DE69802766T2

DE69802766T2 - Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69802766T2
Application number: DE69802766T
Authority: DE
Inventors: Junichi Kako; Hiroshi Sawada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2002-08-08
Anticipated expiration: 2018-09-18
Also published as: JPH1193744A; JP3430879B2; EP0903478A2; US5970707A; EP0903478B1; EP0903478A3; DE69802766D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor.

2. BESCHREIBUNG DES ZUGEHÖRIGEN STANDES DER TECHNIK

Abgasreinigungsvorrichtungen, die sowohl einen Drei-Wege- Katalysator als auch einen NOx-Adsorptions-und-Reduktions- Katalysator verwenden, sind im Stand der Technik bekannt. Ein Drei-Wege-Katalysator kann HC, CO und NOx gleichzeitig reinigen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in dem Drei-Wege- Katalysator strömenden Abgases in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist. Ein NOx-Adsorptions-und- Reduktions-Katalysator (der nachstehend als "NORC" bezeichnet ist) absorbiert in dem Abgas befindliches NOx, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des in dem NORC strömenden Abgases mager ist, und gibt das absorbierte NOx frei und reduziert das freigegebene NOX und das NOx in dem in den NORC strömenden Abgas, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NORC strömenden Abgases stöchiometrisch ist oder bei einem fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis ist.
In dieser Beschreibung bedeutet der Ausdruck "Luft-Kraftstoff- Verhältnis des Abgases" das Verhältnis der Mengen an Luft und Kraftstoff, die zu dem Motor und dem Abgaskanal stromaufwärts von einer betrachteten Stelle geliefert werden. Daher stimmt, wenn Luft oder Kraftstoff nicht zu dem Abgaskanal geliefert werden, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mit einem Betriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors (das heißt, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennung in dem Motor) überein.
Wenn sich bei dieser Art an Abgasreinigungsvorrichtung entweder der Drei-Wege-Katalysator oder der NORC verschlechtert, verschlechtert sich die Leistung der Abgasreinigungsvorrichtung insgesamt. Daher ist es von Bedeutung, die Fähigkeiten des Drei- Wege-Katalysators und des NORC auszuwerten, um das Austauschen des verschlechterten Katalysators zu erleichtern.
Bislang sind verschiedene Verfahren zum Auswerten der Fähigkeiten des Drei-Wege-Katalysators und des NORC vorgeschlagen worden.
Beispielsweise schlägt die Ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 5-133 264 eine Auswertvorrichtung zum Auswerten des Verschlechterungsgrades eines Drei-Wege-Katalysators vor. Die Vorrichtung der Druckschrift 5-133 264 nutzt zwei Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sensoren, die in dem Abgaskanal eines Motors stromaufwärtig und stromabwärtig von dem Drei-Wege-Katalysator angeordnet sind, und wertet den Verschlechterungsgrad des Drei-Wege-Katalysators auf der Grundlage des Verschlechterungsmaßes des Ausgabesignals von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor von dem Ausgabesignal des stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sensors aus, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Drei-Wege-Katalysator strömenden Abgases sich von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnis ändert.
Die Druckschrift US 5 509 267 offenbart ein Verfahren zum Auswerten der Verschlechterung von zwei hintereinander angeordneten katalytischen Wandlern der Drei-Wege-Art mittels zweier Luft-Kraftstoff-Sensoren.
Des weiteren offenbart die Ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 8-232 644 eine Abgasreinigungsvorrichtung, die die Verschlechterung eines NORC auswertet. Die Vorrichtung der Druckschrift 8-232 644 nutzt einen stromaufwärtigen und einen stromabwärtigen Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, die in dem Abgaskanal eines Motors an dem Einlass bzw. an dem Auslass des NORC angeordnet sind, und wertet die Verschlechterung des NORC auf der Grundlage der Zeitspanne aus, die verstrichen ist, bis der stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor ein Signal entsprechend einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgibt, da das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator strömenden Abgases sich von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert hat.
Wenn jedoch sowohl die Fähigkeit eines Drei-Wege-Katalysators als auch eines NORC durch die Vorrichtungen der vorstehend erwähnten Veröffentlichungen ausgewertet werden, treten Probleme auf.
Beispielsweise erfordern die Vorrichtungen der Druckschrift 5- 133 264 und der Druckschrift 8-232 644 zwei Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensoren, die in dem Abgaskanal stromaufwärtig und stromabwärtig des jeweiligen Katalysators angeordnet sind. Daher sind insgesamt drei Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren zum Auswerten der Fähigkeiten sowohl des Drei-Wege-Katalysators als auch des NORC erforderlich. Dies erhöht die Herstellkosten der Vorrichtung aufgrund einer Zunahme der Anzahl der Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren.
Des weiteren werten die Vorrichtungen bei der Druckschrift 5-133 264 und bei der Druckschrift 8-232 644 die Fähigkeiten der Katalysatoren aus, die verschiedene Funktionen haben (beispielsweise der Drei-Wege-Katalysator bzw. der NORC), und die für das Auswerten der Fähigkeiten des Drei-Wege-Katalysators und des NORC verwendeten Verfahren sind zueinander unterschiedlich. Daher müssen, selbst wenn Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensoren in dem Abgaskanal stromaufwärtig und stromabwärtig von den jeweiligen Katalysatoren vorgesehen sind, die Auswertvorgänge der Katalysatoren separat ausgeführt werden, das heißt, es müssen zwei Auswertvorgänge zum Auswerten der Fähigkeiten des Drei-Wege-Katalysators und des NORC ausgeführt werden. Während der Auswertvorgänge der Katalysatoren wird der Motor bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben, das sich von demjenigen beim Normalbetrieb des Motors unterscheidet, und dieses Luft-Kraftstoff-Verhältnis während des Auswertvorgangs ist nicht unbedingt vom Gesichtspunkt der Abgasemission oder der Leistung des Motors her betrachtet optimal. Daher nimmt, wenn die separaten Auswertvorgänge für den Drei-Wege-Katalysator und den NORC erforderlich sind, die Frequenz der Verschlechterung der Leistung und der Emission des Motors zu.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Im Hinblick auf die vorstehend aufgeführten Probleme beim Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung zu schaffen, die sowohl die Fähigkeiten des Drei-Wege-Katalysators als auch des NORC bei einem Auswertvorgang auswerten kann, ohne die Anzahl an Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren zu erhöhen.
Die vorstehend aufgeführte Aufgabe wird durch eine Abgasreinigungsvorrichtung erfindungsgemäß gelöst, die mit folgendem versehen ist: mit einem Drei-Wege-Katalysator, der in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors angeordnet ist; einem NOx-Adsorptions-und-Reduktions-Katalysator, der in dem Abgaskanal stromabwärtig von dem Drei-Wege-Katalysator angeordnet ist und in dem Abgas befindliches NOx absorbiert, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Adsorptions-und-Reduktions- Katalysator strömenden Abgases bei einem mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnis ist, und das absorbierte NOx freigibt und reduziert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx- Adsorptions-und-Reduktions-Katalysator strömenden Abgases bei einem stöchiometrischen oder einem fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnis ist; einem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, der in dem Abgaskanal an einer Position zwischen dem Drei-Wege- Katalysator und dem NOx-Adsorptions-und-Reduktions-Katalysator angeordnet ist; einem zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, der in dem Abgaskanal stromabwärtig von dem NOx-Adsorptions-und- Reduktions-Katalysator angeordnet ist; einer Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Steuereinrichtung zum Schalten des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses des in den Drei-Wege-Katalysator strömenden Abgases entweder von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnis; und einer Auswerteinrichtung zum Auswerten der Fähigkeiten von sowohl dem Drei-Wege-Katalysator als auch dem NOx-Adsorptions-und-Reduktions-Katalysator, wenn die Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinrichtung das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des Abgases entweder von einem fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis oder von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis schaltet, wobei die Auswerteinrichtung die Fähigkeit des Drei-Wege-Katalysators auf der Grundlage des Ausgabesignals des ersten Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensors auswertet und die Fähigkeit des NOx- Adsorptions-und-Reduktions-Katalysators auf der Grundlage der Ausgabesignale von sowohl dem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sensor als auch dem zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor auswertet.
Erfindungsgemäß werden sowohl die Fähigkeit des Drei-Wege- Katalysators als auch die Fähigkeit des NORC durch einen Auswertvorgang ausgewertet, bei dem das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des in den Drei-Wege-Katalysator strömenden Abgases, das heißt, das Betriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors, entweder von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder von einem mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert wird. Des weiteren wird bei dem Auswertvorgang die Fähigkeit des Drei-Wege-Katalysators in Übereinstimmung mit dem Ausgabesignal des ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors ausgewertet und die Fähigkeit des NORC wird in Übereinstimmung mit den Ausgabesignalen des ersten und des zweiten Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensors ausgewertet. Das heißt, bei der vorliegenden Erfindung kann sowohl die Fähigkeit des Drei-Wege- Katalysators als auch die Fähigkeit des NORC auf der Grundlage der Ausgabesignale von zwei Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren in einem Umschaltvorgang des Motorbetriebs-Luft-Kraftstoff- Verhältnisses ausgewertet werden (das heißt, von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis oder umgekehrt). Daher tritt keine Zunähme bei den Herstellkosten der Abgasreinigungsvorrichtung aufgrund der Zunahme der Anzahl an Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren auf, und die Frequenz der Verschlechterung der Motorleistung und der Abgasemission kann minimal gehalten werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung ist durch die nachstehend aufgeführte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verständlich.
Fig. 1 zeigt schematisch den allgemeinen Aufbau von einem Ausführungsbeispiel der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn diese bei einem Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug angewendet ist.
Die Fig. 2(A) und 2(B) zeigen Abbildungen zur Erläuterung eines Beispiels eines Verfahrens zum Auswerten der Fähigkeit des Drei-Wege-Katalysators.
Die Fig. 3(A) und 3(B) zeigen Abbildungen zur Erläuterung eines Beispiels eines Verfahrens zum Auswerten der NOx- Absorbierfähigkeit des NORC.
Die Fig. 4(A) und 4(B) zeigen Abbildungen zur Erläuterung eines anderen Beispiels eines Verfahrens zum Auswerten der NOx- Absorbierfähigkeit des NORC.
Fig. 5 zeigt eine übliche Änderung der NOx-Absorptionsrate des NORC in Übereinstimmung mit der in dem NORC gehaltenen Menge an NOx.
Die Fig. 6(A) und 6(B) zeigen Darstellungen zur Erläuterung eines Beispiels eines Verfahrens zum Auswerten der Fähigkeit eines NOx-Adsorptions-und-Reduktions-Katalysators als ein Reduktionskatalysator.
Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Abschnittes des Auswertvorgangs der Katalysatoren.
Fig. 8 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Abschnittes des Auswertvorgangs der Katalysatoren.
Fig. 9 zeigt eine Abbildung zur Erläuterung der Korrektur der Fähigkeit des Drei-Wege-Katalysators auf der Grundlage der Temperatur des Drei-Wege-Katalysators.
Fig. 10 zeigt eine Abbildung zur Erläuterung der Korrektur der Fähigkeit des Drei-Wege-Katalysators auf der Grundlage der Abgasströmungsrate.
Fig. 11 zeigt eine Abbildung zur Erläuterung der Korrektur der Fähigkeit des NORC auf der Grundlage der Temperatur des NORC.
Fig. 12 zeigt eine Abbildung zur Erläuterung der Korrektur der Fähigkeit des NORC auf der Grundlage der Abgasströmungsrate.
Fig. 13 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Abschnittes des Auswertvorganges der Katalysatoren.
Fig. 14 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Abschnittes des Auswertvorganges der Katalysatoren.
Fig. 15 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Abschnittes des Auswertvorganges der Katalysatoren.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 15 erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus von einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wenn diese bei einem Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug angewendet wird.
In Fig. 1 zeigt das Bezugszeichen 1 einen Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Motor 1 ein Vier-Takt-Vier-Zylinder-Motor mit Zündkerzenzündung, der Zylinder Nr. 1 bis Nr. 4 hat. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch auf eine andere Art an Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise einen Dieselmotor, angewendet werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden die Zylinder des Motors, die nicht in einer aufeinanderfolgenden Zündreihenfolge sind, zwei Gruppen an Zylindern, und jede Gruppe der Zylinder ist mit separaten Abzweigungsabgaskanälen verbunden. Das heißt, da die Zündreihenfolge des Motors 1 in der Reihenfolge 1-3-4-2 erfolgt, sind die Zylinder Nr. 1 und Nr. 4 mit einem Abzweigungsabgaskanal 22a über einen Abgaskrümmer 21a verbunden und sind die Zylinder Nr. 2 und Nr. 3 mit einem Abzweigungsabgaskanal 22b über einen Abgaskrümmer 21b verbunden. An den jeweiligen Abzweigungsabgaskanälen 22a und 22b sind Drei- Wege-Katalysatoren 5a und 5b mit relativ geringer Leistung angeordnet. Die Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b können drei Arten an Verunreinigungen in dem Abgas, das heißt HC, CO und NOx gleichzeitig entfernen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in die Katalysatoren 5a und 5b strömenden Abgases innerhalb eines engen Bereiches um das stöchiometrische Luft-Kraftstoff- Verhältnis herum ist. Die Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b können NOX in dem Abgas reduzieren, wenn das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des Abgases unterhalb des vorstehend erwähnten Bereiches ist (das heißt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist), und sie können HC und CO in dem Abgas oxidieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases höher als der vorstehend erwähnte Bereich ist (das heißt, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis mager ist). Die Abzweigungsabgaskanäle 22a und 22b laufen in einen gemeinsamen Abgaskanal 2 stromabwärtig von den Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b zusammen. An dem gemeinsamen Abgaskanal 2 ist ein NOx-Adsorptions-und-Reduktions- Katalysator (ein NORC) 7 angeordnet. Der NORC ist nachstehend detailliert erläutert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein erster Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensor 31 und ein zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sensor 33 in dem gemeinsamen Abgaskanal 2 an dem Einlass bzw. dem Auslass des NORC 7 angeordnet. Die Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensoren 31 und 33 sind lineare Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensoren, die kontinuierliche Ausgabesignale mit einem Verhältnis von 1 : 1 zu dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases erzeugen.
Mit dem Bezugszeichen 30 ist in Fig. 1 eine elektronische Steuereinheit (ECU) des Motors 1 bezeichnet. Die ECU 30 kann als ein Mikrocomputer einer bekannten Art aufgebaut sein, der einen Festspeicher (ROM), einen wahlfreien Zugriffsspeicher (RAM), einen Mikroprozessor (CPU) und Eingangs-/Ausgangsanschlüsse hat, die durch einen bidirektionalen Bus miteinander verbunden sind. Die ECU 30 führt eine Basissteuerung des Motors 1 wie beispielsweise eine Kraftstoff-Einspritz-Steuerung und eine Zündsteuerung aus. Des weiteren wirkt die ECU 30 bei diesem Ausführungsbeispiel als in den Ansprüchen aufgeführte verschiedene Einrichtungen, wie beispielsweise die Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinrichtung und die Auswerteinrichtung.
Um diese Steuerungen zu erleichtern, werden Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Signale von dem ersten und dem zweiten Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 31 und 33 zu dem Eingangsanschluss der ECU 30 über einen (nicht gezeigten) Analog-Digital-Wandler (AD-Wandler) geliefert. Des weiteren werden Signale, die den Motorbetriebszustand wiedergeben, wie beispielsweise die Drehzahl NE des Motors 1 und der Einlassluftdruck PM, zu dem Eingangsanschluss von den verschiedenen (nicht gezeigten) Sensoren geliefert. Der Ausgangsanschluss der ECU 30 ist mit den Kraftstoff-Einspritz-Ventilen und den Zündkerzen der jeweiligen Zylinder des Motors verbunden, um die Kraftstoff-Einspritz- Menge, die Kraftstoff-Einspritz-Zeit und die Zündzeit des Motors 1 zu steuern.
Bei diesem Ausführungsbeispiel betätigt die ECU 30 den Motor 1 im Normalbetrieb (das heißt, wenn der Auswertvorgang der Fähigkeit der Katalysatoren nicht ausgeführt wird) bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem größten Teil des Betriebsbereiches und sie führt Fett-Spitzen-Vorgänge periodisch aus, um den Motor 1 bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis eine kurze Zeitspanne lang zu betreiben.
Desweiteren ändert bei dem Auswertvorgang der Katalysatoren die ECU 30 das Betriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis mit einem vorbestimmten Ziel und hält danach das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei dem angezielten fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis eine vorbestimmte Zeitspanne lang und lässt das Betriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zurückkehren.
Die Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b sind von einer bekannten Art, die beispielsweise ein Substrat der Wabenart verwendet. An diesem Substrat ist eine Aluminiumoxidlage angebracht, die als ein Träger der katalytischen Komponenten wirkt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die katalytischen Komponenten aus Edelmetallen, wie beispielsweise Platin (Pt), Palladium (Pd) und Rhodium (Rh), und Additive, wie beispielsweise Cer (Ce) an dem Aluminatträger angebracht. Wie dies gut bekannt ist, können die Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b HC, CO und NOx-Komponenten aus dem Abgas wirkungsvoll entfernen, wenn das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des Abgases in der Nähe des stöchiometrischen Luft- Kraftstoff-Verhältnisses ist. Des weiteren absorbieren die Drei- Wege-Katalysatoren 5a und 5b den Sauerstoff in dem Abgas und halten ihn, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und geben den Sauerstoff frei, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, aufgrund des zu den Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b hinzugefügten Cers (Ce). Das heißt, das zu dem Drei-Wege-Katalysator hinzugefügte Cer kombiniert sich mit dem Sauerstoff in dem Abgas und bildet Ceroxid (CeO), wenn das Abgas ein mageres Luft-Kraftstoff- Verhältnis hat. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, gibt das Ceroxid (CeO) Sauerstoff frei, und wird wieder zu metallischem Cer. Somit wird Sauerstoff in den Drei-Wege-Katalysatoren 5a und. 5b absorbiert und von ihnen freigegeben. Bei diesem Ausführungsbeispiel bezieht sich die Fähigkeit/Leistung des Drei-Wege-Katalysators zum Absorbieren und Freigeben von Sauerstoff auf eine O&sub2;-Speicherfähigkeit. Die Drei-Wege- Katalysatoren 5a und 5b bei diesem Ausführungsbeispiel sind in den Abzweigungsabgaskanälen 22a und 22b hauptsächlich zum Reinigen (Oxidieren) von HC und CO angeordnet, die in dem Abgas in einer verhältnismäßig großen Menge während der Startperiode des Motors 1 erzeugt werden.
Nachstehend ist der NORC (der NOX-Adsorptions-und-Reduktions- Katalysator) 7 erläutert.
Der NORC 7 bei diesem Ausführungsbeispiel weist Edelmetalle wie beispielsweise Platin (Pt), Rhodium (Rh) und zumindest eine Substanz, die aus Alkalimetallen wie beispielsweise Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li) und Cäsium (Cs); Alkalierdmetallen, wie beispielsweise Barium (Ba) und Calcium (Ca) und Seltenerdmetallen, wie beispielsweise Lanthan (La) und Yttrium (Y) ausgewählt werden, auf. Der NORC absorbiert NOx (Stickoxid) in dem Abgas, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NORC strömenden Abgases mager ist, und gibt das absorbierte NOx frei, wenn die Sauerstoffkonzentration des durch den NORC strömenden Abgases niedrig wird.
Obwohl der Mechanismus von diesem Absorptions- und Freigabevorgang des NORC gegenwärtig nicht klar ist, wird angenommen, dass der Absorptions- und Freigabevorgang den folgenden Mechanismus verwendet. Obwohl der nachstehend erörterte Mechanismus des Absorptions- und Freigabevorgangs des NORC für den Fall erläutert ist, bei dem Platin Pt und Barium Ba als ein Beispiel verwendet werden, wird angenommen, dass ähnliche Mechanismen ebenfalls zutreffen, selbst wenn ein anderes Edelmetall, Alkalimetalle, Alkalierdmetalle oder Seltenerdmetalle verwendet werden.
Das heißt, wenn die Konzentration von 02 in dem Abgas zunimmt, das heißt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager wird, wird der Sauerstoff O&sub2; in dem Abgas an der Oberfläche des Platins Pt in der Form von O&sub2;&supmin; oder O²&supmin; abgelagert. Das NO in dem Abgas reagiert mit dem O&sub2;&supmin; oder dem O²&supmin; an der Oberfläche des Platins Pt und wird zu NO&sub2; durch die Reaktion 2NO + O&sub2; -> 2NO&sub2;. Danach wird das NO&sub2; in dem Abgas und das an dem Platin Pt erzeugte NO&sub2; weiter an der Oberfläche des Platins Pt oxidiert und in dem NORC absorbiert, während es mit Bariumoxid BaO verbunden wird und in dem BaO in der Form von Salpetersäureionen NO&sub3;&supmin; diffundiert wird. Somit wird das NOX in dem Abgas durch den NORC absorbiert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas mager ist.
Andererseits wird, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas niedrig wird, das heißt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder fett wird, die Erzeugung von NO&sub2; an der Oberfläche des Platins Pt vermindert und die Reaktion schreitet in einer umgekehrten Richtung (NO&sub3;&supmin; ? NO&sub2;) voran, und somit werden Salpetersäureionen NO&sub3;&supmin; in dem Bariumoxid BaO in der Form von NO&sub2; von dem NORC freigegeben.
Wenn in diesem Fall eine Reduktionssubstanz wie beispielsweise CO oder eine Substanz wie beispielsweise HC und CO&sub2; in dem Abgas vorhanden ist, wird das freigegebene NOx an dem Platin Pt durch diese Komponenten reduziert. Das heißt, der NORC führt den Absorptions- und Freigabevorgang des NOx in dem Abgas aus, wobei NOx in dem Abgas durch den NORC absorbiert wird, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist, und wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu einem stöchiometrischen Wert oder zu einem fetten Wert wird, wird das NOx von dem NORC freigegeben und reduziert.
Da der NORC das NOx in ihm in der Form von mit einem Absorptionsmittel wie beispielsweise BaO kombinierter Salpetersäure absorbiert und hält, kann der NORC NOx nicht absorbieren, wenn das Absorptionsmittel mit Salpetersäureionen gesättigt ist. Wenn der NORC mit Salpetersäureionen gesättigt ist, tritt das NOx in dem Abgas durch den NORC, ohne absorbiert zu werden, und diffundiert in die Umgebung, selbst wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist.
Daher wird, um zu verhindern, dass der NORC mit dem absorbierten NOx gesättigt wird, ein Fett-Spitzen-Vorgang eine vorbestimmte Zeitspanne lang ausgeführt, nachdem der Motor bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben worden ist, Bei dem Fett- Spitzen-Vorgang wird das Betriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis geschaltet, und danach wird es bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis eine kurze Zeitspanne lang gehalten und erneut zu dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis geschaltet. Da das in dem NORC absorbierte NOx während des Betriebs mit fettem Luft-Kraftstoff- Verhältnis freigegeben und reduziert wird, tritt keine Sättigung des NORC mit dem absorbierten NOx auf.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Fett-Spitzen-Vorgang ausgeführt, wenn die Menge des in dem NORC absorbierten NOx einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Da in diesem Fall berücksichtigt wird, dass die in dem NORC absorbierte Menge an NOX proportional zu der Länge eines Betriebs mit magerem Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Motors ist, kann der Fett-Spitzen- Vorgang ausgeführt werden, wenn der Motor bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis eine vorbestimmte Zeitspanne lang betrieben wird. Des weiteren wird berücksichtigt, dass die in dem NORC absorbierte Menge an NOx proportional zu der in den NORC strömenden Menge an Abgas bei magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wobei der Fett-Spitzen-Vorgang ausgeführt werden kann, wenn die in den NORC strömende kumulative Menge des Abgases einen vorbestimmten Wert erreicht. In diesem Fall kann ein kumulativer Wert der Drehzahl des Motors als ein Parameter verwendet werden, der die kumulative Menge des Abgases wiedergibt, und der Fett- Spitzen-Vorgang kann ausgeführt werden, wenn die kumulative Motordrehzahl einen vorbestimmten Wert erreicht.
Des weiteren kann, da berücksichtigt wird, dass die Menge an in dem NORC absorbierten NOx proportional zu der kumulativen Menge an NOx in dem in den NORC strömenden Abgas ist, der Fett-Spitzen- Vorgang ausgeführt werden, wenn die kumulative Menge an NOx in dem in den NORC strömenden Abgas einen vorbestimmten Wert erreicht. In diesem Fall wird die Beziehung zwischen der von dem Motor pro Zeiteinheit ausgegebenen Menge an NOx (das heißt, eine NOx-Erzeugungsrate) und dem Motorbetriebszustand (wie beispielsweise die Motorlast und die Drehzahl) durch Versuche zuvor erhalten und in dem ROM der ECU 30 gespeichert. Während des Betriebs des Motors mit magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet die ECU 30 die NOx-Erzeugungsrate bei vorbestimmten Intervallen auf der Grundlage des Motorbetriebszustandes und sie führt den Fett-Spitzen-Vorgang aus, wenn der kumulative Wert der berechneten NOx-Erzeugungsrate einen vorbestimmten Wert erreicht.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Intervall zwischen den Fett-Spitzen-Vorgängen unter Verwendung von einem der vorstehend erläuterten Verfahren bestimmt.
Die Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b und der NORC 7 verschlechtern sich bei Langzeitverwendung. Wenn sich die Drei- Wege-Katalysatoren 5a und 5b verschlechtern, wird das Reinigen des von dem Motor während der Startperiode abgegebenen HC und CO unzureichend und die Abgasemission während der Startperiode wird schlechter. Daher ist es von Bedeutung, die katalytische Fähigkeit des Drei-Wege-Katalysators auszuwerten, um das Verschlechtern der Abgasemission zu verhindern. Des weiteren kann, wenn sich der NORC verschlechtert, da die Fähigkeit zum Absorbieren von NOx ebenfalls abnimmt, der NORC mit dem absorbierten NOx während des Betriebs mit magerem Luft- Kraftstoff-Verhältnis gesättigt werden. Wenn der NORC mit dem absorbierten NOx erst einmal gesättigt ist, kann der NORC das NOx in dem Abgas nicht mehr absorbieren, und das NOX in dem Abgas tritt durch den NORC und diffundiert in die Umgebung. Daher ist es von Bedeutung, die NOx-Absorptionsfähigkeit des NORC auszuwerten, um ein Diffundieren des NOx in die Umgebung zu verhindern.
Des weiteren wird während des Fett-Spitzen-Vorgangs das von dem Absorptionsmittel freigegebene NOX an der Oberfläche der katalytischen Komponenten (wie beispielsweise Platin Pt) des NORC reduziert. Daher wird, wenn die Fähigkeit der katalytischen Bestandteile als ein Reduktionskatalysator sich verschlechtert, das von dem Absorptionsmittel freigegebene NOx von dem NORC abgegeben, ohne reduziert zu werden, selbst wenn sich die NOx- Absorptionsfähigkeit des NORC nicht verschlechtert hat.
Somit ist es zum Verhindern des Verschlechterns der Abgasemission von Bedeutung, sowohl die Fähigkeit des Drei-Wege- Katalysators als auch die Fähigkeit des NORC, die das NOx- Absorptionsvermögen und die katalytische Fähigkeit des NORC umfasst, auszuwerten. Wenn in diesem Fall die Auswertungen der Fähigkeiten des Drei-Wege-Katalysators und des NORC separat ausgeführt werden, wird das Motorbetriebs-Luft-Kraftstoff- Verhältnis bei jedem Auswertvorgang verändert, und die Frequenz des Verschlechterns und der Leistung des Motors erhöht sich.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird dieses Problem beseitigt, indem sowohl die Fähigkeit des Drei-Wege-Katalysators als auch die Fähigkeit des NORC bei einem Auswertvorgang ausgewertet wird, das heißt, bei einem Umschaltvorgang des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses des Motors auf der Grundlage der Ausgabesignale von lediglich dem ersten und dem zweiten Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensor.
Nachstehend sind die Verfahren zum Auswerten der Fähigkeiten der Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b und des NORC erläutert, die bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet werden.

(1) Der Drei-Wege-Katalysator

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die nachstehend erörterten beiden separaten Verfahren (1-A) und (1-B) zum Auswerten der Fähigkeit der Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b angewendet.
(1-A) Das Verfahren auf der Grundlage der Länge der Zeitspanne, bei der das Ausgabesignal des ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sensors 31 bei der Höhe gehalten wird, die einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, nachdem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Drei-Wege-Katalysator strömenden Abgases sich von einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert hat.
(1-B) Das Verfahren auf der Grundlage der Länge der Zeitspanne, bei der das Ausgabesignal des ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sensors 31 bei der Höhe gehalten wird, die einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, nachdem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Drei-Wege-Katalysator strömenden Abgases sich von einem fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert hat.
Die Verfahren (1-A) und (1-B) werten die Fähigkeit des Drei- Wege-Katalysators auf der Grundlage der Verschlechterung einer O&sub2;-Speicherfähigkeit des Drei-Wege-Katalysators aus. Wie dies bereits vorstehend erläutert ist, hat der Drei-Wege-Katalysator von diesem Ausführungsbeispiel eine O&sub2;-Speicherfähigkeit zum Absorbieren und Speichern von O&sub2; in dem Abgas, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff- Verhältnis ist, und zum Freigeben des gespeicherten O&sub2;, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu einem fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis wird. Es ist bekannt, dass diese O&sub2;- Speicherfähigkeit sich verschlechtert, wenn die Fähigkeit des Drei-Wege-Katalysators als ein Oxidations- und Reduktionskatalysator sich verschlechtert. Das heißt, die durch den Drei-Wege-Katalysator absorbierte und freigegebene Menge an O&sub2; wird geringer, wenn sich die katalytische Fähigkeit des Drei- Wege-Katalysators verschlechtert. Daher kann die katalytische Fähigkeit des Drei-Wege-Katalysators ausgewertet werden, indem die in den Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b absorbierte Menge an O&sub2; und von diesen freigegebene Menge an O&sub2; gemessen wird.
Die Fig. 2(A) und 2(B) zeigen die Auswertung der katalytischen Fähigkeit der Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b durch die Verfahren (1-A) und (1-B). Fig. 2(A) zeigt die Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in den Drei-Wege- Katalysator strömenden Abgases und Fig. 2(B) zeigt die Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, die durch den ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 31 erfasst wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Drei-Wege-Katalysator strömenden Abgases sich verändert, wie dies in Fig. 2(A) gezeigt ist.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der in den Drei-Wege- Katalysator strömenden Abgases sich von einem mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert, wie dies in Fig. 2(A) gezeigt ist, ändert sich das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromabwärtig von dem Drei- Wege-Katalysator nicht sofort zu einem fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnis. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Abgases (das heißt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem Drei-Wege-Katalysator herausströmenden Abgases) ändert sich zu einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, nachdem eine Verzögerungszeit TU (siehe Fig. 2(B)) verstrichen ist, da das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Abgases (das heißt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Drei-Wege- Katalysator strömenden Abgases) sich von einem mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert hat. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Abgases ändert sich zu einem fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis nach dem Verbleib bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis eine bestimmte Zeitspanne lang (die Periode RCU in Fig. 2(B)). Da, wie dies vorstehend erläutert ist, die Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b eine O&sub2;-Speicherfähigkeit haben, geben die Drei-Wege- Katalysatoren 5a und 5b den absorbierten Sauerstoff frei, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in die Drei-Wege- Katalysatoren strömenden Abgases sich von einem mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert. Daher wird, solange Sauerstoff von den Drei-Wege- Katalysatoren freigegeben wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem Drei-Wege-Katalysator herausströmenden Abgases bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufgrund des freigegebenen Sauerstoffs gehalten. Wenn jedoch der Drei-Wege- Katalysator sämtlichen Sauerstoff freigibt, den er absorbiert hat, wird, da kein Sauerstoff mehr freigegeben wird, das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des aus dem Drei-Wege-Katalysator herausströmenden Abgases zu dem gleichen wie das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des in den Drei-Wege-Katalysator strömenden Abgases.
Daher gibt die Länge der Zeitspanne, bei der das Ausgabesignal des ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 31 bei der Höhe verbleibt, die einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis entspricht (das heißt, die Zeitspanne RCU in Fig. 2(B)), die Menge des in den Drei-Wege-Katalysatoren absorbierten Sauerstoffs wieder. Das heißt, die Zeitspanne RCU entspricht der O&sub2;-Speicherfähigkeit der Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b. Die Verzögerungszeit TU in Fig. 2(B) gibt die Zeitspanne wieder, die erforderlich ist, damit das Abgas von dem Einlass des Drei-Wege- Katalysators zu der Position gelangt, an der der erste Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 31 angeordnet ist.
Ein ähnliches Phänomen wurde herausgefunden, wenn sich das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Abgases von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnis ändert. Wenn das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des stromaufwärtigen Abgases sich von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis ändert, absorbiert der Drei-Wege-Katalysator Sauerstoff in dem Abgas. Daher wird, solange der Drei-Wege- Katalysator den Sauerstoff in dem Abgas absorbiert, das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des aus den Drei-Wege-Katalysatoren herausströmenden Abgases bei einem stöchiometrischen Luft- Kraftstoff-Verhältnis gehalten, obwohl das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des in den Drei-Wege-Katalysator strömenden Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Wenn jedoch die Drei-Wege-Katalysatoren Sauerstoff bis zu ihrer maximalen Leistung absorbieren, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem Drei-Wege-Katalysator herausströmenden Abgases das gleiche wie jenes des in die Drei-Wege-Katalysatoren hineinströmendes Abgases, da der Sauerstoff in dem Abgas nicht in dem Drei-Wege-Katalysator absorbiert wird. Daher gibt die Länge der Zeitspanne oder Periode, bei der das Ausgabesignal des ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 31 bei der Höhe verbleibt, die einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis entspricht, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Abgases sich von einem fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert hat (das heißt, die Zeitspanne OCU in Fig. 2(B)), die maximale Menge an Sauerstoff wieder, die der Drei-Wege-Katalysator absorbieren kann. Das heißt, die Zeitspanne OCU entspricht ebenfalls der O&sub2;-Speicherfähigkeit der Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Periode RCU bei stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Fig. 2(B) gemessen, wenn das Motorbetriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis geändert wird, und die Zeitspanne OCU bei stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Fig. 2(B) wird gemessen, wenn das Motor-Betriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnis zurückkehrt. Die O&sub2;-Speicherfähigkeit der Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b, das heißt, die katalytischen Fähigkeiten der Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b werden auf der Grundlage von sowohl der Zeitspanne RCU als auch der Zeitspanne OCU des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgewertet.

(2) Der NORC (der NOx-Adsorptions-und-Reduktions-Katalysator)

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die NOx-Absorptionsfähigkeit des NORC 7 durch die nachstehend erörterten zwei Verfahren (2-A- 1) und (2-A-2) ausgewertet.
(2-A-1) Das Verfahren auf der Grundlage der Länge der Zeitspanne, bei der das Ausgabesignal des zweiten Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 33 bei der Höhe gehalten wird, die einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NORC strömenden Abgases sich von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert hat.
(2-A-2) Das Verfahren auf der Grundlage des Betrags der Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des aus dem NORC herausströmenden Abgases von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NORC strömenden Abgases, nachdem das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des in den NORC strömenden Abgases sich von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnis verändert hat.
Des weiteren wird die Fähigkeit des NORC als ein Reduktionskatalysator durch das nachstehend erörterte Verfahren ausgewertet.
(2-B) Das Verfahren auf der Grundlage der Länge der Zeitspanne, bei der das Ausgabesignal des zweiten Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensors 33 bei der Höhe gehalten wird, die einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NORC strömenden Abgases sich von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert hat.
Nachstehend werden die jeweiligen Verfahren detailliert erläutert.

(A) Die Auswertung der NOx-Absorptionsfähigkeit des NORC (die Verfahren (2-A-1) und (2-A-2))

Die Fig. 3(A) und 3(B) zeigen das Auswerten der NOx- Absorbierfähigkeit auf der Grundlage des vorstehend erläuterten Verfahrens (2-A-1). Die Fig. 3(A) und 3(B) zeigen die Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, das durch den ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 31 erfasst wird (das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NORC 7 strömenden Abgases), und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, das durch den zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 33 erfasst wird (das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem NORC 7 herausströmenden Abgases). Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromaufwärtig von dem NORC 7 sich von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnis ändert, wie dies in Fig. 3(A) gezeigt ist, ändert sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromabwärtig von dem NORC 7 nicht sofort zu einem fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnis, sondern verbleibt bei einem stöchiometrischen Luft- Kraftstoff-Verhältnis, bis sämtlicher in dem NORC 7 absorbierter NOX freigegeben ist (siehe Fig. 3(B)). Wenn NOx von dem NORC freigegeben wird, wird das HC und das CO in dem Abgas zum Reduzieren des freigegebenen NOx verwendet. Dies bewirkt, dass die Konzentrationen an HC und CO in dem Abgas stromabwärtig von dem NORC niedriger als jene in dem Abgas stromaufwärtig von dem NORC werden. Daher wird, wenn der NORC NOx freigibt, das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des durch den NORC tretenden Abgases höher, und das Abgas stromabwärtig von dem NORC erhält ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Wenn der NORC sämtliches NOx freigegeben hat, das er absorbiert hat, wird, da das HC und CO in dem Abgas nicht zum Reduzieren von NOx verwendet wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromabwärtig von dem NORC das gleiche wie jenes von dem Abgas stromaufwärtig von dem NORC. Daher gibt die Länge der Zeitspanne, bei der das Ausgabesignal des zweiten Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 33 bei einer einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechenden Höhe verbleibt (die Zeitspanne TSTR in Fig. 3(B)), die Menge an in dem NORC 7 absorbierten und gehaltenem NOX wieder. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Zeitspanne TSTR in Fig. 3(B) gemessen, wenn das Betriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors sich von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert, und sie wird als ein Parameter verwendet, der die NOx-Absorbierfähigkeit des NORC 7 wiedergibt. In Fig. 3(B) ist mit TD eine Verzögerungszeit bezeichnet, die erforderlich ist, damit das Abgas von der Position des ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 31 zu der Position des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 33 gelangt.
Nachstehend ist das Verfahren (2-A-2) unter Bezugnahme auf die Fig. 4(A) und 4(B) erläutert. Die Fig. 4(A) und 4(B) zeigen die Änderungen bei den Ausgabesignalen des ersten Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 31 (siehe Fig. 4(A)) und des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 33 (siehe Fig. 4(B)), wenn das Motorbetriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis sich von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnis ändert. Es wird angenommen, dass der Motor bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis eine ausreichend lange Zeitspanne betrieben wird, bevor das Betriebs-Luft- Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis wechselt, so dass der NORC sämtliches absorbiertes NOx freigegeben hat, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert wird.
Wie dies aus Fig. 4(B) ersichtlich ist, ändert sich das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtig von dem NORC befindlichen Abgases zu einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis, wenn die Verzögerungszeit TD verstrichen ist, nachdem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromaufwärtig von dem NORC sich zu einem mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnis verändert hat, und verbleibt bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis eine gewisse Zeit lang. Der Grund, weshalb das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromabwärtig von dem NORC zu einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, wird nachstehend erläutert.
Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromabwärtig von dem NORC ändert sich zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis, nachdem es bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis eine bestimmte Zeitlang gehalten wurde. Jedoch wird in diesem Fall das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromabwärtig von dem NORC nicht zu dem gleichen wie bei dem Abgas stromaufwärtig von dem NORC. Das heißt, das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Abgases nimmt einen niedrigeren Wert als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Abgases ein, und nähert sich allmählich dem gleichen Wert wie das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Abgases im Laufe der Zeit (die Zeitspanne A in Fig. 4(B)).
Es wird berücksichtigt, dass die Abweichung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses von dem stromabwärtigen Abgas durch die Absorption des NOx in dem Abgas durch den NORC 7 bewirkt wird. Wie dies vorstehend erläutert ist, wird das NOX in dem Abgas in dem Absorptionsmittel BaO des NORC 7 in der Form eines Nitrates Ba(N)&sub3;)&sub2; durch die nachstehend dargelegte Reaktion absorbiert.
2NO + O&sub2; -> 2NO&sub2;
BaO + 2NO&sub2; + (1/2)O&sub2; -> Ba (NO&sub3;)&sub2;
Das heißt, dass der NORC 7 (3/4) Mol Sauerstoff in dem Abgas zum Absorbieren von 1 Mol NO verwendet. Daher nimmt, wenn der NORC 7 NOx in dem Abgas absorbiert, der Partialdruck von O&sub2; in dem Abgas ab, da der O&sub2; in dem Sauerstoff durch den NORC 7 verwendet wird. Dies bewirkt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFD des stromabwärtigen Abgases niedriger (fett) als das Luft- Kraftstoff-Verhältnis AFU des stromaufwärtigen Abgases wird und der Abweichungsbetrag DAF (Unterschied zwischen dem Luft- Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Abgases AFD und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des stromaufwärtigen Abgases AFU) zu einem Wert wird, der proportional zu der Menge an in dem NORC pro Zeiteinheit absorbiertem NOx ist.
Fig. 5 zeigt die Änderung der Absorptionsrate von NOx des NORC (die Menge an in dem NORC pro Zeiteinheit absorbiertem NOx) in Übereinstimmung mit der Menge an in dem NORC absorbiertem und gehaltenem NOx. Die Absorptionsrate an NOx nimmt mit der Zunahme der Menge an in dem NORC gehaltenen NOx ab und wird zu 0, wenn der NORC mit dem absorbierten NOx gesättigt ist. Daher gibt die Länge der Zeitspanne A in Fig. 4(B), das heißt, die Zeitspanne, die verstreicht, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Abgases das gleiche wie das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des stromaufwärtigen Abgases wird, die Zeitspanne wieder, die dafür erforderlich ist, dass der NORC mit dem absorbierten NOx gesättigt wird. Somit ist verständlich, dass der kumulative Wert der Abweichung DAF (das heißt, die Fläche des schraffierten Abschnittes in Fig. 4(B)) die maximale NOx- Absorbierfähigkeit des NORC 7 wiedergibt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die NOx-Absorbierfähigkeit des NORC 7 zunächst unter Verwendung des Verfahrens (2-A-1) ausgewertet, wenn das Betriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors sich von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert, und es wird erneut ausgewertet, indem der kumulative Wert des Abweichungsbetrages DAF berechnet wird, wenn das Betriebs-Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Motors zu einem mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnis von einem fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnis zurückkehrt. Durch das Auswerten der NOx Absorbierfähigkeit des NORC durch ein Ändern des Betriebs-Luft- Kraftstoff-Verhältnisses sowohl von einem mageren zu einem fetten als auch von einem fetten zu einem mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnis, kann die NOX-Absorbierfähigkeit des NORC genau ausgewertet werden.

(B) Die Auswertung der katalytischen Fähigkeit des NORC (das Verfahren (2-B))

Nachstehend ist die Auswertung der katalytischen Fähigkeit (der Fähigkeit als ein Reduktionskatalysator) des NORC 7 durch das Verfahren (2-B) erläutert. Wie dies bereits vorstehend erläutert ist, wird bei dem Verfahren (2-B) die katalytische Fähigkeit des NORC 7 auf der Grundlage der Länge der Zeitspanne ausgewertet, bei der das Ausgabesignal des zweiten Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensors 33 bei der einem stöchiometrischen Luft- Kraftstoff-Verhältnis entsprechenden Höhe gehalten wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NORC strömenden Abgases sich von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert hat.
Die Fig. 6(A) und 6(B) zeigen die Auswertung der katalytischen Fähigkeit des NORC durch das Verfahren (2-B).
Die Fig. 6(A) und 6(B) sind den Fig. 4(A) und 4(B) ähnlich, in denen die Änderungen bei dem Luft-Kraftstoff- Verhältnis des stromaufwärtigen Abgases, das durch den stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 31 erfasst wird, und des stromabwärtigen Abgases, das durch den stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 33 erfasst wird, wenn das Betriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors sich von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert, jeweils dargestellt sind. In diesem Fall wird ebenfalls angenommen, dass der Motor bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis eine ausreichend lange Zeitspanne lang betrieben wurde, bevor das Betriebs-Luft- Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis geändert wird, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des strotnabwärtigen Abgases zu einem fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnis geworden ist, wenn sich das Betriebs-Luft-Kraftstoff- Verhältnis des Motors ändert.
Wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Abgases von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert, ändert sich das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromabwärtig von dem NORC nach dem Verstreichen der Verzögerungszeit TD zu einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und verbleibt bei diesem eine bestimmte Zeitspanne lang (TSTL in Fig. 6(B)). Der Grund, weshalb das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Abgases bei einem stöchiometrischen Luft- Kraftstoff-Verhältnis eine bestimmte Zeitspanne lang gehalten wird, ist nachstehend erörtert.
Wenn eine ausreichende Zeitspanne nach dem Ändern des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses des stromaufwärtigen Abgases zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis verstrichen ist, wird sämtlicher in dem NORC absorbierter NOX freigegeben. In diesem Zustand werden mit der Oberfläche der katalytischen Komponenten verbundene O&sub2;&supmin; oder O²&supmin; durch in dem Abgas befindliches HC und CO ersetzt. Daher werden, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NORC strömenden Abgases sich zu einem mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnis ändert, das mit der Oberfläche der katalytischen Komponente verbundene HC und CO durch O&sub2; in dem Abgas oxidiert. Da O&sub2; in dem Abgas zum Oxidieren von HC und CO an der Oberfläche der katalytischen Komponenten verwendet wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem Katalysator strömenden Abgases zu einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis. Die Länge der Zeitspanne (TSTL in Fig. 6(8)) entspricht der Menge an HC und CO, die an den Oberflächen der katalytischen Komponenten oxidiert werden, das heißt, der Fähigkeit des NORC als ein Oxidationskatalysator. Da die Fähigkeit des NORC als ein Reduktionskatalysator sich mit der Verschlechterung der Fähigkeit als ein Oxidationskatalysator verschlechtert, kann die Zeitspanne TSTL als ein Parameter verwendet werden, der die Fähigkeit des NORC als ein Reduktionskatalysator wiedergibt.
Daher wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Fähigkeit des NORC, die die NOX-Absorptionsfähigkeit und die katalytische Fähigkeit als ein Reduktionskatalysator umfasst, unter Verwendung der vorstehend erläuterten Verfahren (2-A-1), (2-A-2) und (2-B) ausgewertet. Außerdem werden die katalytischen Fähigkeiten der Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b gleichzeitig durch die Verfahren (1-A) und (1-B) ausgewertet.
Nachstehend ist der Auswertvorgang der Fähigkeiten der Drei- Wege-Katalysatoren 5a und 5b und des NORC 7 detailliert unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 15 erläutert.
Bei der Auswertung in den Fig. 7-15 werden die Fähigkeiten der Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b und des NORC 7 durch die ECU 30 in der nachstehend erörterten Prozedur ausgewertet.
Das heißt, wenn die Bedingungen zum Ausführen des Auswertvorganges erfüllt sind, ändert die ECU 30 das Betriebs- Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors von einem mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und wertet die Fähigkeiten der Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b und die NOX-Absorbierfähigkeit des NORC 7 unter Anwendung der Verfahren (1-A) und (2-A-1) jeweils aus. Nachdem das Motorbetriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis verändert worden ist, ändert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das durch den zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfasst wird, bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis stabil wird, die ECU 30 das Motorbetriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erneut zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis und wertet die Fähigkeiten der Drei- Wege-Katalysatoren 5a und 5b und des NORC 7 unter Anwendung der Verfahren (1-B) und (2-8) aus. Des weiteren wird, nachdem die Auswertungen durch die Verfahren (1-B) und (2-B) vollendet worden sind, die NOx-Absorbierfähigkeit des NORC 7 durch das Verfahren (2-A-1) ausgewertet. Das heißt, bei diesem Ausführungsbeispiel können die katalytischen Fähigkeiten der Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b, die NOx-Absorbierfähigkeit und die katalytische Fähigkeit des NORC 7 während eines Wechselvorgangs des Motorbetriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (das heißt, von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnis) ausgewertet werden. Des weiteren werden sowohl die katalytischen Fähigkeiten der Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b als auch die NOx-Absorbierfähigkeit des NORC 7 zweimal während des Auswertvorgangs unter unterschiedlichen Bedingungen ausgewertet. Daher ist die Genauigkeit der Auswertungen verbessert.
Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm eines grundsätzlichen Auswertvorganges. Dieser Vorgang wird durch eine durch die ECU 30 bei regelmäßigen Abständen ausgeführte Routine ausgeführt.
In Fig. 7 werden bei Schritt 601 die Parameter, die die Motorbetriebsbedingung und die Abgasbedingung wiedergeben (wie beispielsweise die Motordrehzahl NE, die Einlassluftströmung GA, der Öffnungsgrad TH des Drosselventils, der Zielwert AFT des Motorbetriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und die Temperaturen TSCAT und TCAT der Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b und des NORC 7), von den jeweiligen Sensoren gelesen. Die Temperaturen TSCAT der Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b und die Temperatur TCAT des NORC 7 können direkt erfasst werden, indem Temperatursensoren in den Katalysatorbetten der Drei-Wege- Katalysatoren 5a und 5b und des NORC 7 angeordnet werden, oder sie können aus der Abgastemperatur und der Abgasströmung abgeschätzt werden (des weiteren kann die Abgastemperatur und die Abgasströmung aus dem Motorlastzustand unter Verwendung der Motordrehzahl NE und der Einlassluftströmung GA berechnet werden).
Bei Schritt 603 wird die Menge GNOX des gegenwärtig in dem NORC 7 gehaltenen NOx gelesen. Wie dies bereits vorstehend erläutert ist, wird die Menge GNOX auf der Grundlage des kumulativen Wertes der Motordrehzahlen oder der kumulativen Menge an von dem Motor abgegebenen NOx berechnet.
Bei Schritt 605 bestimmt der Vorgang, ob der Wert der Auswertvorgangsmarke XD bei 1 gesetzt ist. XD ist die bei Schritt 613 auf 1 gesetzte Marke, wenn die Bedingungen zum Ausführen des Auswertvorgangs erfüllt sind, und sie wird auf 0 bei Schritt 1521 in Fig. 15 gesetzt, wenn der Auswertvorgang vollendet ist. Wenn XD ? 1 bei Schritt 605 ist, bestimmt der Vorgang, ob die Bedingungen zum Ausführen des Auswertvorgangs bei Schritt 607 erfüllt sind. Bei Schritt 607 wird bestimmt, dass die Bedingungen zum Ausführen des Auswertvorganges erfüllt sind, wenn die Motordrehzahl NE, die Einlassluftmenge GA und der Öffnungsgrad des Drosselventils TH sämtlich stabil und innerhalb der vorbestimmten Bereiche sind und wenn die Temperaturen TSCAT der Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b und TCAT des NORC 7 innerhalb eines vorbestimmten Bereiches sind.
Wenn die Bedingungen bei Schritt 607 erfüllt sind, wird der Wert der Marke XD auf 1 bei Schritt 613 gesetzt. Wenn die Marke XD auf 1 gesetzt ist, wird der Auswertvorgang der Fähigkeiten der Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b und des NORC 7 ausgeführt, wie dies nachstehend erläutert ist, und die Schritte 607 bis 613 werden nicht ausgeführt, wenn der Wert der Marke XD nicht auf 0 zurückgesetzt ist.
Wenn die Bedingungen bei Schritt 607 nicht erfüllt sind, werden die Schritte 609 und 611 ausgeführt. Die Schritte 609 und 611 sind Schritte zum Ausführen des Fett-Spitzen-Betriebs. Das heißt, bei Schritt 609 wird bestimmt, ob die Menge an NOx GNOX einen vorbestimmten Wert A erreicht, und wenn GNOX = A ist, wird eine Fett-Spitzen-Marke FR bei Schritt 611 auf 1 gesetzt. Wenn die Marke FR auf 1 gesetzt worden ist, wird das Betriebs-Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Motors 1 auf ein fettes Luft- Kraftstoff-Verhältnis eine kurze Zeitspanne lang durch eine andere Routine verändert, die durch die ECU 30 ausgeführt wird (nicht gezeigt), und der in dem NORC absorbierte NOX wird freigegeben und reduziert.
Wie dies vorstehend erläutert ist, startet der Basisvorgang in Fig. 7 den Auswertvorgang jedes Mal dann, wenn die Bedingungen erfüllt sind, und führt, wenn die Bedingungen nicht erfüllt sind, den Fett-Spitzen-Betrieb in Übereinstimmung mit der in dem NORC 7 absorbierten und gehaltenen Menge an NOX aus.
Als nächstes zeigt Fig. 8 ein Flussdiagramm, in dem der Auswertvorgang veranschaulicht ist, der dann ausgeführt wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis verändert wird. Dieser Vorgang wird durch eine durch die ECU 30 unter regelmäßigen Abständen ausgeführte Routine ausgeführt.
Bei dem Auswertvorgang von Fig. 8 werden die katalytischen Fähigkeiten der Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b durch das Verfähren (1-A) ausgewertet und die NOx-Absorbierfähigkeit des NORC 7 wird durch das Verfahren (2-A-1) ausgewertet, wie dies bereits vorstehend erläutert ist.
In Fig. 8 bestimmt bei Schritt 701 der Vorgang, ob die Auswertvorgangmarke XD auf 1 gesetzt ist. Wenn XD ? 1 bei Schritt 701 ist, wird der Vorgang sofort ohne ein Ausführen der Schritte 703 bis 727 beendet, da dies bedeutet, dass die Bedingungen zum Ausführen des Auswertvorganges nicht erfüllt sind. Wenn XD = 1 bei Schritt 701 ist, bestimmt der Vorgang bei Schritt 703, ob eine Marke XR auf 1 gesetzt ist. XR ist eine Beendigungsmarke, die bei Schritt 727 auf 1 gesetzt wird, wenn der Auswertvorgang in Fig. 8 vollendet ist. Wenn XR = 1 bei Schritt 703 ist, wird der Vorgang sofort beendet. Das heißt, der Vorgang in Fig. 8 wird nur einmal ausgeführt, wenn die Bedingungen zum Ausführen des Auswertvorganges erfüllt sind. Wenn XR ? 1 bei Schritt 703 ist, bestimmt der Vorgang bei Schritt 705, ob eine Marke XRI auf 1 gesetzt ist. XRI ist eine Marke zum Ausführen der Schritte 709 und 701 lediglich einmal, wenn XR ? 1 bei Schritt 703 ist. Wenn XRI ? 1 bei Schritt 705 ist, wird die Marke XRI bei Schritt 707 auf 1 gesetzt, und wird eine Marke XAF für einen Betrieb bei fettem Luft-Kraftstoff- Verhältnis bei Schritt 709 auf 1 gesetzt. Des weiteren werden die Werte der Zähler RCU und RCD beide bei Schritt 711 gelöscht. Wenn die Marke XAF für den Betrieb bei fettem Luft-Kraftstoff- Verhältnis auf 1 gesetzt ist, wird die Kraftstoffeinspritzmenge des Motors 1 durch eine Kraftstoffeinspritzroutine eingestellt, die durch die ECU 30 ausgeführt wird, so dass das Betriebs-Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Motors zu einem vorbestimmten fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird.
Danach wird bei Schritt 713 bestimmt, ob das Luft-Kraftstoff- Verhältnis AFU des stromaufwärtigen Abgases, das durch den ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 31 erfasst wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereiches zwischen B und C ist. Der Bereich B bis C ist ein relativ schmaler Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Bereich um das stöchiometrische Luft-Kraftstoff- Verhältnis herum, das heißt, bei Schritt 713 wird bestimmt, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Abgases in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Abgases innerhalb des engen Bereiches um das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis herum ist, wird der Wert des Zählgliedes oder Zählers RCU um ÄT bei Schritt 715 erhöht. ÄT ist ein Intervall, bei dem der Vorgang in Fig. 8 ausgeführt wird. Daher gibt der Wert des Zählgliedes RCU die Länge der Zeitspanne wieder, bei der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Abgases in der Nähe des stöchiometrischen Luft- Kraftstoff-Verhältnisses gehalten wird. Die Schritte 717 und 719 zeigen Vorgänge, die jenen der Schritte 713 und 715 ähnlich sind. Das heißt, durch ein Ausführen der Schritte 717 und 719 gibt der Wert des Zählgliedes RCD die Zeitspanne wieder, in der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Abgases in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gehalten wird. Mit AFD bei Schritt 717 ist das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des stromabwärtigen Abgases bezeichnet, das durch den zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 33 erfasst wird, und der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich D-E ist ein enger Bereich um das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis herum.
Nach dem Berechnen des Länge der Zeitspanne, bei der das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des stromabwärtigen Abgases in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gehalten wird, wird der Schritt 721 ausgeführt, wenn das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des stromabwärtigen Abgases von dem Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Bereich D-E abweicht. Bei dem Schritt 721 wird die Länge der Zeitspanne TSTR in Fig. 3(3) berechnet durch TSTR = RCD - RCU. Der Grund, weshalb TSTR durch ein Subtrahieren von RCU von RCD erhalten wird, ist, dass das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des stromaufwärtigen Abgases zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis eine kurze Zeitspanne lang aufgrund der O&sub2;-Speicherfähigkeit der Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b wird, wenn das Betriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis wechselt. Daher wird während der Zeitspanne RCU im wesentlichen kein NOX von dem NORC 7 freigegeben. Daher ist es erforderlich, TSTR von dem Zeitpunkt an zu messen, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Abgases sich von dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert, um die NOX-Absorbierfähigkeit des NORC 7 genau auszuwerten.
Wie dies vorstehend erläutert ist, entsprechen die Zeitspannen RCU und TSTR den katalytischen Fähigkeiten der Drei-Wege- Katalysatoren 5a und 5b, und der NOx-Absorbierfähigkeit des NORC 7. Jedoch ändern sich die Werte von RCU und TSTR in Übereinstimmung mit dem Zustand des Abgases (beispielsweise die Temperatur und die Strömungsrate des Abgases) sogar, wenn sich die katalytischen Fähigkeiten des Drei-Wege-Katalysators 5a und 5b und die NOx-Absorbierfähigkeit des NORC 7 nicht ändern. Fig. 9 zeigt eine Darstellung der Änderung der katalytischen Fähigkeit (das heißt, der maximalen Menge an O&sub2;-Speicherung) eines neuen (nicht verschlechterten) Drei-Wege-Katalysators in Übereinstimmung mit der Temperatur TSCAT von diesem. Wie dies aus Fig. 9 ersichtlich ist, ändert sich die maximale O&sub2;- Speicherfähigkeit außerordentlich, wenn sich die Temperatur TSCAT ändert. Da die Zeitspanne RCU der maximalen O&sub2;- Speicherfähigkeit bei der gegenwärtigen Katalysatortemperatur TSCAT entspricht, muss der berechnete Wert von RCU zu dem Wert bei einer Referenzkatalysatortemperatur umgewandelt werden, um die O&sub2;-Speicherfähigkeit der Drei-Wege-Katalysatoren auszuwerten.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden eine Referenz-O&sub2;- Speicherfähigkeit GTSCAT eines neuen Drei-Wege-Katalysators bei der Temperatur TSCAT und eine andere Referenz-O&sub2;- Speicherfähigkeit GTSREF eines neuen Drei-Wege-Katalysators bei einer Referenztemperatur TSREF (siehe Fig. 9) für das Korrigieren des berechneten Wertes RCU verwendet. Da die O&sub2;- Speicherfähigkeit eines neuen Drei-Wege-Katalysators GTSCAT bei der Temperatur TSCAT und GTSREF bei der Temperatur TSREF beträgt, kann die NOx-Absorbierfähigkeit des gegenwärtigen Drei- Wege-Katalysators bei der Referenztemperatur TSREF durch RCU · (GTSREF/GTSCAT) berechnet werden. Daher wird ein Temperaturkorrekturfaktor KTSCAT durch die Werte GTSREF und GTSCAT berechnet, die aus Fig. 9 durch KTSCAT = GTSREF/GTSCAT erhalten werden.
Des weiteren ändert sich die Zeitspanne RCU ebenfalls in Übereinstimmung mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Strömungsrate des in den Drei-Wege-Katalysator strömenden Abgases. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gering ist oder wenn die Strömungsrate des Abgases hoch ist, wird die Menge an von dem Drei-Wege-Katalysator pro Zeiteinheit freigegebenem O&sub2; hoch. Daher wird in diesem Fall die Zeitspanne RCU kürzer, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases niedriger wird oder die Strömungsrate des Abgases größer wird, selbst wenn die Menge an in dem Katalysator absorbiertem O&sub2; die gleiche ist. Da bei diesem Ausführungsbeispiel das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Abgases bei einem vorbestimmten fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, wenn die Marke XAF für den fetten Betrieb bei 1 gesetzt ist, ist es nicht erforderlich, den Unterschied zwischen dem Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu berücksichtigen. Da jedoch die Strömungsrate des Abgases sich in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Motors ändert, ist es erforderlich, den berechneten Wert RCU in Übereinstimmung mit der Strömungsrate des Abgases zu korrigieren.
Fig. 10 zeigt eine Darstellung der Änderung der Zeitspanne RCU eines neuen Drei-Wege-Katalysators in Übereinstimmung mit der Strömungsrate des Abgases (das heißt, in Übereinstimmung mit der Strömungsrate GA der Einlassluft). Wie dies aus Fig. 10 ersichtlich ist, nimmt die Zeitspanne RCU ab, wenn die Strömungsrate GA zunimmt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Strömungsratenkorrekturfaktor KSGA in der gleichen Weise wie der Temperaturkorrekturfaktor KTSCAT berechnet, das heißt durch. KSGA = TSREF/TSGA. TSREF ist der Wert von RCU eines neuen Drei- Wege-Katalysators, wenn die Strömungsrate ein Referenzwert GAREF ist, und TSGA ist der Wert von RCU eines neuen Drei-Wege- Katalysators bei der gegenwärtigen Strömungsrate GA.
Des weiteren ändert sich in ähnlicher Weise wie bei dem Drei- Wege-Katalysator die Zeitspanne TSTR, die der NCR- Absorbierfähigkeit des NORC entspricht, in Übereinstimmung mit der Abgastemperatur und der Strömungsrate, selbst wenn die NOx- Absorbierfähigkeit des NORC gleich ist. Die Fig. 11 und 12 zeigen Darstellungen, die den Fig. 9 und 10 ähnlich sind, wobei die Änderung der maximalen NOx-Absorbierfähigkeit eines neuen (nicht verschlechterten) NORC in Übereinstimmung mit der Temperatur (siehe Fig. 11) und der Abgasströmungsrate (siehe Fig. 12) dargestellt ist. Wie dies aus Fig. 11 ersichtlich ist, ändert sich die maximale NOx-Absorbierfähigkeit außerordentlich, wenn sich die Temperatur TCAT ändert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Temperaturkorrekturfaktor KTACT in Fig. 11 durch KTCAT = GTREF/GTCAT berechnet. GTCAT ist eine Referenz-NOx-Absorbierfähigkeit GTCAT eines neuen NORC bei der Temperatur TCAT, und GTREF ist eine andere Referenz-NOx- Absorbierfähigkeit eines neuen NORC bei einer Referenztemperatur TREF (siehe Fig. 11). Durch ein Korrigieren der Zeitspanne TSTR durch ein Multiplizieren des Temperaturkorrekturfaktors KTCAT kann die NOx-Absorbierfähigkeit unabhängig von der Differenz in Bezug auf die Temperatur des NORC genau ausgewertet werden.
Des weiteren ändert sich die Zeitspanne TSTR ebenfalls in Übereinstimmung mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Strömungsrate des in den NORC strömenden Abgases. Wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gering ist oder wenn die Strömungsrate des Abgases hoch ist, wird die Menge an in den NORC pro Zeiteinheit strömendem HC und CO hoch. Daher wird in diesem Fall die Menge an von dem Katalysator pro Zeiteinheit freigegebenem NOx ebenfalls hoch. Das heißt, die Zeitspanne TSTR wird kürzer, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases niedriger wird oder wenn die Strömungsrate des Abgases höher wird, selbst wenn die Menge an in dem Katalysator absorbiertem NOx gleich ist. Da bei diesem Ausführungsbeispiel das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des stromaufwärtigen Abgases bei einem vorbestimmten fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, wenn die Marke XAF für den fetten Betrieb auf 1 gesetzt ist, ist es nicht erforderlich, die Differenz in Bezug auf das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu berücksichtigen. Da jedoch die Strömungsrate des Abgases sich in Übereinstimmung mit dem Betriebzustand des Motors ändert, ist es erforderlich, den berechneten Wert von TSTR in Übereinstimmung mit der Strömungsrate des Abgases zu korrigieren.
Fig. 12 zeigt eine Darstellung der Änderung der Zeitspanne TSTR eines neuen NORC in Übereinstimmung mit der Strömungsrate des Abgases (das heißt, in Übereinstimmung mit der Strömungsrate GA der Einlassluft). Wie dies aus Fig. 12 ersichtlich ist, nimmt die Zeitspanne TSTR ab, wenn die Strömungsrate GA zunimmt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Strömungsratenkorrekturfaktor KGA in der gleichen Weise wie der Temperaturkorrekturfaktor KTCAT berechnet, das heißt durch KGA = TREF/TGA. TREF ist der Wert von TSTR von einem neuen NORC, wenn die Strömungsrate ein Referenzwert GAREF ist, und TGA ist der Wert von TSTR eines neuen NORC bei der gegenwärtigen Strömungsrate GA.
In Fig. 8 werden bei Schritt 723 die Temperaturkorrekturfaktoren KTSCAT und KTCAT und die Strömungsratenkorrekturfaktoren KSGA und KGA auf der Grundlage der Beziehung in den Fig. 9 bis 12 berechnet und der korrigierte Wert CATDSR der RCU und der Wert CATDOR von TSTR werden durch CATDSR = RCU · KTSCAT · KSGA bzw. CATDOR = TSTR · KTCAT · KGA bei Schritt 725 berechnet.
Nach dem Berechnen von CATDSR und CATDOR bei Schritt 725 werden die Werte der Marke XRI und XR auf 1 gesetzt, um anzuzeigen, dass der Auswertvorgang von Fig. 8 vollendet ist, und, wenn der Vorgang das nächste Mal ausgeführt wird, wird der Vorgang unmittelbar nach Schritt 703 beendet.
Als nächstes zeigt Fig. 13 ein Flussdiagramm des Auswertvorganges, der ausgeführt wird, wenn das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des Abgases sich von einem fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert. Dieser Vorgang wird durch eine Routine ausgeführt, die durch die ECU 30 bei regelmäßigen Abständen ausgeführt wird.
Bei dem Auswertvorgang von Fig. 13 werden die katalytischen Fähigkeiten der Drei-Wege-Katalysatoren 5a und 5b durch das Verfahren (1-B) (auf der Grundlage der Zeitspanne OCU in Fig. 2(B)) berechnet bzw. wird die katalytische Fähigkeit des NORC 7 durch das Verfahren (2-B) (auf der Grundlage der Zeitspanne TSTL in Fig. 6(B)) berechnet. Außerdem werden bei diesem Auswertvorgang die Zeitspanne OCU und TSTL in Übereinstimmung mit dem Zustand des Abgases in einer ähnlichen Weise wie bei den Korrekturen von RCU und TSTR korrigiert.
In Fig. 13 wird bei den Schritten 1001 und 1003 bestimmt, ob die Werte der Marken XL und XLI auf 1 gesetzt sind. XL ist eine Marke, die wiedergibt, ob der Auswertvorgang von Fig. 13 beendet worden ist. Die Marke XL hat eine ähnliche Funktion wie die Marke XR in Fig. 8. Des weiteren ist XLI eine Marke, die eine ähnliche Funktion wie die Marke XRI in Fig. 8 hat, das heißt, die Funktion zum Ausführen der Schritte 1005 bis 1011 nur einmal.
Bei Schritt 1005 wird bestimmt, ob die Bedingungen zum Ausführen des Auswertvorganges erfüllt sind. Die bei Schritt 1005 bestimmten Bedingungen sind (a), dass der Wert der Marke XD auf 1 gesetzt ist, und (b), dass der Wert der Marke XR auf 1 gesetzt ist, das heißt, dass der Auswertvorgang in Fig. 8 vollendet ist.
Wenn die beiden Bedingungen bei Schritt 1005 erfüllt sind, wird die Marke XLI auf 1 bei Schritt 1007 gesetzt und die Marke XAF wird bei Schritt 1009 auf 0 gesetzt. Wenn die Marke XAF auf 0 gesetzt ist, wird die Kraftstoffeinspritzmenge des Motors 1 durch die Kraftstoffeinspritzroutine eingestellt, die separat durch die ECU 30 ausgeführt wird, so dass das Betriebs-Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Motors 1 zu einem vorbestimmten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. Des weiteren werden bei Schritt 1011 die Werte der Zählglieder OCU und OCD gelöscht. Die Zählglieder OCU und OCD sind die Zählglieder, die die gleichen Funktionen wie die Zählglieder RCU und RCD in Fig. 8 haben.
Die Schritte 1013 bis 1027 sind Vorgänge, die den Schritten 713 bis 727 in Fig. 8 ähnlich sind. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Bereiche G-H bei Schritt 1013 und J-K bei Schritt 1017 sind enge Bereiche um das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis herum. TSTL bei Schritt 1021 ist die Länge der Zeitspanne, bei der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromabwärtig von dem NORC 7 in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnisses gehalten wird, und LTSCAT und LTCAT (siehe Schritt 1023) sind Temperaturkorrekturfaktoren, die aus den Beziehungen ähnlich wie bei den Fig. 9 und 11 bestimmt werden. LSGA und LGA (siehe Schritt 1023) sind Strömungskorrekturfaktoren, die aus den Beziehungen ähnlich wie bei den Fig. 10 und 12 bestimmt werden.
Bei dem Vorgang von Fig. 13 werden die katalytischen Fähigkeiten des Drei-Wege-Katalysators CATDSO und die katalytische Fähigkeit CATDOS des NORC bei Schritt 1025 durch CATDSO = OCU X LTSCAT · LSGA und CATDOS = TSTL · LTCAT · LGA berechnet.
Fig. 14 zeigt ein Flussdiagramm des Auswertvorganges der NOx- Absorbierfähigkeit des NORC auf der Grundlage des Verfahrens (2- A-2). Dieser Vorgang wird durch eine Routine ausgeführt, die durch die ECU 30 bei regelmäßigen Abständen ausgeführt wird. Bei diesem Vorgang wird die NOx-Absorbierfähigkeit erhalten, indem der kumulative Wert des Unterschiedes zwischen den Luft- Kraftstoff-Verhältnissen der Abgas stromaufwärtig und stromabwärtig von dem NORC berechnet wird. Der berechnete kumulative Wert wird außerdem in Übereinstimmung mit den Abgaszuständen korrigiert.
In Fig. 14 stellen die Schritte 1101 bis 1109 Vorgänge dar, die den Schritten 1001 bis 1011 in Fig. 13 mit der Ausnahme ähnlich sind, dass XUL bei Schritt 1101 eine Marke ist, die wiedergibt, dass der Auswertvorgang in Fig. 14 beendet ist, und dass die Bedingungen bei Schritt 1105 zum Ausführen des Auswertvorganges zusätzlich zu XD = 1 und XR = 1 umfassen, dass XL = 1 ist. Das heißt, der Auswertvorgang bei Fig. 14 wird ausgeführt, nachdem die Auswertvorgänge bei den Fig. 8 und 13 vollendet sind. Des weiteren wird bei diesem Vorgang ein Zählglied i (siehe Schritt 1109) zum Berechnen des kumulativen Wertes des Unterschiedes der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse des stromaufwärtigen und des stromabwärtigen Abgases verwendet.
Bei diesem Vorgang werden das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFU des Abgases von dem NORC 7 und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFD des Abgases stromabwärtig von dem NORC 7 in dem RAM als AFUi und AFDi bei den Schritten 1111 bzw. 1113 gespeichert. Der Wert von i wird jedes Mal dann um 1 erhöht, wenn der Vorgang ausgeführt worden ist (siehe Schritt 1115). Bei dem Schritt 1117 wird der Unterschied zwischen AFU und AFD mit einem vorbestimmten Wert N verglichen (N ist ein geringer konstanter Wert). Wenn (AFU - AFD) < N bei Schritt 1117 ist, bedeutet dies, dass das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromabwärtig von dem NORC annähernd dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromaufwärtig von dem NORC wird und dass der NORC kein NOX mehr absorbiert, wobei die kumulativen Werte DAFS der Abweichung des tuft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem stromabwärtigen Abgas gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem stromaufwärtigen Abgas bei Schritt 1119 berechnet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird unter Berücksichtigung der Verzögerungszeit TD (siehe Fig. 4(B)), die durch die Bewegung des Abgases zwischen den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren 31 und 33 bewirkt wird, die Abweichung als (AFUi - AFD(i+k)) definiert. Das heißt, es wird angenommen, dass das an dem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 31 vorbeitretende Abgas den zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 33 erreicht, nachdem der Vorgang in Fig. 14 k-mal ausgeführt ist. Der Wert von k kann in Übereinstimmung mit der Betriebsbedingung (wie beispielsweise Abgasgeschwindigkeit in dem Abgaskanal) verändert werden.
Nach dem Berechnen des kumulativen Wertes DAFS (das heißt, eine Fläche des schraffierten Abschnittes in Fig. 4(B)) berechnet der Vorgang einen Temperaturkorrekturfaktor OLTCAT und einen Strömungsratenkorrekturfaktor OLGA bei Schritt 1121. Die Korrekturfaktoren OLTCAT und OLGA werden auf der Grundlage der Beziehungen berechnet, die jenen in den Fig. 11 und 12 ähnlich sind. Die NOX-Absorbierfähigkeit CATDOL des NORC 7 wird durch CATDOL = DAFS · OLTCAT · OLGA berechnet.
Des weiteren wird bei diesem Ausführungsbeispiel das Fehlverhalten der Abgasreinigungsvorrichtung auf der Grundlage der katalytischen Fähigkeiten CATDSR und CATDSO, die durch den Vorgang bei den Fig. 8 und 14 berechnet werden, und der NOx- Absorbierfähigkeit CATDOR und CATDOL und der katalytischen Fähigkeit CATDOS des NORC, die durch den Vorgang bei den Fig. 8, 13 und 14 berechnet werden, bestimmt.
Fig. 15 zeigt ein Flussdiagramm des Bestimmungsvorgangs in Bezug auf das Fehlverhalten der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Dieser Vorgang wird durch eine Routine ausgeführt, die durch die ECU 30 unter regelmäßigen Abständen ausgeführt wird. In Fig. 15 wird bei den Schritten 1501 bis 1505 auf der Grundlage der Werte der Marken XR, XL und XUL bestimmt, ob sämtliche Auswertvorgänge bei den Fig. 8, 13 und 14 vollendet sind. Wenn ein Vorgang dieser Auswertvorgänge nicht vollendet ist, wird der Vorgang beendet, ohne dass das Fehlverhalten der Abgasreinigungsvorrichtung bestimmt wird.
Wenn sämtliche Auswertvorgänge bei den Fig. 8, 13 und 14 vollendet sind, bestimmt der Vorgang bei Schritt 1507, ob der Wert CATDSR, der durch den Vorgang von Fig. 8 berechnet worden ist und die katalytischen Fähigkeiten der Drei-Wege- Katalysatoren 5a und 5b wiedergibt, größer als ein vorbestimmter Referenzwert S ist, und bestimmt bei Schritt 1509, ob der Wert CATDSO, der durch den Vorgang von Fig. 13 berechnet worden ist und auch die katalytischen Fähigkeiten der Drei-Wege- Katalysatoren 5a und 5b wiedergibt, größer als ein vorbestimmter Referenzwert T ist.
Des weiteren bestimmt der Vorgang bei Schritt 1511, ob der Wert CATDOR, der durch den Vorgang von Fig. 8 berechnet worden ist und die NOx-Absorbierfähigkeit des NORC 7 wiedergibt, größer als ein vorbestimmter Referenzwert P ist, und bestimmt bei Schritt 1513, ob der Wert CATDOS, der durch den Vorgang von Fig. 13 berechnet worden ist und die katalytische Fähigkeit des NORC 7 wiedergibt, größer als ein vorbestimmter Referenzwert Q ist. Des weiteren bestimmt der Vorgang, ob CATDOL, der durch den Vorgang bei Fig. 14 berechnet worden ist und die NOx-Absorbierfähigkeit des NORC 7 wiedergibt, größer als ein vorbestimmter Referenzwert R ist.
Wenn einer der Werte CATDSR, CATDSO, CATDOR, CATDOS bzw. CATDOL kleiner als die Referenzwerte ist, setzt der Vorgang den Wert einer Fehlermarke FAIL auf 1 bei Schritt 1519. Wenn sämtliche Werte CATDSR, CATDSO, CATDOR, CATDOS bzw. CATDOL größer als die Referenzwerte sind, setzt der Vorgang den Wert der Fehlermarke FAIL bei Schritt 1517 auf 0. Nach dem Setzen des Wertes der Marke FAIL bei den Schritten 1517 oder 1519 löscht der Vorgang die Werte sämtlicher Marken XD, XR, XL und XU bei Schritt 1521 auf 0. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Referenzwerte P, Q, R, S und T durch Versuche unter Verwendung eines Drei- Wege-Katalysators und des NORC erhalten, die bis zu zulässigen Grenzwerten verschlechtert sind.
Des weiteren wird bei diesem Ausführungsbeispiel ein in der Nähe des Fahrersitzes des Kraftfahrzeuges angeordnete Warneinrichtung betätigt, wenn die Fehlermarke FAIL auf 1 gesetzt worden ist, um den Fahrer über den Umstand zu alarmieren, dass die Abgasreinigungsvorrichtung ein Fehlverhalten aufzeigt.
Des weiteren kann, obwohl die Abgasreinigungsvorrichtung bei diesem Ausführungsbeispiel als fehlerhaft bestimmt worden ist, wenn einer der Werte CATDSR, CATDSO, CATDOR, CATDOS bzw. CATDOL kleiner als der jeweilige Referenzwert ist, die Verschlechterung der Drei-Wege-Katalysatoren und die Verschlechterung des NORC separat bestimmt werden. Das heißt, wenn CATDSR oder CATDSO kleiner als die jeweiligen Referenzwerte bei den Schritten 1507 und 1509 ist, können die Drei-Wege-Katalysatoren als fehlerhaft bestimmt werden, und wenn einer oder mehrere Werte von CATDOR, CATDOS bzw. CATDOL kleiner als die jeweiligen Referenzwerte bei den Schritten 1511 bis 1515 ist, kann der NORC als verschlechtert bestimmt werden.
Wie dies vorstehend erläutert ist, können gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Fähigkeiten von sowohl dem Drei-Wege- Katalysator und dem NORC bei einem Änderungsvorgang des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases (mageres Luft-Kraftstoff- Verhältnis zu fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu magerem Luft- Kraftstoff-Verhältnis) auf der Grundlage der Ausgabesignale von lediglich dem ersten und dem zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sensor ausgewertet werden. Obwohl das Betriebs-Luft-Kraftstoff- Verhältnis des Motors verändert wird, um das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des in den Drei-Wege-Katalysator und in den NORC strömenden Abgases bei diesem Ausführungsbeispiel zu ändern, kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ohne ein Ändern des Betriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors geändert werden. Beispielsweise kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases durch Sekundärkraftstoffeinspritzungen verändert werden, wenn der Motor mit Direktzylinderkraftstoffeinspritzventilen versehen ist, die den Kraftstoff direkt in den Zylinder einspritzen. In diesem Fall wird das Sekundärkraftstoffeinspritzen während des Expansions- oder Auslasshubs der jeweiligen Zylinder ausgeführt, so dass der durch die Sekundärkraftstoffeinspritzungen eingespritzte Kraftstoff die Zylinder ohne Verbrennung verlässt, das heißt, ohne dass das Betriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors verändert wird. Des weiteren kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases durch eine Reduktionsmittelliefereinheit oder eine Sekundärluftliefereinheit geändert werden, die ein Reduktionsmittel (wie beispielsweise gasförmiges oder flüssiges HC) oder Sekundärluft zu dem Abgaskanal stromaufwärtig von den Drei-Wege-Katalysatoren liefert. In diesem Fall kann das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases verändert werden, indem die Menge des Reduktionsmittels oder der Sekundärluft gesteuert wird, ohne dass das Betriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors verändert wird.
Bei der Abgasreinigungsvorrichtung für den Verbrennungsmotor sind ein Drei-Wege-Katalysator und ein NOx-Adsorptions-und- Reduktions-Katalysator (ein NORC) in dem Abgaskanal des Motors in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite angeordnet. Der erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor ist in dem Abgaskanal zwischen dem Drei-Wege-Katalysator und dem NORC angeordnet, und der zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor ist in dem Abgaskanal stromabwärtig von dem NORC angeordnet. Die elektronische Steuereinheit (ECU) des Motors ändert das Betriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnis und von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis, um die Fähigkeiten des Drei-Wege-Katalysators und des NORC auszuwerten. Die ECU wertet die katalytischen Fähigkeiten auf der Grundlage des Ausgabesignals des ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors aus, wenn das Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert wird. Des weiteren wertet die ECU die katalytische Fähigkeit und die NOX-Absorbierfähigkeit des NORC auf der Grundlage der Ausgabesignale des ersten und des zweiten Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensors aus, wenn das Betriebs-Luft-Kraftstoff- Verhältnis des Motors verändert wird. Das Auswerten der Fähigkeiten von sowohl dem Drei-Wege-Katalysator als auch dem NORC bei einem anschließenden Änderungsvorgang des Betriebs- Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors ist auf lediglich die Ausgabesignale des ersten und des zweiten Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensors gegründet.

Claims

1. Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1) mit:

einem Drei-Wege-Katalysator (5a, 5b), der in einem Abgaskanal (21a, 21b) des Verbrennungsmotors angeordnet ist;

einem NOX-Adsorptions-und-Reduktions-Katalysator (7), der in dem Abgaskanal stromabwärtig von dem Drei-Wege-Katalysator angeordnet ist und in dem Abgas befindliches NOX absorbiert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Adsorptions-und- Reduktions-Katalysator strömenden Abgases bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und das absorbierte NOX freigibt und reduziert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Adsorptions-und-Reduktions-Katalysator strömenden Abgases bei einem stöchiometrischen oder einem fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnis ist;

einem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (31), der in dem Abgaskanal an einer Position zwischen dem Drei-Wege- Katalysator und dem NOx-Adsorptions-und-Reduktions-Katalysator angeordnet ist;

einem zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (33), der in dem Abgaskanal stromabwärtig von dem NOx-Adsorptions-und- Reduktions-Katalysator angeordnet ist;

einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinrichtung (30) zum Schalten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in den Drei-Wege- Katalysator strömenden Abgases entweder von einem fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis oder von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis; und

einer Auswerteinrichtung (30) zum Auswertender Fähigkeiten von sowohl dem Drei-Wege-Katalysator (5a, 5b) als auch dem NOx- Adsorptions-und-Reduktions-Katalysator (7), wenn die Luft- Krattstott-Verhältnis-Steuereinrichtung (30) das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases entweder von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis oder von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis schaltet, wobei die Auswerteinrichtung (30) die Fähigkeit des Drei-Wege-Katalysators (5a, 5b) auf der Grundlage des Ausgabesignals des ersten Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensors (31) auswertet und die Fähigkeit des NOx-Adsorptions-und-Reduktions-Katalysators (7) auf der Grundlage der Ausgabesignale von sowohl dem ersten Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (31) als auch dem zweiten Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (33) auswertet.

2. Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei

die Auswerteinrichtung (30) die Fähigkeit des Drei-Wege- Katalysators (5a, 5b) auf der Grundlage der Länge der Zeitspanne auswertet, bei der der erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (31) ein Signal ausgibt, das einem stöchiometrischen Luft- Kraftstoff-Verhältnis entspricht, wenn die Luft-Kraftstoff-, Verhältnis-Steuereinrichtung das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases entweder von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnis schaltet.

3. Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei

die Auswerteinrichtung (30) die Fähigkeit des Drei-Wege- Katalysators (5a, 5b) auf der Grundlage der Ausgabesignale des ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors (31) auswertet, wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinrichtung das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von sowohl einem fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis als auch von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis schaltet.

4. Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, die des weiteren eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren von zumindest entweder der Fähigkeit des Drei-Wege-Katalysators (5a, 5b) oder der Fähigkeit des NOx-Adsorptions-und-Reduktions-Katalysators (7) aufweist, die durch die Auswerteinrichtung auf der Grundlage des Zustandes des in den Drei-Wege-Katalysator strömenden Abgases auswertet.

5. Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, die des weiteren eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren von zumindest entweder der Fähigkeit des Drei-Wege-Katalysators (5a, 5b) oder der Fähigkeit des NOx-Adsorptions-und-Reduktions-Katalysators (7) aufweist, die durch die Auswerteinrichtung (30) auf der Grundlage des Zustandes des in den Drei-Wege-Katalysator strömenden Abgases ausgewertet werden.

6. Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, die des weiteren eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren von zumindest entweder der Fähigkeit des Drei-Wege-Katalysators (5a, 5b) oder der Fähigkeit des NOx-Adsorptions-und-Reduktions-Katalysators (7) aufweist, die durch die Auswerteinrichtung (30) auf der Grundlage des Zustandes des in den Drei-Wege-Katalysator (5a, 5b) strömenden Abgases ausgewertet werden.