9 durchgeführt werden soll.
  • Zuerst wird in einem Schritt S51 die Drehzahl N des Motors auf der Basis eines Wiederholungsintervalls eines vorher festgelegten Signals des Sensors 14 für den Kurbelwinkel gemessen. Die Belastung T des Motors wird auf der Basis der Ausgabe des Sensors 15 für die Position des Beschleunigerpedals gemessen.
  • In einem Schritt S52 wird auf der Basis des Kennzeichens Fsox bestimmt, ob die Bedingungen für den Ausstoß des im hinteren Katalysator 9 angelagerten SOx erfüllt sind. Wenn die Bedingungen für die SOx-Emission erfüllt sind (Fsox = 1), fährt das Programm mit einem Schritt S53 fort, andernfalls fährt das Programm mit einem Schritt S56 fort:
  • In dem Schritt S53 wird bestimmt, ob sich die Drehzahl N des Motors und die Belastung T des Motors in einem Betriebsbereich der SOx-Emission befinden oder nicht, indem ein Vergleich mit einem in Fig. 3 dargestellten Kennlinien-Diagramm durchgeführt wird. Dabei entspricht in Fig. 3 der Betriebsbereich der SOx Emission einem Bereich A der von einer gepunkteten Linie umgeben ist. Es ist ein Bereich, in dem die Temperatur Tcat des hinteren Katalysators 9 über die SOx-Ausstoßtemperatur Tcat2 steigen kann, während die Steuerung der SOx-Emission durchgeführt wird.
  • In dem Schritt S54 wird auf der Basis des Kennzeichens Fdiag1 bestimmt, ob sich die Leistung des vorderen Katalysators 8 verschlechtert hat oder nicht. Wenn das Kennzeichen Fdiag1 den Wert Null aufweist, das heißt, wenn festgestellt wird, dass sich die Leistung des vorderen Katalysators nicht verschlechtert hat, dann fährt das Programm mit einem Schritt S55 fort und die Steuerung der SOx-Emission wird durchgeführt.
  • Wenn andererseits das Kennzeichen Fdiag1 den Wert 1 aufweist, das heißt, wenn festgestellt wird, dass sich die Leistung des vorderen Katalysators verschlechtert hat, dann fährt das Programm mit einem Schritt S56 fort, die Steuerung der SOx- Emission wird unterbunden und die gewöhnliche Steuerung wird durchgeführt.
  • Dabei wird, wenn das Kennzeichen Fdiag1 den Wert 1 aufweist, die Steuerung der SOx-Emission im gesamten Betriebsbereich der SOx-Emission unterbunden. Die Steuerung der SOx-Emission kann jedoch auch nur in dem Bereich unterbunden werden, in welchem sich der Betriebsbereich der SOx-Emission und der Diagnosebereich überschneiden.
  • Die Steuerung der SOx-Emission wird zum Beispiel durchgeführt, indem die Menge an Bestandteilen von nicht verbranntem Kraftstoff und Sauerstoff, welche in den hinteren Katalysator 9 strömen, erhöht wird und durch die Anhebung der Temperatur des Katalysators über die SOx-Ausstoßtemperatur, indem diese Bestandteile von nicht verbranntem Kraftstoff im hinteren Katalysator 9 verbrannt werden. Wenn die Temperatur des Katalysators steigt, wird die SOx-Emission aus dem hinteren Katalysator 9 unterstützt, so dass das Luft-Kraftstoffgemisch aufgrund der Verringerung an ausgestoßenem SOx fett wird.
  • Indem dieses Programm abläuft, wird die Steuerung der SOx-Emission durchgeführt, wenn die Bedingungen der SOx-Emission erfüllt sind und als ein Ergebnis der primären Diagnose festgestellt wird, dass sich die Leistung des vorderen Katalysators 8 nicht verschlechtert hat. Andernfalls wird die Steuerung der SOx-Emission unterbunden und die gewöhnliche Steuerung wird durchgeführt.
  • Fig. 6 zeigt ein Programm zum Festlegen des Ziel-Luft-Kraftstoffgemischs. Dieses Programm wird durch Steuereinheit 6 in einem vorher festgelegten Intervall durchgeführt, zum Beispiel alle 10 Millisekunden. Dieses Programm legt das Ziel-Luft- Kraftstoffgemisch (Ziel-Gleichgewichtsverhältnis) in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen fest.
  • Zuerst wird in einem Schritt S61 die Drehzahl N des Motors auf der Basis eines Wiederholungsintervalls eines vorher festgelegten Signals des Sensors 14 für den Kurbelwinkel gemessen. Die Belastung T des Motors wird ebenfalls gemessen, und zwar auf der Basis der Ausgabe des Sensors 15 für die Position des Beschleunigerpedals.
  • In einem Schritt S62 wird das Ziel-Gleichgewichtsverhältnis TFBYA in Abhängigkeit von der Drehzahl N des Motors und der Belastung T des Motors festgelegt, indem mit einem Kennliniendiagramm zum Festlegen eines Ziel-Gleichgewichtsverhältnisses verglichen wird, welches in Fig. 3 dargestellt ist. Dabei entspricht das Ziel- Gleichgewichtsverhältnis TFBYA dem Verhältnis des stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemischs zum Ziel-Luft-Kraftstoffgemischs (stöchiometrisches Luft-Kraftstoffgemisch/Ziel-Luft-Kraftstoffgemisch). Wenn TFBYA den Wert 1 aufweist, dann entspricht das Luft-Kraftstoffgemisch dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisch, wenn TFBYA einen Wert größer als 1 aufweist, dann ist das Luft-Kraftstoffgemisch fett und wenn schließlich TFBYA einen Wert kleiner als 1 aufweist, dann ist das Luft Kraftstoffgemisch mager.
  • In einem Schritt S63 wird auf der Basis des Kennzeichens Fdiag1 bestimmt, ob die primäre Diagnose ergeben hat, dass sich die Leistung des vorderen Katalysators 8 verschlechtert hat oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass sich die Leistung des vorderen Katalysators 8 verschlechtert hat, dann fährt das Programm mit einem Schritt S64 fort, andernfalls wird das Programm beendet.
  • Im Schritt S64 wird bestimmt, ob das Ziel-Gleichgewichtsverhältnis TFBYA kleiner als 1 ist oder nicht. Wenn TFBYA einen Wert kleiner als 1 aufweist, dann fährt das Programm mit einem Schritt S65 fort und TFBYA wird auf den Wert 1 festgesetzt.
  • Indem dieses Programm abläuft, wird das Ziel-Gleichgewichtsverhältnis TFBYA in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen festgelegt. In einem Betriebsbereich, in welchem TFBYA einen Wert kleiner als 1 aufweist, wird normalerweise der Betrieb bei magerem Luft-Kraftstoffgemisch durchgeführt. Wenn jedoch in der primären Diagnose festgestellt wird, dass sich die Leistung des vorderen Katalysators 8 verschlechtert hat, dann wird der Betrieb bei magerem Luft-Kraftstoffgemisch unterbunden, das Fahrzeug wird mit dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisch betrieben und die Möglichkeiten für die Diagnose des vorderen Katalysators 8 sind gewährleistet.
  • Im folgenden wird, wenn das Kennzeichen Fdiag1 den Wert 1 aufweist, der Betrieb mit magerem Luft-Kraftstoffgemisch über den gesamten Betriebsbereich des mageren Luft-Kraftstoffgemischs unterbunden. Der Betrieb mit magerem Luft- Kraftstoffgemisch kann jedoch auch nur in dem Bereich unterbunden werden, in welchem sich der Betriebsbereich des mageren Luft-Kraftstoffgemischs und der Diagnosebereich überschneiden.
  • Das Ziel-Gleichgewichtsverhältnis TFBYA, das hier festgelegt wurde, wird für die Berechnung der Menge an eingespritztem Kraftstoff in einem später noch zu beschreibendem Programm verwendet. Es wird aber auch in verschiedenen anderen Programmen als repräsentativer Wert des Luft-Kraftstoffgemischs verwendet.
  • Fig. 7 zeigt ein Programm zur Berechnung der Menge an eingespritztem Kraftstoff und der Steuerung der Einspritzzeit. Dieses Programm wird durch die Steuereinheit 6 in einem vorher festgelegten Intervall durchgeführt, zum Beispiel alle 10 Millisekunden.
  • In einem Schritt S71 wird eine Menge Qa an angesaugter Luft auf der Basis der Ausgabe des Luftströmungsmessers 3 gemessen. Die Drehzahl N des Motors wird auf der Basis eines Wiederholungsintervalls eines vorher festgelegten Signal des Sensors 14 für den Kurbelwinkel gemessen.
  • In einem Schritt S72 wird eine Basismenge Tp an eingespritztem Kraftstoff, das heißt, eine Kraftstoffmenge entsprechend des stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisches, auf der Basis der Menge Qa an angesaugter Luft und der Drehzahl N des Motors berechnet.
  • Tp = K · Qa/N (4)
  • wobei K eine vorher festgelegte Konstante ist.
  • In einem Schritt S73 wird Tp mit Hilfe des Ziel-Gleichgewichtsverhältnisses TFBYA korrigiert, ein Korrekturkoeffizient für die zusätzliche Kraftstoffmenge COEF sowie ein Koeffizient &alpha; der Rückmeldung des Kraftstoffgemischs und eine Menge Ti an eingespritztem Kraftstoff werden mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnet:
  • Ti = Tp · TFBYA · COEF · &alpha; (5)
  • Der Korrekturkoeffizient für die zusätzliche Kraftstoffmenge COEF gibt sowohl einen Korrekturkoeffizient für die zusätzliche Kraftstoffmenge nach dem Starten als auch einen Korrekturkoeffizienten der Zunahme der Wassertemperatur wieder. Der Korrekturkoeffizient für die zusätzliche Kraftstoffmenge COEF weist einen Wert größer als 1 auf, bis die Aufwärmphase des Motors 1 abgeschlossen ist. Nachdem jedoch der Motor 1 vollständig aufgewärmt ist, beträgt der Wert 1. Der Koeffizient &alpha; der Rückmeldung des Kraftstoffgemischs entspricht einem Koeffizienten der Korrektur des rückgemeldeten Luft-Kraftstoffgemischs wenn das Ziel-Gleichgewichtsverhältnis TFBYA den Wert 1 aufweist und das Luft-Kraftstoffgemisch bis zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisch geregelt wird. Der Koeffizient &alpha; der Rückmeldung des Kraftstoffgemischs wird in Abhängigkeit von der Ausgabe des vorderen O&sub2;-Sensors 10 berechnet.
  • In einem Schritt S74 wird eine Steuerung TITM der Einspritzzeit auf der Basis der Betrages Ti der Kraftstoffeinspritzung und der Drehzahl N des Motors berechnet. Der berechnete Betrag 17 der Kraftstoffeinspritzung und die berechnete Steuerung TITM der Einspritzzeit werden im Speicher der Steuereinheit 6 gespeichert und in einem Programm zur Einspritzung von Kraftstoff synchron zur Umdrehung des Motors 1 ausgelesen und verwendet. Ein Signal wird zum Beispiel an die Einspritzdüse 5 ausgegeben, so dass eine Kraftstoffmenge, welche durch Addieren eines Betrages Ts von unwirksamer Einspritzung zu dem Betrag Ti der Kraftstoffeinspritzung ermittelt wird, bei einem Kurbelwinkel eingespritzt wird, welcher mit Hilfe der Steuerung TITM der Einspritzzeit bestimmt wird.
  • In diesem Ausführungsbeispiel wird bei magerem Luft Kraftstoffgemisch ein Schichtladebetrieb durchgeführt. Während des Betriebs bei dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffgemisch oder dem fetten Luft-Kraftstoffgemisch wird ein gleichmäßiger Ladebetrieb durchgeführt. Aus diesem Grund wird während des Betriebs bei magerem Luft-Kraftstoffgemisch die Steuerung TITM der Einspritzzeit auf den Kompressionstakt eingestellt. Während des Betriebes bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisch oder einem fetten Luft Kraftstoffgemisch wird die Steuerung TITM der Einspritzzeit auf den Ansaugtakt eingestellt.
  • Im folgenden wird nun die Arbeitsweise der Abgasemissions-Steuervorrichtung beschrieben, während in der Steuereinheit 6 das zuvor beschriebene Programm abläuft.
  • In der oben erwähnten Abgasemissions-Steuereinheit werden die im Abgas des Motors 1 enthaltenen Gase CO, HC und NOx effektiv durch den vorderen Katalysator 8 abgeschieden, wenn das Fahrzeug mit einem stöchiometrischen Luft Kraftstoffgemisch betrieben wird. Wenn der Motor bei einem mageren Luft-Kraftstoffgemisch läuft, dann steigt die Menge an NOx, das durch den vorderen Katalysator 8 strömt, ohne abgeschieden zu werden. Doch NOx, das durch den vorderen Katalysator 8 hindurchströmt, wird vom hinteren Katalysator abgeschieden und angelagert.
  • Da jedoch auch SOx im Abgas durch den hinteren Katalysator 9 abgeschieden und angelagert wird, nimmt die NOx-Abscheidekapazität des hinteren Katalysators 9 in demselben Maße ab, in dem die Menge des im hinteren Katalysator 9 angelagerten SOx steigt.
  • Folglich ermittelt die Steuereinheit 6 die Menge an SOx, die sich im hinteren Katalysator 9 angelagert hat. Wenn die ermittelte Menge an SOx einen vorher festgelegten Betrag übersteigt, dann wird die Menge von nicht verbranntem Kraftstoff und Sauerstoff, die in den hinteren Katalysator 9 einströmen, vergrößert. Die Temperatur des Katalysators steigt durch die Hitze der Verbrennung und das akkumulierte SOx wird ausgestoßen.
  • Zusätzlich dazu führt die Steuereinheit 6 die Diagnose der Verschlechterung der Leistung des vorderen Katalysators 8 auf der Basis der Ausgabe der O&sub2;-Sensoren 10 und 11 durch.
  • Genauer gesagt wird eine primäre Diagnose zuerst auf der Basis der Anzahl an Umkehrungen der Ausgabe des O&sub2;-Sensors 11 in einem Intervall durch, in dem die Ausgabe des vorderen O&sub2;-Sensors 10 eine vorher festgelegte Anzahl an Umkehrungen durchführt, um auf diese Weise die Diagnose der Verschlechterung der Leistung des vorderen Katalysators 8 durchzuführen.
  • Obwohl die Präzision dieser primären Diagnose niedrig ist, kann sie selbst dann durchgeführt werden, wenn der Zeitraum kurz ist, in welchem die Bedingungen für die Diagnose der Verschlechterung der Leistung erfüllt sind. Sie kann deshalb selbst dann durchgeführt werden, wenn es aufgrund der Steuerung der SOx-Emission oder aufgrund des Betriebs mit magerem Gemisch nur wenige Möglichkeiten der Diagnose gibt.
  • Wenn in der primären Diagnose festgestellt wird, dass sich die Leistung des vorderen Katalysators 8 nicht verschlechtert hat, dann wird dem Kraftstoffverbrauch oder der Reinigungsleistung Priorität gegeben, der Betrieb bei magerer Mischung oder die Steuerung der SOx-Emission wird ermöglicht und diese Vorgänge laufen unter vorher festgelegten Bedingungen ab.
  • Wenn andererseits in der primären Diagnose festgestellt wird, dass sich die Leistung des vorderen Katalysators 8 verschlechtert hat, dann wird eine sekundäre Diagnose durchgeführt, um genau den Stand der Verschlechterung der Leistung des vorderen Katalysators 8 zu ermitteln.
  • Da die sekundäre Diagnose ein präzises Diagnoseergebnis liefert, erfordert sie entsprechend mehr Zeit als die primäre Diagnose. Doch da der Betrieb mit einem mageren Luft-Kraftstoffgemisch und die Steuerung der SOx-Emission unterbunden werden, wenn in der primären Diagnose festgestellt wird, dass sich die Leistung des vorderen Katalysators 8 verschlechtert hat, ergeben sich viele Gelegenheiten für die sekundäre Analyse.
  • Folglich wird entsprechend der vorliegenden Erfindung zuerst eine einfache primäre Diagnose durchgeführt. Wenn in der primären Diagnose festgestellt wird, dass sich die Leistung des Katalysators verschlechtert hat, werden der Betrieb bei magerem Luft-Kraftstoffgemisch und die Steuerung der SOx-Emission unterbunden und die hoch präzise sekundäre Diagnose wird durchgeführt. Deshalb kann selbst dann ein präzise Diagnose der Verschlechterung der Leistung durchgeführt werden, wenn aufgrund des Betriebs mit magerem Luft-Kraftstoffgemisch oder der Steuerung der SOx-Emission nur wenige Möglichkeiten der Diagnose vorhanden sind. Es besteht daher keine Notwendigkeit, den. Bereich mageren Betriebs oder den Bereich der Steuerung der SOx- Emission zu verringern, um mehr Möglichkeiten der Diagnose zu erhalten. Die Diagnose der Verschlechterung der Leistung kann auch bei Betrieb mit magerem Luft- Kraftstoffgemisch oder der Steuerung der SOx-Emission durchgeführt werden.
  • Diese Erfindung kann ebenfalls auf einen Aufbau angewandt werden, in dem kein hinterer Katalysator 9 vorhanden ist oder in dem der Prozess des Abscheidens und Ausstoßens von NOx ohne den hinteren Katalysator 9 durch den vorderen Katalysator 8 durchgeführt wird, wie in Fig. 8 gezeigt.
  • Anstelle des O&sub2;-Sensors zum Messen des Luft-Kraftstoffgemischs im Abgas kann auch ein linearer Sensor des Luft-Kraftstoffgemischs verwendet werden.
  • Weiterhin kann ein NOx-Sensor installiert werden, der die NOx-Konzentration hinter dem hinteren Katalysator 9 misst und die Bestimmung der Bedingungen der SOx- Emission kann auf der Basis der Ausgabe dieses NOx-Sensors geschehen. In diesem Falle nimmt die Abscheideleistung für NOx ab und die Konzentration von NOx hinter dem Katalysators nimmt zu, je größer die Menge an angelagertem SOx ist. Daher wird festgestellt, dass die Bedingungen für die SOx-Emission erfüllt sind, wenn die NOx- Konzentration einen vorher festgelegten Wert übersteigt.
  • Weiterhin wird dasselbe Ergebnis erzielt, indem ein überlappender Bereich zwischen dem Bereich, der in Fig. 3 von einer Strichpunktlinie umrandet ist, und dem Betriebsbereich des stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemischs als Diagnosebereich festgelegt wird, bis in der primären Diagnose festgestellt wird, dass sich die Leistung des vorderen Katalysators 8 verschlechtert hat. Nachdem in der primären Diagnose festgestellt wurde, dass sich die Leistung des vorderen Katalysators 8 verschlechtert hat, wird dann dieser Diagnosebereich auf den gesamten von einer Strichpunktlinie umrandeten Bereich ausgedehnt und im Diagnosebereich wird der Betrieb bei stöchiometrischem Luft-Kraftstoffgemisch erzwungen.
  • Selbst wenn in der primären Diagnose festgestellt wird, dass sich die Leistung des Drei-Wege-Katalysators verschlechtert hat und der Diagnosebereich ausgedehnt wurde, wird für den Fall, dass in der sekundären Diagnose festgestellt wird, dass sich die Leistung des Drei-Wege-Katalysators nicht verschlechtert hat, die Ausdehnung des Diagnosebereichs aufgehoben.
  • Obwohl die Erfindung zuvor anhand eines bestimmten Ausführungsbeispiels der Erfindung beschrieben wurde, so ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel. Fachleute werden in Anbetracht der obigen Erläuterungen Modifikationen und Variationen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele finden. Der Umfang dieser Erfindung wird anhand der folgenden Patentansprüche definiert.

Claims (7)

1. Abgasemissions-Steuervorrichtung eines Motors (1) mit:
einem Abgasrohr (7),
einem vorderen Drei-Wege-Katalysator (8), vorgesehen in dem Abgasrohr (7),
einem hinteren Katalysator (9), vorgesehen stromab des vorderen Drei-Wege- Katalysators (8), der NOx speichert oder reduziert entsprechend eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des einströmenden Abgases,
einem Sensor (11), der ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromab des vorderen Drei-Wege-Katalysators (8) erfasst,
einem Sensor (14, 15), der den Laufzustand des Motors (1) erfasst, und einem Mikroprozessor (6), dadurch gekennzeichnet, daß
der Mikroprozessor (6) programmiert ist, um:
- eine erste Diagnose durchzuführen, ob der vordere Drei-Wege-Katalysator (8) sich verschlechtert hat, auf der Grundlage des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases stromab des vorderen Drei-Wege-Katalysators (8), erfasst in einer ersten Zeitdauer jedes Mal, wenn die erste Zeitdauer abgelaufen ist, wenn der Motor (1) in einem Diagnosebereich läuft,
- eine zweite Diagnose durchzuführen, ob der vordere Drei-Wege-Katalysator (8) sich verschlechtert hat oder nicht, auf der Grundlage des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses des Abgases stromab des vorderen Drei-Wege-Katalysators (8), erfasst in einer zweiten Zeitdauer, die länger ist als die erste Zeitdauer, jedes Mal, nachdem die zweite Zeitdauer abgelaufen ist, wenn der Motor (1) in dem Diagnosebereich läuft und außerdem um:
- zu bestimmen, ob die Bedingungen zur Freisetzung von SOx, gespeichert in dem hinteren Katalysator (9), erfüllt sind oder nicht,
- eine SOx-Abgabesteuerung des hinteren Katalysators (9) auszuführen, wenn die Bedingungen zur Freisetzung von SOx vorliegen und der Laufzustand des Motors (1) innerhalb des SOx-Abgabe-Laufbereiches ist,
- das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors (1) zu veranlassen, periodisch zwischen "fett" und "mager" um das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu schwanken, wenn der Laufzustand des Motors (1) in dem Diagnosebereich ist, der sich teilweise mit dem SOx-Abgabe-Laufbereich überlappt,
- die erste und zweite Diagnose zu verbieten, wenn die SOx-Abgabe-Steuerung ausgeführt wird, und
- die SOx-Abgabesteuerung zu verbieten, wenn in der ersten Diagnose festgestellt worden ist, daß der vordere Drei-Wege-Katalysator (8) sich verschlechert hat.
2. Abgasemissions-Steuerungsvorrichtung eines Motors (1) mit:
einem Abgasrohr (7),
einem Drei-Wege-Katalysator (8), vorgesehen in dem Abgasrohr (7), der NOx einschließt oder reduziert, in Abhängigkeit von einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases,
einem Sensor (11), der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromab des Drei-Wege-Katalysators (8) erfaßt,
einem Sensor (14, 15), der den Laufzustand des Motors (1) erfaßt, und einem Mikroprozessor (6), dadurch gekennzeichnet, daß
der Mikroprozessor (6) programmiert ist, um:
- eine erste Diagnose auszuführen, ob der Dreiwege-Katalysator (8) sich verschlechtert hat oder nicht, auf der Grundlage des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases stromab des Drei-Wege-Katalysators (8), erfaßt in einer ersten Zeitdauer, jedes Mal, wenn die erste Zeitdauer abgelaufen ist, wenn der Motor (1) in einem Diagnosebereich läuft,
- eine zweite Diagnose auszuführen, ob der Drei-Wege-Katalysator (8) sich verschlechtert hat oder nicht, auf der Grundlage des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases stromab des Drei-Wege-Katalysators (8), erfaßt in einer zweiten Zeitdauer, die länger ist als die erste Zeitdauer, jedes Mal, wenn die zweite Zeitdauer abgelaufen ist, wenn der Motor in dem Diagnosebereich läuft, und außerdem, um
- zu bestimmen, ob Bedingungen zur Freisetzung von SOx, gespeichert in dem Katalysator (8), gegeben sind, oder nicht,
- eine SOx-Abgabesteuerung des Katalysators (8) auszuführen, wenn Bedingungen zur Abgabe von SOx erfüllt sind und der Laufzustand des Motors (1) sich innerhalb eines SOx-Abgabe-Laufbereiches befindet,
- das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors (1) zu veranlassen, periodisch zwischen "fett" und "mager" um das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu schwanken, wenn der Laufzustand des Motors (1) in dem Diagnosebereich ist, der sich teilweise mit dem SOx-Abgabe-Laufbereich überlappt,
- die erste und zweite Diagnose zu verbieten, wenn die SOx-Abgabesteuerung ausgeführt wird, und
- die SOx-Abgabesteuerung zu verbieten, wenn in der ersten Diagnose festgestellt wird, daß der Drei-Wege-Katalysator (8) sich verschlechtert hat.
3. Abgasemissions-Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (6) außerdem programmiert ist, um:
das Verbot der SOx-Abgabesteuerung zu streichen, wenn in der zweiten Diagnose festgestellt wird, daß der Drei-Wege-Katalysator (8) sich nicht verschlechtert hat.
4. Abgasemissions-Steuervorrichtung eines Motors (1) mit:
einem Abgasrohr (7),
einem Drei-Wege-Katalysator (8), vorgesehen in dem Abgasrohr (7),
einem Sensor (11), der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromab des Drei-Wege-Katalysators (8) erfaßt,
einem Sensor (14, 15), der den Laufzustand des Motors (1) erfaßt, und einem Mikroprozessor (6), dadurch gekennzeichnet, daß
der Mikroprozessor programmiert ist, um:
- eine erste Diagnose auszuführen, ob der Drei-Wege-Katalysator (8) sich verschlechtert hat oder nicht, auf der Grundlage des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases stromab des Drei-Wege-Katalysators (8), erfaßt in einer ersten Zeitdauer, jedes Mal, nachdem die erste Zeitdauer abgelaufen ist, wenn der Motor (1) in einem Diagnosebereich läuft,
- eine zweite Diagnose auszuführen, ob der Drei-Wege-Katalysator (8) sich verschlechtert hat oder nicht, auf der Grundlage des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases stromab des Drei-Wege-Katalysators (8), erfaßt in einer zweiten Zeitdauer, die länger ist als die erste Zeitdauer, jedes Mal, nachdem die zweite Zeitdauer abgelaufen ist, wenn der Motor (1) in dem Diagnosebereich läuft, und außerdem um:
- das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors (1) auf einen mageren Wert zu steuern, wenn der Laufzustand des Motors (1) in einem mageren Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Laufbereich sich befindet,
- das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors (1) zu veranlassen, periodisch zwischen "fett" und "mager" um das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu schwanken, wenn der Laufzustand des Motors (1) in dem Diagnosebereich ist und die magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung nicht ausgeführt wird,
- die erste und zweite Diagnose zu verbieten, wenn die magere Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Steuerung ausgeführt wird, und
- die magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung zu verbieten, wenn in der ersten Diagnose festgestellt wird, daß sich der Drei-Wege-Katalysator (8) verschlechtert hat.
5. Abgasemissions-Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (6) außerdem programmiert ist, um:
das Verbot der Mager-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung aufzuheben, wenn in der zweiten Diagnose festgestellt wird, daß der Drei-Wege-Katalysator (8) sich nicht verschlechtert hat.
6. Abgasemissions-Steuervorrichtung eines Motors (1) mit:
einem Abgasrohr (7),
einem Drei-Wege-Katalysator (8), vorgesehen in dem Abgasrohr (7),
einem Sensor (11), der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromab des Drei-Wege-Katalysators (8) erfaßt,
einem Sensor (14, 15), der den Laufzustand des Motors (1) erfaßt, und einem Mikroprozessor, dadurch gekennzeichnet, daß
der Mikroprozessor (6) programmiert ist, um:
- eine erste Diagnose auszuführen, ob der Drei-Wege-Katalysator (8) sich verschlechtert hat oder nicht, auf der Grundlage des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases stromab des Drei-Wege-Katalysators (8), erfaßt in einer ersten Zeitdauer jedes Mal, nachdem die erste Zeitdauer abgelaufen ist, wenn der Motor (1) in einem Diagnosebereich läuft, und
- eine zweite Diagnose auszuführen, ob der Drei-Wege-Katalysator (8) sich verschlechtert hat oder nicht, auf der Grundlage des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses des Abgases stromab des Drei-Wege-Katalysators (8), erfaßt in einer zweiten Periode, die länger ist als die erste Periode, jedes Mal, nachdem die zweite Periode abgelaufen ist, wenn der Motor (1) in dem Diagnosebereich läuft, und außerdem, um:
- das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors (1) auf ein mageres Luft/Kraftstoff- Verhältnis zu steuern, wenn der Laufzustand des Motors (1) in einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Laufbereich sich befindet,
- das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors (1) zu veranlassen, periodisch zwischen "fett" und "mager", um das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter Bevorzugung zu der mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung zu schwanken, wenn der Laufzustand des Motors (1) in dem Diagnosebereich ist, und
- den Diagnosebereich außerhalb des mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Laufbereiches festzusetzen, bis in der ersten Diagnose festgestellt ist, daß der vordere Katalysator (8) sich verschlechtert hat, und nachdem festgestellt worden ist, daß er sich verschlechtert hat, den Diagnosebereich auf einen Bereich zu erweitern, der sich mit dem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Laufbereich überlappt.
7. Abgasemissions-Steuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (6) außerdem programmiert ist, um:
die Vergrößerung des Diagnosebereiches aufzuheben, wenn in der zweiten Diagnose festgestellt worden ist, daß der Drei-Wege-Katalysator (8) sich nicht verschlechtert hat.
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