DE60102874T2

DE60102874T2 - Abgasreinigungsvorrichtung für brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60102874T2
Application number: DE60102874T
Authority: DE
Inventors: Masatomo Kakuyama; Shigeaki Kakizaki; Osamu Matsuno
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2021-02-24
Also published as: US6622479B2; KR20020005717A; JP3879511B2; EP1183455B1; CN1170058C; EP1183455A1; DE60102874D1; US20020157380A1; KR100437998B1; CN1363014A; WO2001063110A1; JP2003524110A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mit einem Katalysator versehene Motorabgas-Reinigungsvorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Das 1997 durch das japanische Patentamt veröffentlichte Dokument JP-A-H9-228873 legt eine Technik offen, bei der eine in einem Dreiwegekatalysator gespeicherte Sauerstoffmenge (im Folgenden Sauerstoffspeichermenge genannt) basierend auf einer Motoransaugmenge und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in den Katalysator strömenden Abgases geschätzt wird und eine Steuerung des Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird, so dass die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators konstant ist.
Um die NOx-(Stickoxide-), CO- und HC-(Kohlenwasserstoff-)Umwandlungseffizienz des Dreiwegekatalysators auf einem Maximum zu erhalten, muss die Katalysatoratmosphäre in dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufrechterhalten bleiben. Wenn die Sauerstoffspeichermenge konstant gehalten wird, wird Sauerstoff selbst dann in dem Katalysator gespeichert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator strömenden Abgases zeitweilig mager wird und umgekehrt wird in dem Katalysator gespeicherter Sauerstoff selbst dann freigesetzt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator strömenden Abgases zeitweilig fett wird, so dass die Katalysatoratmosphäre in dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhalten werden kann.
Deshalb ist es bei einer Abgasreinigungsvorrichtung, die diese Art von Steuerung durchführt, erforderlich, die Sauerstoffspeichermenge genau zu berechnen, um die Umwandlungseffizienz des Katalysators auf einem hohen Niveau zu erhalten. Zum Errechnen der Sauerstoffspeichermenge wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen.
US-A-5 609 023 legt ein derartiges System offen, das einen Ausnutzungsfaktor O2USR entsprechend der Sauerstoff-Speicher-/-Freisetz-Rate entsprechend der Änderung der O2-Speichermenge O2STR berechnet. Die Sauerstoffspeichermenge wird entsprechend der Konzentration von Sauerstoff und CO berechnet.
Jedoch traten nach dem Stand der Technik, nachdem die Sauerstoffspeichermenge berechnet wurde, ohne die Abweichungen der Katalysatoreigenschaften bei dem Motorlaufzustand einzubeziehen, wegen beispielsweise der Abweichungen in der Katalysatortemperatur Fehler in den Berechnungsresultaten für die Sauerstoffspeichermenge auf. Im Resultat ergab sich daraus ein Risiko, dass sich die Genauigkeit der Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erhöhen würde und sich die Abgasemission verschlechtert. Weiterhin war, wenn der Katalysator wegen des Abnehmens der maximalen Sauerstoffspeichermenge nachlässt, ein Risiko vorhanden, dass sich die Sollmenge relativ von dem adäquaten Wert verschiebt, die Umwandlungseffizienz des Katalysators gering wäre und infolgedessen die Abgasleistung im Laufe der Zeit nachlassen würde.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das oben genannte Problem zu lösen und eine Motorabgas-Reinigungsvorrichtung bereitzustellen, bei der die hohe Umwandlungseffizienz eines Katalysators erhalten bleibt.
Um die oben genannte Aufgabe zu erfüllen, stellt diese Erfindung eine Motorabgas-Reinigungsvorrichtung bereit, die Folgendes umfasst: einen in einer Motorabgasleitung bereitgestellten Katalysator, einen Sensor, der eine Eigenschaft des in den Katalysator strömenden Abgases erfasst, und einen Mikroprozessor, programmiert eine Sauerstoff-Speicher-/-Freisetz-Rate entsprechend einem Motorlaufzustand einzustellen, um eine Sauerstoffspeichermenge des Katalysators, unter Verwendung der erfassten Abgaseigenschaft und der Sauerstoff-Speicher-/-Freisetz-Rate zu berechnen, um ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors zu berechnen, so dass die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators, basierend auf der berechneten Sauerstoffspeichermenge, einen vorgegebenen Sollwert hat.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Diagramm einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung.
2 ist ein Diagramm, das die Sauerstoff-Freisetzeigenschaften eines Katalysators zeigt.
3 ist ein Fließdiagramm, das ein Programm zum Berechnen einer Sauerstoffspeichermenge des Katalysators zeigt.
4 ist ein Fließdiagramm, das ein Unterprogramm zum Berechnen einer Sauerstoff-Überschuss-/-Mangelmenge in dem in den Katalysator strömenden Abgas zeigt.
5 ist ein Fließdiagramm, das ein Unterprogramm zum Berechnen einer Sauerstoff-Freisetzrate einer Hochdrehzahl-Komponente zeigt.
6 ist ein Fließdiagramm, das ein Unterprogramm zum Berechnen der Hochdrehzahl-Komponente der Sauerstoffspeichermenge zeigt.
7 ist ein Fließdiagramm, das ein Unterprogramm zum Berechnen einer Niedrigdrehzahl-Komponente der Sauerstoffmenge zeigt.
8 ist ein Fließdiagramm, das ein Programm zum Ermitteln einer Reset-Bedingung zeigt.
9 ist ein Fließdiagramm, das ein Programm zum Durchführen des Resets der Sauerstoffspeichermenge zeigt.
10 ist ein Fließdiagramm, das ein Programm zum Berechnen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, basierend auf der Sauerstoffspeichermenge, zeigt.
11 ist ein Diagramm, das zeigt, wie eine Ausgabe des hinteren Sauerstoffsensors und eine Hochdrehzahl-Komponente variieren, wenn die Sauerstoffspeichermenge gesteuert wird, konstant zu sein.
12 ist ein Fließdiagramm, das die Einzelheiten des Programms zeigt, das die Katalysator-Speicher-/Freisetz-Rate gemäß einem Laufzustand einstellt.
13 ist eine Kennlinie, die die Relation zwischen der Katalysatortemperatur und der Sauerstoff-Speicher-/-Freisetz-Rate zeigt.
14 ist eine Kennlinie, die die Relation zwischen der Sauerstoffspeichermenge des Katalysators und der Sauerstoff-Absorptionsrate zeigt.
15 ist eine Kennlinie, die die Relation zwischen der Sauerstoffspeichermenge des Katalysators und der Sauerstoff-Freisetzrate zeigt.
16 ist ein Diagramm in dem das Berechnungsresultat einer Sauerstoffspeichermenge, die eine Speicher-/Freisetz-Ratenabweichung entsprechend der Katalysatortemperatur berücksichtigt, mit dem Fall vergleichen wird, bei dem die Speicher-/Freisetz-Rate als konstant vorausgesetzt wird.
17 ist ein Diagramm, in dem das Berechnungsresultat einer Sauerstoffspeichermenge, die eine Speicher-/Freisetz-Ratenabweichung entsprechend der Sauerstoffspeichermenge berücksichtigt, mit dem Fall verglichen wird, bei dem die Speicher-/Freisetzrate als konstant vorausgesetzt wird.
18 ist ein Fließdiagramm, das die Einzelheiten des Programms zeigt, das das Nachlassen des Katalysators ermittelt.
19 ist ein Diagramm, das die Verarbeitungsresultate, die sich aus dem oben beschriebenen Programm zum Ermitteln des Nachlassen des Katalysators ergeben zeigt.
Bezug nehmend auf die 1 der Zeichnungen ist eine Abgasleitung 2 eines Motors 1 mit einem Katalysator 3, einem Weitbereich-Luft-Kraftstoff-Sensor 4 (im Folgenden als ein A/F-Sensor bezeichnet), einem hinteren Sauerstoffsensor 5 und einem Controller 6 versehen.
Ein Drosselventil 8 und ein Luftmengenmesser 9, der die durch das Drosselventil 8 eingestellte Ansaugluftmenge erfasst, werden in einer Einlassleitung 7 des Motors 1 bereitgestellt. Zusätzlich ist ein Kurbelwinkelsensor 12, der die Drehgeschwindigkeit des Motors 1 erfasst, bereitgestellt.
Der Katalysator 3 ist ein Katalysator, der eine Dreiwegekatalysator-Funktion hat. Der Katalysator reinigt NOx, HC und CO mit maximaler Effizienz, wenn die Katalysatoratmosphäre ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufweist. Der Katalysatorträger des Katalysators 3 ist mit einem Sauerstoffspeichermaterial, wie zum Beispiel Ceroxid, beschichtet und der Katalysator 3 hat die Aufgabe des Speicherns bzw. des Freisetzens von Sauerstoff entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases (im Folgenden als die Sauerstoff-Speicherfunktion bezeichnet).
Hierbei kann die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators 3 in eine Hochdrehzahl-Komponente HO2, die in dem Katalysator 3 durch ein Edelmetall (Pt, Rh, Pd) gespeichert und freigesetzt wird und eine Niedrigdrehzahl-Komponente LO2, die in dem Kata lysator 3 durch das Sauerstoffspeichermaterial gespeichert und freigesetzt wird aufgeteilt werden. Die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 repräsentiert das Speichern und das Freisetzen einer größeren Sauerstoffmenge als die Hochdrehzahl-Komponente HO2, jedoch ist ihre Speicher-/Freisetz-Rate geringer als die der Hochdrehzahl-Komponente HO2.
Weiterhin haben diese Hochdrehzahl-Komponente HO2 und diese Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 die folgenden Eigenschaften:

– Wenn Sauerstoff gespeichert wird, wird Sauerstoff vorzugsweise als die Hochdrehzahl-Komponente HO2 gespeichert und beginnt, als die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 gespeichert zu werden, wenn die Hochdrehzahl-Komponente HO2 eine Maximalkapazität HO2MAX erreicht hat und nicht länger gespeichert werden kann.
– Wenn Sauerstoff freigesetzt wird und das Verhältnis der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 zu der Hochdrehzahl-Komponente HO2 (LO2/HO2) kleiner als ein vorgegebener Wert ist, d. h., wenn die Hochdrehzahl-Komponente relativ groß ist, wird der Sauerstoff vorzugsweise aus der Hochdrehzahl-Komponente HO2 freigesetzt und wenn das Verhältnis der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 zu der Hochdrehzahl-Komponente HO2 größer als ein vorgegebener Wert ist, wird der Sauerstoff sowohl aus der Hochdrehzahl-Komponente HO2 als auch aus der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 freigesetzt, so dass das Verhältnis der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 zu der Hochdrehzahl-Komponente HO2 nicht variiert.

Die 2 zeigt die experimentellen Resultate dieser Eigenschaften.
Die vertikale Achse zeigt die aus der Hochdrehzahl-Komponente HO2 freigesetzte Menge und die horizontale Achse zeigt die aus der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 freigesetzte Menge. Wenn drei verschiedene Mengen experimentell von den effektiv gleichen Startpunkten der Freisetzung (X₁, X₂, X₃) freigesetzt werden, sind die Endpunkte der Freisetzung X₁', X₂', X₃' und das Verhältnis der Niedrigdrehzahl-Komponente zu der Hochdrehzahl-Komponente konstant, wenn die Freisetzung abgeschlossen ist.
Im Resultat wird ersichtlich, dass, wenn die Sauerstofffreisetzung beginnt, der Sauerstoff aus der Hochdrehzahl-Komponente freigesetzt wird, so dass die Hochdrehzahl-Komponente abnimmt und dass, wenn das Verhältnis der Niedrigdrehzahl-Komponente zu der Hochdrehzahl-Komponente ein vorgegebenes Verhältnis erreicht, dieses Verhältnis nachfolgend erhalten wird, d. h., dass Sauerstoff während der Bewegung auf einer in der Figur gezeigten geraden Linie L freigesetzt wird. Hierbei ist die Niedrigdrehzahl-Komponente, relativ zu der Hochdrehzahl-Komponente 1, 5 bis 15 und vorzugsweise 10. Die gleichen Eigenschaften werden selbst dann erhalten, wenn der Startpunkt der Freisetzung in dem Bereich unter dieser Linie L liegt.
Wenn der Startpunkt in dem Bereich links von der Linie L (in der Figur Y) liegt, wird der Sauerstoff effektiv entlang der geraden Linie, die den Startpunkt und den Endpunkt Y' verbindet, freigesetzt.
Erneut Bezug nehmend auf die 1, gibt der stromaufwärts des Katalysators 3 bereitgestellte A/F-Sensor entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator 3 strömenden Abgases eine Spannung aus. Der stromabwärts des Katalysators 3 angeordnete hintere Sensor 5 erfasst, mit dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Grenzbereichswert, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts des Katalysators 3 fett oder mager ist. Hierbei wurde ein ökonomischer Sauerstoffsensor stromabwärts des Katalysators 3 bereitgestellt, jedoch kann stattdessen ein A/F-Sensor, der das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis kontinuierlich erfasst, bereitgestellt werden.
Der Kühlwassertemperatursensor 10, der die Temperatur des Kühlwassers erfasst, wird in den Motor 1 eingepasst. Die erfasste Kühlwassertemperatur wird zur Ermittlung des Laufzustands des Motors 1 und ebenso zum Abschätzen der Katalysatortemperatur des Katalysators 3 benutzt.
Der Controller 6 umfasst einen Mikroprozessor, RAM, ROM und I/O-Schnittstellen und berechnet die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators 3 (die Hochdrehzahl-Komponente HO2 und die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2), basierend auf der Ausgabe eines Luftmengenmessers 9 des vorderen A/F-Sensors 4 und des Kühlwassertemperatursensors 10.
Wenn die Hochdrehzahl-Komponente HO2 der berechneten Sauerstoffspeichermenge größer als eine vorgegebene Menge (z. B. die Hälfte der Maximalkapazität HO2MAX der Hochdrehzahl-Komponente) ist, schaltet der Controller 6 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors 1 auf fett, schaltet das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator 3 strömenden Abgases auf fett und verringert die Hochdrehzahl-Komponente HO2. Umgekehrt schaltet der Controller 6, wenn sie geringer als eine vorgegebene Menge ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors 1 auf mager, schaltet das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator 3 strömenden Abgases auf mager und erhöht die Hochdrehzahl-Komponente HO2 und hält die Hochdrehzahl-Komponente HO2 der Sauerstoffspeichermenge konstant.
Wegen Berechnungsfehlern kann eine Diskrepanz zwischen der berechneten Sauerstoffspeichermenge und der realen Sauerstoffspeichermenge auftreten, so dass der Controller 6 den berechneten Wert der Sauerstoffspeichermenge mit einem vorgegebenen Timing, basierend auf dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromabwärts des Katalysators 3, neu einstellt und diese Abweichung von der realen Sauerstoffspeichermenge korrigiert.
Insbesondere ist, wenn, basierend auf der Ausgabe des hinteren Sauerstoffsensors 5, ermittelt wurde, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts des Katalysators 3 mager ist, ermittelt, dass wenigstens die Hochdrehzahl-Komponente HO2 maximal ist, und es erfolgt ein Reset der Hochdrehzahl-Komponente HO2 auf Maximalkapazität. Wenn durch den hinteren Sauerstoffsensor 5 ermittelt wurde, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts des Katalysators 3 fett ist, wird nicht nur aus der Hochdrehzahl-Komponente HO2 sondern auch aus der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 nicht länger Sauerstoff freigesetzt, so dass ein Reset der Hochdrehzahl-Komponente HO2 und der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 auf Mindestkapazität erfolgt.
Im Folgenden wird die durch den Controller 6 durchgeführte Steuerung beschrieben. Als Erstes wird die Berechnung der Sauerstoffspeichermenge beschrieben, gefolgt von der Beschreibung des Rücksetzens des Berechnungswertes der Sauerstoffspeichermenge und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors 1, basierend auf der Sauerstoffspeichermenge.
Gemäß dem Programm, das in der 3 gezeigt wird, werden als Erstes in einem Schritt S1 die Ausgaben des Kühlwassertemperatursensors 10, des Kurbelwinkelsensors 12 und des Luftmengenmessers 9 als Betriebsparameter des Motors 1 gelesen. In einem Schritt S2 wird, basierend auf diesen Parametern, eine Temperatur TCAT des Katalysators 3 abgeschätzt. In einem Schritt S3 wird, durch Vergleichen der abgeschätzten Katalysatortemperatur TCAT und einer Katalysatoraktivierung TCATo (z. B. 300°C) ermittelt, ob der Katalysator 3 aktiviert wurde oder nicht.
Wenn ermittelt wurde, dass die Katalysator-Aktivierungstemperatur TCATo erreicht wurde, geht das Programm weiter zu einem Schritt S4, um die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators 3 zu berechnen. Wenn ermittelt wurde, dass die Katalysator-Aktivierungstemperatur TCATo nicht erreicht wurde, wird die Weiterverarbeitung, voraussetzend, dass der Katalysator 3 weder Sauerstoff speichert noch freisetzt, beendet.
In einem Schritt S4 wird ein Unterprogramm (4) zur Berechnung einer Sauerstoff-Überschuss-/-Mangelmenge O2IN durchgeführt und die Sauerstoff-Überschuss-/-Mangelmenge des in den Katalysator 3 strömenden Abgases wird berechnet. In einem Schritt S5 wird ein Unterprogramm (5) zur Berechnung einer Sauerstoff-Freisetz-Rate A der Hochdrehzahl-Komponente der Sauerstoffspeichermenge durchgeführt und die Sauerstoff-Freisetz-Rate A der Hochdrehzahl-Komponente wird berechnet.
Weiterhin wird in einem Schritt S6 ein Unterprogramm (6) zur Berechnung der Hochdrehzahl-Komponente HO2 der Sauerstoffspeichermenge durchgeführt und die Hochdrehzahl-Komponente HO2 und eine Sauerstoffmenge OVERFLOW die in die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 überläuft, ohne als die Hochdrehzahl-Komponente HO2 gespeichert zu werden, werden auf der Basis der Sauerstoff-Überschuss-/Sauerstoff-Mangel-Menge O2IN und der Sauerstoff-Freisetz-Rate A der Hochdrehzahl-Komponente berechnet.
In einem Schritt S7 wird ermittelt, ob die gesamte Sauerstoff-Überschuss-/-Mangelmenge O2IN, die in den Katalysator 3 strömt, als die Hochdrehzahl-Komponente HO2, basierend auf der Überlauf-Sauerstoffmenge OVERFLOW, gespeichert wurde oder nicht. Wenn die gesamte Sauerstoff-Überschuss-/-Mangelmenge O2IN als die Hochdrehzahl-Komponente (OVERFLOW = 0) gespeichert wurde, wird die Weiterverarbeitung beendet. Andernfalls geht das Programm weiter zu einem Schritt S8, ein Unterprogramm (7) zur Berechnung der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 wird durchgeführt und die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 wird, basierend auf der Überlauf-Sauerstoffmenge OVERFLOW die aus der Hochdrehzahl-Komponente HO2 überläuft, berechnet.
Hierbei wird die Katalysatortemperatur TCAT aus der Kühlwassertemperatur des Motors 1, der Motorlast und der Motordrehgeschwindigkeit abgeschätzt, jedoch kann ebenso ein Temperatursensor 11 an dem Katalysator 3 angebracht sein, wie in der 1 gezeigt, und die Temperatur des Katalysators 3 kann auf diese Art und Weise direkt gemessen werden.
Wenn die Katalysatortemperatur TCAT niedriger als die Aktivierungstemperatur TCATo ist, wird die Sauerstoffspeichermenge nicht berechnet, jedoch kann der Schritt S3 eliminiert werden und der Effekt der Katalysatortemperatur TCAT kann in der Sauerstoff-Freisetz-Rate A der Hochdrehzahl-Komponente oder einer später beschriebenen Sauerstoff-Speicher-/-Freisetz-Rate 8 der Niedrigdrehzahl-Komponente wiedergegeben werden.
Als Nächstes wird ein Unterprogramm, das von Schritt S4 bis S6 und in dem Schritt S8 durchgeführt wird, beschrieben.
Die 7 zeigt ein Unterprogramm zur Berechnung der Sauerstoff-Überschuss-/-Mangelmenge O2IN des in den Katalysator 3 strömenden Abgases. In diesem Unterprogramm wird die Sauerstoff-Überschuss-/-Mangelmenge O2IN des in den Katalysator 3 strömenden Abgases, basierend auf dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromaufwärts des Katalysators 3 und der Ansaugluftmenge des Motors 1, berechnet.
Zuerst werden in einem Schritt S11 die Ausgabe des vorderen A/F-Sensors 4 und die Ausgabe des Luftmengenmessers 9 gelesen.
Als Nächstes wird in einem Schritt S12 die Ausgabe des vorderen A/F-Sensors 4 unter Verwendung einer vorgegebenen Umwandlungstabelle in eine Überschuss- Sauerstoffkonzentration/Mangel-Sauerstoffkonzentration FO2 des in den Katalysator 3 strömenden Abgases umgewandelt. Hierbei ist die Überschuss-Sauerstoffkonzentration/Mangel-Sauerstoffkonzentration FO2 eine relative Konzentration, die auf der Sauerstoffkonzentration bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis basiert. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, ist sie null, wenn es jedoch fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, ist sie negativ und wenn es magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, ist sie positiv.
In dem Schritt S13 wird die Ausgabe des Luftmengenmessers 9 unter Verwendung einer vorgegebenen Umwandlungstabelle in eine Ansaugmenge Q umgewandelt und in einem Schritt S14 wird die Ansaugmenge Q mit der Überschuss-Sauerstoffkonzentration/Mangel-Sauerstoffkonzentration FO2 multipliziert, um die Sauerstoff-Überschuss-/-Mangelmenge O2IN des in den Katalysator 3 strömenden Abgases zu berechnen.
Während die Überschuss-Sauerstoffkonzentration/Mangel-Sauerstoffkonzentration FO2 die oben beschriebenen Eigenschaften aufweist, ist die Sauerstoff-Überschuss-/-Mangelmenge O2IN null, wenn das in den Katalysator 3 strömende Abgas im stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, ein negativer Wert, wenn es fett ist, und ein positiver Wert, wenn es mager ist.
Die 5 zeigt ein Unterprogramm zur Berechnung der Sauerstoff-Freisetz-Rate A der Hochdrehzahl-Komponente der Sauerstoffspeichermenge. In diesem Unterprogramm wird, während die Sauerstoff-Freisetz-Rate der Hochdrehzahl-Komponente HO2 von der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 beeinflusst wird, die Sauerstoff-Freisetz-Rate A der Hochdrehzahl-Komponente entsprechend der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 berechnet.
Als Erstes wird in einem Schritt S21 ermittelt, ob ein Verhältnis LO2/HO2 der Niedrigdrehzahl-Komponente relativ zu der Hochdrehzahl-Komponente kleiner als ein vorgegebener Wert AR (z. B. AR = 10) ist oder nicht.
Wenn ermittelt wurde, dass das Verhältnis LO2/HO2 kleiner als der vorgegebene Wert AR ist, d. h., wenn die Hochdrehzahl-Komponente HO2 relativ größer als die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 ist, geht das Programm weiter zu einem Schritt S22 und die Sauerstoff-Freisetz-Rate A der Hochdrehzahl-Komponente wird auf 1,0 eingestellt, wodurch die Tatsache ausgedrückt wird, dass der Sauerstoff zuerst aus der Hochdrehzahl-Komponente HO2 freigesetzt wird.
Wenn andererseits ermittelt wurde, dass das Verhältnis LO2/HO2 nicht kleiner als der vorgegebene Wert AR ist, wird der Sauerstoff aus der Hochdrehzahl-Komponente HO2 und der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 freigesetzt, so dass das Verhältnis der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 zu der Hochdrehzahl-Komponente HO2 nicht variiert. Das Programm geht dann weiter zu einem Schritt S23 und ein Wert der Sauerstoff-Freisetz-Rate A der Hochdrehzahl-Komponente, der kein Variieren des Verhältnisses LO2/HO2 verursacht, wird berechnet.
Die 6 zeigt ein Unterprogramm zur Berechnung der Hochdrehzahl-Komponente HO2 der Sauerstoffspeichermenge. In diesem Unterprogramm wird die Hochdrehzahl-Komponente HO2, basierend auf der Sauerstoff-Überschuss-/-Mangelmenge O2IN des in den Katalysator 3 strömenden Abgases und der Sauerstoff-Freisetz-Rate A der Hochdrehzahl-Komponente, berechnet.
Als Erstes wird in einem Schritt S31 ermittelt, ob die Hochdrehzahl-Komponente HO2, basierend auf der Sauerstoff-Überschuss-/-Mangelmenge O2IN, gespeichert oder freigesetzt wurde oder nicht.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator 3 strömenden Abgases mager ist und die Sauerstoff-Überschuss-/-Mangelmenge O2IN größer als null ist, ist ermittelt, dass die Hochdrehzahl-Komponente HO2 gespeichert wurde, das Programm geht weiter zu einem Schritt S32 und die Hochdrehzahl-Komponente HO2 wird mit der folgenden Gleichung (1) berechnet: HO2 = HO2z + O2IN (1), wobei HO2z gleich dem Wert der Hochdrehzahl-Komponente HO2 bei einem unmittelbar nachfolgenden Ereignis ist.
Wenn anderseits ermittelt wird, dass die Sauerstoff-Überschuss-/-Mangelmenge O2IN kleiner als null ist und die Hochdrehzahl-Komponente freigesetzt wurde, geht das Programm weiter zu einem Schritt S33 und die Hochdrehzahl-Komponente HO2 wird mit der folgenden Gleichung (2) berechnet: HO2 = HO2z + O2IN × A (2),wobei A = die Sauerstoff-Freisetzung der Hochdrehzahl-Komponente HO2 ist.
In den Schritten S34 und S35 wird ermittelt, ob die berechnete HO2 die Maximalkapazität HO2MAX der Hochdrehzahl-Komponente überschreitet oder nicht oder ob sie nicht kleiner als eine Mindestkapazität HO2MIN (= 0) ist.
Wenn die Hochdrehzahl-Komponente HO2 größer als die Maximalkapazität HO2MAX ist, geht das Programm weiter zu einem Schritt S36, die Überlauf-Sauerstoffmenge (Überschussmenge) OVERFLOW die überläuft, ohne als die Hochdrehzahl-Komponente HO2 gespeichert zu werden, wird mit der folgenden Gleichung (3) berechnet: OVERFLOW = HO2 – HO2MAX (3)und die Hochdrehzahl-Komponente HO2 wird auf die Maximalkapazität HO2MAX begrenzt.
Wenn die Hochdrehzahl-Komponente HO2 kleiner ist als die Mindestkapazität HO2MIN, geht das Programm weiter zu einem Schritt S37, die Überlauf-Sauerstoffmenge (Mangelmenge) OVERFLOW, die nicht als die Hochdrehzahl-Komponente HO2 gespeichert wurde, wird durch die folgende Gleichung (4) berechnet: OVERFLOW = HO2 – HO2MIN (4) und die Hochdrehzahl-Komponente HO2 wird auf die Mindestkapazität HO2MIN begrenzt. Hierbei ist null als die Mindestkapazität HO2MIN gegeben, so dass die Sauerstoffmenge, die mangelt, wenn die gesamte Hochdrehzahl-Komponente HO2 freigesetzt wurde, als eine negative Überlauf-Sauerstoffmenge berechnet wird.
Wenn die Hochdrehzahl-Komponente HO2 zwischen der Maximalkapazität HO2MAX und der Mindestkapazität HO2MIN liegt, wird die Sauerstoff-Mangelmenge/Sauerstoff-Überschussmenge O2IN des in den Katalysator 3 strömenden Abgases insgesamt als die Hochdrehzahl-Komponente HO2 gespeichert und die Überlauf-Sauerstoffmenge OVERFLOW wird auf null gesetzt.
Hierbei wird, wenn die Hochdrehzahl-Komponente HO2 größer als die Maximalkapazität HO2MAX oder kleiner als die Mindestkapazität HO2MIN ist, die Überlauf-Sauerstoffmenge, die aus der Hochdrehzahl-Komponente HO2 übergelaufen ist, als die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 gespeichert.
Die 7 zeigt ein Unterprogramm zur Berechnung der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 der Sauerstoffspeichermenge. In diesem Unterprogramm wird die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2, basierend auf der Überlauf-Sauerstoffmenge OVERFLOW die aus der Hochdrehzahl-Komponente HO2 übergelaufen ist, berechnet.
Dementsprechend wird in einem Schritt S41 die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 mit der folgenden Gleichung (5) berechnet: LO2 = LO2z + OVERFLOW × B (5),wobei LO2z gleich dem unmittelbar nachfolgende Wert der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 ist und
B = die Sauerstoff-Speicher-/-Freisetz-Rate der Niedrigdrehzahl-Komponente ist.
Hierbei wird die Sauerstoff-Speicher-/-Freisetz-Rate B der Niedrigdrehzahl-Komponente auf einen positiven Wert kleiner als 1 eingestellt, der jedoch tatsächlich verschiedene Eigenschaften zum Speichern und Freisetzen aufweist. Weiterhin wird die reale Spei cher-/Freisetz-Rate von der Katalysatortemperatur TCAT und der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 beeinflusst, so dass die Speicher-/Freisetz-Rate eingestellt werden kann, um unabhängig zu variieren. In diesem Fall ist, wenn die Überlauf-Sauerstoffmenge OVERFLOW positiv ist, Sauerstoff überschüssig und die Sauerstoff-Speicher-Rate wird zu diesem Zeitpunkt beispielsweise auf einen Wert eingestellt, der um so größer ist, je höher die Katalysatortemperatur TCAT ist oder je kleiner die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 ist. Ebenso ist, wenn die Überlauf-Sauerstoffmenge OVERFLOW negativ ist, Sauerstoffmangel vorhanden und die Sauerstoff-Freisetz-Rate kann zu diesem Zeitpunkt beispielsweise auf einen Wert gesetzt werden, der um so größer ist, je höher die Katalysatortemperatur TCAT ist oder je größer die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 ist.
In den Schritten S42 und S43 wird, in der gleichen Art und Weise, in der die Hochdrehzahl-Komponente HO2 berechnet wird, ermittelt, ob die berechnete Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 eine Maximalkapazität LO2MAX überschritten hat oder nicht oder kleiner als die Mindestkapazität LO2MIN (= 0) ist.
Wenn die Maximalkapazität LO2MAX überschritten wurde, geht das Programm weiter zu einem Schritt S44 und eine Sauerstoff-Überschuss-/-Mangelmenge O2OUT, die aus der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 übergelaufen ist, wird mit der folgenden Gleichung (6) berechnet: LO2OUT = LO2 – LO2MAX (6)und die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 wird auf die Maximalkapazität LO2MAX begrenzt. Die Sauerstoff-Überschuss-/-Mangelmenge O2OUT strömt stromabwärts des Katalysators 3 aus.
Wenn die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 keiner als die Mindestkapazität ist, geht das Programm weiter zu einem Schritt S45 und die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 wird auf eine Mindestkapazität LO2MIN begrenzt.
Als Nächstes wird das durch den Controller 6 durchgeführte Rückstellen des berechneten Wertes der Sauerstoffspeichermenge beschrieben. Durch Rückstellen des berech neten Wertes der Sauerstoffspeichermenge unter vorgegebenen Bedingungen können Berechnungsfehler, die bis dahin aufgetreten sind, eliminiert werden und die Berechnungsgenauigkeit der Sauerstoffspeichermenge kann verbessert werden.
Die 8 zeigt die Einzelheiten eines Programms zur Ermittlung der Reset-Bedingungen. Dieses Programm ermittelt, ob eine Bedingung zum Reset der Sauerstoffspeichermenge (Hochdrehzahl-Komponente HO2 und Niedrigdrehzahl-Komponente LO2) in dem Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts des Katalysators 3 gilt und setzt ein Flag Frich und ein Flag Flean.
Als Erstes wird in einem Schritt S51 die Ausgabe des hinteren Sauerstoffsensors 5, der das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts des Katalysators 3 erfasst, gelesen. Nachfolgend wird in einem Schritt S52 die Ausgabe des hinteren Sauerstoffsensors RO2 mit einem mager bestimmenden Grenzwert LDT verglichen und in einem Schritt S53 wird die Ausgabe des hinteren Sauerstoffsensors RO2 mit dem fett bestimmenden Grenzwert RDT verglichen.
Im Resultat dieser Vergleiche geht das Programm, wenn die Ausgabe des hinteren Sauerstoffsensors RO2 kleiner als der mager bestimmende Grenzwert LDT ist, weiter zu einem Schritt S54 und das Flag Flean wird auf „1" gesetzt und zeigt damit an, dass die Mager-Reset-Bedingung für die Sauerstoffspeichermenge gilt. Wenn die Ausgabe des hinteren Sauerstoffsensors RO2 den fett bestimmenden Grenzwert RDT überschreitet, geht das Programm weiter zu einem Schritt S55 und das Flag Frich wird auf „1" gesetzt und zeigt damit an, dass die Fett-Reset-Bedingung für die Sauerstoffspeichermenge gilt.
Wenn die Ausgabe des hinteren Sauerstoffsensors RO2 zwischen dem mager bestimmenden Grenzwert LDT und dem fett bestimmenden Grenzwert RDT liegt, geht das Programm weiter zu einem Schritt S56 und die Flags Flean und Frich werden auf „0" gesetzt und zeigen damit an, dass die Mager-Reset-Bedingung und die Fett-Reset-Bedingung nicht gelten.
Die 9 zeigt ein Programm zum Rücksetzen der Sauerstoffspeichermenge. Dementsprechend wird in den Schritten S61 und S62 ermittelt, ob die Mager-Reset- Bedingung oder die Fett-Reset-Bedingung, basierend auf Variationen der Werte der Flags Flean und Frich, gelten oder nicht.
Wenn das Flag Flean von „0" auf „1" wechselt und ermittelt wurde, dass die Mager-Reset-Bedingungen gelten, geht das Programm weiter zu einem Schritt S63 und die Hochdrehzahl-Komponente HO2 der Sauerstoffspeichermenge wird auf die Maximalkapazität HO2MAX zurückgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Reset der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 nicht durchgeführt. Wenn andererseits das Flag Frich von „0" auf „1" wechselt und ermittelt wurde, dass die Fett-Reset-Bedingungen gelten, geht das Programm weiter zu einem Schritt S64 und die Hochdrehzahl-Komponente HO2 und die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 der Sauerstoffspeichermenge werden jeweils auf die Mindestkapazitäten HO2MIN und LO2MIN zurückgesetzt.
Der Grund dafür, dass unter diesen Bedingungen ein Reset durchgeführt wird, ist, dass während die Sauerstoff-Speicher-Rate der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 langsam ist, Sauerstoff stromabwärts des Katalysators selbst dann überläuft, wenn die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 nicht die Maximalkapazität erreicht hat, wenn die Hochdrehzahl-Komponente HO2 die Maximalkapazität erreicht und wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts des Katalysators mager wird, kann berücksichtigt werden, dass wenigstens die Hochdrehzahl-Komponente HO2 die Maximalkapazität erreicht hat.
Wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts des Katalysators fett wird, wird von der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2, die langsam freigesetzt wird, kein Sauerstoff freigesetzt. Deshalb kann angenommen werden, dass sowohl die Hochdrehzahl-Komponente HO2 als auch die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 nicht gespeichert wurden und auf Mindestkapazität sind.
Als Nächstes wird die durch den Controller 6 durchgeführte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung (Sauerstoffspeichermenge-Konstantsteuerung) beschrieben.
Die 10 zeigt ein Programm zur Berechnung eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis der Sauerstoffspeichermenge.
Gemäß diesem Programm wird in einem Schritt S71 die Hochdrehzahl-Komponente HO2 der aktuellen Sauerstoffspeichermenge gelesen. In einem Schritt S72 wird eine durch den Katalysator 3 zwischen der aktuellen Hochdrehzahl-Komponente HO2 und einem Sollwert TGHO2 der Hochdrehzahl-Komponente benötigte Abweichung der DHO2 (= Sauerstoff-Überschuss-/Mangelmenge) berechnet. Der Sollwert TGHO2 der Hochdrehzahl-Komponente wird beispielsweise auf die halbe Maximalkapazität HO2MAX der Hochdrehzahl-Komponente eingestellt.
In einem Schritt S73 wird die berechnete Abweichung DHO2 in einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Äquivalenzwert umgewandelt und ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis T-A/F des Motors 1 wird eingestellt.
Deshalb wird entsprechend diesem Programm das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors 1 auf mager eingestellt, wenn die Hochdrehzahl-Komponente HO2 der Sauerstoffspeichermenge einen Sollwert nicht erreicht und die Sauerstoffspeichermenge (Hochdrehzahl-Komponente) wird erhöht. Andernfalls wird, wenn die Hochdrehzahl-Komponente HO2 den Sollwert überschreitet, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors 1 auf fett eingestellt und die Sauerstoffspeichermenge (Hochdrehzahl-Komponente HO2) wird gesenkt.
Als Nächstes wird die durch die oben beschriebene Steuerung durchgeführte Gesamtaktivität beschrieben.
Bei der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung beginnt bei Inbetriebsetzens des Motors 1 die Berechnung der Sauerstoffspeichermenge des Katalysators 3 und die Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors 1 wird so durchgeführt, dass die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators 3 konstant ist, um die Umwandlungseffizienz des Katalysators 3 bei einem Maximum zu erhalten.
Die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators 3 wird, basierend auf dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator 3 strömenden Abgases, geschätzt und die Berechnung der Sauerstoffspeichermenge wird entsprechend den aktuellen Eigenschaften in die Hochdrehzahl-Komponente HO2 und die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 unterteilt.
Insbesondere wird die Berechnung unter der Voraussetzung durchgeführt, dass, wenn Sauerstoff gespeichert wurde, die Hochdrehzahl-Komponente HO2 vorzugsweise gespeichert wurde und damit begonnen wird, die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 zu speichern, wenn die Hochdrehzahl-Komponente HO2 nicht länger gespeichert werden kann. Die Berechnung setzt ebenso voraus, dass, wenn Sauerstoff freigesetzt wird, wenn das Verhältnis der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 zu der Hochdrehzahl-Komponente HO2 (LO2/HO2) kleiner als der vorgegebene Wert AR ist, der Sauerstoff vorzugsweise aus der Hochdrehzahl-Komponente HO2 freigesetzt wird und wenn das Verhältnis LO2/HO2 den vorgegebenen Wert AR erreicht, Sauerstoff sowohl aus der Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 als auch aus der Hochdrehzahl-Komponente HO2 freigesetzt wird, um dieses Verhältnis LO2/HO2 aufrechtzuerhalten.
Wenn die Hochdrehzahl-Komponente HO2 der berechneten Sauerstoffspeichermenge größer als der Sollwert ist, senkt der Controller 6 die Hochdrehzahl-Komponente durch Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors auf fett und wenn die berechnete Sauerstoffspeichermenge kleiner als der Sollwert ist, wird die Hochdrehzahl-Komponente HO2 durch Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf mager gesenkt.
Im Resultat wird die Hochdrehzahl-Komponente HO2 der Sauerstoffspeichermenge mit dem Sollwert erhalten und selbst, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator 3 strömenden Abgases von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis verschiebt, wird Sauerstoff unmittelbar als die Hochdrehzahl-Komponente HO2 gespeichert oder unmittelbar als die Hochdrehzahl-Komponente HO2, die eine hohe Ansprechempfindlichkeit hat, freigesetzt, die Katalysatoratmosphäre wird auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis korrigiert und die Umwandlungseffizienz des Katalysators 3 wird maximal aufrechterhalten.
Weiterhin wird, wenn sich Berechnungsfehler häufen und sich die berechnete Sauerstoffspeichermenge von der realen Sauerstoffspeichermenge verschiebt, dennoch die Sauerstoffspeichermenge (die Hochdrehzahl-Komponente HO2 und die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2) mit einem Timing zurückgesetzt, in dem das Abgas stromabwärts des Katalysators 3 fett oder mager wird und jede Diskrepanz zwischen dem berechneten Wert und der realen Sauerstoffspeichermenge wird korrigiert.
Die 11 zeigt, wie die Hochdrehzahl-Komponente HO2 variiert, wenn die oben genannte Sauerstoffspeichermengen-Konstantsteuerung durchgeführt wird.
In diesem Fall wird die Ausgabe des hinteren Sauerstoffsensors 5 zu einer Zeit t1 weniger als der mager bestimmenden Grenzbereichswert und die Mager-Reset-Bedingungen gelten, so dass die Hochdrehzahl-Komponente auf die Maximalkapazität HO2MAX zurückgesetzt wird. Jedoch ist die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 zu diesem Zeitpunkt nicht notwendigerweise maximal, weshalb ein Reset der Niedrigdrehzahl-Komponente nicht durchgeführt wird (nicht gezeigt).
Zu den Zeiten t2 und t3 wird die Ausgabe des hinteren Sauerstoffsensors größer als der mager bestimmende Grenzbereichswert und die Fett-Reset-Bedingungen gelten, so dass die Hochdrehzahl-Komponente HO2 der Sauerstoffspeichermenge auf die Mindestkapazität (= 0) zurückgesetzt wird. Die Niedrigdrehzahl-Komponente LO2 wird zu diesen Zeitpunkt ebenso auf die Mindestkapazität zurückgesetzt (nicht gezeigt).
Auf diese Art und Weise wird das Reset der berechneten Werte mit einem Timing durchgeführt, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromabwärts des Katalysators 3 fett oder mager wird und als ein Resultat der Abweichung von der realen Saustoffspeichermenge, die korrigiert wird, wird die Berechnungsgenauigkeit weiter verbessert, die Genauigkeit der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung zur Aufrechterhaltung der Sauerstoffspeichermengen-Konstante wird erhöht und die Umwandlungseffizienz des Katalysator bleibt auf einem hohen Niveau erhalten.
Das oben Beschriebene ist ein Beispiel einer in diese Erfindung übernommenen Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. Weiterhin wird gemäß dieser Erfindung die Abgasreinigungsleistung durch adäquates Einstellen der Speicher-/Freisetzrate des Katalysators entsprechend der Katalysatortemperatur und durch das Lernen der Maximalsauerstoffspeichermenge weiter verbessert und das Nachlassen des Katalysators kann genau erfasst werden. Im Folgenden wird dieser Punkt unter Bezugnahme auf die 12 und die nachfolgenden Figuren beschrieben.
Bei dem Prozess, wie in der 12 gezeigt, wird die Temperatur des Katalysators 3 zuerst in einem Schritt S81 erfasst. Als diese Katalysatortemperatur kann die Katalysa tortemperatur TCAT, die in der Verarbeitung der oben beschriebenen 3 abgeschätzt wurde, verwendet werden oder die Katalysatortemperatur kann direkt von einem Temperatursensor 11 erfasst werden. Als Nächstes wird eine Verarbeitung durchgeführt, um die Speicher-/Freisetzrate, die für die Berechnung der Sauerstoffspeichermenge, basierend auf dieser Katalysatortemperatur, in einem Schritt S82 benutzt wird, zu korrigieren. Die Sauerstoffspeichermenge hat die Eigenschaft, sich mit der Erhöhung der Katalysatortemperatur zu erhöhen, wie in dem Beispiel in der 13 gezeigt wird. Infolgedessen wird eine neue Speicher-/Freisetzrate durch Nachschlagen in einer Tabelle, die die Speicher-/Freisetzrate mit den in der 13 gezeigten Eigenschaften angibt, eingestellt.
Als Nächstes wird die Speicher-/Freisetzrate entsprechend der aktuellen Sauerstoffspeichermenge (berechneter Wert) in einem Schritt S83 weiterhin korrigiert. Die Speicherrate nimmt mit der Abnahme der Sauerstoffspeichermenge ab, wie in den Beispielen der 14 gezeigt, und die Freisetzrate erhöht sich mit der Zunahme der Sauerstoffspeichermenge, wie in der 15 gezeigt. Infolgedessen wird eine endgültige Speicher-/Freisetzrate durch Nachschlagen in einer Tabelle, die angelegt ist, um die Absorptions- oder Freisetzrate anzugeben, die die in der 14 gezeigte Eigenschaft aufweist, ermittelt.
Auf diese Art und Weise wird die Sauerstoffspeichermenge, basierend auf der oben beschriebenen endgültigen Speicher-/Freisetzrate, in einem Schritt S84 berechnet. Dies ist der in den 3 und 5 gezeigte Berechnungsprozess. Die 16 ist ein Diagramm, das das Berechnungsresultat der Sauerstoffspeichermenge, bei dem die Abweichung der Speicher-/Freisetzrate entsprechend der Katalysatortemperatur berücksichtigt wurde, mit dem Fall, bei dem die Berechnung unter Voraussetzung einer konstanten Speicher-/Freisetzrate durchgeführt wurde, vergleicht. Die 17 ist ein ähnliches Diagramm, das das Berechnungsresultat der Sauerstoffspeichermenge, bei dem die Abweichung der Speicher-/Freisetzrate- gemäß der Sauerstoffspeichermenge berücksichtigt wurde, mit dem Fall, bei dem die Berechnung unter Voraussetzung einer konstanten Speicher-/Freisetzrate durchgeführt wurde, vergleicht. Durch die Durchführung dieser Berechnung entsprechend der Abweichung der Speicher-/Freisetzrate kann die Sauerstoffspeichermenge mit größerer Genauigkeit geschätzt werden.
Als Nächstes wird in einem Schritt S85 ein Unterprogramm durchgeführt, um das Nachlassen des Katalysators 3 zu ermitteln und die maximale Sauerstoffspeichermenge des Katalysators 3 zu lernen. Die Details dieses Unterprogramms werden in der 18 gezeigt und ein Diagramm der Durchführung dieser Verarbeitung wird in der 19 gezeigt.
In dieser Verarbeitung wird zuerst in einem Schritt S91 eine Zulässigkeitsbedingung einer Ermittlung des Nachlassens bestimmt. Dies ist eine Weiterverarbeitung, die beispielsweise auf Basis der Wassertemperatur oder der Katalysatortemperatur ermittelt, ob der Katalysator 3 in einem Aktivzustand ist. Wenn der Katalysator in einem Aktivzustand ist, ist die Ermittlung des Nachlassens zulässig und es erfolgt ein Wechsel zur Ermittlung der nächsten Ermittlungsbereichsbedingung des Nachlassens in einem Schritt S92. Die Ermittlungsbereichsbedingung des Nachlassens kann beispielsweise die Motordrehgeschwindigkeit, die Kraftstoffeinspritzmenge, die Fahrzeuggeschwindigkeit und der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungszustand sein und es wird ermittelt, ob der aus diesen Parametern ermittelte Laufzustand innerhalb einer vorgegebenen Bedingung liegt oder nicht. Wegen dieser Ermittlungen können Laufbedingungen, die für die Ermittlung eines Nachlassens ungeeignet sind, wie zum Beispiel Kraftstoffabsperrung während Abbremsung, ausgeschlossen werden und eine adäquate Ermittlung des Nachlassens kann durchgeführt werden. Wenn sowohl die Ermittlungszulässigkeitsbedingung des Nachlassens als auch die Ermittlungsbereichsbedingung des Nachlassens erfüllt sind, beginnt das Programm die Ermittlung des Nachlassens in dem nächsten Schritt S93 und in den dann folgenden Schritten und die Lern-Weiterverarbeitung. Wenn keine dieser Bedingungen erfüllt wurde, wird die aktuelle Weiterverarbeitung beendet.
Bei der Ermittlung des Nachlassens des Katalysators wird zuerst die maximale Sauerstoffspeichermenge HO2MAX1 berechnet. Die Berechnungstechnik kann jede erwünschte Technik sein. Wenn der Katalysator 3 beispielsweise in eine fette Atmosphäre gesetzt wird, ist die Sauerstoffspeichermenge gleich 0 und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird mager erstellt und die in den Katalysator 3 strömende Sauerstoffmenge bis das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett zu mager umkehrt, wird unter Verwendung eines Signals von dem vorderen A/F-Sensor 4 und von dem hinteren O2-Sensors 5 integriert, um eine reale maximale Sauerstoffspeichermenge zu berechnen. Diese Verarbei tung kann ebenfalls unter Verwendung der in der 8 und der 9 gezeigten Reset-Weiterverarbeitung der Sauerstoffspeichermenge durchgeführt werden. Als Nächstes wird, nach dem Warten darauf, dass das Berechnungsresultat dieser maximalen Sauerstoffspeichermenge gesättigt wird, die wie oben beschrieben berechnete maximale Sauerstoffspeichermenge HO2MAX1 in den Schritten S94 und S95 mit ihrem Ermittlungsreferenzwert verglichen. Bei diesem Vergleich wird, wenn die maximale Sauerstoffspeichermenge HO2MAX1 größer als der Ermittlungsreferenzwert ist, vorausgesetzt, dass wenig Nachlassen vorhanden ist und der Wert von HO2MAX1 zu diesem Zeitpunkt wird in einem Schritt S96 wird auf den bisherigen maximalen Wert HO2MAX aktualisiert. Infolgedessen wird durch das Aktualisieren der maximalen Sauerstoffspeichermenge HO2MAX auf diese Art und Weise der darauf basierende Steuerungs-Sollwert der Sauerstoffspeichermenge immer adäquat eingestellt und eine gute Abgasreinigungsleistung wird erreicht.
Wenn andererseits in der Ermittlung während des Schritts S95 ermittelt wird, dass die maximale Sauerstoffspeichermenge HO2MAX1 kleiner ist als der Ermittlungsreferenzwert, wird vorausgesetzt, dass der Katalysator 3 nachgelassen hat und das Resultat der Ermittlung des Nachlassens wird in einem Schritt S97 gespeichert. Dieses Resultat der Ermittlung des Nachlassens wird beispielsweise in einer selbstdiagnostizierenden Vorrichtung des Fahrzeugs gespeichert. Alternativ kann der Fahrer in Echtzeit durch eine Überwachungsleuchte oder dergleichen gewarnt werden.
Gemäß der beschriebenen Erfindung wird die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators 3 auf der Basis der Eigenschaft (z. B. Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder Sauerstoffkonzentration) des in den Katalysator 3 strömenden Abgases und der Sauerstoff-Speicher-/-Freisetz-Rate berechnet und die reale Sauerstoffspeichermenge wird in Hinsicht auf eine Eigenschaft getrennt berechnet, wobei Sauerstoff bei hoher Geschwindigkeit durch ein Edelmetall in dem Katalysator 3 gespeichert bzw. freigesetzt wird und bei niedriger Geschwindigkeit durch Sauerstoff-Speichermaterial in dem Katalysator 3, wie zum Beispiel Ceria, absorbiert bzw. entladen wird. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors wird, basierend auf diesen Berechnungsresultaten, berechnet, so dass beispielsweise die Hochdrehzahl-Komponente der Sauerstoffspeichermenge ein Sollwert (z. B. die Hälfte der Maximalkapazität der Hochdrehzahl-Komponente) ist und eine Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors durchgeführt wird.
Andererseits wird bei der Berechnung der oben beschriebenen Sauerstoffspeichermenge die Speicher-/Freisetzrate, die durch die Temperatur des Katalysators 3 oder durch die Sauerstoffspeichermenge beeinflusst wird, berücksichtigt und deshalb kann die Sauerstoffspeichermenge, ungeachtet der Abweichung in der Speicher-/Freisetzrate, genau abgeschätzt werden, die Genauigkeit der Steuerung der Sauerstoffspeichermenge durch Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird verbessert und die Abgasreinigungsleistung kann weiter verbessert werden.
Zusätzlich wird der Maximalwert der Sauerstoffspeichermenge erlernt, so dass die Sauerstoffspeichermenge adäquat auf eine Sollmenge, basierend auf einer genauen maximalen Sauerstoffspeichermenge, die kontinuierlich aktualisiert wird, eingestellt wird. Das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann durch die Überwachung einer vorgegebenen Abweichung des Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bekannt werden, beispielsweise aus der in den Katalysator 3 von einem vorgegebenen Fett-Bestimmungswert bis zu einem Mager-Bestimmungswert strömenden Sauerstoffmenge und aus der aus dem Katalysator 3 von einem vorgegebenen Fett-Bestimmungswert bis zu einem Mager-Bestimmungswert strömenden Sauerstoffmenge. Durch Lernen des Maximalwerts der Hochdrehzahl-Komponente, der empfindlich für die Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist, kann das Nachlassen des Katalysators 3, selbst wenn die Amplitude des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses klein ist, mit hoher Genauigkeit ermittelt werden und es ist nicht notwendig, Erfassungsparameter weiterzuverarbeiten, um das Nachlassen getrennt von der für diese Abgasreinigungsvorrichtung benutzten maximalen Sauerstoffspeichermenge zu ermitteln und somit kann das Programm, das das Nachlassen ermittelt, vereinfacht werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben, ist die erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung als eine Abgasreinigungsvorrichtung verwendbar, die das Problem des Absinkens der Umwandlungseffizienz des Katalysators wegen des Nachlassens des Katalysators löst.

Claims

Motor-Reinigungsvorrichtung, die umfasst: einen Katalysator (3), der in einer Motor-Abgasleitung (2) vorhanden ist, eine Einrichtung (4), die eine Eigenschaft von Abgas erfasst, das in den Katalysator strömt, eine Einrichtung (6), die eine Sauerstoff-Speicher-/Freisetz-Rate des Katalysators (3) entsprechend einem Motorlaufzustand einstellt, und eine Einrichtung (6), die eine Sauerstoff-Speichermenge des Katalysators (3) unter Verwendung der erfassten Abgaseigenschaft berechnet; dadurch gekennzeichnet, dass: die Einrichtung (6), die eine Sauerstoff-Speichermenge berechnet, auch die Sauerstoff-Speicher-/Freisetz-Rate verwendet, und die Einrichtung (6) ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors auf Basis der berechneten Sauerstoff-Speichermenge so berechnet, dass die Sauerstoff-Speichermenge des Katalysators (3) einen vorgegebenen Sollwert hat.
Motor-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Mikroprozessor (6) so programmiert ist, dass er: eine Sauerstoff-Speicher-/Freisetz-Rate (3) entsprechend einem Motor-Laufzustand einstellt, eine Sauerstoff-Speichermenge des Katalysators (3) unter Verwendung der erfassten Abgaseigenschaft und der Sauerstoff-Speicher-/Freisetz-Rate berechnet, ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors auf Basis der berechneten Sauerstoff-Speichermenge so berechnet, dass die Sauerstoff-Speichermenge des Katalysators (3) einen vorgegebenen Sollwert hat.
Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Mikroprozessor (6) so programmiert ist, dass er die Temperatur des Katalysators (3) bei dem Motor-Laufzustand erfasst und die Sauerstoff-Speicher-/Freisetz-Rate entsprechend dieser erfassten Temperatur einstellt.
Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Mikroprozessor (6) so programmiert ist, dass er die Sauerstoff-Speicher-/Freisetz-Rate entsprechend der Sauerstoff-Speichermenge des Katalysators (3) als dem Motor-Laufzustand einstellt.
Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Mikroprozessor (6) so programmiert ist, dass er die Sauerstoff-Speichermenge des Katalysators (3) separat für eine Hochdrehzahl-Komponente, die eine hohe Sauerstoff-Speicher-/Freisetz-Rate hat, und eine Niedrigdrehzahl-Komponente berechnet, die eine niedrigere Sauerstoff-Speicher-/Freisetz-Rate als die Hochdrehzahl-Komponente hat.
Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Mikroprozessor so programmiert ist, dass er die maximale Sauerstoff-Speichermenge wenigstens der Hochdrehzahl-Komponente lernt und bestimmt, dass der Katalysator nachlässt, wenn die gelernte maximale Sauerstoff-Speichermenge unter einem Bezugswert liegt.
Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Mikroprozessor (6) so programmiert ist, dass er die maximale Sauerstoff-Speichermenge auf Basis der Sauerstoffmenge, die in den Katalysator (3) hineinströmt, und der Sauerstoffmenge, die aus dem Katalysator (3) ausströmt, berechnet, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von dem Katalysator (3) eine vorgegebene Änderung ausgeführt hat.
Motorabgas-Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Einrichtung zum Erfassen ein Sensor (4) ist, der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases oder die Sauerstoffkonzentration als die Abgaseigenschaft erfasst.
Verfahren zum Berechnen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors, der einen Katalysator in einer Abgasleitung des Motors aufweist, das umfasst: Einstellen einer Sauerstoff-Speicher-/Freisetz-Rate des Katalysators (3) entsprechend einem Motor-Laufzustand, und Berechnen einer Sauerstoff-Speichermenge des Katalysators (3) unter Verwendung der erfassten Abgaseigenschaft, dadurch gekennzeichnet, dass: bei der Berechnung einer Sauerstoff-Speichermenge auch die Sauerstoff-Speicher-/Freisetz-Rate verwendet wird, und ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors auf Basis der berechneten Sauerstoff-Speichermenge so berechnet wird, dass die Sauerstoff-Speichermenge des Katalysators (3) einen vorgegebenen Sollwert hat.