DE60016853T2 - Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für Verbrennungsmotor - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, wobei ein Dreiwege-Katalysator und ein Katalysator mit einer NOx-Absorptionsfunktion in einem Abgaskanal angeordnet sind.
  • In den letzten Jahren ist ein Lean-Burn-Verbrennungsmotor bzw. Magermotor in die Praxis umgesetzt worden, durch den der Kraftstoffverbrauch reduziert wird, indem der Verbrennungsmotor bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird. Wenn der Lean-Burn-Verbrennungsmotor bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, kann ein Dreiwege-Katalysator NOx (stickstoffhaltige Substanzen) im Abgas aufgrund seiner Reinigungseigenschaften nicht ausreichend reinigen. Um dieses Problem zu lösen, ist in letzter Zeit eine Abgasemissionssteuerungskatalysatorvorrichtung verwendet worden, die einen NOx-Absorptionskatalysator aufweist, der NOx im Abgas absorbiert, während der Motor bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, und das absorbierte NOx emittiert und reduziert, während der Motor bei einem stöchiometrischen oder einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird.
  • Der NOx-Absorptionskatalysator hat die Eigenschaften des Absorbierens von NOx im Abgas als Nitrat (oder saures Oxid) in einer Sauerstoffüberschußatmosphäre des Abgases und des Emittierens des absorbierten NOx in einer Atmosphäre, die hauptsächlich aus überschüssigem Kohlenmonoxid des Abgases besteht, und des Reduzierens des NOx zu Stickstoff (N2) (wobei gleichzeitig Karbonat oder Kohlendioxid erzeugt wird).
  • Im Verbrennungsmotor ist der Dreiwege-Katalysator im Abgaskanal strömungsaufwärtsseitig angeordnet, um den Aus stoß einer großen Menge von unverbranntem HC zu steuern, das bei einem Kaltstart des Motors erzeugt wird. Der Dreiwege-Katalysator trägt jedoch normalerweise ein Edelmetall (z.B. Platin und Rhodium), und das Edelmetall wird oxidiert, wodurch die Katalysatorleistung schlechter wird (Wärme-Qualitätsverlust), wenn das Abgas bei einer hohen Temperatur eine magere Atmosphäre bildet. Daher ist für eine Abgasemissionssteuerungsvorrichtung, in der ein Katalysator mit einer Dreiwegefunktion im Abgaskanal angeordnet ist, in der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 5-59935 eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung zum Verhindern eines Wärme-Qualitätsverlusts vorgeschlagen worden, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stöchiometrisch gemacht wird, wenn der Katalysator in einer Oxidatmosphäre einer vorgegebenen hohen Temperatur ausgesetzt ist.
  • Im Lean-Burn-Verbrennungsmotor sind der Dreiwege-Katalysator und der NOx-Absorptionskatalysator im Abgaskanal angeordnet. Der Dreiwege-Katalysator und der NOx-Absorptionskatalysator haben verschiedene Qualitätsverlustcharakteristiken, z.B verschiedene Wärme-Qualitätsverlustcharakteristiken. Aus diesem Grunde ist bislang noch keine Technik zum effektiven Steuern des Qualitätsverlusts unter Verwendung sowohl des Dreiwege-Katalysators als auch des NOx-Katalysators bereitgestellt worden.
  • Genauer gesagt unterscheidet sich die Wärmebeständigkeitstemperaturen des Dreiwege-Katalysators und des NOx-Absorptionskatalysators. Durch eine Steuerung des Qualitätsverlusts eines Katalysators kann der Qualitätsverlust des anderen Katalysators beschleunigt werden. Der Dreiwege-Katalysator oxidiert und seine Qualität nimmt ab, wenn er einer hohen Temperatur ausgesetzt ist und das Abgas eine magere Atmosphäre annimmt. Um dieses Problem zu lösen, muß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis derart gesteuert werden, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stöchiometrisch gemacht wird, wenn der Dreiwege-Katalysator in einer Oxidatmosphäre einer hohen Temperatur ausgesetzt ist. Die Wärmebeständigkeitstemperatur des NOx-Absorptionskatalysators ist jedoch niedriger als diejenige des Dreiwege-Katalysators. Dadurch wird, wenn der NOx-Absorptionskatalysator einer hohen Temperatur ausgesetzt ist und das Abgas eine stöchiometrische Atmosphäre annimmt, um CO und THC (die allgemeine Bezeichnung für eine Kohlenwasserstoffsubstanz) zu reduzieren, das Absorptionsmaterial davon niemals zu Karbonat oder Nitrit (oder saurem Oxid) und destabilisiert. Infolgedessen kann das Absorptionsmaterial das NOx durch Kombination mit einem Träger nicht absorbieren (Qualitätsverlust).
  • Insbesondere wenn die Durchflußrate des Abgases hoch ist, schreitet der Qualitätsverlust durch die Oxidation des Dreiwege-Katalysators fort, und wenn die Durchflußrate des Abgases niedrig ist, besteht ein Mangel an CO, THC und ähnlichen Substanzen, wodurch der Qualitätsverlust des NOx-Absorptionskatalysators fortschreitet.
  • Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, durch die der Qualitätsverlust, wie z.B. ein Wärme-Qualitätsverlust, des Dreiwege-Katalysators und des NOx-Absorptionskatalysators verhindert wird, um den Qualitätsverlust einer Abgascharakteristik und eine Kostenerhöhung zu verhindern.
  • Die vorstehende Aufgabe kann durch Bereitstellen einer Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gelöst werden, der vom Verbrennungsmotor ausgestoßenes Abgas reinigt, wobei die Abgasemissionssteuerungsvorrichtung aufweist: eine Katalysatorvorrichtung, die aus einem Dreiwege-Katalysator zum Reinigen schädlicher Substanzen im Abgas, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases im wesentli chen stöchiometrisch ist, und einem NOx-Katalysator mit einer Funktion zum Absorbieren von NOx im Abgas besteht, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eher ein mageres Verhältnis als das stöchiometrische Verhältnis ist, wobei die Katalysatorvorrichtung in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors angeordnet ist; eine Katalysatorqualitätsverlustbestimmungseinrichtung zum Bestimmen des Qualitätsverlustzustands der Katalysatorvorrichtung, wobei der Qualitätsverlust mindestens auf der Temperatur basiert; und eine Steuerungseinrichtung, die die Qualität von in die Katalysatorvorrichtung strömenden Abgaskomponenten wesentlich stärker vermindert als von Abgaskomponenten, die in die Katalysatorvorrichtung strömen, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines dem Verbrennungsmotor zugeführten Gemischs im wesentlichen stöchiometrisch ist, wenn die Katalysatorqualitätsverlustbestimmungseinrichtung bestimmt, daß die Katalysatorvorrichtung einen vorgegebenen Qualitätsverlustzustand erreicht hat.
  • Der Qualitätsverlust der NOx-Absorptionsfunktion des NOx-Katalysators basiert mindestens aus einer Destabilisierung von Absorptionsmaterial im NOx-Katalysator, die durch eine Temperaturerhöhung verursacht wird. Daher wird, wenn die Katalysatorqualitätsverlustbestimmungseinrichtung bestimmt, daß die Katalysatorvorrichtung einen vorgegebenen Qualitätsverlustzustand erreicht hat, die Qualität der in die Katalysatorvorrichtung strömenden Abgaskomponenten wesentlich stärker vermindert als diejenige der Abgaskomponenten, die in die Katalysatorvorrichtung strömen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbrennungsmotor zugeführten Gemischs im wesentlichen stöchiometrisch ist. Dadurch werden dem Absorptionsmaterial CO, H2, NOx, O2, THC und ähnliche Substanzen zugeführt, um das Absorptionsmaterial als Karbonat, Nitrit oder saures Oxid zu stabilisieren. Dadurch wird der Wärme-Qualitätsverlust verhindert, wird die Wärmebeständigkeitslebensdauer der Katalysatorvorrichtung erhöht und werden der Qualitätsverlust einer Abgascharakteristik verhindert und eine Kostenerhöhung vermieden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Abgasemisionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor ferner auf: eine Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen oder Abschätzen einer Temperatur der Katalysatorvorrichtung; und wobei die Katalysatorqualitätsverlustbestimmungseinrichtung feststellt, daß die Katalysatorvorrichtung einen vorgegebenen Qualitätsverlustzustand erreicht hat, wenn eine durch die Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung erfaßte oder abgeschätzte Katalysatortemperatur größer ist als eine Wärmebeständigkeitstemperatur der Katalysatorvorrichtung.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegeneden Erfindung weist die Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor ferner auf: eine Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen oder Abschätzen einer Temperatur des NOx-Katalysators; und wobei die Katalysatorqualitätsverlustbestimmungseinrichtung feststellt, daß die Katalysatorvorrichtung einen vorgegebenen Qualitätsverlustzustand erreicht hat, wenn eine durch die Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung erfaßte oder abgeschätzte Temperatur des NOx-Katalysators höher ist als eine Wärmebeständigkeitstemperatur des NOx-Katalysators.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verhindert die Steuerungseinrichtung, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbrennungsmotor zugeführten Gemischs im wesentlichen stöchiometrisch ist, um die Qualität der Abgaskomponenten zu vermindern.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor ferner auf: eine Katalysatortem peraturerfassungseinrichtung zum Erfassen oder Abschätzen einer Temperatur der Katalysatorvorrichtung; und eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung zum Veranlassen, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbrennungsmotor zugeführten Gemischs im wesentlichen stöchiometrisch gemacht wird, gemäß der durch die Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung erfaßten oder abgeschätzten Temperatur der Katalysatorvorrichtung, wenn eine Temperatur des Dreiwege-Katalysators nicht niedriger ist als eine vorgegebene Temperatur; und wobei die Katalysatorqualitätsverlustbestimmungseinrichtung gemäß der durch die Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung erfaßten oder abgeschätzten Temperatur der Katalysatorvorrichtung feststellt, daß die Katalysatorvorrichtung einen vorgegebenen Qualitätsverlustzustand erreicht hat, wenn die Temperatur des NOx-Katalysators größer ist als eine Wärmebeständigkeitstemperatur des NOx-Katalysators; und wobei die Steuerungseinrichtung verhindert, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbrennungsmotor zugeführten Gemischs im wesentlichen stöchiometrisch ist, wenn die Katalysatorqualitätsverlustbestimmungseinrichtung bestimmt, daß die Katalysatorvorrichtung einen vorgegebenen Qualitätsverlustzustand erreicht hat, wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung aktiviert ist.
  • In diesem Fall wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbrennungsmotor zugeführten Gemischs im wesentlichen stöchiometrisch gemacht, wenn die Temperatur des Dreiwege-Katalysators nicht niedriger ist als eine vorgegebene Temperatur. Dadurch wird die Abgastemperatur vermindert und der Wärme-Qualitätsverlust des Dreiwege-Katalysators verhindert. Wenn die Temperatur des NOx-Katalysators während der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung die Wärmebeständigkeitstemperatur des NOx-Katalysators überschreitet, verhindert die Steuerungseinrichtung, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbrennungsmotor zugeführten Gemischs im wesentlichen stöchiometrisch ist. Dadurch wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager oder fett gemacht, und CO, H2, NOx, O2, THC und ähnliches werden dem NOx-Absorptionsmaterial des NOx-Absorptionskatalysators zugeführt. Dadurch wird das NOx-Absorptionsmaterial stabilisiert und der Wärme-Qualitätsverlust des NOx-Absorptionskatalysators verhindert.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor ferner auf: eine Qualitätsverlustparameterbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Qualitätsverlustparameters des Dreiwege-Katalysators und eines Qualitätsverlustparameters des NOx-Katalysators; eine erste Qualitätsverlustbestimmungseinrichtung zum Bestimmen, daß der Dreiwege-Katalysator einen vorgegebenen Qualitätsverlustzustand erreicht hat, wenn der durch die Qualitätsverlustbestimmungseinrichtung bestimmte Qualitätsverlustparameter des Dreiwege-Katalysators größer ist als ein für den Dreiwege-Katalysator vorgegebener Referenzwert; und eine zweite Qualitätsverlustbestimmungseinrichtung zum Bestimmen, daß der NOx-Katalysator einen vorgegebenen Qualitätsverlustzustand erreicht hat, wenn der durch die Qualitätsverlustbestimmungseinrichtung bestimmte Qualitätsverlustparameter des NOx-Katalysators größer ist als ein für den NOx-Katalysator vorgegebener Referenzwert; wobei, wenn die erste Qualitätsverlustbestimmungseinrichtung bestimmt, daß der Dreiwege-Katalysator einen vorgegebenen Qualitätsverlustzustand erreicht hat, die Steuerungseinrichtung verhindert, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbrennungsmotor zugeführten Gemischs das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und wenn die zweite Qualitätsverlustbestimmungseinrichtung bestimmt, daß der NOx-Absorptionskatalysator einen vorgegebenen Qualitätsverlustzustand erreicht hat, die Steuerungsein richtung verhindert, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbrennungsmotor zugeführten Gemischs im wesentlichen stöchiometrisch ist.
  • In dieser bevorzugten Ausführungsform wird einem Katalysator, dem ein höherer Qualitätsverlustparameter zugeordnet ist, d.h. einem Katalysator, dessen Qualität schneller abnimmt, bei der Vermeidung des Qualitätsverlusts eine größere Priorität zugeordnet. Wenn beiden Katalysatoren hohe Qualitätsverlustparameter zugeordnet sind, wird verhindert, daß der Verbrennungsmotor bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem im wesentlichen stöchiometrischen betrieben wird, wodurch der durch die Oxidation des Dreiwege-Katalysators verursachte Qualitätsverlust und der durch die Destabilisierung des Absorptionsmaterials im NOx-Katalysator verursachte Qualitätsverlust vermieden werden. Außerdem kann der Betrieb des Verbrennungsmotors bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein Minimum reduziert werden, wodurch der Kraftstoffverbrauch vermindert wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestimmt die Qualitätsverlustparameterbestimmungseinrichtung den Qualitätsverlustparameter des Dreiwege-Katalysators unter Verwendung eines einer Temperatur des Dreiwege-Katalysators entsprechenden Qualitätsverlustindex und den Qualitätsverlustparameter des NOx-Katalysators unter Verwendung eines einer Temperatur des NOx-Katalysators entsprechenden Qualitätsverlustindex.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt der der Temperatur des Dreiwege-Katalysators entsprechende Qualitätsverlustindex an, daß der Qualitätsverlust des Dreiwege-Katalysators umso größer ist, je höher die Temperatur des NOx-Katalysators ist, und der der Temperatur des NOx-Katalysators entsprechende Qualitätsverlustindex zeigt an, daß der Qualitätsverlust des NOx- Absorptionskatalysators umso größer ist, je höher die Temperatur des Dreiwege-Katalysators ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestimmt die Qualitätsverlustparameterbestimmungseinrichtung den Qualitätsverlustparameter des Dreiwege-Katalysators unter Verwendung eines einer Durchflußrate des in den Dreiwege-Katalysator strömenden Abgases entsprechenden Qualitätsverlustindex und/oder eines Qualitätsverlustindex, der Komponenten des in den Dreiwege-Katalysator strömenden Abgases entspricht und/oder eines einer Temperatur des Dreiwege-Katalysators entsprechenden Qualitätsverlustindex, und bestimmt den Qualitätsverlustparameter des NOx-Katalysators unter Verwendung eines einer Durchflußrate des in den NOx-Katalysator strömenden Abgases entsprechenden Qualitätsverlustindex und/oder eines Qualitätsverlustindex, der Komponenten des in den NOx-Katalysator strömenden Abgases entspricht und/oder eines einer Temperatur des NOx-Katalysators entsprechenden Qualitätsverlustindex.
  • Dadurch kann der Grad des Qualitätsverlusts gemäß Faktoren, wie beispielsweise der Temperatur, der Durchflußrate des Abgases und den Abgaskomponenten bestimmt werden, die mit dem Qualitätsverlust der Katalysatorvorrichtung eng in Beziehung stehen. Dadurch kann der Qualitätsverlustzustand korrekt bestimmt und eine geeignete Behandlung gemäß dem bestimmten Qualitätsverlustzustand bereitgestellt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt der der Durchflußrate des in den Dreiwege-Katalysator strömenden Abgases entsprechende Qualitätsverlustindex an, daß der Qualitätsverlust des Dreiwege-Katalysators umso größer ist, je höher die Durchflußrate des Abgases ist; der den Komponenten des in den Dreiwege-Katalysator strömenden Abgases entsprechende Qualitätsverlustindex zeigt an, daß der Qualitätsverlust des Dreiwege- Katalysators umso größer ist, je magerer das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ist; der der Temperatur des Dreiwege-Katalysators entsprechende Qualitätsverlustindex zeigt an, daß der Qualitätsverlust des Dreiwege-Katalysators umso größer ist, je höher die Temperatur des Dreiwege-Katalysators ist; der der Durchflußrate des in den NOx-Katalysator strömenden Abgases entsprechende Qualitätsverlustindex zeigt an, daß der Qualitätsverlust des NOx-Katalysators umso größer ist, je kleiner die Durchflußrate des Abgases ist; der den Komponenten des in den NOx-Katalysator strömenden Abgases entsprechende Qualitätsverlustindex zeigt an, daß der Qualitätsverlust des NOx-Katalysators umso größer ist, je näher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt; und der der Temperatur des NOx-Katalysators entsprechende Qualitätsverlustindex zeigt an, daß der Qualitätsverlust des NOx-Katalysators umso größer ist, je höher die Temperatur des NOx-Katalysators ist
  • Die vorstehende Aufgabe kann auch durch Bereitstellen einer Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gelöst werden, die vom Verbrennungsmotor ausgegebenes Abgas reinigt, wobei die Abgasemissionssteuerungsvorrichtung aufweist: eine Katalysatorvorrichtung, die aus einem Dreiwege-Katalysator zum Reinigen schädlicher Substanzen im Abgas, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases im wesentlichen stöchiometrisch ist, und einem NOx-Katalysator mit einer Funktion zum Absorbieren von NOx im Abgas besteht, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis näher bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis als bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt, wobei die Katalysatorvorrichtung in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors angeordnet ist; eine Betriebszustandsetzeinrichtung zum Auswählen und Setzen eines Betriebszustands aus mehreren Betriebszu ständen, die einen mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustand, bei dem ein dem Verbrennungsmotor zugeführtes Gemisch näher bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis als bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt, und einen fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustand aufweisen, bei dem ein dem Verbrennungsmotor zugeführtes Gemisch näher bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis als bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt, gemäß einem mit der Temperatur der Katalysatorvorrichtung in Beziehung stehenden Parameter und einem mit einer Durchflußrate des in die Katalysatorvorrichtung strömenden Abgases in Beziehung stehenden Parameter; und eine Steuereinrichtung zum Steuern des Gemischs des Verbrennungsmotors gemäß dem durch die Betriebszustandsetzeinrichtung gesetzten Betriebszustand.
  • Die Abgasemissionssteuerungsvorrichtung wählt einen geeigneten Betriebszustand gemäß der Temperatur und der Durchflußrate des Abgases entsprechend den Qualitätsverlustcharakteristiken der Katalysatoren aus, um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren und den Qualitätsverlust sowohl des Dreiwege-Katalysators als auch des NOx-Katalysators zu steuern.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung setzt die Betriebszustandsetzeinrichtung einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustand für den Dreiwege-Katalysator gemäß dem mit der Temperatur des Dreiwege-Katalysators in Beziehung stehenden Parameter und dem mit der Durchflußrate des in den Dreiwege-Katalysators strömenden Abgases in Beziehung stehenden Parameter und setzt einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustand für den NOx-Katalysator gemäß dem mit der Temperatur des NOx-Katalysators in Beziehung stehenden Parameter und dem mit der Durchflußrate des in den NOx-Katalysators strömenden Abgases in Bezie hung stehenden Parameter, und wenn diese beiden Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustände verschieden sind, wählt die Betriebszustandsetzeinrichtung einen magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustand aus.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Temperaturbereich des NOx-Katalysators, in dem der durch die Betriebszustandsetzeinrichtung ausgewählte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustand des NOx-Katalysators auf einen fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustand geschaltet wird, zur Seite einer höheren Temperatur hin verschoben, wenn die Durchflußrate des Abgases abnimmt.
  • Das Absorptionsmaterial des NOx-Katalysators wird beim mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases als Nitrit (oder saures Oxid) stabilisiert. Aus diesem Grunde kann die Emission von Sauerstoff oder NOx verhindert und der stabile Zustand des Absorptionsmaterials beibehalten werden, indem der Betriebszustand bei der hohen Temperatur auf den fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustand geschaltet wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Temperaturbereich des NOx-Katalysators, in dem der durch die Betriebszustandsetzeinrichtung ausgewählte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustand für den NOx-Katalysator auf einen magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustand geschaltet wird, zur Seite einer niedrigeren Temperatur hin verschoben, wenn die Durchflußrate des Abgases abnimmt.
  • Das Absorptionsmaterial des NOx-Katalysators wird beim fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases als Karbonat stabilisiert. Aus diesem Grunde kann die Emission von Karbonat verhindert und der stabile Zustand des Absorptionsmaterials beibehalten werden, indem der Betriebszustand bei der niedrigen Temperatur auf den magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustand geschaltet wird.
  • Die Merkmale sowie andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen ähnliche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile bezeichnen; es zeigen:
  • 1 ein schematisches Diagramm der Struktur einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor;
  • 2 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer Verarbeitung zum Steuern des Qualitätsverlusts durch die in 1 dargestellte Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor;
  • 3 ein schematisches Diagramm der Struktur einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor;
  • 4 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer Verarbeitung zum Steuern des Qualitätsverlusts durch die in 3 dargestellte Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor;
  • 5 Qualitätsverlustindizes eines NOx-Absorptionskatalysators, die verwendet werden, wenn die in 3 dargestellte Abgasemissionssteuerungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors den Qualitätsverlust steuert;
  • 6 Qualitätsverlustindizes eines Dreiwege-Katalysators, die verwendet werden, wenn die in 3 dargestellte Abgasemissionssteuerungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors den Qualitätsverlust steuert;
  • 7 ein Diagramm bzw. Kennfeld zum Darstellen von Betriebsbereichen des NOx-Absorptionskatalysators, das verwendet wird, wenn eine dritte Ausführungsform einer erfin dungsgemäßen Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor den Qualitätsverlust steuert;
  • 8 ein Kennfeld zum Darstellen von Betriebsbereichen des Dreiwege-Katalysators, das verwendet wird, wenn die dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor den Qualitätsverlust steuert; und
  • 9 eine Beziehung zwischen einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einer Last in der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasemissionssteuerungssystems für einen Verbrennungsmotor.
  • Nachstehend wird die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben.
  • 1 zeigt ein schematisches Diagramm der Struktur der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, und 2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Verarbeitung zum Steuern des Wärme-Qualitätsverlusts durch die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor.
  • Der (nachstehend als Motor bezeichnete) Verbrennungsmotor ist ein Vierzylinder-Reihenmotor mit Zylinder-Kraftstoffeinspritzung und Funkenzündung, der in der Lage ist, durch Schalten eines Kraftstoffeinspritzmodus (Betriebsmodus) Kraftstoff in einem Einlaßhub (Einlaßhub-Einspritzmodus) oder in einem Verdichtungs- oder Kompressionshub (Kompressionshub-Einspritzmodus) einzuspritzen. Dieser Motor 1 mit Zylinder-Kraftstoffeinspritzung ist bei einem im wesentlichen stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betreibbar. Insbesondere im Kompressionshub-Einspritzmodus ist der Motor 1 bei einem supermageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betreibbar.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind eine Zündkerze 3 und ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil 4 am Zylinderkopf 2 jedes Zylinders des Motors 1 befestigt, wie in 1 dargestellt ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 4 ermöglicht die direkte Kraftstoffeinspritzung in eine Verbrennungskammer 5. Das Kraftstoffeinspritzventil 4 ist über eine Kraftstoffleitung (nicht dargestellt) mit einer Kraftstoffzufuhrvorrichtung (einer Kraftstoffpumpe) und einem Kraftstofftank verbunden. Ein Kraftstoff im Kraftstofftank wird dem Kraftstoffeinspritzventil 4 zugeführt, das den Kraftstoff mit einem gewünschten Kraftstoffdruck in die Verbrennungskammer 5 einspritzt. In diesem Fall wird die einzuspritzende Kraftstoffmenge gemäß einem Kraftstoffverdichtungsdruck der Kraftstoffpumpe und einer Öffnungsperiode (Kraftstoffeinspritzperiode) des Kraftstoffeinspritzventils 4 bestimmt.
  • Ein Einlaßport ist im wesentlichen in einer vertikalen Richtung im Zylinderkopf 2 jedes Zylinders ausgebildet, und ein Ende eines Ansaug- oder Einlaßkrümmers 9 ist mit dem Zylinderkopf 2 derart verbunden, daß es mit jedem Einlaßport kommuniziert. Eine elektrische Drive-by-wire- (DBW) Drosselklappe 21 ist mit dem anderen Ende des Ansaug- oder Einlaßkrümmers 9 verbunden, und die Drosselklappe 21 weist einen Drosselklappensensor 22 auf, der eine Drosselklappenöffnung θth erfaßt. Ein Auslaßport ist in einer im wesentlichen horizontalen Richtung im Zylinderkopf 2 jedes Zylinders ausgebildet, und ein Ende eines Auspuff- oder Auslaßkrümmers 10 ist mit dem Zylinderkopf 2 derart verbunden, daß es mit jedem Auslaßport kommuniziert.
  • Der Motor 1 weist einen Kurbelwinkelsensor 23 zum Erfassen eines Kurbelwinkels auf. Der Kurbelwinkelsensor 23 ist dazu geeignet, die Motordrehzahl Ne zu erfassen. Der Mo tor 1 mit Zylinder-Kraftstoffeinspritzung ist bekannt, so daß seine Struktur hierin nicht näher beschrieben wird.
  • Der Auspuffkrümmer 10 des Motors 1 ist mit einem Abgasrohr (einem Abgaskanal) 11 verbunden. Das Abgasrohr 11 ist über einen kleinen Dreiwege-Katalysator 32 und eine Abgasemissionssteuerungskatalysatorvorrichtung 13 in der Nähe des Motors 1 mit einem Auspufftopf (nicht dargestellt) verbunden. Der Dreiwege-Katalysator 32 wird bei einem Kaltstart des Motors 1 durch Erwärmung durch ein Abgas rasch aktiviert. Der Dreiwege-Katalysator 32 reinigt schädliche Substanzen (HC, CO, NOx) und weist Platin (Pt), Rhodium (RH) und ähnliche Materialien als Edelmetall auf. Ein Hochtemperatursensor (eine Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung) 14 ist zwischen dem Dreiwege-Katalysator 32 und der Abgasemissionssteuerungskatalysatorvorrichtung 13 im Abgasrohr 11 angeordnet. Der Hochtemperatursensor 14 ist strömungsaufwärts von der Abgasemissionssteuerungskatalysatorvorrichtung 13 angeordnet, d.h. strömungsaufwärts von einem später beschriebenen NOx-Absorptionskatalysator 33.
  • Die Abgasemissionssteuerungskatalysatorvorrichtung 13 weist den NOx-Absorptionskatalysator 33 und den Dreiwege-Katalysator 34 auf, um eine NOx-Reduktionsfunktion zum Absorbieren von NOx im Abgas auszuführen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist, und eine Reduktionsfunktion zum Reinigen schädlicher Substanzen (HC, CO, NOx) im Abgas, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases im wesentlichen stöchiometrisch ist. Der Dreiwege-Katalysator 34 ist weiter strömungsabwärts angeordnet als der NOx-Absorptionskatalysator 33. Wenn der NOx-Absorptionskatalysator 33 das absorbierte NOx emittiert, reduziert der Dreiwege-Katalysator 34 das NOx, das durch den NOx-Absorptionskatalysator 33 selbst nicht reduziert werden kann. Die Abgasemissionssteuerungskatalysatorvorrichtung 13 kann auch nur aus dem NOx-Absorptionskatalysator 33 bestehen, wenn der Absorptionskatalysator 33 das NOx reduziert und die (hierin als Dreiwegefunktion bezeichnete) Funktion des Dreiwegekatylyators hat, der HC und CO oxidiert. Der NOx-Absorptionskatalysator 33 hat eine Reduktionsfunktion zum Absorbieren des NOx in einer Oxidatmosphäre (NOx-Reduktionsfunktion) und zum Emittieren des NOx, um es in einer Reduktionsatmosphäre, in der hauptsächlich CO vorhanden ist, in N2 (Stickstoff) und ähnliche Substanzen zu reduzieren. Der NOx-Absorptionskatalysator 33 weist genauer Platin (Pt) und Rhodium (Rh) als Edelmetall und ein Alkalimetall und ein Erdalkalimetall, wie beispielsweise Barium (Ba), als Absorptionsmaterial auf.
  • Ein NOx-Sensor 27 zum Erfassen einer NOx-Konzentration ist strömungsabwärtsseitig von der Abgasemissionssteuerungskatalysatorvorrichtung 13 angeordnet.
  • Eine ECU (elektronische Steuereinheit) 31 mit einer Ein-Ausgabeeinrichtung, einer Speichereinrichtung (z.B. ROM-Speicher, RAM-Speicher und nichtflüchtiger RAM-Speicher), einer Zentraleinheit (CPU), einem Zeitgeber/Zähler und ähnlichen Einrichtungen ist ebenfalls strömungabwärtsseitig von der Abgasemissionssteuerungskatalysatorvorrichtung 13 angeordnet. Die ECU 31 steuert die vorliegende Ausführungsform der Abgasemissionssteuerungsvorrichtung einschließlich des Motors 1. Verschiedenartige Sensoren, z.B. der Hochtemperatursensor 14 und der NOx-Sensor 27, sind mit einer Eingangsseite der ECU 31 verbunden. Sensorinformation von diesen Sensoren wird der Eingangsseite der ECU 31 zugeführt. Andererseits sind die Zündkerze 3, das Kraftstoffeinspritzventil 4 und ähnliche Elemente über eine Zündspule mit einer Ausgangsseite der ECU 31 verbunden. Optimale Werte einer Kraftstoffeinspritzmenge, eines Zündzeitpunkts und ähnlicher Parameter, die gemäß Sensorinformation von den verschiedenar tigen Sensoren berechnet werden, werden an die Zündspule, das Kraftstoffeinspritzventil 4 und ähnliche Elemente ausgegeben. Dadurch spritzt das Kraftstoffeinspritzventil 4 eine geeignete Kraftstoffmenge zu einem geeigneten Zeitpunkt ein, und die Zündkerze 3 wird zu einem geeigneten Zeitpunkt gezündet.
  • Die ECU 31 bestimmt einen Zylinderinnendruck-Sollwert, d.h. einen einer Motorlast entsprechenden mittleren effektiven Druck-Sollwert Pe, gemäß der Drosselklappenöffnungsinformation θth vom Drosselklappensensor 22 und der Motordehzahlinformation Ne vom Kurbelwinkelsensor 23. Außerdem bestimmt die ECU 31 den Kraftstoffeinspritzmodus unter Bezug auf ein (nicht dargestelltes) Kennfeld gemäß dem mittleren effektiven Druck-Sollwert Pe und der Motordrehzahlinformation Ne. Wenn beispielsweise sowohl der mittlere effektive Druck-Sollwert Pe als auch die Motordrehzahl Ne niedrig sind, wird der Kraftstoffeinspritzmodus als Kompressionshub-Einspritzmodus bestimmt, so daß der Kraftstoff im Kompressionshub eingespritzt werden kann. Wenn dagegen der mittlere effektive Druck-Sollwert Pe oder die Motordrehzahl Ne hoch sind, wird der Kraftstoffeinspritzmodus als der Einlaßhub-Einspritzmodus bestimmt, so daß der Kraftstoff im Einlaßhub eingespritzt werden kann.
  • Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert (A/F-Sollwert) als Steuerparameter wird gemäß dem mittleren effektiven Druck-Sollwert Pe und der Motordrehzahl bestimmt, und gemäß dem A/F-Sollwert wird eine geeignete Kraftstoffeinspritzmenge bestimmt. Eine Katalysatortemperatur Tcat wird basierend auf der durch den Hochtemperatursensor 14 erfaßten Abgastemperaturinformation abgeschätzt. Durch ein Experiment oder auf ähnliche Weise wird genauer gesagt gemäß dem mittleren effektiven Druck-Sollwert Pe und der Motordrehzahlinformation Ne ein Temperaturdifferenzkennfeld erzeugt, um einen Feh ler zu korrigieren, der sich aus der Tatsache ergibt, daß der Hochtemperatursensor 14 und der NOx-Absorptionskatalysator 33 geringfügig voneinander beabstandet sind. Die Katalysatortemperatur Tcat wird abgeschätzt, nachdem der mittlere effektive Druck-Sollwert Pe und die Motordrehzahlinformation Ne bestimmt wurden.
  • Nachstehend wird die Funktionsweise der auf die vorstehend beschriebene Weise konstruierten ersten Ausführungsform der Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor beschrieben.
  • Der Dreiwege-Katalysator 32 wird bei einem Kaltstart des Motors 1 durch das Abgas erwärmt und rasch aktiviert. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases im wesentlichen stöchiometrisch ist, reinigt der Dreiwege-Katalysator 32 die schädlichen Substanzen (HC, CO, NOx) im Abgas.
  • In der Abgasemissionssteuerungskatalysatorvorrichtung 13 absorbiert der NOx-Absorptionskatalysator 33 das NOx im Abgas als Nitrit, um das Abgas in einer Sauerstoffüberschußatmosphäre zu reinigen, z.B. während der Motor in einem Magermodus bei einem super-mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird. Andererseits reagiert in einer Atmosphäre mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration das im NOx-Absorptionskatalysator 33 absorbierte Nitrit mit dem CO im Abgas, um Karbonat zu erzeugen, und das NOx wird emittiert und reduziert. Daher wird im Verlauf der Absorption des NOx durch den NOx-Absorptionskatalysator 33 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht, oder es wird zusätzlicher Kraftstoff eingespritzt, um die Sauerstoffkonzentration zu vermindern und CO zuzuführen. Dann emittiert der NOx-Absorptionskatalysator 33 das NOx, um die NOx-Reduktionsfunktion aufrechtzuerhalten.
  • Wie im Fall des Dreiwege-Katalysators 32 reinigt der Dreiwege-Katalysator 34 der Abgasemissionssteuerungskataly satorvorrichtung 13 die schädlichen Substanzen (HC, CO, NOx) im Abgas, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases im wesentlichen stöchiometrisch ist. Wenn der NOx-Absorptionskatalysator 33 das absorbierte NOx emittiert, reduziert der Dreiwege-Katalysator 34 das NOx, das durch den NOx-Absorptionskatalysator 33 selbst nicht reduziert werden kann.
  • Wenn die Abgastemperatur, d.h. die Temperatur des Dreiwege-Katalysators 32, die gemäß dem Ausgangssignal des Hochtemperatursensors 13 abgeschätzt wurde, größer oder gleich einem vorgegebenen Wert ist, führt die vorliegende Ausführungsform der Abgasemissionssteuerungsvorrichtung des Verbrennungsmotors eine stöchiometrische Rückkopplungssteuerung (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung) derart aus, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors 1 auf ein im wesentlichen stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird. Dadurch wird die Abgastemperatur gesenkt und der Wärme-Qualitätsverlust des Dreiwege-Katalysators 32 verhindert. Wenn die gemäß dem Ausgangssignal des Hochtemperatursensors 14 abgeschätzte Temperatur des NOx-Absorptionskatalysators 33 während der stöchiometrischen Rückkopplungssteuerung um eine vorgegebene Temperatur höher ist als die Wärmebeständigkeitstemperatur des Katalysators, wird die stöchiometrische Rückkopplungssteuerung deaktiviert, um die Qualität von in den NOx-Absorptionskatalysator 33 (Abgasemissionssteuerungskatalysatorvorrichtung 13) strömenden Abgaskomponenten zu vermindern (Steuereinrichtung).
  • Genauer gesagt haben der Dreiwege-Katalysator 32 und der NOx-Absorptionskatalysator 33 verschiedenartige Reinigungsmechanismen, so daß ihre Wärmebeständigkeitstemperaturen, bei denen der Wärme-Qualitätsverlust beginnt, verschieden sind. Die Wärmebeständigkeitstemperatur des Dreiwege-Katalysators 32 ist höher als diejenige des NOx- Absorptionskatalysators 33. Die NOx-Absorptionsfunktion des NOx-Absorptionskatalysators 33 wird verschlechtert, weil durch die stöchiometrische Rückkopplungssteuerung in einem bestimmten Betriebsbereich die Reinigungseffizienz des Dreiwege-Katalysators 32 verbessert wird, wodurch die Qualität der in den NOx-Absorptionskatalysator 33 strömenden Abgaskomponenten verbessert wird, und das Absorptionsmaterial wird destabilisiert, weil es kein Karbonat oder Nitrat bilden kann. Daher nimmt die Qualität der in den NOx-Absorptionskatalysator 33 strömenden Abgaskomponenten, wenn die Temperatur des NOx-Absorptionskatalysator 33 die Wärmebeständigkeitstemperatur überschreitet, stärker ab als diejenige der während der stöchiometrischen Rückkopplungssteuerung in den NOx-Absorptionskatalysator 33 strömenden Abgaskomponenten, und CO, H2, NOx, O2, THC und ähnliches werden dem Absorptionsmaterial zugeführt, um den NOx-Absorptionskatalysator 33 zu stabilisieren und den Wärme-Qualitätsverlust zu verhindern. Um die Qualität der in den NOx-Absorptionskatalysator 33 strömenden Abgaskomponenten herabzusetzen, wird eine Rückkopplungssteuerung derart ausgeführt, daß ein Referenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis bezüglich des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses geringfügig fett oder geringfügig mager gemacht wird, oder es wird eine magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung ausgeführt.
  • Nachstehend wird die Wärme-Qualitätsverluststeuerung der Abgasemissionssteuerungsvorrichtung unter Bezug auf das Ablaufdiagramm von 2 beschrieben.
  • Wie in 2 dargestellt ist, wird eine gemäß dem Ausgangssignal des Hochtemperatursensors 14 abgeschätzte Katalysatortemperatur Tcat1 des Dreiwege-Katalysators 32 in einem Schritt S1 mit einer vorgegebenen Temperatur T1 verglichen. Die vorgegebene Temperatur T1 ist eine Temperatur, bei der der Wärme-Qualitätsverlust des Dreiwege-Katalysators 32 möglich ist, wenn der Motor 1 kontinuierlich betrieben wird. Daher schreitet, wenn die Katalysatortemperatur Tcat1 des Dreiwege-Katalysators 32 in Schritt S1 nicht niedriger ist als die vorgegebene Temperatur T1 (Katalysatorqualitätsverlustbestimmungseinrichtung), die Verarbeitung zu einem Schritt S2 fort, um die stöchiometrische Rückkopplungssteuerung derart auszuführen, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors 1 im wesentlichen stöchiometrisch gemacht wird. Dadurch wird die in den Dreiwege-Katalysator 32 strömende Abgasatmosphäre niemals eine Oxidatmosphäre, wodurch der Wärme-Qualitätsverlust verhindert wird.
  • Weil der Dreiwege-Katalysator 32 und der NOx-Absorptionskatalysator 33 verschiedene Reinigungsmechanismen haben, schreitet der Wärme-Qualitätsverlust des NOx-Absorptionskatalysators 33 auch dann fort, wenn die stöchiometrische Rückkopplungssteuerung ausgeführt wird. Um dieses Problem zu lösen, wird die Katalysatortemperatur Tcat2 des NOx-Absorptionskatalysators 33 während der stöchiometrischen Rückkopplungssteuerung mit einer Wärmebständigkeitstemperatur T2 des NOx-Absorptionskatalysators 33 verglichen. Wenn die Katalysatortemperatur Tcat2 die Wärmebeständigkeitstemperatur T2 überschreitet, kann das Absorptionsmaterial des NOx-Absorptionskatalysators 33 destabilisiert werden, wodurch die Absorptionsfähigkeit abnimmt (Wärme-Qualitätsverlust). Daher schreitet, wenn die Katalysatortemperatur Tcat2 des NOx-Absorptionskatalysators 33 in Schritt S3 (Katalysatorqualitätsverlustbestimmungseinrichtung) größer ist als die Katalysator-Wärmebeständigkeitstemperatur T2, die Verarbeitung zu Schritt S4 fort, um die Rückkopplungsteuerung zu deaktivieren und das Referenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis leicht fett zu machen. Dadurch werden dem Absorptionsmaterial des NOx-Absorptionskatalysators 33 CO, H2 und THC zugeführt, um Karbonat zu erzeugen und das Absorptionsmaterial zu stabilisieren und den Wärme-Qualitätsverlust zu verhindern. Andererseits verläßt, wenn die Katalysatortemperatur Tcat2 des NOx-Absorptionskatalysators 33 in Schritt S3 nicht größer ist als die Katalysator-Wärmebeständigkeitstemperatur T2, die Verarbeitung diese Routine, ohne daß irgendein Verarbeitungsschritt ausgeführt wird.
  • Um die Qualität der in den NOx-Absorptionskatalysator 33 strömenden Abgaskomponenten zu vermindern und dadurch einen sich durch Destabilisierung des NOx-Absorptionskatalysators 33 ergebenden Wärme-Qualitätsverlust zu vermeiden, wird die stöchiometrische Rückkopplungssteuerung in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform deaktiviert, um das Referenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis leicht fett zu machen. Das Referenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann jedoch leicht mager sein, wobei in diesem Fall dem Absorptionsmaterial des NOx-Absorptionskatalysators 33 NOx und O2 zugeführt werden, um Karbonat zu erzeugen und das Absorptionsmaterial zu stabilisieren.
  • Der unmittelbar strömungsabwärts vom Abgasrohr 11 angeordnete Dreiwege-Katalysator 32 wird bei einem Kaltstart des Motors 1 durch das Abgas erwärmt und rasch aktiviert. Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der Dreiwege-Katalysator 34 unmittelbar strömungsabwärts vom NOx-Absorptionskatalysator 33 angeordnet ist, kann das Abgasrohr 11 einen Umleitungskanal und ein Umleitungsventil zum Umgehen des Dreiwege-Katalysators 32 aufweisen, so daß das Abgas über den Umleitungskanal direkt in den NOx-Absorptionskatalysator 33 strömen kann, wenn die Katalysatortemperatur Tcat zunimmt. Daher wird der Wärme-Qualitätsverlust des Dreiwege-Katalysators 32 verhindert und das Absorptionsmaterial stabiliert, indem dem NOx-Absorptionskatalysator 33 HC, O2 und NOx im Abgas mit dem im wesentlichen stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zugeführt wird.
  • Die erste Ausführungsform wurde unter der Voraussetzung erläutert, daß bei der Konstruktion des Verbrennungsmotors der Dreiwege-Katalysator 32 und der NOx-Absorptions-Katalysator 33 als die erfindungsgemäße Abgasemissionssteuerungsvorrichtung bereitgestellt werden. Wie im Stand der Technik kann der Verbrennungsmotor, der den Wärme-Qualitätsverlust durch den Dreiwege-Katalysator 32 steuert und die stöchiometrische Rückkopplungssteuerung ausführt, auch eine Rückkopplungssteuerung ausführen, um das Referenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis leicht fett oder leicht mager zu machen, und eine magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung, um die Qualität der Abgaskomponenten des NOx-Absorptionskatalysators 33 zu vermindern.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform sind der Dreiwege-Katalysator 32 und der NOx-Absorptionskatalysator 33 (Abgasemissionssteuerungskatalysatorvorrichtung 13) im Abgasrohr 11 getrennt angeordnet. Der Dreiwege-Katalysator 32 und der NOx-Absorptionskatalysator 33 können jedoch auch zu einem NOx-Absorptionskatalysator mit einer Dreiwegefunktion integriert werden. Wie in dem Fall, in dem der Dreiwege-Katalysator strömungsaufwärtsseitig angeordnet ist, kann die Dreiwegefunktion des Katalysators das Absorptionsmaterial während der stöchiometrischen Rückkopplungssteuerung stabilisieren. Um dieses Problem zu lösen, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß der geschätzten Katalysatortemperatur gesteuert, um den Wärme-Qualitätsverlust zu verhindern. Außerdem können der Dreiwege-Katalysator 32, der NOx-Absorptionskatalysator 33 und der Dreiwege-Katalysator 34 in einer Katalysatorvorrichtung bereitgestellt werden.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform ist der Motor 1 ein Reihen-Vierzylindermotor mit Funkenzündung und Zylinder- Kraftstoffeinspritzung, der Motor 1 kann jedoch auch ein Lean-Burn-Motor mit Ansaugrohr-Kraftstoffeinspritzung sein, wenn der Motor 1 den NOx-Absorptionskatalysator aufweist.
  • Nachstehend wird unter Bezug auf die 3 – 9 die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der zweiten Ausführungsform wird als Beispiel ein Verbrennungsmotor mit Funkenzündung und Mehrzylinder-Kraftstoffeinspritzung beschrieben, der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs eher auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis als auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis steuert. 3 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen der Struktur des Verbrennungsmotors, der die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasemissionssteuerungsvorrichtung aufweist; 4 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer Verarbeitung zum Steuern des Qualitätsverlusts durch die Abgasemissionssteuerungsvorrichtung des Verbrennungsmotors von 3; 5 zeigt Qualitätsverlustindizes eines NOx-Absorptionskatalysators, der verwendet wird, wenn die Abgasemissionssteuerungsvorrichtung des Verbrennungsmotors von 3 den Qualitätsverlust steuert; und 6 zeigt Qualitätsverlustindizes eines Dreiwege-Katalysators, der verwendet wird, wenn die Abgasemissionssteuerungsvorrichtung des Verbrennungsmotors von 3 den Qualitätsverlust steuert.
  • Beispielsweise wird als Verbrennungsmotor mit Mehrzylinder-Kraftsteoffeinspritzung ein Reihen-Vierzylinder-Benzinmotor 1 mit Funkenzündung und Zylinder-Kraftstoffeinspritzung (nachstehend als Motor 1 bezeichnet) verwendet. Der Motor 1 ist in der Lage, durch Umschalten eines Verbrennungsmodus (Betriebsmodus) Kraftstoff sowohl in einem Einlaßhub einzuspritzen (Einlaßhub-Einspritzmodus) als auch in einem Kompressionshub (Kompressionshub-Einspritzmodus) einzuspritzen. Der Motor 1 ist bei einem im wesentlichen stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betreibbar. Insbesondere ist der Motor 1 im Kompressionshub-Einspritzmodus bei einem super-mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betreibbar. Insbesondere ist der Motor 1 im Kompressionshub-Einspritzmodus bei einem super-mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betreibbar, das höher ist als das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Einlaßhub.
  • In jedem Zylinder ist eine Zündkerze 3 am Zylinderkopf 2 des Motors 1 befestigt, wie in 3 dargestellt ist, und ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil 4 ist an jedem Zylinder befestigt. Eine Einspritzöffnung des Kraftstoffeinspritzventils 4 öffnet sich in eine Verbrennungskammer 5, und vom Kraftstoffeinspritzventil 4 eingespritzter Kraftstoff wird direkt in die Verbrennungskammer 5 eingespritzt. Ein Zylinder 6 des Motors 1 hält einen Kolben 7 derart, daß der Kolben 7 vertikal frei gleiten kann. Ein Hohlraum in der Form einer Halbkugel ist auf der Oberseite des Kolbens 7 ausgebildet. In 3 erzeugt der Hohlraum 8 eine Rückwärts-Wirbelströmung (Tumble Flow) im Gegenuhrzeigersinn.
  • In jedem Zylinder ist ein Einlaßport am Zylinderkopf 2 im wesentlichen vertikal ausgebildet, und ein Ende eines Einlaßkrümmers 9 ist mit dem Zylinderkopf 2 derart verbunden, daß es mit jedem Einlaßport kommuniziert. Eine elektrische Drive-by-wire- (DBW) Drosselklappe 21 (ETV) ist mit dem anderen Ende des Einlaßkrümmers 9 verbunden, und die Drosselklappe 21 weist einen Drosselklappensensor 22 zum Erfassen einer Drosselklappenöffnung θth auf. Der Motor 1 weist einen Kurbelwinkelsensor 23 zum Erfassen eines Kurbelwinkels auf. Der Kurbelwinkelsensor 23 ist in der Lage, eine Motordrehzahl Ne zu erfassen.
  • Ein Auslaßport ist am Zylinderkopf 2 in jedem Zylinder im wesentlichzen horizontal ausgebildet, und ein Ende eines Auslaßkrümmers 10 ist mit dem Zylinderkopf 2 derart verbunden, daß es mit jedem Auslaßport kommuniziert. Der Auslaßkrümer 10 weist einen EGR-Antieb (nicht dargestellt) auf. Andererseits ist der Auslaßkrümmer 10 mit einem Abgasrohr 11 verbunden, das über einen kleinen Dreiwege-Katalysator 32 und eine Abgasemissionssteuerungskatalysatorvorrichtung 13, die in der Nähe des Motors 1 angeordnet sind, mit einem (nicht dargestellten) Auspufftopf verbunden ist.
  • Der Dreiwege-Katalysator 32 wird beim Kaltstart des Motors 1 durch Erwärmen durch ein Abgas rasch aktiviert, Der Dreiwge-Katalysator 32 reinigt schädliche Substanzen (HC, CO, NOx) und weist als Edelmetall Platin (Pt), Rhodium (Rh) und ähnliche Materialien auf.
  • Zwischen dem Dreiwege-Katalysator 32 und der Abgasemissionssteuerungskatalysatorvorrichtung 13 sind im Abgasrohr 11 Hochtemperatursensoren (Katalysatortemperaturerfassungseinrichtungen) 14, 14a angeordnet. Die Hochtemperatursensoren 14, 14a sind strömungsaufwärts von der Abgasemissionssteuerungskatalysatorvorrichtung 13 angeordnet, d.h. strömungsaufwärts von einem später beschriebenen NOx-Absorptionskatalysator 33 als NOx-Speicherkatalysator und dem Dreiwege-Katalysator 32. Die Abgasemissionssteuerungsvorrichtung 13 hat eine Absorptions-, Emissions- und Reduktionsfunktion zum Absorbieren von NOx im Abgas und zum Emittieren des absorbierten NOx in einer Reduktionsatmosphäre, in der hauptsächlich CO vorhanden ist, um das NOx zu Stickstoff (N2) und ähnlichen Substanzen zu reduzieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist, und eine Reduktionsfunktion zum Reinigen schädlicher Substanzen (HC, CO, NOx) im Abgas, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases im wesentlichen stöchiometrisch ist. Genauer weist die Abgasemis sionssteuerungskatalysatorvorrichtung 13 den NOx-Absorptionskatalysator 33 zum Ausführen der Absorptions-, Emissions- und Reduktionsfunktion und den Dreiwege-Katalysator 34 zum Ausführen der Dreiwegefunktion auf. Der Dreiwege-Katalysator 34 ist strömungsabwärts vom NOx-Absorptionskatalysator 33 angeordnet.
  • Der NOx-Absorptionskatalysator 33 weist als Edelmetall Platin (Pt) und Rhodium (Rh) auf und weist ein Absorptionsmaterial auf, das aus einem Alkalimetall und einem Erdalkalimetall, wie beispielsweise Barium (Ba), besteht. Wenn der NOx-Absorptionskatalysator 33 das absorbierte NOx emittiert, reduziert der Dreiwege-Katalysator 34 das NOx, das durch den NOx-Absorptionskatalysator selbst nicht reduziert werden kann. Wenn der NOx-Absorptionskatalysator 33 das NOx reduziert und in ausreichendem Maße als der Dreiwege-Katalysator arbeitet, der HC und CO oxidiert, kann die Abgasemissionssteuerungskatalysatorvorrichtung 13 nur aus dem NOx-Absorptionskatalysator 33 bestehen.
  • Ein Fahrzeug weist eine elektronische Steuereinheit (ECU) 31 auf. Die ECU 31 weist eine Ein-Ausgabeeinrichtung, eine Speichereinrichtung zum Speichern eines Steuerprogramms, eines Steuerkennfeldes und ähnlicher Programme oder Daten, eine Zentraleinheit, einen Zeitgeber, einen Zähler und ähnliche Einrichtungen auf. Die ECU 31 steuert die vorliegende Ausführungsform der Abgasemissionssteuerungsvorrichtung einschließlich des Motors 1 vollständig. Der ECU 31 wird Sensorinformation von verschiedenen Sensoren zugeführt, und die ECU 31 bestimmt einen Kraftstoffeinspritzmodus, eine Kraftstoffeinspritzmenge, einen Zündzeitpunkt und ähnliche Parameter und steuert das Kraftstoffeinspritzventil 4, die Zündkerze 3 und ähnliche Einrichtungen bzw. Elemente.
  • Im Motor 1 bildet die vom Einlaßkrümmer 9 in die Verbrennungskammer 5 strömende Ansaug- oder Einlaßströmung eine Rückwärts-Wirbelströmung, und Kraftstoff wird von der Mitte des Kompressionshubs eingespritzt, um unter Verwendung der Rückwärts-Wirbelströmung eine kleine Kraftstoffmenge nur in unmittelbarer Nähe der in der Mitte der Oberseite der Verbrennungskammer 5 angeordneten Zündkerze 3 zu erhalten, wodurch in einem von der Zündkerze 3 entfernten Teil ein extrem mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhalten wird. Indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in unmittelbarer Nähe der Zündkerze 3 im wesentlichen stöchiometrisch oder fett gemacht wird, wird eine stabile laminare Verbrennung realisiert (laminare super-magere Verbrennung) und der Kraftstoffverbrauch gesteuert.
  • Um eine hohe Ausgangsleistung vom Motor 1 zu erhalten, wird der Kraftstoff vom Kraftstoffeinspritzventil 4 im Einlaßhub eingespritzt, um den Kraftstoff über die gesamte Verbrennungskammer 5 gleichmäßig zu machen und ein Gemisch mit den im wesentlichen stöchiometrischen und fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnissen im Inneren der Verbrennungskammer 5 zu erhalten. In diesem Zustand wird eine vorgemischte Verbrennung ausgeführt. Natürlich kann eine höhere Ausgangsleistung erhalten werden, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch oder fett ist, als wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist. Daher wird der Kraftstoff mit einer derartigen Zeitsteuerung eingespritzt, daß der Kraftstoff ausreichend zerstäubt und gemischt wird, um eine hohe Ausgangsleistung zu erhalten.
  • Die ECU 31 bestimmt einen Zylinderinnendruck-Sollwert, d.h. einen einer Motorlast entsprechenden mittleren effektiven Druck-Sollwert Pe, gemäß der Drosselklappenöffnungsinformation θth vom Drosselklappensensor 22 und der Motordrehzahlinformation Ne vom Kurbelwinkelsensor 23. Außerdem bestimmt die ECU 31 den Kraftstoffeinspritzmodus unter Bezug auf ein (nicht dargestelltes) Kennfeld gemäß dem mittleren effektiven Druck-Sollwert Pe und der Motordrehzahlinformation Ne. Wenn beispielsweise sowohl der mittlere effektive Druck-Sollwert Pe als auch die Motordrehzahl Ne niedrig sind, wird der Kompressionshub-Einspritzmodus als Kraftstoffeinspritzmodus bestimmt, so daß der Kraftstoff im Kompressionshub eingespritzt werden kann. Wenn dagegen der mittlere effektive Druck-Sollwert Pe oder die Motordrehzahl Ne hoch sind, wird der Einlaßhub-Einspritzmodus als Kraftstoffeinspritzmodus bestimmt, so daß der Kraftstoff im Einlaßhub eingespritzt werden kann. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert (ein A/F-Sollwert) wird als Steuerparameter gemäß dem mittleren effektiven Druck-Sollwert Pe und der Motordrehzahl Ne bestimmt, und eine geeignete Kraftstoffeinspritzmenge wird gemäß dem A/F-Sollwert bestimmt.
  • Eine Katalysatortemperatur Tcat wird basierend auf der durch die Hochtemperatursensoren 14, 14a erfaßten Abgastemperaturinformation geschätzt. Genauer gesagt wird ein Temperaturdifferenzkennfeld durch ein Experiment oder auf ähnliche Weise gemäß dem effektiven mittleren Druck-Sollwert Pe und der Motordrehzahlinformation Ne erzeugt, um einen Fehler zu korrigieren, der sich aus der Tatsache ergibt, daß der Hochtemperatursensor 14 und der NOx-Absorptionskatalysator 33 geringfügig voneinander beabstandet sind. Die Katalysatortemperatur Tcat wird basierend auf der Bestimmung des effektiven mittleren Druck-Sollwertes Pe und der Motordrehzahlinformation Ne eindeutig abgeschätzt. Außerdem sind die Durchflußrate des Abgases und die Abgaskomponenten im Kennfeld dargestellt. Die Durchflußrate des Abgases kann gemäß der Information von einem Einlaßmengensensor (nicht dargestellt) abgeschätzt werden, und außerdem kann ein Sensor zum direkten Erfassen des Zustands der Abgaskomponenten bereitgestellt werden.
  • In der auf die vorstehend beschriebene Weise konstruierten Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor wird der Dreiwege-Katalysator 32 bei einem Kaltstart des Motors 1 durch das Abgas erwärmt und rasch aktiviert. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases im wesentlichen stöchiometrisch ist, reinigt der Dreiwege-Katalysator 32 die schädlichen Substanzen (HC, CO, NOx) im Abgas.
  • In der Abgasemissionssteuerungskatalysatorvorrichtung 13 absorbiert der NOx-Absorptionskatalysator 33 das NOx als Nitrit im Abgas, um das Abgas in einer Atmosphäre mit übermäßiger Sauerstoffkonzentration zu reinigen, z.B. während der Motor in einem Magermodus bei einem super-mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird. In einer Atmosphäre mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration reagiert dagegen das im NOx-Absorptionskatalysator 33 absorbierte Nitrit mit dem CO im Abgas, um Karbonat zu erzeugen, und das NOx wird emittiert. Daher wird mit fortschreitender Absorption des NOx im NOx-Absorptionskatalysator 33 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht, oder zusätzlicher Kraftstoff wird eingespritzt, um NOx vom NOx-Absorptionskatalysator 33 zu emittieren zu reduzieren und dadurch die NOx-Reduktionsfunktion aufrechtzuerhalten.
  • Wie im Fall des Dreiwege-Katalysators 32 reinigt der Dreiwege-Katalysator 34 der Abgasemissionssteuerungskatalysatorvorrichtung 13 schädliche Substanzen (HC, CO, NOx) im Abgas, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases im wesentlichen stöchiometrisch ist. Wenn der NOx-Absorptionskatalysator 33 das absorbierte NOx emittiert, reduziert der Dreiwege-Katalysator 34 das NOx, das durch den NOx-Absorptionskatalysator 33 selbst nicht reduziert werden kann.
  • Unter der Steuerung der Abgasemissionsteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der zweiten Ausführungsform werden die Abgastemperatur, die Durchflußrate des Abgases und die Abgaskomponenten auf optimale Werte gesetzt (der Betriebszustand wird auf den optimalen Zustand geschaltet), um den Wärme-Qualitätsverlust des Dreiwege-Katalysators 32, des NOx-Absorptionskatalysators 33 und des Dreiwege-Katalysators 34 zu steuern.
  • Der Dreiwege-Katalysator und der NOx-Absorptionskatalysator haben verschiedene Wärmebeständigkeitstemperaturen. Der Dreiwege-Katalysator wird oxidiert und seine Qualität wird herabgesetzt, wenn die Abgasatmosphäre mager wird, wohingegen das Absorptionsmaterial des NOx-Absorptionskatalysators kein Karbonat oder Nitrit (oder saures Oxid) wird, wenn die Abgasatmosphäre im wesentlichen stöchiometrisch wird, um CO, THC und ähnliche Substanzen zu vermindern. Daher wird das Absorptionsmaterial destabilisiert, und NOx kann nicht durch Kombination mit einem Träger absorbiert werden (Qualitätsverlust). Insbesondere wenn die Durchflußrate des Abgases hoch ist, schreitet die Oxidation fort, um die Qualität des Dreiwege-Katalysators zu beeinflussen. Wenn die Durchflußrate des Abgases niedrig ist, werden CO und THC knapp, so daß die Qualität des NOx-Absorptionskatalysator beeinflußt wird. Der NOx-Absorptionskatalysator 33 und der Dreiwege-Katalysator 32 (der Dreiwege-Katalysator 34) haben also bezüglich der Durchflußrate des Abgases entgegengesetzte Qualitätsverlustcharakteristiken.
  • Daher werden Qualitätsverlustparameter des NOx-Absorptionskatalysators 33 und des Dreiwege-Katalysators 32 (Dreiwege-Katalysators 34) bezüglich der Abgastemperatur, der Durchflußrate des Abgases und der Abgaskomponenten bestimmt (Qualitätsverlustparameterbestimmungseinrichtung). Ein Qualitätsverlustparameter wird anhand von Qualitätsverlustindi zes des NOx-Absorptionskatalysators 33 bezüglich der Abgastemperatur, der Durchflußrate des Abgases und der Abgaskomponenten bestimmt, und ein Qualitätsverlustparameter wird anhand von Qualitätsverlustindizes des Dreiwege-Katalysators 32 (Dreiwege-Katalysators 34) bezüglich der Abgastemperatur, der Durchflußrate des Abgases und der Abgaskomponenten bestimmt. Gemäß jedem Qualitätsverlustparameter wird der Betriebsbereich auf einen optimalen Bereich geschaltet, um den Qualitätsverlust zu steuern.
  • Wenn der Qualitätsverlustparameter (Qualitätsverlustindex) des NOx-Absorptionskatalysators 33 genauer gesagt einen vorgegebenen Wert (den ersten vorgegebenen Wert) für den NOx-Absorptionskatalysator überschreitet, wird verhindert, daß der Motor 1 bei einem im wesentlichen stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird. Wenn der Qualitätsverlustparameter (Qualitätsverlustindex) des Dreiwege-Katalysators 32 (Dreiwege-Katalysators 34) einen vorgegebenen Wert (den zweiten vorgegebenen Wert) für den Dreiwege-Katalysator überschreitet, wird verhindert, daß der Motor 1 bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinrichtung). Dadurch wird der Wärme-Qualitätsverlust des NOx-Absorptionskatalysators 33 und des Dreiwege-Katalysators 32 (Dreiwege-Katalysators 34), die entgegengesetzte Qualitätsverlustcharakteristiken aufweisen, gesteuert, ohne daß der Kraftstoffverbrauch zunimmt.
  • Nachstehend wird unter Bezug auf das Ablaufdiagramm von 4 eine Verarbeitung zum Steuern des Qualitätsverlusts in der Abgasemissionssteuerungsvorrichtung beschrieben.
  • Wie in 4 dargestellt ist, werden in Schritt S11 die Qualitätsverlustindizes (5) des NOx-Absorptionskatalysators 33 erfaßt, in Schritt S12 (6) die Qualitätsverlustindizes des Dreiwege-Katalysators 32 erfaßt und in Schritt S13 (6) die Qualitätsverlustindizes des Dreiwege-Katalysators 34 erfaßt. Genauer gesagt werden der Qualitätsverlustindex P1A bezüglich der Katalysatortemperatur, der Qualitätsverlustindex P1B bezüglich der Durchflußrate des Abgases und der Qualitätsverlustindex P1C bezüglich der Abgaskomponenten im NOx-Absorptionskatalysator 33 wie in 5 dargestellt bestimmt. Der Qualitätsverlustindex P2A bezüglich der Katalysatortemperatur, der Qualitätsverlustindex P2B bezüglich der Durchflußrate des Abgases und der Qualitätsverlustindex P2C bezüglich der Abgaskomponenten im Dreiwege-Katalysator 32 und im Dreiwege-Katalysator 34 werden wie in 5 dargestellt bestimmt.
  • Wie in 5(a) und in 6(a) dargestellt ist, nehmen die Qualitätsverlustindizes des NOx-Absorptionskatalysators 33 und der Dreiwege-Katalysatoren 32, 34 mit zunehmender Katalysatortemperatur zu. Wie in 5(b) und in 6(b) dargestellt ist, nehmen die Qualitätsverlustindizes des NOx-Absorptionskatalysators 33 bei niedriger Durchflußrate des Abgases zu, während die Qualitätsverlustindizes der Dreiwege-Katalysatoren 32, 34 bei hoher Durchflußrate des Abgases zu nehmen. Wie in den 5(c) und 6(c) dargestellt ist, nehmen die Qualitätsverlustindizes des NOx-Absorptionskatalysators 33 zu, wenn die Menge von CO, H2, TCH, NOx und O2 als Abgaskomponenten klein ist, wohingegen die Qualitätsverlustindizes der Dreiwege-Katalysatoren 32, 34 zu nehmen, wenn die O2- und die NOx-Menge groß ist.
  • Die Qualitätsverlustindizes P1A, P1B und P1C werden in Schritt S11 gemäß 5 erfaßt, und die Qualitätsverlustindizes P2A, P2B und P2C werden in den Schritten S12 und S13 gemäß 6 erfaßt. Nach der Erfassung dieser Qualitätsverlustindizes werden in Schritt S14 Qualitätsverlustparameter P1 und P2 berechnet. Der Qualitätsverlustparameter P1 ist ein Qualitätsverlustparameter des NOx-Absorptionskatalysators 33, der gemäß den Qualitätsverlustindizes P1A, P1B und P1C berechnet wird. Der Qualitätsverlustparameter P2 ist ein Qualitätsverlustparameter der Dreiwege-Katalysatoren 32 und 33, der gemäß den Qualitätsverlustindizes P2A, P2B und P2c berechnet wird.
  • Beispielsweise wird der Qualitätsverlustparameter P1 gemäß der Gleichung (Qualitätsverlustindex P1A × Qualitätsverlustindex P1B × Qualitätsverlustindex P1C) oder gemäß der Gleichung {Qualitätsverlustindex P1A ×( Qualitätsverlustindex P1B × Qualitätsverlustindex P1C)} berechnet. Ähnlicherweise wird der Qualitätsverlustparameter P2 gemäß der Gleichung (Qualitätsverlustindex P2A × Qualitätsverlustindex P2B × Qualitätsverlustindex P2C) oder gemäß der Gleichung {Qualitätsverlustindex P2A ×( Qualitätsverlustindex P2B × Qualitätsverlustindex P2C)} berechnet. Außerdem kann z.B. gemäß den Eigenschaften des Katalysators eine Gewichtung in der Berechnung berücksichtigt werden. Es muß mindestens ein Qualitätsverlustindex verwendet werden, um den Qualitätsverlustparameter zu berechnen.
  • Nachdem die Qualitätsverlustparameter P1 und P2 in Schritt S14 berechnet wurden, d.h., wenn die Tendenz des Qualitätsverlusts des NOx-Absorptionskatalysators 33 und der Dreiwege-Katalysatoren 32 und 34 bestimmt worden ist, wird in Schritt S15 bestimmt, ob der Qualitätsverlustparameter P1 größer ist als der erste vorgegebene Wert oder nicht. Wenn in Schritt S15 festgestellt wird, daß der Qualitätsverlustparameter P1 größer ist als der erste vorgegebene Wert, wird in Schritt S16 eine stöchiometrische Rückkopplungssteuerung (stöchiometrische F/B-Steuerung) deaktiviert. Insbesondere wird, wenn bei einer hohen Katalysatortemperatur die Durchflußrate des Abgases gering und die Menge von CO, H2, TCH, NOx und O2 als Abgaskomponenten klein ist, festgestellt, daß die Qualität des NOx-Absorptionskatalysators 33 tendenziell abnimmt. Wenn die Menge von CO, H2, TCH, NOx und O2 als Abgaskomponenten klein ist, wird die stöchiometrische F/B-Steuerung deaktiviert, um den Qualitätsverlust des NOx-Absorptionskatalysators 33 zu steuern.
  • Nachdem in Schritt S16 die stöchiometrische F/B-Steuerung deaktiviert wurde, oder wenn in Schritt S15 festgestellt wird, daß der Qualitätsverlustparameter P1 nicht größer ist als der erste vorgegebene Wert, wird in Schritt S17 festgestellt, ob der Qualitätsverlustparameter P2 größer ist als der zweite vorgegebene Wert oder nicht. Wenn in Schritt S17 festgestellt wird, daß der Qualitätsverlustparameter P2 größer ist als der zweite vorgegebene Wert, wird in Schritt S18 ein Magerbetrieb verhindert. Wenn die Katalysatortemperatur hoch ist, ist die Durchflußrate des Abgases hoch, und die Menge von NOx und O2 als Abgaskomponenten ist groß, wodurch festgestellt wird, daß die Qualität der Dreiwege-Katalysatoren 32, 34 tendenziell leicht abnimmt. Dann wird der Magerbetrieb mit einer großen Menge von NOx und O2 verhindert, um den Qualitätsverlust der Dreiwege-Katalysatoren 32, 34 zu steuern.
  • Wenn genauer gesagt der Qualitätsverlustparameter P1 größer ist als der erste vorgegebene Wert und der Qualitätsverlustparameter P2 größer ist als der zweite vorgegebene Wert, werden der stöchiometrische F/B-Betrieb und der Magerbetrieb verhindert, um einen Fettbetrieb auszuführen und den Qualitätsverlust des NOx-Absorptionskatalysators 33 und der Dreiwege-Katalysatoren 32, 34 zu steuern. Wenn der Qualitätsverlustparameter P1 größer ist als der erste vorgegebene Wert, der zweite Qualitätsverlustparameter P2 jedoch nicht größer ist als der zweite vorgegebene Wert, wird nur der stöchiometrische F/B-Betrieb verhindert, um den Magerbetrieb oder den Fettbetrieb zu ermöglichen. Wenn der Qualitätsverlustparameter P1 nicht größer ist als der erste vorgegebene Wert, aber der Qualitätsverlustparameter P2 größer ist als der zweite vorgegebene Wert, wird nur der Magerbetrieb verhindert, um den stöchiometrischen F/B-Betrieb oder den Fettbetrieb zu ermöglichen. Wenn der Qualitätsverlustparameter P1 nicht größer ist als der erste vorgegebene Wert und der Qualitätsverlustparameter P2 nicht größer ist als der zweite vorgegebene Wert, wird weder der stöchiometrische FB-Betrieb noch der Magerbetrieb verhindert, so daß der stöchiometrische FB-Betrieb, der Magerbetrieb oder der Fettbetrieb ermöglicht werden.
  • Wenn der stöchiometrische F/B-Betrieb verhindert wird, kann eine Einrichtung zum Erhöhen der Menge von CO, H2, TCH, NOx und O2, zum Vermindern der Katalysatortemperatur durch Abkühlen und zum Erhöhen der Durchflußrate des Abgases verwendet werden. Wenn der Magerbetrieb verhindert wird, kann eine Einrichtung zum Vermindern der Menge von NOx und O2, zum Vermindern der Katalysatortemperatur durch Abkühlen und zum Vermindern der Durchflußrate des Abgases verwendet werden. In diesem Fall kann der zweite vorgegebene Wert separat gesetzt werden.
  • Wie vorstehend erwähnt wurde, wird der Betriebszustand auf einen Zustand gesteuert, in dem dem Katalysator mit dem höheren Qualitätsverlustparameter, d.h. der Katalysator mit einem basierend auf der Katalysatortemperatur, der Durchflußrate des Abgases und den Abgaskomponenten bestimmten höheren Qualitätsverlustparameter, dessen Qualität tendenziell leicht abnimmt, in der Qualitätsverluststeuerung eine höhere Priorität zugeordnet wird. Wenn die Katalysatoren höhere Qualitätsverlustparameter P1 und P2 aufweisen, d.h. die basierend auf der Katalysatortemperatur, der Durchflußrate des Abgases und den Abgaskomponenten bestimmten Qualitätsverlustparameter, und ihre Qualität tendenziell leicht abnimmt, wird der Betrieb des Motors 1 bei einem mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnis und bei einem im wesentlichen stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis verhindert, um den Qualitätsverlust des NOx-Absorptionskatalysators 33 und der Dreiwege-Katalysatoren 32, 34 zu steuern. Dadurch wird der Betriebsbereich nur auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis beschränkt, wenn die Qualität des NOx-Absorptionskatalysators 33 und der Dreiwege-Katalysatoren 32, 34 tendenziell leicht abnimmt. Dadurch wird der Qualitätsverlust des NOx-Absorptionskatalysators 33 und der Dreiwege-Katalysatoren 32, 34, die verschiedene Qualitätsverlustcharakteristiken aufweisen, effizient gesteuert, ohne daß der Kraftstoffverbrauch zunimmt.
  • Nachstehend wird unter Bezug auf die 7 und 8 ein Verfahren zum Steuern des Qualitätsverlusts gemäß einer anderen Ausführungsform beschrieben. Gemäß dieser Ausführungsform werden die Betriebsbereiche des Motors 1, die gemäß den Qualitätsverlustparametern des NOx-Absorptionskatalysators 33 und der Dreiwege-Katalysatoren 32, 34, die anhand der Katalysatortemperatur und der Durchflußrate des Abgases (Durchflußrate des Einlaßgases) bestimmt wurden, als Kennfeld mit der Katalysatortemperatur und der Durchflußrate des Abgases als Parameter dargestellt (Betriebsbereichsetzeinrichtung). Gemäß dem Kennfeld wird der Motor 1 in einem Betriebsbereich betrieben, gemäß dem der Qualitätsverlust geeignet gesteuert wird. Dadurch wird der Wärme-Qualitätsverlust des NOx-Absorptionskatalysators 33 und der Dreiwege-Katalysatoren 32, 34 gesteuert.
  • 7 zeigt ein Diagramm einer Beziehung zwischen der Katalysatortemperatur und der Durchflußrate des Einlaßgases zum Darstellen der Betriebsbereiche des NOx-Absorptionskatalysators 33. 8 zeigt ein Diagramm einer Beziehung zwischen der Katalysatortemperatur und der Durchflußrate des Einlaßgases zum Darstellen der Betriebsbereiche der Dreiwege-Katalysatoren 32, 34.
  • Wie in den 7 und 8 dargestellt ist, wird der Betriebsbereich zum Steuern des Qualitätsverlusts gemäß der Beziehung zwischen der Katalysatortemperatur und der Durchfkußrate des Einlaßgases bezüglich des NOx-Absorptionskatalysators 33 und der Dreiwege-Katalysatoren 32, 34 bestimmt. Der Betriebsbereich wird genauer gesagt gemäß der Katalysatortemperatur und der Durchflußrate des Einlaßgases bei einer vorgegebenen Temperatur T°C oder einer höheren Temperatur in einen Bereich A, einen Bereich B, einen Bereich C und einen Bereich D geteilt. Durchgezogene Linien an Grenzen zwischen den Bereichen bezeichnen Grenzen, an denen die Bereiche von der Niedrigtemperaturseite zur Hochtemperaturseite umgeschaltet werden. Gestrichelte Linien zeigen Grenzen mit Hysterese, an denen die Bereiche von der Hochtemperaturseite zur Niedrigtemperaturseite umgeschaltet werden.
  • Der Bereich A bezeichnet einen offenen Regelkreismodus mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einer hohen Katalysatortemperatur. A/F ist nicht größer als ein vorgegebener Wert (z.B. 13). Der Bereich B ist ein Bereich, in dem durch eine Verschiebung F/B+a zu fetten Seite ein etwas fetteres Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhalten wird als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Eine F/B-Verstärkung wird anhand eines normalen stöchiometrischen F/B-Wertes separat bestimmt. Der Bereich C stellt normalerweise einen Magermodus mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis dar. Wenn jedoch ein A/F-Sollwert kleiner ist als der vorgegebene Wert (wobei eine F/B+ Verschiebung von der stöchiometrischen zur fetten Seite berücksichtigt ist) für mehr als dreißig Sekunden andauert, wird die F/B+ Verschiebung von der stöchiometrischen zur fetten Seite für eine vorgegebene Zeit dauer (z.B. fünf Sekunden) ausgeführt, und dann wird der Katalysatortemperaturanstieg im Magermodus verhindert.
  • Wenn die Geschwindigkeit in diesem Bereich erhöht wird, wird die Verschiebung F/B+a von der stöchiometrischen zur fetten Seite ausgeführt, und die F/B-Verstärkung wird separat bestimmt. Der Bereich D ist ein Bereich, in dem ein offener Regelkreismodus für eine hohe Last verhindert wird.
  • Wenn jedoch der bestimmte A/F-Wert nicht größer ist als ein vorgegebener A/F-Wert (z.B. 13,8), wie in 9 dargestellt, wird der offene Regelkreismodus gesetzt, und es wird festgelegt, daß der A/F-Sollwert nicht größer ist als der vorgegebene A/F-Wert. Ein Startmodus, ein Fehlermodus und ein Kraftstoffbegrenzungsmodus werden ausgeschlossen. Dadurch wird der Kraftstoffverbrauch im Bereich B im Vergleich zum Bereich A und im Bereich C im Vergleich zum Bereich B verbessert. Im Bereich D wird der Kraftstoffverbrauch innerhalb eines Bereichs gesteuert, gemäß dem das Fahrverhalten nicht beeinträchtigt wird.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist der Betriebsbereich des Motors 1 in vier Bereiche geteilt, der Betriebsbereich des Motors 1 kann jedoch in mehr als vier Bereiche geteilt werden, und es kann ein Bereich für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesetzt werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Betriebsbereich zum Steuern des Qualitätsverlusts des Katalysators bei der vorgegebenen Temperatur T°C oder einer höheren Temperatur gesetzt, es kann jedoch auch ein Betriebsbereich zum Steuern des Qualitätsverlusts in allen Temperaturbereichen, einschließlich eines Niedrigtemperaturbereichs, gesetzt werden.
  • Wenn die Durchflußrate des Einlaßgases niedrig ist, nimmt die Qualität des NOx-Absorptionskatalysators 33 leicht ab. Infolgedessen wird der Magermodus ausgeführt (der Bereich C wird verbreitert), um den Qualitätsverlust des NOx- Absorptionskatalysators 33 zu steuern. Wenn die Durchflußrate des Einlaßgases hoch ist, wird ein nicht magerer Modus des Bereichs B als Modus an der fetten Seite ausgeführt, während die Katalysatortemperatur niedrig ist. Dadurch wird der Qualitätsverlust der Dreiwege-Katalysatoren 32, 34 gesteuert. Wenn die in den 7 und 8 ausgewählten Bereiche von dem anhand der Katalysatortemperatur bestimmten Bereich verschieden sind, wird dem Bereich A, dem Bereich B, dem Bereich C und dem Bereich D in der genannten Reihenfolge Priorität zugeordnet (wenn der Bereich B in 7 und der Bereich C in 8 ausgewählt wird, wird dem Bereich B Priorität gegeben).
  • Dadurch werden, wie in den 7 und 8 dargestellt ist, die Betriebsbereiche in den Bereich A, den Bereich B, den Bereich C und den Bereich D geteilt, und der Bereich wird gemäß der Katalysatortemperatur und der Durchflußrate des Einlaßgases (der Durchflußrate des Abgases) ausgewählt, und dem Betriebsbereich, in dem die Qualität des Katalysators tendenziell leicht abnimmt, wird in der Qualitätsverluststeuerung Priorität gegeben. Dadurch wird der Qualitätsverlust des NOx-Absorptionskatalysators 33 und der Dreiwege-Katalysatoren 32, 34 effizient gesteuert, ohne daß der Kraftstoffverbrauch zunimmt.
  • Wie in 7 dargestellt ist, ist die gestrichelte Linie im Bereich mit einer niedrigen Durchflußrate des Einlaßgases an einem Punkt zur Niedrigtemperaturseite hin geneigt, an dem der Bereich B an der Hochtemperaturseite an der Grenze zwischen dem Bereich B und dem Bereich C auf den Bereich C an der Niedrigtemperaturseite geschaltet wird. Der Grund hierfür ist folgender. Der NOx-Absorptionskatalysator 33 erzeugt im Bereich B aufgrund des Fettbetriebs Karbonat, und die Durchflußrate des Abgases ist niedrig. Dadurch ist, auch wenn die Katalysatortemperatur niedrig und das Luft- Kraftstoff-Verhältnis mager ist, eine geringe Menge von neuem CO, O2 und NOx vorhanden. Aus diesem Grunde wird Karbonat emittiert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unmittelbar auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis geschaltet wird, so daß das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis an der Niedrigtemperaturseite beibehalten wird, um die Emission des Karbonats zu verhindern und den Qualitätsverlust zu steuern.
  • Die durchgezogene Linie ist dagegen im Bereich mit der niedrigen Durchfußrate des Einlaßgases an einem Punkt zur Hochtemperaturseite hin geneigt, an dem der Bereich C an der Niedrigtemperaturseite an der Grenze zwischen dem Bereich B und dem Bereich C auf den Bereich B an der Hochtemperaturseite geschaltet wird. Der Grund hierfür ist folgender. Der NOx-Absorptionskatalysator 33 erzeugt im Bereich C aufgrund des Magerbetriebs Nitrit, und die Durchflußrate des Abgases ist niedrig. Dadurch ist, auch wenn die Katalysatortemperatur niedrig und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist, eine geringe Menge von neuem CO, O2 und NOx vorhanden. Aus diesem Grunde wird O2 emittiert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unmittelbar auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis geschaltet wird, so daß der stabile Zustand beim fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis an der Niedrigtemperaturseite beibehalten wird, um den Qualitätsverlust zu steuern.
  • In der zweiten Ausführungsform sind der Dreiwege-Katalysator 32 und die Abgasemissionssteuerungsvorrichtung 13 getrennt im Abgasrohr 11 angeordnet, der Dreiwege-Katalysator 32, der Absorptionskatalysator 33 und der Dreiwege-Katalysator 34 sind jedoch in einer Katalysatorvorrichtung angeordnet. Außerdem können der Dreiwege-Katalysator 32, der Absorptionskatalysator 33 und der Dreiwege-Katalysator 34 integriert werden, indem eine Dreiwegefunktion für den Absorptionskatalysator 33 bereitgestellt wird. Der Motor 1 mit Zylinder-Kraftstoffeinspritzung wird als Verbrennungsmotor verwendet, die vorliegende Erfindung kann jedoch auch auf einen Lean-Burn-Motor mit Einlaßrohr-Kraftstoffeinspritzung angewendet werden, der den Dreiwege-Katalysator zum Reinigen des Abgases und den NOx-Absorptionskatalysator zum Absorbieren von Stickoxid im Abgas aufweist.
  • Wenn zusätzlich ein NOx-Auswahl- und Reduktionskatalysator verwendet wird, können ein Qualitätsverlustparameter und ein Kennfeld mit der gleichen Charakteristik wie für den Dreiwege-Katalysator verwendet werden, weil eine Qualitätsverlustcharakteristik des NOx-Auswahl- und Reduktionskatalysators derjenigen des Dreiwege-Katalysators ähnlich ist. Gemäß der zweiten Ausführungsform werden die mit der Katalysatortemperatur in Beziehung stehenden Parameter basierend auf der Katalysatortemperatur und der Abgastemperatur abgeschätzt, die Katalysatortemperatur kann jedoch auch direkt gemessen werden, oder es kann ein Abgastemperaturerfassungswert unverändert oder als korrigierter Abgastemperaturwert verwendet werden. In der zweiten Ausführungsform ist der NOx-Absorptionskatalysator, der NOx in der mageren Atmosphäre absorbiert und das absorbierte NOx in der im wesentlichen stöchiometrischen Atmosphäre emittiert und reduziert, als Beispiel eines NOx-Speicherkatalysators beschrieben worden, es kann jedoch auch ein NOx-Speicherkatalysator verwendet werden, der NOx in der mageren Atmosphäre absorbiert und das absorbierte NOx in der fetten oder stöchiometrischen Atmosphäre direkt reduziert.

Claims (14)

  1. Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor zum Reinigen von vom Verbrennungsmotor ausgegebenem Abgas, wobei die Abgasemissionssteuerungsvorrichtung aufweist: eine Katalysatorvorrichtung (13), die aus einem Dreiwege-Katalysator (32, 34) zum Reinigen schädlicher Substanzen im Abgas, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases im wesentlichen stöchiometrisch ist, und einem NOx-Katalysator (33) mit einer Funktion zum Absorbieren von NOx im Abgas besteht, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eher ein mageres Verhältnis als das stöchiometrische Verhältnis ist, wobei die Katalysatorvorrichtung (13) in einem Abgaskanal (11) des Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist; eine Katalysatorqualitätsverlustbestimmungseinrichtung (S1, S3, S15, S17) zum Bestimmen eines Qualitätsverlustzustands des Dreiwege-Katalysators (32, 34) und des NOx-Katalysators (33) der Katalysatorvorrichtung (13), wobei der Qualitätsverlust mindestens auf der Temperatur basiert; und eine Steuerungseinrichtung (31, S4, S16, S18) zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines dem Verbrennungsmotor (1) zugeführten Gemischs, so daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im wesentlichen stöchiometrisch ist, wenn die Katalysatorqualitätsverlustbestimmungseinrichtung (S1, S3, S15, S17) bestimmt, daß der Dreiwege-Katalysator (32, 34) der Katalysatorvorrichtung (13) einen vorgegebenen Qualitätsverlustzu stand aufweist, wobei die Steuereinrichtung die Qualität von in die Katalysatorvorrichtung (13) strömenden Abgaskomponenten wesentlich stärker vermindert als von Abgaskomponenten in einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn die Katalysatorqualitätsverlustbestimmungseinrichtung (S1, S3, S15, S17) bestimmt, daß der NOx-Katalysator (33) der Katalysatorvorrichtung (13) einen vorgegebenen Qualitätsverlustzustand aufweist.
  2. Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, ferner mit: einer Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung (14, 14a) zum Erfassen oder Abschätzen einer Temperatur der Katalysatorvorrichtung (13); und wobei die Katalysatorqualitätsverlustbestimmungseinrichtung bestimmt, daß die Katalysatorvorrichtung (13) einen vorgegebenen Qualitätsverlustzustand aufweist, wenn eine durch die Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung (14, 14a) erfaßte oder abgeschätzte Katalysatortemperatur größer ist als eine Wärmebeständigkeitstemperatur der Katalysatorvorrichtung (13).
  3. Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit: einer Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung (14) zum Erfassen oder Abschätzen einer Temperatur (Tcat2) des NOx-Katalysators (33); und wobei die Katalysatorqualitätsverlustbestimmungseinrichtung bestimmt, daß die Katalysatorvorrichtung (13) einen vorgegebenen Qualitätsverlustzustand aufweist, wenn eine durch die Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung (14) erfaßte oder abgeschätzte Tempe ratur (Tcat2) des NOx-Katalysators (33) größer ist als eine Wärmebeständigkeitstemperatur (T2) des NOx-Katalysators (33).
  4. Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die Steuereinrichtung verhindert, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbrennungsmotor (1) zugeführten Gemischs im wesentlichen stöchiometrisch wird, wenn die Katalysatorqualitätsverlustbestimmungseinrichtung (S1, S3, S15, S17) bestimmt, daß der NOx-Katalysator (33) der Katalysatorvorrichtung (13) den vorgegebenen Qualitätsverlustzustand aufweist.
  5. Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit: einer Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung (14, 14a) zum Erfassen oder Abschätzen einer Temperatur der Katalysatorvorrichtung (13); und einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinrichtung (S2) zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des dem Verbrennungsmotor (1) zugeführten Gemischs gemäß der durch die Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung (14, 14a) erfaßten oder abgeschätzten Temperatur der Katalysatorvorrichtung (13) auf ein im wesentlichen stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn eine Temperatur (Tcat1) des Dreiwege-Katalysators (32) nicht niedriger ist als eine vorgegebene Temperatur (T1); und wobei die Katalysatorqualitätsverlustbestimmungseinrichtung (S3) gemäß der durch die Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung (14, 14a) erfaßten oder ab geschätzten Temperatur der Katalysatorvorrichtung (13) bestimmt, daß die Katalysatorvorrichtung (13) einen vorgegebenen Qualitätsverlustzustand aufweist, wenn die Temperatur (Tcat2) des NOx-Katalysators (33) größer ist als eine Wärmebeständigkeitstemperatur (T2) des NOx-Katalysators (33); und wobei die Steuereinrichtung (S4) verhindert, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbrennungsmotor (1) zugeführten Gemischs im wesentlichen stöchiometrisch wird, wenn die Katalysatorqualitätsverlustbestimmungseinrichtung (S1) bestimmt, daß die Katalysatorvorrichtung (13) einen vorgegebenen Qualitätsverlustzustand aufweist, wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinrichtung (S2) aktiviert ist.
  6. Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Katalysatorqualitätsverlustbestimmungseinrichtung aufweist: eine Qualitätsverlustparameterbestimmungseinrichtung (S11, S12, S13, S14) zum Bestimmen eines Qualitätsverlustparameters (P2) des Dreiwege-Katalysators (32, 34) und eines Qualitätsverlustparameters (P1) des NOx-Katalysators (33); eine erste Qualitätsverlustbestimmungseinrichtung (S17) zum Bestimmen, daß der Dreiwege-Katalysator (32, 34) einen vorgegebenen Qualitätsverlustzustand aufweist, wenn der durch die Qualitätsverlustparameterbestimmungseinrichtung (S11, S12, S13, S14) bestimmte Qualitätsverlustparameter (P2) des Dreiwege-Katalysators (32, 34) größer ist als ein für den Dreiwege-Katalysator (32, 34) vorgegebener Referenzwert; und eine zweite Qualitätsverlustbestimmungseinrichtung (S15) zum Bestimmen, daß der NOx-Katalysator (33) einen vorgegebenen Qualitätsverlustzustand aufweist, wenn der durch die Qualitätsverlustparameterbestimmungseinrichtung (S11, S12, S13, S14) bestimmte Qualitätsverlustparameter (P1) des NOx-Katalysators (33) größer ist als ein für den NOx-Katalysator (33) vorgegebener Referenzwert; und wobei, wenn die erste Qualitätsverlustbestimmungseinrichtung (S17) bestimmt, daß der Dreiwege-Katalysator (32, 34) einen vorgegebenen Qualitätsverlustzustand aufweist, die Steuereinrichtung (S16, S18) verhindert, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbrennungsmotor (1) zugeführten Gemischs mager wird, und wenn die zweite Qualitätsverlustbestimmungseinrichtung (S15) bestimmt, daß der NOx-Katalysator (33) einen vorgegebenen Qualitätsverlustzustand aufweist, die Steuereinrichtung (S16, S18) verhindert, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbrennungsmotor (1) zugeführten Gemischs im wesentlichen stöchiometrisch wird.
  7. Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, wobei: die Qualitätsverlustparameterbestimmungseinrichtung (S14) den Qualitätsverlustparameter (P2) des Dreiwege-Katalysators (32, 34) unter Verwendung eines einer Temperatur des Dreiwege-Katalysators (32, 34) entsprechenden Qualitätsverlustindex (P2A) bestimmt und den Qualitätsverlustparameter (P1) des NOx-Katalysators (33) unter Verwendung eines einer Temperatur des NOx-Katalysators (33) entsprechenden Qualitätsverlustindex (P1A) bestimmt.
  8. Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 6 oder 7, wobei: der der Temperatur des Dreiwege-Katalysators (32, 34) entsprechende Qualitätsverlustindex (P2A) anzeigt, daß der Qualitätsverlust des Dreiwege-Katalysators (32, 34) umso größer ist, je höher die Temperatur des Dreiwege-Katalysators (32, 34) ist, und der der Temperatur des NOx-Katalysators (33) entsprechende Qualitätsverlustindex (P1A) anzeigt, daß der Qualitätsverlust des NOx-Katalysators (33) umso größer ist, je höher die Temperatur des NOx-Katalysators (33) ist.
  9. Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei: die Qualitätsverlustparameterbestimmungseinrichtung den Qualitätsverlustparameter (P2) des Dreiwege-Katalysators (32, 34) unter Verwendung eines einer Durchflußrate des in den Dreiwege-Katalysator (32, 34) strömenden Abgases entsprechenden Qualitätsverlustindex (P2B) und/oder eines Komponenten des in den Dreiwege-Katalysator (32, 34) strömenden Abgases entsprechenden Qualitätsverlustindex (P2C) und/oder eines einer Temperatur des Dreiwege-Katalysators (32, 34) entsprechenden Qualitätsverlustindex (P2A) bestimmt, und den Qualitätsverlustparameter (P1) des NOx-Katalysators (33) unter Verwendung eines einer Durchflußrate des in den NOx-Katalysator (33) strömenden Abgases entsprechenden Qualitätsverlustindex (P1B) und/oder eines Komponenten des in den NOx-Katalysator (33) strömenden Abgases entsprechenden Qualitätsverlustindex (P1C) und/oder eines einer Temperatur des NOx-Katalysators (33) entsprechenden Qualitätsverlustindex (P1A) bestimmt.
  10. Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, wobei: der der Durchflußrate des in den Dreiwege-Katalysator (32, 34) strömenden Abgases entsprechende Qualitätsverlustindex (P2B) anzeigt, daß der Qualitätsverlust des Dreiwege-Katalysators (32, 34) umso größer ist, je höher die Durchflußrate des Abgases ist; der Komponenten des in den Dreiwege-Katalysator (32, 34) strömenden Abgases entsprechende Qualitätsverlustindex (P2C) anzeigt, daß der Qualitätsverlust des Dreiwege-Katalysators (32, 34) umso größer ist, je magerer das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ist; der der Temperatur des Dreiwege-Katalysators (32, 34) entsprechende Qualitätsverlustindex (P2A) anzeigt, daß der Qualitätsverlust des Dreiwege-Katalysators (32, 34) umso größer ist, je höher die Temperatur des Dreiwege-Katalysators (32, 34) ist; der der Durchflußrate des in den NOx-Katalysators (33) strömenden Abgases entsprechende Qualitätsverlustindex (P1B) anzeigt, daß der Qualitätsverlust des NOx-Katalysators (33) umso größer ist, je niedriger die Durchflußrate des Abgases ist; der Komponenten des in den NOx-Katalysators (33) strömenden Abgases entsprechende Qualitätsverlustindex (P1C) anzeigt, daß der Qualitätsverlust des NOx-Katalysators (33) umso größer ist, je näher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt; und der der Temperatur des NOx-Katalysators (33) entsprechende Qualitätsverlustindex (P1A) anzeigt, daß der Qualitätsverlust des NOx-Katalysators (33) umso größer ist, je höher die Temperatur des NOx-Katalysators (33) ist.
  11. Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, ferner mit: einer Betriebszustandsetzeinrichtung (31) zum Auswählen und Setzen eines Betriebszustands von mehreren Betriebszuständen, die umfassen: einen mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustand, in dem ein dem Verbrennungsmotor (1) zugeführtes Gemisch näher bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis als bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt, und einen fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustand, in dem ein dem Verbrennungsmotor (1) zugeführtes Gemisch näher bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis als bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt, gemäß einem mit einer Temperatur der Katalysatorvorrichtung (13) in Beziehung stehenden Parameter und einem mit einer Durchflußrate des in die Katalysatorvorrichtung (13) strömenden Abgases in Beziehung stehenden Parameter; wobei die Steuereinrichtung (31) das Gemisch des Verbrennungsmotors (1) gemäß dem durch die Betriebszustandsetzeinrichtung (31) gesetzten Betriebszustand steuert.
  12. Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 11, wobei: die Betriebszustandsetzeinrichtung einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustand für den Dreiwege-Katalysator (32, 34) gemäß dem mit der Temperatur des Dreiwege-Katalysators (32, 34) in Beziehung stehenden Parameter und dem mit der Durchflußrate des in den Dreiwege-Katalysator (32, 34) strömenden Abgases in Beziehung stehenden Parameter setzt, und einen Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustand des NOx-Katalysators (33) gemäß dem mit der Temperatur des NOx-Katalysators (33) in Beziehung stehenden Parameter und dem mit der Durchflußrate des in den NOx-Katalysator (33) strömenden Abgases in Beziehung stehenden Parameter setzt, wobei, wenn diese beiden Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustände verschieden sind, die Betriebszustandsetzeinrichtung einen magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustand auswählt.
  13. Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 11 oder 12, wobei: ein Temperaturbereich des NOx-Katalysators (33), in dem der durch die Betriebszustandsetzeinrichtung (31) ausgewählte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustand für den NOx-Katalysator (33) auf einen fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustand geschaltet wird, zur Seite einer höheren Temperatur verschoben wird, wenn die Durchflußrate des Abgases abnimmt.
  14. Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 11 oder 12, wobei: ein Temperaturbereich des NOx-Katalysators (33), in dem der durch die Betriebszustandsetzeinrichtung (31) ausgewählte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustand für den NOx-Katalysator (33) auf einen magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Betriebszustand geschaltet wird, zur Seite einer niedrigeren Temperatur verschoben wird, wenn die Durchflußrate des Abgases abnimmt.
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