DE69933091T2 - Abgasreinigungssystem und- verfahren für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abgasreinigungssystem und- verfahren für eine Brennkraftmaschine Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein solches System ist aus der US 5,743,084 bekannt. Dieses System wird auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuersystem einer Brennkraftmaschine angewendet, um eine magere Verbrennung bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchzuführen, und es hat einen NOx absorbierenden und reduzierenden Katalysator zum Reinigen von Stickoxiden (NOx) in zu dem Zeitpunkt der mageren Verbrennung emittierten Abgasen.
  • In einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine wurde in vergangenen Jahren eine Technik zum Durchführen einer so genannten Magerverbrennungssteuerung zum Verbrennen von Kraftstoff, der sich bzgl. des stöchiometrischen Verhältnisses auf der Seite des mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses befindet, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern, mehr und mehr verwendet. In dem Fall, in dem die magere Verbrennung ausgeführt wird, beinhalten von der Brennkraftmaschine emittierte Abgase eine große Menge von NOx, sodass ein NOx-Katalysator zum Reinigen von NOx erforderlich ist. Da andererseits Kraftstoff und Schmieröl Schwefel enthalten, ist in von der Brennkraftmaschine emittierten Abgasen Schwefel enthalten und wird ebenso wie das NOx an dem NOx-Katalysator adsorbiert. Wenn Schwefel an dem NOx-Katalysator adsorbiert wird, wird die NOx- Adsorptionsfähigkeit geschwächt. Folglich werden Techniken zum Entfernen von an dem NOx-Katalysator adsorbiertem Schwefel vorgeschlagen.
  • Wenn beispielsweise Platin Pt und Barium Ba an einem Träger getragen werden, wird Schwefel an dem NOx-Katalysator adsorbiert, wodurch ein stabiles Sulfat BaSO4 ausgebildet wird. Wenn die Menge des Sulfats BaSO4 an dem NOx-Katalysator zunimmt, wird die NOx-Absorptionsmenge, die der NOx-Katalysator absorbieren kann, allmählich gereinigt.
  • Wenn die Schwefeladsorptionsmenge gemäß der JP-A 10-54274 eine vorbestimmte Menge überschreitet, dann wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf die Seite des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gesteuert und eine Wärmeerzeugung von Abgasen wird erhöht. Als eine bestimmte Maßnahme wird für eine vorbestimmte Zeitspanne eine magere Fehlzündung verursacht und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird nach der Fehlzündung auf die fette Seite gesteuert. Durch diesen Betrieb werden unverbrannte Komponenten zu dem NOx-Katalysator ausgelassen und in dem Katalysator verbrannt, wodurch die Temperatur des Katalysators erhöht wird. Als eine bestimmte zweite Maßnahme wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf die fette Seite gesteuert und die Zündzeitgebung wird verzögert, wodurch die Temperatur des Abgases erhöht wird.
  • Das Abgasreinigungssystem dieser Veröffentlichung hat jedoch die nachstehenden Probleme. Genauer gesagt treten dann, wenn die magere Fehlzündung zwangsweise verursacht wird, unerwartete Drehmomentschwankungen auf und das Fahrverhalten verschlechtert sich mit den Drehmomentschwankungen. Ferner ist es wahrscheinlich, dass unverbrannte Komponenten, etwa HC und CO in Zusammenhang mit der Fehlzündung in die Atmosphäre abgegeben werden. In dem Fall, in dem die Zündzeitgebung verzögert wird, ist es nötig, das Volumen der Einlassluft zu erhöhen, um ein Ausgabedrehmoment sicherzustellen. Die Abgasmenge nimmt in Zusammenhang damit zu, sodass es wahrscheinlich ist, dass eine Gesamtmenge von schädlichen Komponenten, etwa HC, CO und NOx zunimmt.
  • Die Erfindung wurde getätigt, um die vorgehenden Probleme zu lösen und ihre Aufgabe besteht darin, ein Abgasreinigungssystem und ein Verfahren für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, das an einem Katalysator adsorbierten Schwefel auslassen kann, während Nachteile, etwa Drehmomentschwankungen und eine Erhöhung der Abgasemission vermieden werden. Diese Aufgabe wird mit einem System gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Gemäß einem Abgasreinigungssystem und einem Verfahren wird ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerparameter zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses alternierend auf mager und fett und zum Erhöhen der Temperatur des NOx-Katalysators variabel eingestellt, wenn die NOx-Absorbitionsmenge, die der NOx-Katalysator absorbieren kann, kleiner als ein vorbestimmter Wert wird. Der NOx-Katalysator wird regeneriert, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nach Vollendung der Temperaturerhöhungsverarbeitung auf das stöchiometrische Verhältnis oder auf die fette Seite gesteuert wird.
  • In diesem Fall kann die Katalysatortemperatur erhöht werden, indem der Anteil der Fettverbrennungssteuerung zu der Magerverbrennungssteuerung erhöht wird, indem das Zeitverhältnis (magere Zeit/fette Zeit) zwischen der Magerverbrennungssteuerung und der Fettverbrennungssteuerung verringert wird, oder indem der Fettheitsgrad zum Zeitpunkt der Fettverbrennungssteuerung erhöht wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner eine Verschlechterung des NOx-Katalysators erfasst. Wenn ein Auftreten der Verschlechterung des NOx-Katalysators erfasst ist, wird der Katalysator regeneriert, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis anstelle der alternierenden Mager- und Fettverbrennungssteuerung kontinuierlich auf ein stöchiometrisches Verhältnis oder ein fetteres Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird. Die Katalysatorregeneration ist auf lediglich dann beschränkt, wenn sich der Katalysator verschlechtert, sodass Einflüsse auf andere Steuerungen, etwa eine häufige Unterbrechung einer Verbrennungssteuerung bei magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis minimiert werden kann.
  • In den beiliegenden Zeichnungen ist:
  • 1 ein Blockdiagramm, das einen Gesamtaufbau eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ein Ablaufdiagramm, das eine Kraftstoffeinspritzsteuerroutine des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
  • 3 ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Setzen bzw. Einstellen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
  • 4 ein Kennfeld zum Einstellen einer Fettzeit in Übereinstimmung mit einem Kraftmaschinenbetriebszustand;
  • 5 ein Kennfeld zum Einstellen eines mageren Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Übereinstimmung mit dem Kraftmaschinenbetriebszustand;
  • 6 ein Zeitgebungsdiagramm, das den Betrieb der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
  • 7 ein Ablaufdiagramm, das eine NOx-Mengenabschätzroutine des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
  • 8A und 8B Bezugsdiagramme, die zum Berechnen der NOx-Menge verwendet werden;
  • 9 ein Teil eines Ablaufdiagramms, das eine Katalysatorverschlechterungserfassungsroutine des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
  • 10 ein weiterer Teil der Katalysatorverschlechterungserfassungsroutine;
  • 11 ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Berechnen eines integrierten Ausgabewerts eines hinteren O2-Sensors zeigt;
  • 12 ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Berechnen eines integrierten Fettgaswerts zeigt;
  • 13 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Verschlechterungsbestimmungswert und einem NOx-Reinigungsverhältnis zeigt;
  • 14 ein Schaubild, das die Beziehung zwischen dem NOx-Reinigungsverhältnis und dem Grad der Katalysatorverschlechterung zeigt;
  • 15 ein Zeitgebungsdiagramm, das einen Katalysatorverschlechterungserfassungsbetrieb zeigt;
  • 16 ein Ablaufdiagramm, das eine Katalysatorregenerationsroutine des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
  • 17 ein Ablaufdiagramm, das eine Verarbeitung zeigt, die nach der Vollendung der Regenerationsverarbeitung des ersten Ausführungsbeispiels durchgeführt wird;
  • 18 ein Schaubild, das das Verhältnis zwischen der mageren Zeit/fetten Zeit und dem Katalysatortemperaturzunahmebereich zeigt;
  • 19 ein Zeitgebungsdiagramm, das den Katalysatorregenerationsbetrieb des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
  • 20A und 20B Schaubilder, die Sensorausgabewellenformen vor und nach der Katalysatorverschlechterung zeigen;
  • 21 ein Ablaufdiagramm, das die Verarbeitung einer Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
  • 22 ein Ablaufdiagramm, das eine Katalysatorverschlechterungserfassungsroutine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 23 ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen der NOx-Absorptionsmenge und dem Katalysatorverschlechterungsgrad zeigt;
  • 24A und 24B Schaubilder, die Sensorausgabewellenformen vor und nach der Katalysatorverschlechterung zeigen;
  • 25 ein schematisches Blockschaubild, das ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 26 ein Graph, der die Beziehung zwischen einem Verschlechterungsgrad eines Dreiwegekatalysators und einem Fettsteuerungsbetrag zeigt;
  • 27A und 27B Zeitgebungsdiagramme, die den Katalysatorverschlechterungserfassungsbetrieb des dritten Ausführungsbeispiels zeigen;
  • 28 ein Blockschaubild, das ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 29 ein Graph, der die Beziehung zwischen der O2-Sensorausgabe und dem Überschussfettmenge zeigt; und
  • 30 ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Überschussfettmenge zeigt.
  • In einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuersystem der Ausführungsbeispiele, in denen die gleichen oder ähnliche Bezugszeichen zum Bezeichnen der gleichen oder ähnlichen Teile verwendet werden, ist ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines zu einer Brennkraftmaschine zugeführten Gemischs mit Bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf die Seite des mageren (lean, L) Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eingestellt und auf Grundlage des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird eine magere Verbrennung durchgeführt. Das heißt, es wird eine magere Verbrennungssteuerung ausgeführt. Als eine Hauptkonstruktion dieses Systems ist in einem Abgassystemwege der Brennkraftmaschine ein NOx absorbierender und reduzierender Katalysator (NOx-Katalysator) vorgesehen. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor der Grenzstrombauweise (A/F-Sensor) ist an der stromaufwärtigen Seite des NOx-Katalysators angeordnet und an der stromabwärtigen Seite desselben ist ein Sauerstoffsensor (O2-Sensor) angeordnet.
  • [Erstes Ausführungsbeispiel]
  • Unter Bezugnahme zunächst auf 1 ist eine vierzylindrige, viertaktige Brennkraftmaschine der Funkenzündungsbauart vorgesehen. Einlassluft passiert von stromaufwärts durch einen Luftreiniger 2, ein Einlassrohr 3, ein Drosselventil 4, einen Zwischenbehälter 5 und einen Einlasskrümmer 6 und wird mit von den Kraftstoffeinspritzventilen 7 von jeweiligen Zylindern in dem Einlasskrümmer 6 eingespritzten Kraftstoff gemischt. Das Gemisch wird bei einem vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu den jeweiligen Zylindern zugeführt.
  • Eine von einem Zündschaltkreis 9 zugeführte hohe Spannung wird über einen Verteiler 10 zu einer Zündkerze 8 verteilt, die für jeden Zylinder in der Kraftmaschine 1 vorgesehen ist, und die Zündkerze 8 zündet das Gemisch eines jeden Zylinders bei einer vorbestimmten Zeitgebung. Abgas, das von jedem Zylinder ausgelassen wird, nachdem das Gemisch verbrannt wurde, passiert einen Auslasskrümmer 11, ein Auslassrohr 12 und einen in dem Auslassrohr 12 vorgesehenen NOx-Katalysator 14 und wird in die Atmosphäre abgegeben. Der NOx-Katalysator 14 absorbiert NOx hauptsächlich während einer Verbrennung des mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs, reduziert das absorbierte NOx mit fetten Komponenten (CO, HC und dergleichen) während einer Verbrennung eines fetten (rich, R) Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Gemischs und gibt das resultierende Gas ab.
  • Das Einlassrohr 3 ist mit einem Einlasstemperatursensor 21 und einem Einlassdrucksensor 22 versehen. Der Einlasstemperatursensor 21 erfasst die Temperatur der Einlassluft (Einlasslufttemperatur Tam) und der Einlassdrucksensor 22 erfasst den Vakuumdruck in dem Einlassrohr (Einlassluftdruck PM) stromabwärts des Drosselventils 4. Das Drosselventil 4 ist mit einem Drosselsensor 23 zum Erfassen des Öffnungswinkels des Drosselventils 4 (Drosselöffnungswinkel TH) versehen. Der Drosselsensor 23 erzeugt ein analoges Signal entsprechend des Drosselöffnungswinkels TH. Der Drosselsensor 23 hat in sich einen Leerlaufschalter und erzeugt ein Erfassungssignal, das anzeigt, dass das Drosselventil 4 im Wesentlichen geschlossen ist.
  • Ein Zylinderblock der Kraftmaschine 1 ist mit einem Kühlmitteltemperatursensor 24 versehen. Der Kühlmitteltemperatursensor 24 erfasst die Temperatur von Kühlwasser (Kühlwassertemperatur Thw), das in der Kraftmaschine 1 zirkuliert. Der Verteiler 10 ist mit einem Drehzahlsensor 25 zum Erfassen der Drehzahl der Kraftmaschine 1 (Kraftmaschinendrehzahl Ne) versehen. Der Drehzahlsensor 25 erzeugt 24 Impulssignale bei gleichen Intervallen alle zwei Umdrehungen der Kraftmaschine 1, das heißt, alle 720°Ca.
  • Ferner ist der A/F-Sensor 26 der Grenzstrombauweise an der stromaufwärtigen Seite des NOx-Katalysators 24 in dem Auslassrohr angeordnet. Der Sensor 16 erzeugt ein über einen weiten Bereich ein lineares Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Signal proportional zu der Sauerstoffkonzentration in von der Kraftmaschine 1 ausgelassenen Abgasen (oder CO-Konzentration von unverbrannten Gasen). Der O2-Sensor 27 ist an der stromabwärtigen Seite des NOx-Katalysators 14 des Auslassrohrs 12 angeordnet. Der Sensor 27 erzeugt ein Signal (VOX2) einer elektromotorischen Kraft, das in Abhängigkeit dessen variiert, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett oder mager ist.
  • Die ECU 30 ist als eine logische Verarbeitungseinheit konstruiert, deren Hauptkomponenten eine CPU 31, ein ROM 32, ein RAM 33, ein Sicherungs-RAM 34 und dergleichen sind und die über einen Bus 37 an einem Eingabeanschluss 35 zum Empfangen von Erfassungssignalen von den Sensoren sowie an einen Ausgabeanschluss 36 zum Ausgeben von Steuersignalen zu den Stallgliedern und dergleichen angeschlossen sind. Die ECU 30 empfängt über den Eingangsanschluss 35 Erfassungssignale (Einlasslufttemperatur Tam, Einlassluftdruck PM, Drosselöffnungswinkel TH, Kühlmitteltemperatur Thw, Kraftmaschinendrehzahl Ne, Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Signal und dergleichen) von den verschiedenen Sensoren. Die ECU 30 erzeugt Steuersignale, etwa eine Kraftstoffeinspritzmenge TAU und eine Zündzeitgebung Ig auf Grundlage der Erfassungswerte und gibt die Steuersignale zu dem Kraftstoffeinspritzventil 7, dem Zündschaltkreis 9 und dergleichen über den Ausgangsanschluss 36 aus.
  • Die CPU 31 führt eine in 2 gezeigte Kraftstoffeinspritzsteuerroutine aus. Diese Routine wird bei jeder Kraftstoffeinspritzung eines jeden Zylinders (alle 180°CA) ausgeführt.
  • Wenn die Routine von 2 startet, liest die CPU 31 zunächst bei Schritt 101 Erfassungsergebnisse der Sensoren (Kraftmaschinendrehzahl Ne, Einlassluftdruck PM, Kühlmitteltemperatur Thw und dergleichen) aus, die den Kraftmaschinenbetriebszustand wiedergeben, und berechnet bei Schritt 102 eine Basiseinspritzmenge Tp entsprechend der Kraftmaschinendrehzahl Ne und des Einlassluftdrucks PM bei jeder Gelegenheit, indem sie ein Basiseinspritzkennfeld verwendet, das im Vorfeld in der ROM 32 gespeichert wurde. Die CPU 31 setzt zudem bei Schritt 200 auf Grundlage einer in 3 gezeigten Routine, die später beschrieben wird, ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTG.
  • Danach setzt die CPU 31 bei Schritt 103 den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktor FAF auf Grundlage einer Abweichung zwischen einem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF (Messwert des Sensors) und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTG. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-F/B-Steuerung auf Grundlage der fortgeschrittenen Steuerroutine ausgeübt. Beispielsweise wird der FAF-Wert auf Grundlage der bekannten Verarbeitung eingestellt, die in der JP-A 1-110853 usw. offenbart ist.
  • Nach dem Einstellen des FAF-Werts berechnet die CPU 31 die endgültige Kraftstoffeinspritzmenge TAU aus der Basiseinspritzmenge Tp, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktor FAF und anderen Korrekturfaktoren FALL (verschiedenen Korrekturfaktoren, etwa der Kühlmitteltemperatur, der Klimaanlagenlast und dergleichen). TAU = Tp·FAF·FALL
  • Nach dem Berechnen der Kraftstoffeinspritzmenge TAU gibt die CPU 31 ein dem TAU-Wert entsprechendes Steuerungssignal zu dem Kraftstoffeinspritzventil 7 aus und endet die Routine.
  • Dabei wird die vorgenannte F/B-Steuerung ausgeübt, wenn die F/B-Bedingungen erfüllt sind, während der offene Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelkreis ausgeführt wird (FAF = 1,0), wenn die F/B-Bedingungen nicht erfüllt sind. Die F/B-Bedingungen sind erfüllt, wenn die Kühlmitteltemperatur Tw oberhalb einer vorbestimmten Temperatur liegt, die Kraftmaschine 1 weder bei hoher Drehzahl noch bei hoher Last betrieben wird, der A/F-Sensor 26 in einem aktiven Zustand ist und dergleichen.
  • Unter Bezugnahme auf das in 3 gezeigte Ablaufdiagramm wird die Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-AFTG-Einstellroutine (Verarbeitung bei Schritt 200) beschrieben. Bei dieser Verarbeitung wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTG auf geeignete Weise eingestellt, sodass während der Ausübung der mageren Verbrennung zeitweilig eine fette Verbrennung ausgeführt wird. Genauer gesagt werden gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Magerzeit TL und eine Fettzeit TR auf ein vorbestimmtes Verhältnis auf Grundlage eines Werts eines Zeitspannenzählers PC eingestellt, der bei jeder Kraftstoffeinspritzung berechnet wird. Die magere Verbrennung und die fette Verbrennung werden gemäß den Zeiten TL und TR alternierend durchgeführt.
  • In der Verarbeitung von 3 bestimmt die CPU 31 zunächst bei Schritt 201, ob der Zeitspannenzähler PC zu diesem Zeitpunkt „0" beträgt oder nicht. Unter der Bedingung, dass der Zeitspannenzähler PC = 0 ist, setzt die CPU 31 bei Schritt 202 die Magerzeit TL und die Fettzeit TR auf Grundlage der Kraftmaschinendrehzahl Ne und des Einlassdrucks PM. Falls die Bestimmung bei Schritt 201 NEIN lautet (Zeitspannenzähler PC ≠ 0) überspringt die CPU 31 die Verarbeitung von Schritt 202.
  • In diesem Fall entsprechen die Magerzeit TL und die Fettzeit TR der Anzahl der Kraftstoffeinspritzzeiten bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis bzw. der Anzahl der Kraftstoffeinspritzzeiten bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Grundsätzlich werden diese so eingestellt, dass die Zeit umso länger ist, je höher die Kraftmaschinendrehzahl Ne oder der Einlassdruck PM ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Fettzeit TR durch eine Kennfeldabfrage auf Grundlage der Beziehung von 4 bestimmt. Im Gegensatz zum Einstellen der Fettzeit TR kann die Magerzeit TL aus der Fettzeit TR und einem vorbestimmten Koeffizienten α folgendermaßen bestimmt werden. TL = TR·α
  • Es ist ausreichend, den Koeffizienten als einen festen Wert von ca. 50 einzustellen. Der Koeffizient α kann zudem gemäß den Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, etwa der Kraftmaschinendrehzahl Ne und dem Einlassluftdruck PM variabel eingestellt werden.
  • Danach erhöht die CPU 31 den Zeitspannenzähler PC bei Schritt 203 um „1". In dem folgenden Schritt 204 wird bestimmt, ob der Wert des Zeitspannenzählers PC einen Wert erreicht hat oder nicht, der der Magerzeit TL entspricht. Wenn der Zeitspannenzähler PC < TL ist, rückt die CPU 31 zu Schritt 205 vor und setzt das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTG als einen Magersteuerwert auf Grundlage der Kraftmaschinendrehzahl Ne und des Einlassdrucks PM zu diesem Zeitpunkt. Nach dem Setzen bzw. Einstellen des AFTG-Werts endet die CPU 31 diese Routine und springt zu der ursprünglichen Routine von 2 zurück.
  • Der AFTG-Wert wird beispielsweise durch eine Datenabfrage von dem in 5 gezeigten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Kennfeld bestimmt. Der AFTG-Wert kann beispielsweise auf A/F = 20–30 eingestellt sein (jedoch ist der AFTG-Wert auf um das stöchiometrische Verhältnis herum eingestellt, wenn die Bedingung zum Ausführen der mageren Verbrennung nicht erfüllt ist, das heißt, wenn sich die Kraftmaschine beispielsweise nicht in der normalen Betriebsbedingung befindet). In diesem Moment wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch den bei Schritt 205 gesetzten AFTG-Wert auf die magere Seite gesteuert.
  • Wenn der Zeitspannenzähler PC ≥ TL ist, rückt die CPU 31 zu Schritt 206 vor und setzt das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTG als einen fetten Steuerwert. Der AFTG-Wert kann ein fester Wert innerhalb des fetten Bereichs sein oder er kann durch die Kennfelddatenabfrage auf Grundlage der Kraftmaschinendrehzahl Ne oder des Einlassdrucks variabel eingestellt sein. Im Fall der Kennfeldabfrage ist der AFTG-Wert so eingestellt, dass die Fettheit erhöht wird, wenn die Kraftmaschinendrehzahl oder der Einlassdruck PM zunimmt.
  • Danach bestimmt die CPU 31 bei Schritt 207, ob der Wert des Zeitspannenzählers PC einen Wert erreicht hat oder nicht, der dem Gesamtwert „TL + TR" der Magerzeit TL und der Fettzeit TR entspricht. Wenn der Zeitspannenzähler PC < TL + TR ist, endet die Verarbeitung und springt zu der ursprünglichen Routine von 2 zurück. In einem solchen Fall wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so gesteuert, dass es durch den bei Schritt 206 eingestellten AFTG-Wert fett wird.
  • Wenn andererseits der Zeitspannenzähler PC > TL + TR ist und Schritt 207 JA bestimmt, setzt die CPU 31 bei Schritt 208 den Zeitspannenzähler PC auf „0" zurück und endet diese Routine, um zu der ursprünglichen Routine von 2 zurückzuspringen. Im Zusammenhang mit dem Zurücksetzen des Zeitspannenzählers PC bestimmt Schritt 201 JA zum Zeitpunkt der nächsten Verarbeitung. Somit werden die Magerzeit TL und die Fettzeit TR neu eingestellt. Die magere und fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungen werden nochmals auf Grundlage der Magerzeit TL und der Fettzeit TR durchgeführt.
  • Wie in 6 gezeigt ist, wird in einer Zeitspanne von der Zeit t1 bis t2 (Zeitspanne, in der ein Zeitspannenzähler von 0 bis TL liegt) das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so gesteuert, dass es mager ist und NOx in den Abgasen wird durch den NOx-Katalysator 14 absorbiert. In einer Zeitspanne von der Zeit t2 bis t3 (Zeitspanne, in dem der Zeitspannenzähler zwischen TL und TL + TR liegt), wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so gesteuert, dass es fett ist und das durch den NOx-Katalysator 14 absorbierte NOx wird gereinigt und durch unverbrannte Gaskomponenten (HC, CO) in den Abgasen ausgelassen. Auf diese Weise werden die Magerverbrennungssteuerung und die Fettverbrennungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Übereinstimmung mit der Magerzeit TL und der Fettzeit TR wiederholt.
  • In dem ersten Ausführungsbeispiel wird der NOx-Reinigungsgrad bzw. das NOx-Reinigungsverhältnis (NOx-Reinigungsmenge/NOx-Einströmmenge) von dem Verhältnis zwischen der NOx-Reinigungsmenge durch den NOx-Katalysator 14 und der NOx-Einströmmenge zu dem Katalysator 14 erhalten und die Verschlechterung des NOx-Katalysators 14 wird gemäß dem NOx-Reinigungsverhältnis erfasst.
  • Die „NOx-Reinigungsmenge" kann als eine zum Reinigen von NOx erforderliche tatsächliche Fettgasmenge erhalten werden. In einem solchen Fall wird die Differenz zwischen der Fettgaseinströmmenge und einer zusätzlichen Gasmenge erhalten, indem die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse stromabwärts und stromaufwärts des NOx-Katalysators zum Zeitpunkt der fetten Verbrennung überwacht werden. Die NOx-Reinigungsmenge wird aus der Differenz zwischen der Fettgaseinströmmenge und der zusätzlichen Gasmenge erhalten. In der Praxis wird ein Fettgasintegrationswert AFAD (Fettgaseinströmmenge) durch Aufaddieren von Ausgaben AF des A/F-Sensors 26 stromaufwärts des Katalysators erhalten und der integrierte Wert VOX2AD der Ausgabe des hinteren O2-Sensors (der zusätzlichen Gasmenge) wird durch Aufaddieren von Ausgaben VOX2 (zur Vereinfachung als „Ausgabe des hinteren O2-Sensors" bezeichnet) des O2-Sensors 27 stromabwärts des Katalysators 24 zum Zeitpunkt der Fettverbrennung erhalten. Die Differenz zwischen dem Fettgasintegrationswert AFAD und dem integrierten Wert VOX2AD der hinteren O2-Sensorausgabe wird als eine NOx-Reinigungsmenge (= AFAD – VOX2AD) verwendet.
  • Die „NOx-Einströmmenge" kann als eine zu dem NOx-Katalysator 14 zugeführte NOx-Menge erhalten werden. In der Praxis wird der NOx-Integrationswert CNOXAD als eine NOx-Einströmmenge auf Grundlage des Kraftmaschinenbetriebszustands (Ne, PM und A/F) zum Zeitpunkt der mageren Verbrennung berechnet.
  • Das Berechnungsergebnis von (AFAD – VOX2AD)/CNOXAD wird als das „NOx-Reinigungsverhältnis" verwendet und die Verschlechterung des NOx-Katalysators 14 wird unter Verwendung des NOx-Reinigungsverhältnisses als ein Verschlechterungsbestimmungsparameter erfasst.
  • Der Steuerbetrieb der CPU 31 bezüglich der Erfassung einer Verschlechterung des NOx-Katalysators 14 wird unter Verwendung der Ablaufdiagramme von 7 und 9 bis 12 beschrieben. 7 zeigt die Verarbeitung zum Abschätzen des NOx-Integrationswerts des NOx-Katalysators 14. 9 und 10 zeigen die Verarbeitung zum Erfassen der Katalysatorverschlechterung.
  • In 7 bestimmt die CPU 31 bei Schritt 301, ob die gegenwärtige Ausgabe AF (Luft-Kraftstoff-Verhältnis an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators) des A/F-Sensors 26 ein magerer Wert ist oder nicht. Unter der Bedingung von JA bei Schritt 301 schreitet die CPU 31 zu Schritt 302 vor. Bei Schritt 302 schätzt die CPU 31 eine in den Abgasen enthaltene NOx-Menge CNOX (mol) auf der Grundlage des Kraftmaschinenbetriebszustands ab. Zum Abschätzen des CNOX-Werts wird die NOx-Basismenge gemäß der Kraftmaschinendrehzahl Ne und dem Einlassdruck PM bei jeder Gelegenheit beispielsweise durch Verwendung des Kennfelds von 8A erhalten und ein A/F-Korrekturwert gemäß dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird bei jeder Gelegenheit unter Verwendung der Beziehung von 8B erhalten. Die NOx-Basismenge wird mit dem A/F-Korrekturbetrag multipliziert und das Produkt wird als ein CNOX-Wert verwendet (CNOX = NOx-Basismenge·A/F-Korrekturwert).
  • In 8A wird die NOx-Basismenge auf einen größeren Wert gesetzt, je höher die Kraftmaschinendrehzahl Ne ist oder je höher der Einlassdruck PM ist. In 8B wird der A/F-Korrekturwert = 1,0 auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) gesetzt und der A/F- Korrekturwert, der gleich oder größer als „1,0" ist, wird bezüglich des stöchiometrischen Verhältnisses auf die magere Seite gesetzt. Da die Verbrennungstemperatur an der mageren Seite eines bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (beispielsweise A/F > 16) abnimmt, wird die Korrektur an der Erhöhungsseite unnötig und der A/F-Korrekturwert wird auf einen vorbestimmten Wert angenähert.
  • Danach berechnet die CPU 31 bei Schritt 303 den NOx-Integrationsbetrag CNOXAD. Zu diesem Zeitpunkt wird der bei Schritt 302 berechnete CNOX-Wert auf den vorangehenden CNOXAD-Wert aufaddiert und die Summe wird als ein CNOXAD-Wert von diesem Zeitpunkt verwendet (CNOXAD = CNOXAD + CNOX).
  • Andererseits bestimmt die CPU 31 in der Katalysatorverschlechterungserfassungsroutine von 9 bei Schritt 401, ob ein Zähler CCATDT „0" ist oder nicht. Unter der Bedingung, dass CCATDT = 0 ist, rückt die CPU 31 zu Schritt 402 vor. Die CPU 31 bestimmt bei Schritt 402, ob dies die Zeitgebung des Fettverbrennungssteuerstarts ist oder nicht.
  • Wenn bei Schritt 402 NEIN ausgegeben wird, schreitet die CPU 31 zu Schritt 403 vor und bestimmt, ob sie sich gegenwärtig bei der Magerverbrennungssteuerung befindet oder nicht. Wenn sie sich bei der Magerverbrennungssteuerung befindet, berechnet die CPU 31 einen Ausgabeglättungswert VOX2SM von der Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors bei Schritt 404 unter Verwendung der nachstehenden Gleichung. VOX2SM = (31/32)VOX2SM + (1/31)VOX2
  • Wenn bei Schritt 402 JA ausgegeben wird, schreitet die CPU 31 zu Schritt 405 vor und setzt einen vorbestimmten Wert „KCCATDT" für den Zähler CCATDT. Es ist ausreichend, dass der vorbestimmte Wert „KCCATDT" ca. dreimal so lang wie die Fettzeit TR ist. Wenn der vorbestimmte Wert KCCATDT gesetzt bzw. eingestellt ist, wird bei Schritt 401 ab dem nächsten Mal NEIN bestimmt. Die CPU 31 dekrementiert den Zähler „CCATDT" bei Schritt 406 um „1" und schreitet dann zu Schritt 500 vor.
  • Bei Schritt 500 berechnet die CPU 31 den integrierten Wert VOX2AD der Ausgabe des hinteren O2-Sensors in Übereinstimmung mit der Routine von 11, die später beschrieben wird. Bei Schritt 600 berechnet die CPU 31 den integrierten Fettgaswert AFAD in Übereinstimmung mit der Routine von 12, die nachstehend beschrieben wird.
  • Danach schreitet die CPU 31 zu Schritt 407 von 10 vor und bestimmt, ob der Zähler CCATDT „0" beträgt oder nicht. Falls CCATDT ≠ 0 ist, endet die CPU 31 die Routine unmittelbar. Wenn CCATDT in Übereinstimmung mit dem Rückwärtszählen bei Schritt 406 zu Null wird, schreitet die CPU 31 zu Schritt 408 vor und berechnet einen Verschlechterungsbestimmungswert NOXCONV unter Verwendung der folgenden Gleichung. NOXCONV = CNOXAD/(AFAD – VOX2AD)
  • Danach berechnet die CPU 31 das NOx-Reinigungsverhältnis aus dem NOXCONV-Wert unter Verwendung der Beziehung von 13 bei Schritt 409 und bestimmt den Verschlechterungsgrad des Katalysators auf Grundlage des NOx-Reinigungsverhältnisses unter Verwendung der Beziehung von 14. In 14 ist die Beziehung so gegeben, dass der Katalysatorverschlechterungsgrad niedriger wird, wenn das NOx-Reinigungsverhältnis höher wird, und dass im Gegensatz dazu der Katalysatorverschlechterungsgrad höher wird, wenn das NOx-Reinigungsverhältnis niedriger wird. Wenn in diesem Fall der Verschlechterungsgrad innerhalb eines schraffierten Bereichs von 14 liegt, wird das Ereignis der Verschlechterung bestimmt.
  • Wenn das Verschlechterungsereignis bei Schritt 410 bestimmt wird, setzt die CPU 31 den Verschlechterungserfassungsmerker XCAT bei Schritt 411 auf „1". Schließlich setzt die CPU 31 jeden der Werte von CNOXAD, VOX2AD und AFAD bei Schritt 412 auf „0" zurück endet die Routine.
  • Die Verarbeitung zur Berechnung des integrierten Werts VOX2AD der Ausgabe des hinteren O2-Sensors (Verarbeitung bei Schritt 500) wird unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm von 11 beschrieben. In der Verarbeitung subtrahiert die CPU 31 zunächst bei Schritt 501 einen geglätteten Wert VOX2SM der O2-Ausgabe (Berechnungswert bei Schritt 404 in 9) von der Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors bei jeder Gelegenheit und verwendet die Differenz als eine O2-Ausgabeabweichung VOX2DV (VOX2DV = VOX2 – VOX2SM). Bei Schritt 502 bestimmt die CPU 31, ob der absolute Wert der O2-Ausgabeabweichung VOX2DV gleich oder größer als 0,02V ist, das heißt, ob sich die Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors zu dieser Zeit von dem zurzeit der mageren Verbrennung gemessenen geglätteten Wert VOX2SM der O2-Ausgabe um mehr als „0,02V" zu der fetten Seite geändert hat.
  • In dem Fall von |VOX2DV| < 0,02V (NEIN bei Schritt 502), endet die CPU 31 die Routine unmittelbar und kehrt zu der ursprünglichen Routine von 9 und 10 zurück. In dem Fall von |VOX2DV| > 0,02V (JA bei Schritt 502) berechnet die CPU 31 bei Schritt 503 einen „VOX2DV1-Wert" aus dem Produkt der O2-Ausgabeabweichung VOX2DV und der Einlassluftmenge QA (VOX2DV1 = VOX2DV·QA). Die Einlassluftmenge QA wird bei jeder Gelegenheit auf Grundlage der Kraftmaschinendrehzahl Ne und des Einlassdrucks PM berechnet.
  • Ferner berechnet die CPU 31 bei Schritt 504 den integrierten Wert VOX2AD der Ausgabe des hinteren O2-Sensors, endet die Routine und kehrt zu der ursprünglichen Routine von 9 und 10 zurück. Bei Schritt 504 wird der berechnete VOX2DV1-Wert auf den vorangegangenen VOX2AD-Wert aufaddiert und die Summe wird als der VOX2AD-Wert zu dieser Zeit verwendet (VOX2AD = VOX2AD + VOX2DV1).
  • Die Verarbeitung zum Berechnen des Fettgasintegrationswerts AFAD (Verarbeitung von Schritt 600) wird unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm von 12 beschrieben. Bei der Verarbeitung subtrahiert die CPU 31 bei Schritt 601 eine Ausgabe AF (tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis) des A/F-Sensors 26 von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Standard AFSD (beispielsweise von dem stöchiometrischen Verhältnis λ = 1,0) und verwendet die Differenz als eine Fettabweichung AFDV (AFDV = AFSD – AF). In dem folgenden Schritt 602 bestimmt die CPU 31, ob „AFDV > 0" ist oder nicht, das heißt, ob das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF zu dieser Zeit bezüglich des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Standards AFSD an der fetten Seite liegt oder nicht.
  • Im Fall von AFDV ≤ 0 (NEIN bei Schritt 602) endet die CPU 31 die Routine unmittelbar und kehrt zur ursprünglichen Routine von 9 und 10 zurück. Im Fall von AFDV > 0 (JA bei Schritt 602) berechnet die CPU 31 eine Fettgasmenge AFDV1 aus dem Produkt der Fettabweichung AFDV und der Einlassluftmenge QA (AFDV1 = AFDV·QA) bei Schritt 603. Ferner berechnet die CPU 31 den Fettgasintegrationswert AFAD bei Schritt 604, endet die Routine und kehrt zu der ursprünglichen Routine von 9 und 10 zurück. Bei Schritt 604 wird der berechnete AFDV1-Wert auf den vorherigen AFAD-Wert addiert und die Summe wird als der AFAD-Wert zu dieser Zeit (AFAD = AFAD + AFDV1) verwendet.
  • Wie in 15 gezeigt ist, wird vor dem Zeitpunkt t11 die Verbrennungssteuerung mit magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt und der geglättete Wert VOX2SM der O2-Ausgabe wird bei jeder Gelegenheit aus der Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors berechnet (Schritt 404 in 9).
  • Zum Zeitpunkt t11 wird die Verbrennungssteuerung mit fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis gestartet und der vorbestimmte Wert KCCATDT wird auf den Zähler CCATDT eingestellt. Der NOx-Integrationsbetrag CNOXAD wird in der Zeitspanne berechnet, bis das Luft-Kraftstoff-Verhältnis an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators fett wird (Zeitspanne bei Zeitpunkt t12) (Verarbeitung von 7).
  • Wenn der Zähler CCATDT in einer Zeitspanne vom Zeitpunkt t11 bis zum Zeitpunkt t13 „0" wird, werden der integrierte Fettgaswert AFAD, der einem Teil S1 in dem Diagramm entspricht und der integrierte Wert VOX2AD der Ausgabe des hinteren O2-Sensors, der einem Teil S2 in dem Diagramm entspricht, berechnet (Schritte 600 und 500 in 9). Wenn zum Zeitpunkt t13 CCATDT zu „0" wird, wird der Verschlechterungsbestimmungswert NOXCONV aus dem CNOXAD-Wert, dem AFAD-Wert und dem VOX2AD-Wert berechnet und die Verschlechterungsbestimmung wird entsprechend des NOXCONV-Werts ausgeführt (Schritte 408 und 409 von 10). Nach dem Zeitpunkt t13 wird der geglättete Wert VOX2SM der O2-Ausgabe nochmals berechnet.
  • Wenn in 15 unterstellt wird, dass die Verschlechterung des NOx-Katalysators 14 schlimmer wird, dann nimmt die NOx-Absorptionskraft des Katalysators 14 ab. Folglich wird der integrierte Ausgabewert VOX2RD des hinteren O2-Sensors (Teil S2 in dem Diagramm) relativ zu dem integrierten Fettgaswert AFAD (Teil S1 in dem Diagramm) groß. Als ein Ergebnis nimmt das NOx-Reinigungsverhältnis ab. Durch die Abnahme in dem NOx-Reinigungsverhältnis wird die Katalysatorverschlechterung erfasst.
  • Wenn der NOx-Katalysator 14 durch in dem Kraftstoff oder in Schmieröl enthaltenen Schwefel vergiftet ist, nimmt die NOx-Absorptionskraft des Katalysators 14 ab und in der Verarbeitung von 9 und 10 wird das Ereignis der Verschlechterung erfasst. In dem Ausführungsbeispiel wird zum Regenerieren der Funktion des Katalysators, wenn die Verschlechterung des NOx-Katalysators 14 erfasst wurde, das Verhältnis der fetten Verbrennung, die während der mageren Verbrennung durchgeführt wird, so erhöht, dass die Temperatur (Katalysatortemperatur) des NOx-Katalysators 14 ansteigt und die stöchiometrische Steuerung bei dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von λ = 1 oder eine geringfügig fettseitige Steuerung wird durchgeführt. Wenn die fetten Komponenten (HC, CO) in einem Zustand zu dem Katalysator 14 zugeführt werden, in dem die Temperatur des NOx-Katalysators 14 hoch ist, wird das durch Schwefelvergiftung ausgebildete Sulfat BaSO4 gereinigt und der Schwefel wird abgegeben.
  • Ein Katalysatorregenerationsprozess wird beispielsweise in einem zweiten Zyklus durch die CPU 31 ausgeführt, wie in 16 gezeigt ist. Zunächst bestimmt die CPU 31 bei Schritt 701, ob der Verschlechterungserfassungsmerker XCAT auf „1" gesetzt ist oder nicht. Wenn das Ereignis der Katalysatorverschlechterung durch die Verarbeitung von 9 und 10 und durch XCAT = 1 erfasst ist, hält die CPU 31 den Katalysatorregenerationsprozess für notwendig, rückt zu Schritt 702 vor und bestimmt, ob der Regenerationsverarbeitungsmerker XSRET, der anzeigt, dass der Katalysatorregenerationsprozess ausgeübt wird, „1" beträgt.
  • Im Fall von XSRET = 0 führt die CPU 31 Schritte 703 und 704 aus und schreitet dann zu Schritt 705 vor. Im Fall von XSRET = 1 springt die CPU 31 zu Schritt 705. Insbesondere im Fall von XSRET = 0 setzt die CPU 31 bei Schritt 703 den Zähler CSRET auf einen vorbestimmten Wert „KCSRET" und setzt bei Schritt 704 den Regenerationsverarbeitungsmerker XSRET auf „1". Es ist ausreichend, dass der vorbestimmte Wert KCSRET beispielsweise ca. 1 Minute beträgt.
  • Danach dekrementiert die CPU 31 den Zähler CSRET bei Schritt 705 um „1" und bestimmt bei Schritt 746, ob der Zähler CSRET „0" beträgt oder nicht. Falls CSRET ≠ 0 ist, setzt die CPU 31 das Zeitverhältnis zwischen der mageren Zeit und der fetten Zeit bei Schritt 707 auf „5:1". In diesem Fall wird durch Ändern des Zeitverhältnisses zwischen der mageren Zeit und der fetten Zeit von dem normalen Verhältnis von „50:1" auf „5:1" das Verhältnis bzw. der Anteil der fetten Verbrennung erhöht und die Temperatur des NOx-Katalysators 14 nimmt allmählich zu.
  • Als ein Ergebnis ist zu erkennen, dass das Verhältnis „magere Zeit/fette Zeit" und der Katalysatortemperaturzunahmebereich die Beziehung von 18 haben. Wenn das Verhältnis aus magerer Zeit/fetter Zeit auf „5" gesetzt ist, wird ein Temperaturanstieg auf ca. 90°C erwartet. Aus 18 ist zu verstehen, dass der Katalysatortemperaturzunahmebereich durch Erhöhen des Anteils der fetten Zeit zunimmt.
  • Wenn CSRET in Übereinstimmung mit dem Rückwärtszählen von Schritt 705 „0" wird, dann rückt die CPU 31 zu Schritt 708 vor. Die CPU 31 inkrementiert einen weiteren Zähler CSRICH bei Schritt 708 um „1" und bestimmt bei Schritt 709, ob der Zähler CSRICH den vorbestimmten Wert „KCSRICH" erreicht oder nicht. Es ist ausreichend, dass der vorbestimmte Wert KCSRICH beispielsweise ca. drei Minuten beträgt. Falls CSRICH ≥ KCSRICH ist, rückt die CPU 31 zu Schritt 710 vor und führt die stöchiometrische Steuerung mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von λ = 1 aus. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann bei Schritt 710 ebenso durch die geringfügig fettseitige Steuerung gesteuert werden.
  • Wenn der Zähler CSRICH den vorbestimmten Wert KCSRICH erreicht, dann schreitet die CPU 31 zu Schritt 711 vor und stellt sowohl den Regenerationsverarbeitungsmerker XSRET als auch den Zähler CSRICH auf „0" zurück. Das heißt, es wird berücksichtigt, dass die Serie der Katalysatorregenerationsverarbeitung vollendet wurde und die normale Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung, bei der das Zeitverhältnis zwischen der mageren Zeit und der fetten Zeit auf „50:1" gesetzt ist, wird wieder gestartet, wenn der Regenerationsverarbeitungsmerker XSRET zurückgesetzt ist.
  • Andererseits schreitet die CPU 31 im Fall von NEIN bei Schritt 701 (XCAT = 0) zu Schritt 712 vor, setzt sowohl XSRET, CSRET als auch CSRICH auf „0" zurück und endet diese Routine.
  • Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf Grundlage der Verarbeitung von 16 gesteuert wird (wenn Schritte 707 und 710 ausgeführt werden), dann nimmt die Steuerung den Vorrang gegenüber der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung auf Grundlage der Verarbeitung von 3. Beispielsweise wird in der Zeitspanne, während der der Regenerationsverarbeitungsmerker XSRET auf „1" gesetzt ist, ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTG, das in 3 gezeigt ist, ungültig gemacht und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird in Übereinstimmung mit der Verarbeitung bei Schritten 707 und 710 in 16 gesteuert.
  • Nachdem die Katalysatorregenationsverarbeitung in 16 ausgeübt wird, um zu bestimmen, ob die Schwefelvergiftung durch den Regenerationsprozess beseitigt wurde oder nicht, wird die Verarbeitung von 7 durchgeführt. Das heißt, die CPU 31 bestimmt bei Schritt 801, ob die in 9 und 10 gezeigte Katalysatorverschlechterungserfassungsverarbeitung nach der Regenerationsverarbeitung durchgeführt wurde oder nicht. Die CPU 31 bestimmt bei Schritt 802, ob ein Fehlfunktionsereignismerker XSDGLMP auf „0" gesetzt ist oder nicht. Die CPU 31 bestimmt bei Schritt 803, ob der Bestimmungserfassungsmerker XCAT auf „1" gesetzt ist oder nicht.
  • Wenn in allen Schritten 801 bis 803 JA ausgegeben wird, schreitet die CPU 31 zu Schritt 804 vor. Die CPU 31 schaltet bei Schritt 804 das MIL (Fehlfunktionsanzeigelicht) an, um den Fahrer wegen des Ereignisses einer Fehlfunktion zu warnen und setzt bei Schritt 805 den Fehlfunktionsereignismerker XSDGLMP auf „1". Wenn ungeachtet der Regenerationsverarbeitung von 16 der Verschlechterungszustand des NOx-Katalysators 14 kontinuierlich erfasst wird, wird insbesondere der Katalysator 14 als nicht regenerierbar betrachtet und das Ereignis einer Fehlfunktion wird als endgültig bestimmt. Wenn das Eintreten einer Fehlfunktion zuletzt bestimmt wird, wird die magere Verbrennungssteuerung danach verhindert und die Steuerung bei dem stöchiometrischen Verhältnis (beispielsweise λ = 1) wird durchgeführt.
  • Unter Verwendung des Zeitgebungsschaubilds von 19 wird nun der Steuerbetrieb beschrieben. In 19 wird vor dem Zeitpunkt t21 eine normale Mager-/Fettverbrennungssteuerung ausgeführt. Beispielsweise werden die Magerverbrennungssteuerung und die Fettverbrennungssteuerung wiederholtermaßen bei dem Zeitverhältnis von beispielsweise „50:1" ausgeführt. In Übereinstimmung mit der Verarbeitung von 9 und 10 wird die Verarbeitung zum Erfassen der Verschlechterung des NOx-Katalysators 14 auf Grundlage des NOx-Reinigungs-Verhältnisses bei jeder Gelegenheit ausgeführt.
  • Wenn zum Zeitpunkt t21 das Ereignis der Katalysatorverschlechterung erfasst wird, dann wird der Verschlechterungserfassungsmerker XCAT auf „1" gesetzt (Schritt 411 in 10). Danach wird die Katalysatorregenerationsverarbeitung in Schritt 16 zum Zeitpunkt t22 gestartet und der Regenerationsverarbeitungsmerker XSRET wird in Zusammenhang mit der Ausübung der Katalysatorregenerationsverarbeitung auf „1" gesetzt (Schritt 704 in 16). Nach dem Zeitpunkt t22 werden die Magerverbrennungssteuerung und die Fettverbrennungssteuerung wiederholtermaßen bei dem Zeitverhältnis von „5:1" ausgeführt (Schritt 707 in 16).
  • Wenn der Anteil der Fettverbrennungssteuerung zum Zeitpunkt t22 erhöht wird, dann werden die fetten Komponenten (unverbranntes HC) in den Abgasen eher übermäßig. Folglich nimmt die Wärmemenge zu, die beim Oxidieren der unverbrannten HC in dem NOx-Katalysator 14 erzeugt wird, und die Katalysatortemperatur steigt an. Im Fall des Ausführungsbeispiels wird durch Erhöhen des Anteils der Fettverbrennungssteuerung auf „5:1" der Temperaturanstieg auf ca. 90°C realisiert.
  • Nach dem Starten der Regenerationsverarbeitung wird zum Zeitpunkt t23, wenn eine dem vorbestimmten Wert KCSRET entsprechende Zeit verstrichen ist, die Steuerung beim stöchiometrischen Verhältnis, bei dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFTG auf „1,0" eingestellt ist, gestartet (Schritt 710 in 16).
  • Danach wird zum Zeitpunkt t24, wenn eine dem vorbestimmten Wert KCSRICH entsprechende Zeit verstrichen ist, der Regenerationsverarbeitungsmerker XSRET auf „0" zurückgesetzt und die normale Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung, bei der das Zeitverhältnis zwischen der Magerverbrennungssteuerung und der Fettverbrennungssteuerung auf „50:1" eingestellt ist, wird wieder gestartet.
  • Nach dem Zeitpunkt t24 wird die Katalysatorverschlechterungserfassungsverarbeitung von 9 und 10 erneut ausgeführt und es wird bestimmt, ob die NOx-Absorptionskraft des NOx-Katalysators 14 wiederhergestellt ist oder nicht. Wenn die NOx-Absorptionskraft zu diesem Zeitpunkt wiederhergestellt ist, wird der Verschlechterungserfassungsmerker XCAT auf „0" zurückgesetzt, wie dies in dem Schaubild gezeigt ist. Wenn im Gegensatz dazu die NOx-Absorptionskraft noch nicht wiederhergestellt ist, wird der Verschlechterungserfassungsmerker XCAT bei „1" gehalten.
  • Wenn die Verarbeitung von 18 nach der Regenerationsverarbeitung ausgeführt wird und die NOx-Absorptionskraft nicht wiederhergestellt ist (XCAT = 1), dann wird der Fehlfunktionsereignismerker XSDGLMP (nicht gezeigt) auf „1" gesetzt. Ferner wird das Fehlfunktionsanzeigelicht eingeschaltet und der Fahrer wird vom Eintreten einer Fehlfunktion in Kenntnis gesetzt.
  • In dem Ausführungsbeispiel entspricht Schritt 707 in 16 der in den Ansprüchen beschriebenen Temperaturerhöhungseinrichtung und Schritt 710 entspricht der Katalysatorregenerationseinrichtung. Die Verarbeitung von 9 und 10 entspricht der Verschlechterungserfassungseinrichtung.
  • Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel können die folgenden Vorteile erhalten werden.
  • Wenn das Ereignis der Verschlechterung des NOx-Katalysators 14 erfasst ist, das heißt, wenn die NOx-Absorptionsmenge des NOx-Katalysators 14 auf unterhalb des vorbestimmten Werts abfällt, dann wird das Verhältnis von Fettverbrennung zu Magerverbrennung erhöht, um den Anstieg der Katalysatortemperatur zu ermöglichen. Nach dem Anstieg der Katalysatortemperatur wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das stöchiometrische Verhältnis (λ = 1) gesteuert, um den NOx-Katalysator 14 zu regenerieren. In diesem Fall werden im Unterschied zu einem herkömmlichen System die magere Fehlzündung und die Verspätung der Zündzeitgebung nicht zwangsweise durchgeführt, sodass unerwartete Drehmomentschwankungen und eine Verschlechterung in den Emissionen nicht hervorgerufen werden. Als ein Ergebnis kann ein an dem NOx-Katalysator 14 adsorbierter Schwefel auf geeignete Weise abgegeben werden, während die herkömmlichen Nachteile vermieden werden.
  • Durch Ausführen der Regenerationsverarbeitung des NOx-Katalysators 14, wie sie vorstehend erwähnt wurde, kann NOx auf geeignete Weise durch den Katalysator 14 gereinigt werden und die Abgasemission kann in einem guten Zustand gehalten werden.
  • Indem die Regenerationsverarbeitung des NOx-Katalysators 14 dann ausgeübt wird, wenn eine Verschlechterung des Katalysators 14 eintritt, selbst wenn der Katalysator durch die Schwefelvergiftung einen verschlechterten Zustand betritt, kann der Zustand unmittelbar beseitigt werden. Indem die Regenerationsverarbeitung lediglich dann ausgeführt wird, wenn sich der Katalysator verschlechtert, kann ein Einfluss auf die anderen Steuerungen, etwa eine häufige Unterbrechung der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Magerverbrennungssteuerung minimiert werden.
  • Ferner wird nach der Ausübung der Katalysatorregenerationsverarbeitung nicht überprüft, ob die NOx-Absorptionskraft des NOx-Katalysators 14 wiederhergestellt wurde oder nicht. Falls die NOx-Absorptionskraft noch nicht wiederhergestellt wurde, wird eine Fehlfunktion des Katalysators bestimmt. Wenn der NOx-Katalysator beispielsweise einer hohen Wärme ausgesetzt ist und eine Wärmeverschlechterung auftritt, selbst wenn die Regenerationsverarbeitung durchgeführt wird, wird die NOx-Absorptionskraft nicht wiederhergestellt. In einem solchen Fall wird daher das Ereignis der Fehlfunktion bestimmt und es wird gewarnt, um einen Teileaustausch oder dergleichen zu erzwingen.
  • Gemäß der in 9 und 10 gezeigten Verarbeitung zum Erfassen der Katalysatorverschlechterung kann die NOx-Absorptionskraft präzise bestimmt werden, während widergespiegelt wird, wie fett zu dem NOx-Katalysator 14 zugeführte Abgase werden oder wie hoch der Fettheitsgrad wird. Die Verschlechterung des NOx-Katalysators 14 kann daher präzise erfasst werden.
  • Das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung kann folgendermaßen modifiziert werden.
  • Obwohl die Verschlechterung des NOx-Katalysators 14 gemäß der Verarbeitung von 9 und 10 in dem vorgehenden Ausführungsbeispiel erfasst wird, kann die Erfassung geändert werden. Die NOx-Absorptionskraft des NOx-Katalysators 14 wird auf Grundlage der Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors (Ausgabe des O2-Sensors 27 stromabwärts des Katalysators) zum Zeitpunkt der fetten Verbrennung erfasst und der Grad der Katalysatorverschlechterung wird aus der NOx-Absorptionskraft erfasst. Genauer gesagt wird die NOx-Absorptionskraft des NOx-Katalysators 14 auf Grundlage des Ausschlagwerts der Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors, eines zeitintegrierten Wert (Fläche) oder dem Ort abgeschätzt. Das heißt, wenn sich der Verschlechterungsgrad des NOx-Katalysators 14 ändert, wie in 20 gezeigt ist, ändert sich beispielsweise der Spitzenwert der Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors. Da der Spitzenwert von 20B größer als der von 20A ist, wird bestimmt, dass die Katalysatorverschlechterung schlimmer geworden ist.
  • Andererseits kann, solange keine außergewöhnlichen Unregelmäßigkeiten auftreten, davon ausgegangen werden, dass die Katalysatorverschlechterung bei in etwa der gleichen Geschwindigkeit mit dem Verstreichen der Zeit schlimmer wird. Es wird daher angenommen, dass die NOx-Absorptionskraft zu einem Zeitpunkt gereinigt wird, wenn eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist oder wenn das Fahrzeug eine vorbestimmte Strecke gefahren ist und die Katalysatorregenerationsverarbeitung wird ausgeführt.
  • In dem vorgehenden Ausführungsbeispiel wird nach der Ausübung der Katalysatorregenerationsverarbeitung (Verarbeitung von 16) bestimmt, ob die NOx-Absorptionskraft wiederhergestellt wurde oder nicht. Falls die NOx-Absorptionskraft noch nicht wiederhergestellt wurde, wird davon ausgegangen, dass der Katalysator einen nicht regenerierbaren Zustand, etwa eine Wärmeverschlechterung betritt, und es wird das Auftreten einer Fehlfunktion bestimmt. Eine solche Konstruktion kann geändert werden. Wenn bestimmt wird, dass sich die NOx-Absorptionskraft nach Vollendung der Katalysatorregenerationsverarbeitung noch nicht wiederhergestellt hat, wird die Katalysatorregenerationsverarbeitung nochmals durchgeführt und danach wird nochmals bestimmt, ob die NOx-Absorptionskraft wiederhergestellt wurde oder nicht (maximale Anzahl von Malen, mit denen die Regenerationsverarbeitung ausgeführt wird, wird auf ca. 10 eingestellt). Wenn die Regenerationsverarbeitung mehrere Male in der nachfolgenden Regenerationsverarbeitung ausgeübt wird, dann kann die Effizienz der Regenerationsverarbeitung verbessert werden, indem der Katalysatortemperaturzunahmebereich vergrößert wird, indem das Zeitverhältnis zwischen der Magerverbrennungssteuerung und der Fettverbrennungssteuerung verkleinert wird (18).
  • Es wird bestimmt, ob in dem Grad der Katalysatorverschlechterung (NOx-Absorptionskraft) zwischen vor und nach der Regenerationsverarbeitung eine Änderung vorhanden ist. Wenn der Katalysatorverschlechterungsgrad verringert ist, weil eine Möglichkeit einer Regeneration besteht, wird die Wiederausübung der Regenerationsverarbeitung zugelassen. Falls sich der Katalysatorverschlechterungsgrad nicht geändert hat, wird davon ausgegangen, dass keine Möglichkeit der Regeneration besteht und das Ereignis einer Fehlfunktion wird endgültig bestimmt (die Regenerationsverarbeitung wird nicht fortgeführt). In diesem Fall kann eine viel zuverlässigere Katalysatorregenerationsverarbeitung realisiert werden. Genauer gesagt wird die Verarbeitung von 21 durchgeführt. Die Verarbeitung von 21 wird erhalten, indem ein Teil der Verarbeitung von 17 geändert wird und lediglich von 17 unterschiedliche Punkte werden nachstehend beschrieben. Um genau zu sein, bestimmt die CPU 31 nach der Ausübung von Schritten 801 bis 803 bei Schritt 901, auf Grundlage von Werten des Verschlechterungsgrads, die vor und nach der Regenerationsverarbeitung gespeichert wurden, ob der Grad der Katalysatorverschlechterung abgenommen hat oder nicht. Wenn der Grad der Katalysatorverschlechterung nicht abgenommen hat, dann wird das Ereignis einer Fehlfunktion bestimmt (Schritt 804 und 805). Falls der Grad der Katalysatorverschlechterung abgenommen hat, schreitet die CPU 31 zu Schritt 902 vor und führt die Katalysatorregenerationsverarbeitung (Verarbeitung von 16) nochmals aus.
  • In dem Fall, in dem die Katalysatorregenerationsverarbeitung durchgeführt wird, ist es zudem möglich, den Grad der Fettheit zu dem Zeitpunkt der Fettverbrennungssteuerung als den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerparameter zu verwenden und den Grad der Fettheit zu erhöhen, um dadurch die Katalysatortemperatur zu erhöhen. Die Katalysatortemperatur kann zudem erhöht werden, indem die Parameter sowohl des Zeitverhältnisses zwischen der mageren Zeit und der fetten Zeit als auch des Grads der Fettheit verwendet werden. Kurz gesagt kann jede Konstruktion eingesetzt werden, solange die Katalysatortemperatur erhöht werden kann, indem das Verhältnis zwischen der Magerverbrennung und der Fettverbrennung variabel eingestellt werden kann. In jedem dieser Fälle kann eine gewünschte Katalysatortemperaturerhöhungsaktion erhalten werden, während die unerwarteten Drehmomentschwankungen und die Verschlechterung der Emission vermieden wird, wie vorstehend beschrieben ist.
  • [Zweites Ausführungsbeispiel]
  • In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die in 22 gezeigte Katalysatorverschlechterungserfassung realisiert.
  • Zunächst bestimmt die CPU 31 bei Schritt 2301, ob die Anforderungen zum Ausüben der Verschlechterungserfassung erfüllt sind oder nicht. Die Anforderungen zum Ausüben der Verschlechterungserfassung beinhalten, dass die fette Zeit kürzer als eine vorbestimmte Zeit ist. Da beispielsweise in dem Zustand von 20 der Spitzenwert der Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors bestimmt werden kann, sind die Anforderungen erfüllt. Da in dem Zustand von 24 der Spitzenwert der Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors nicht bestimmt werden kann, sind die Anforderungen nicht erfüllt. Es können auch die nachstehend aufgelisteten Anforderungen zum Ausüben beinhaltet sein.
  • Der Grad der Fettheit liegt innerhalb eines vorbestimmten Bereichs.
  • Die magere Zeit oder die fette Zeit in dem Ereignis einer mageren Verbrennung liegt innerhalb eines vorbestimmten Bereichs.
  • Es liegt ein stetiger Betriebszustand vor, in dem die Katalysatortemperatur ca. 350°C beträgt.
  • Wenn die vorgenannten Ausübungsanforderungen erfüllt sind, schreitet die CPU 31 zu Schritt 2302 vor. Wenn sie nicht erfüllt sind, wird die Routine einmal unmittelbar beendet.
  • Danach bestimmt die CPU 31 bei Schritt 2302, ob der Zähler CCATDT „0" beträgt oder nicht. Unter der Bedingung, dass CCATDT = 0 ist, schreitet die CPU 31 zu Schritt 2303 vor. Die CPU 31 bestimmt bei Schritt 2303, ob die Startzeitgebung der Fettverbrennungssteuerung vorliegt oder nicht. Wenn bei Schritt 2303 JA vorliegt, schreitet die CPU 31 zu Schritt 2304 vor und setzt den vorbestimmten Wert „KCCATDT" auf den Zähler CCATDT. Es ist ausreichend, den vorbestimmten Wert KCCATDT auf eine Zeit zu setzen, die ca. dreimal so lang wie die fette Zeit TR ist.
  • Beispielsweise bestimmt die CPU 31 zum Zeitpunkt t2 in 6, dass es sich um die Startzeitgebung der Fettverbrennungssteuerung (JA) bei Schritt 2303 handelt und der vorbestimmte Wert KCCATDT wird zum Zeitpunkt t2 eingestellt. Wenn bei Schritt 2303 NEIN vorliegt, endet die CPU 31 die Routine unmittelbar.
  • Wenn der vorbestimmte Wert KCCATDT zum Beginn des Fettverbrennungssteuerstarts eingestellt wird, wie vorstehend erwähnt ist, bestimmt die CPU 31 bei Schritt 2302 vom nächsten Zeitpunkt an NEIN. Die CPU 31 dekrementiert den Zähler bei Schritt 2305 um „1" und schreitet zu Schritt 2306 vor.
  • Die CPU 31 bestimmt bei Schritt 2306, ob der Zähler CCATDT „0" anzeigt oder nicht. Falls CCATDT ≠ 0 ist, rückt die CPU 31 zu Schritt 2307 vor und bestimmt, ob die Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors größer als der Wert Vmax ist, der das Maximum bis zur vorhergehenden Zeit ist. Falls VOX2 > Vmax ist, schreitet die CPU 31 zu Schritt 2308 vor und führt den maximalen Wert Vmax zu diesem Zeitpunkt auf die Sensorausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors nach. Falls VOX2 ≤ Vmax ist, endet die CPU 31 die Routine unmittelbar. Das heißt, durch wiederholtes Ausführen von Schritten 2307 und 2308 kann der Spitzenwert der Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors erhalten werden.
  • Wenn andererseits CCATDT = 0 ist und bei Schritt 2306 JA vorliegt, schreitet die CPU 31 zu Schritt 2309 und schätzt die NOx-Absorptionsmenge des NOx-Katalysators 14 auf Grundlage des berechneten Maximalwerts Vmax (Ausgabespitzenwert des hinteren O2-Sensors) der Ausgabe des hinteren O2-Sensors ab. Zu diesem Zeitpunkt wird in so einer Art und Weise abgeschätzt, dass die NOx-Absorptionsmenge umso kleiner ist, je größer der Ausgabemaximalwert Vmax des hinteren O2-Sensors ist.
  • Danach bestimmt die CPU 3l bei Schritt 2310 den Verschlechterungsgrad des NOx-Katalysators 14 auf der Grundlage der abgeschätzten NOx-Absorptionsmenge unter Verwendung der Beziehung von 23. 23 zeigt die Beziehung so, dass dann, wenn die abgeschätzte NOx-Absorptionsmenge zunimmt (wenn der Ausgabespitzenwert des hinteren O2-Sensors abnimmt), der Katalysatorverschlechterungsgrad niedriger wird und dass im Gegensatz dazu dann, wenn die NOx-Absorptionsmenge abnimmt (wenn der Ausgabespitzenwert des hinteren O2-Sensors zunimmt) der Katalysatorverschlechterungsgrad höher wird. In diesem Fall wird in dem schraffierten Bereich von 23 das Ereignis der Verschlechterung bestimmt.
  • Wenn das Ereignis der Verschlechterung bei Schritt 2310 bestimmt ist, dann schaltet die CPU 31 das MIL (Fehlfunktionsanzeigelicht) bei Schritt 2311 an, um den Fahrer von dem Ereignis einer Fehlfunktion in Kenntnis zu setzen und führt die Regenerationsverarbeitung zum Wiederherstellen der NOx-Absorptionskraft aus. Schließlich setzt die CPU 31 den Maximalwert Vmax der Ausgabe des hinteren O2-Sensors bei Schritt 2312 auf „0" zurück und beendet die Routine.
  • Bei der Regenerationsverarbeitung bei Schritt 2311 wird beispielsweise eine Verarbeitung zum Beseitigen der Schwefelvergiftung ausgeführt, die die Hauptursache der Katalysatorverschlechterung ist. Da die Regenerationsverarbeitung nicht der Kern dieses Falls ist, wird eine ausführliche Beschreibung ausgelassen, sondern es wird lediglich deren Schema kurz beschrieben. Die Temperatur des NOx-Katalysators 14 (Katalysatortemperatur) wird angehoben, indem der Anteil der Fettverbrennung erhöht wird, die in der Magerverbrennung ausgeführt wird, und die Steuerung an dem stöchiometrischen Verhältnis mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von λ = 1 oder die geringfügig fettseitige Steuerung wird durchgeführt. Wenn die fetten Komponenten (HC, CO) in einem Zustand zu dem NOx-Katalysator 14 zugeführt werden, in dem die Temperatur des Katalysators 14 hoch ist, wird durch die Schwefelvergiftung gebildetes Sulfat BaSO4 gereinigt und Schwefel wird abgegeben. Somit wird der NOx-Katalysator 14 regeneriert.
  • Wenn der Verschlechterungszustand des NOx-Katalysators 14 ungeachtet der Katalysatorregenerationsverarbeitung kontinuierlich erfasst wird, dann wird angenommen, dass der Katalysator 14 in einem nicht regenerierbaren Zustand vorliegt und das Ereignis einer Fehlfunktion wird endgültig bestimmt. Wenn das Eintreten der Fehlfunktion endgültig bestimmt ist, wird die Magerverbrennungssteuerung danach verhindert und es wird beispielsweise eine Steuerung beim stöchiometrischen Verhältnis bei dem Luft-Kraftstoff- Verhältnis λ = 1 ausgeführt. Nachdem das Ereignis der Fehlfunktion endgültig bestimmt ist kann das MIL eingeschalten werden.
  • In dem Ausführungsbeispiel wird die NOx-Absorptionskraft des NOx-Katalysators auf Grundlage des Spitzenwerts der Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors zum Zeitpunkt der fetten Verbrennung abgeschätzt und die Verschlechterung des Katalysators 14 wird auf Grundlage der abgeschätzten NOx-Absorptionskraft erfasst. Mit dieser Konstruktion kann die NOx-Absorptionskraft präzise bestimmt werden, während widergespiegelt wird, wie fett die zu dem NOx-Katalysator 14 zugeführten Abgase werden oder wie hoch der Grad der Fettheit wird. Selbst wenn in diesem Fall eine sehr kleine Menge von fetten Komponenten zu der stromabwärtigen Seite des Katalysators strömen und sich der Sensorausgabewert auf die fette Seite ändert, bevor das absorbierte NOx gereinigt wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett wird, kann bei jeder Gelegenheit eine genaue Sensorausgabeinformation gemäß dem Zustand der Katalysatorverschlechterung erhalten werden. Als ein Ergebnis kann die Verschlechterung des NOx-Katalysators 14 präzise erfasst werden.
  • Die Anforderungen zum Ausüben der Verschlechterungserfassung sind festgelegt und beispielsweise lediglich dann, wenn die fette Zeit kürzer als ein vorbestimmter Wert ist, wird die NOx-Absorptionskraft abgeschätzt. In diesem Fall kann durch Durchführen der Verschlechterungserfassung lediglich dann, wenn die Fettgasmenge kleiner als der vorbestimmte Wert ist, die Zuverlässigkeit erhöht werden.
  • [Drittes Ausführungsbeispiel]
  • Wie in 25 gezeigt ist, ist in diesem Ausführungsbeispiel ein als ein Startkatalysator dienender Dreiwegekatalysator 15 stromaufwärts des NOx-Katalysators 14 angeordnet. Genauer gesagt hat der Dreiwegekatalysator 15 eine Kapazität, die kleiner als die des NOx-Katalysators 14 ist, er wird bei einer frühen Stufe nach dem Start der Kraftmaschine 1 bei niedriger Temperatur aktiviert und reinigt schädliche Gase. Der A/F-Sensor 26 ist stromaufwärts des Dreiwegekatalysators 15 angeordnet und der O2-Sensor 27 ist stromabwärts des NOx-Katalysators 14 vorgesehen.
  • In diesem Fall speichert der stromaufwärtige Dreiwegekatalysator 15 zeitweise Sauerstoff in den Abgasen zum Zeitpunkt der mageren Verbrennung. Die fetten Komponenten (HC, CO) und der gespeicherte Sauerstoff in dem Dreiwegekatalysator 15 reagieren daher zum Zeitpunkt der fetten Verbrennung miteinander. Nach Vollendung der Reaktion werden die fetten Komponenten dem NOx-Katalysator 14 zugeführt. Die Sauerstoffspeicherkraft des Dreiwegekatalysators 15 ändert sich gemäß dem Verschlechterungsgrad des Dreiwegekatalysators 15. Es ist bekannt, dass beispielsweise dann, wenn die Katalysatorverschlechterung fortschreitet, die Sauerstoffspeicherkraft verringert wird.
  • In dem Ausführungsbeispiel wird der Grad der Verschlechterung des Dreiwegekatalysators 15 erfasst und die Steuerung bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird gemäß dem Grad der Katalysatorverschlechterung durchgeführt. In einem solchen Fall bestimmt die CPU 31 bei jeder Gelegenheit die Fettverbrennungssteuermenge in Übereinstimmung mit dem Katalysatorverschlechterungsgrad durch Verwendung der Beziehung von 26. Wenn in 26 der Katalysatorverschlechterungsgrad niedrig ist, ist die Sauerstoffspeicherkraft des Dreiwegekatalysators 15 hoch, sodass ein relativ großer Fettverbrennungssteuerbetrag eingestellt ist. Das heißt, die Fortdauer der Fettverbrennungssteuerung wird auf relativ lang eingestellt. Wenn der Katalysatorverschlechterungsgrad hoch ist, ist die Sauerstoffspeicherkraft des Dreiwegekatalysators 15 niedrig, sodass ein relativ kleiner Fettverbrennungssteuerbetrag eingestellt ist. Das heißt, die Fortführdauer der Fettverbrennungssteuerung wird auf relativ kurz eingestellt.
  • Wenn der Fettverbrennungssteuerbetrag (fette Zeit) gemäß dem Verschlechterungsgrad des Dreiwegekatalysators 15 eingestellt ist, wie dies vorstehend erwähnt ist, kann immer eine vorbestimmte Menge von fetten Gasen zu dem NOx-Katalysator 14 zugeführt werden. Daher kann die Verschlechterung des Katalysators 14 auf Grundlage der Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors erfasst werden. In diesem Fall wird der Grad der Verschlechterung des NOx-Katalysators 14 in Übereinstimmung mit dem Spitzenwert der Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors zu dem Zeitpunkt der fetten Verbrennung erfasst, indem die Katalysatorverschlechterungserfassungsverarbeitung von 9 und 10 verwendet wird.
  • Als ein Verfahren zum Erfassen des Verschlechterungsgrads des Dreiwegekatalysators 15 kann beispielsweise ein in der JP-A Nr. 8-338286 des Anmelders der vorliegenden Erfindung offenbartes Verfahren angewendet werden. Das Katalysatorverschlechterungserfassungsverfahren wird kurz beschrieben. Die CPU 31 führt eine Rückkopplungsuntersteuerung durch, sodass die Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors (Ausgabe des O2-Sensors 27 stromabwärts des Katalysators) mit einem Soll-Wert übereinstimmt und ein integrierter Wert der Abweichung der Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors erhalten wird. Der Verschlechterungsgrad des Dreiwegekatalysators 15 wird auf Grundlage des integrierten Werts der VOX2-Abweichung erfasst. In diesem Fall wird ein umso höherer Katalysatorverschlechterungsgrad erfasst, je kleiner der integrierte Wert der VOX2-Abweichung ist.
  • Unter Bezugnahme auf Zeitgebungsschaubilder von 27A und 27B wird der Betrieb des Ausführungsbeispiels beschrieben. 27A und 27B zeigen Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und dergleichen mit Bezug auf den Fall, bei dem der Dreiwegekatalysator 15 neu ist, und dem Fall, bei dem sich der Katalysator 15 verschlechtert hat. Zum Zeitpunkt t21 in 27A wird die Fortdauer der Fettverbrennungssteuerung auf Grundlage des Verschlechterungsgrads des Dreiwegekatalysators 15 zu dieser Zeit eingestellt und die Fettverbrennungssteuerung wird gemäß der Fortdauer gestartet.
  • Danach erreichen zum Zeitpunkt t22 die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse stromaufwärts und stromabwärts des Dreiwegekatalysators 15 das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1). Obwohl das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromaufwärts des Dreiwegekatalysators 15 bezüglich des stöchiometrischen Verhältnisses unmittelbar zu der fetten Seite verschoben ist, ist in dem Dreiwegekatalysator 15 der zum Zeitpunkt der Magerverbrennungssteuerung gespeicherte Sauerstoff vorhanden, sodass der gespeicherte Sauerstoff und die fetten Komponenten (HC, CO und dergleichen) in den Abgasen miteinander reagieren und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts des Dreiwegekatalysators 15 wird einmal bei dem stöchiometrischen Verhältnis gehalten. Nach Vollendung der Reaktion zwischen dem gespeicherten Sauerstoff und den fetten Komponenten verschiebt sich das Luft-Kraftstoff- Verhältnis stromabwärts des Dreiwegekatalysators 15 auf die fette Seite (Zeitpunkt t23). Nach dem Zeitpunkt t23 werden die fetten Komponenten zu der Seite des NOx-Katalysators 14 zugeführt, sodass in dem Katalysator 15 absorbiertes NOx gereinigt und ausgelassen wird.
  • Zum Zeitpunkt t24 wird die Magerverbrennungssteuerung wieder gestartet, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts des Dreiwegekatalysators 15 wird lediglich für eine vorbestimmte Zeitspanne (Zeit t25 bis t26), während der die mageren Komponenten in den von der stromaufwärtigen Seite zugeführten Abgasen und die in dem Katalysator 15 gespeicherten fetten Komponenten miteinander reagieren, bei dem stöchiometrischen Verhältnis gehalten, und dann kehrt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem Magerverbrennungssteuerwert zurück.
  • Wenn sich andererseits der Dreiwegekatalysator 15 verschlechtert, wie in 27B gezeigt ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Zeitpunkt t31 von der mageren Seite auf die fette Seite umgeschaltet und die Fortdauer der Fettverbrennungssteuerung wird auf Grundlage des Verschlechterungsgrads des Dreiwegekatalysators 15 eingestellt. Da in diesem Fall die Verschlechterung des Dreiwegekatalysators 15 schlimmer geworden ist, ist ein relativ kleiner Fettverbrennungssteuerbetrag gegeben (26).
  • Wenn zum Zeitpunkt t32 die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse stromaufwärts und stromabwärts des Dreiwegekatalysators 15 das stöchiometrische Verhältnis (λ = 1) erreichen, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts des Dreiwegekatalysators 15 einmal bei dem stöchiometrischen Verhältnis gehalten. Da sich der Dreiwegekatalysator 15 verschlechtert hat ist die Menge von in dem Katalysator gespeichertem Sauerstoff klein und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis verschiebt sich schneller als im Fall von 27A (Zeit t33) zu der fetten Seite. Das heißt, die Zeit von t32 bis t33 in 27B, während der in dem Dreiwegekatalysator 15 gespeicherter Sauerstoff und die fetten Komponenten in den Abgasen miteinander reagieren, ist kürzer als die Zeit von t22 bis t23 in 27A. Nach dem Zeitpunkt t33 werden die fetten Komponenten zu der Seite des NOx-Katalysators 14 zugeführt, sodass in dem Katalysator 14 absorbiertes NOx gereinigt und ausgelassen wird. Danach wird zum Zeitpunkt t34 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf den mageren Wert zurückgestellt.
  • Gemäß den 27A und 27B wird die fette Zeit gemäß dem Verschlechterungsgrad des Dreiwegekatalysators 15 gesteuert. Folglich wird zum Zeitpunkt der Fettverbrennungssteuerung ungeachtet des Vorhandenseins oder des Nichtvorhandenseins der Verschlechterung des Dreiwegekatalysators 15 immer eine erforderliche Menge von fetten Gasen zugeführt und die Fettgasmenge stromabwärts des NOx-Katalysators 14 kann auf einen Wert geregelt werden, durch den die Verschlechterung des Katalysators erfasst werden kann.
  • Obwohl der Dreiwegekatalysator 15 des dritten Ausführungsbeispiels stromaufwärts des NOx-Katalysators 14 vorgesehen ist, kann die Verschlechterung des NOx-Katalysators 14 in einer ähnlichen Weise wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen auch präzise erfasst werden.
  • In dem Ausführungsbeispiel ist durch Anordnen des A/F-Sensors 26 stromaufwärts des Dreiwegekatalysators 15 die Strecke zwischen der Kraftmaschine 1 und dem Sensor 26 verkürzt und die Ansprechzeit von dem auf die Sensorausgabeänderung geänderten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist verkürzt. Folglich kann die Sensorgenauigkeit zum Zeitpunkt des Übergangsbetriebs erhöht werden.
  • [Viertes Ausführungsbeispiel]
  • In einem vierten Ausführungsbeispiel ist in einer zu dem dritten Ausführungsbeispiel ähnlichen Weise der Dreiwegekatalysator 15 als ein Startkatalysator stromaufwärts des NOx-Katalysators 14 vorgesehen und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuersystem ist aufgebaut, wie in 28 gezeigt ist. Der Unterschied zwischen 28 und 25 liegt darin, dass der A/F-Sensor 26 in 28 stromabwärts des Dreiwegekatalysators 15 (zwischen den Katalysatoren 14 und 15) vorgesehen ist.
  • In dem dritten Ausführungsbeispiel wird, wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, der Verschlechterungsgrad des Katalysators 14 auf Grundlage des NOx-Reinigungsverhältnisses des NOx-Katalysators 14 erfasst. Das heißt, der NOx-Integrationsbetrag CNOXAD, der in den NOx-Katalysator 14 strömt, wird gemäß der Verarbeitung von 7 berechnet. In Übereinstimmung mit der Verarbeitung von 9 und 10 wird der zum Reinigen von NOx in dem NOx-Katalysator 14 erforderliche tatsächliche Fettgasbetrag (integrierter Fettgaswert AFAD – integrierter Ausgabewert VOX2AD des hinteren O2-Sensors) berechnet und der Verschlechterungsgrad des NOx-Katalysators 14 wird gemäß dem NOx-Reinigungsverhältnis erfasst, das durch „AFAD – VOX2AD/CNOXAD" erhalten wird.
  • In dem Fall, in dem das NOx-Reinigungsverhältnis als ein Verschlechterungsbestimmungsparameter verwendet wird, kann die Katalysatorverschlechterung erfasst werden, ohne die in den NOx-Katalysator 14 strömende Fettgasmenge auf einen vorbestimmten Wert zu regeln. Folglich ist die Verarbeitung zum Erfassen der Verschlechterung des Dreiwegekatalysators 15 und zum Regeln der Fettverbrennungssteuermenge in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der Erfassung, wie in dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, nicht nötig.
  • Selbst wenn mit der Konstruktion die Sauerstoffspeicherkraft gemäß dem Verschlechterungsgrad des Dreiwegekatalysators 15 variiert, wie vorstehend beschrieben ist, kann das NOx-Reinigungsverhältnis ungeachtet der Sauerstoffspeicherkraft aus der zum Reinigen von NOx erforderlichen Fettgasmenge und der NOx-Einströmmenge zum Zeitpunkt der Magerverbrennung präzise erhalten werden. Das heißt, die Verschlechterung des NOx-Katalysators 14 kann präzise erfasst werden, ohne dass sie durch den Verschlechterungsgrad des Dreiwegekatalysators 15 beeinflusst wird.
  • [Fünftes Ausführungsbeispiel]
  • Obwohl der Dreiwegekatalysator 15, der die Sauerstoffspeicherkraft aufweist, in dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel stromaufwärts des NOx-Katalysators 14 angeordnet ist, ist der Dreiwegekatalysator in dem fünften Ausführungsbeispiel in einen Katalysator geändert, der keine Sauerstoffspeicherkraft oder eine geringe Sauerstoffspeicherkraft hat. In dem fünften Ausführungsbeispiel ist der Dreiwegekatalysator so konstruiert, dass er nur ein Edelmetall (Platin Pt) ohne Sauerstoffspeicherkraft an einem Träger trägt. Genauer gesagt ist eine Katalysatorschicht, in der lediglich Platin Pt an der Oberfläche eines porösen Aluminiumoxids Al2O3 aufgetragen ist, an einem aus rostfreiem Stahl oder Keramik, etwa Cordierit, gefertigten Träger beschichtet.
  • In einem solchen Fall reagieren der in dem Dreiwegekatalysator 15 gespeicherte Sauerstoff und die fetten Komponenten (HC, CO) in den Abgasen nicht miteinander, sodass die Fettkomponentenzuführmenge zu der stromabwärtigen Seite nicht durch einen der Reaktion entsprechenden Betrag abfällt. Die Bewegungen der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse stromaufwärts und stromabwärts des Dreiwegekatalysators 15 stimmen nahezu miteinander überein. Wie in dem vorgehenden dritten Ausführungsbeispiel wird daher die Verarbeitung zum variablen Einstellen des Fettverbrennungssteuerbetrags entsprechend des Grads der Verschlechterung des Dreiwegekatalysators 15 unnötig. Die Verfahren zum Erfassen der Verschlechterung des NOx-Katalysators 14 gemäß 22 und 9 und 10 sind anwendbar.
  • Die Ausführungsbeispiele der Erfindung können zudem folgendermaßen modifiziert werden.
  • Obwohl die Verschlechterungserfassung unter Verwendung der Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors lediglich dann ausgeführt wird, wenn die Verschlechterungserfassungsausübungsanforderung erfüllt ist, gemäß der die Magerzeit TL und die Fettzeit TR relativ kurz sind, kann die Konstruktion geändert werden. Beispielsweise wird die Verschlechterungserfassung in einem vorbestimmten Zeitzyklus ausgeführt und die Magerzeit TL und die Fettzeit TR werden zwangsweise verkürzt, wenn die Verschlechterungserfassung durchgeführt wird. Das heißt, wenn die NOx-Absorptionskraft abgeschätzt ist und die Katalysatorverschlechterung durch den Schätzwert erfasst ist, wird die Fettzeit oder der Grad der Fettheit zum Zeitpunkt der fetten Verbrennung auf einen vorbestimmten Wert oder kleiner geregelt. Mit der Konstruktion werden die Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors wenn der Katalysator nicht verschlechtert ist und jene, wenn sich der Katalysator verschlechtert, deutlich unterschiedlich und als ein Ergebnis kann eine sehr zuverlässige Katalysatorverschlechterungserfassung realisiert werden.
  • Obwohl die NOx-Absorptionskraft des NOx-Katalysators 14 gemäß dem Spitzenwert der Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors abgeschätzt wird und die Verschlechterung des Katalysators 14 auf Grundlage der NOx-Absorptionskraft in dem ersten Ausführungsbeispiel erfasst wird, kann dies geändert werden, wie unter (1) und (2) beschrieben ist.
    • (1) Die NOx-Absorptionskraft wird aus einem zeitintegrierten Wert (Fläche) der VOX2-Änderung abgeschätzt und die Katalysatorverschlechterung wird auf Grundlage der NOx-Absorptionskraft erfasst. Genauer gesagt wird der Ausgabeintegrationswert VOX2AD des hinteren O2-Sensors auf Grundlage der Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors zum Zeitpunkt der Fettverbrennungssteuerung berechnet und die NOx-Absorptionskraft wird gemäß dem Ausgabeintegrationswert VOX2AD des hinteren O2-Sensors abgeschätzt. In diesem Fall kann berücksichtigt werden, dass die NOx-Absorptionskraft des NOx-Katalysators 14 umso mehr abnimmt und die Verschlechterung des Katalysators 14 fortschreitet, je größer der VOX2AD-Wert wird.
    • (2) Der Änderungsbetrag zu jeder Zeiteinheit der Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors wird zum Zeitpunkt der Fettverbrennungssteuerung integriert, wodurch der Ort (locus) der Ausgabewerte erhalten wird. Die NOx-Absorptionskraft wird aus dem Ort von VOX2 abgeschätzt und die Katalysatorverschlechterung wird auf Grundlage der NOx-Absorptionskraft erfasst. In diesem Fall kann berücksichtigt werden, dass die NOx-Absorptionskraft des NOx-Katalysators 14 umso mehr abfällt und die Verschlechterung des Katalysators 14 fortschreitet, je größer der Ort von VOX2 ist.
  • In den vorgehenden Ausführungsbeispielen ist der O2-Sensor 27 stromabwärts des NOx-Katalysators 14 angeordnet und die Verschlechterung des NOx-Katalysators 14 wird unter Verwendung einer Ausgabe des Sensors 27 (der Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors) erfasst. Der O2-Sensor 27 kann in einen A/F-Sensor der Grenzstrombauweise geändert werden und die Verschlechterung des Katalysators wird unter Verwendung der A/F-Sensorausgabe erfasst, wie dies unter (A) und (B) beschrieben ist.
    • (A) Die Katalysatorverschlechterung wird aus dem Spitzenwert der Ausgabe des stromabwärts des NOx-Katalysators 14 angeordneten A/F-Sensors 27 oder aus dem zeitintegrierten Ausgabewert (Fläche) erfasst. Es ist ausreichend, die Erfassung gemäß der Verarbeitung von 7 durchzuführen, indem die Ausgabe VOX2 des hinteren O2-Sensors, die bei Schritten 2307 bis 2309 in 22 verwendet wird, in eine „Ausgabe des hinteren A/F-Sensors" geändert wird.
    • (B) In der Verarbeitung von 9 und 10 wird der integrierte Wert der Ausgaben des A/F-Sensors stromabwärts des Katalysators anstelle des integrierten Ausgabewerts VOX2AD des hinteren O2-Sensors berechnet. Das heißt, der integrierte Wert der Ausgaben des A/F-Sensors wird als eine Überschussgasmenge an der stromabwärtigen Seite des Katalysators berechnet. In diesem Fall wird die NOx-Reinigungsmenge (die zum Reinigen von NOx erforderliche Fettgasmenge) in dem NOx-Katalysator 14 aus der Differenz zwischen dem integrierten Wert der Ausgaben des A/F-Sensors stromaufwärts des Katalysators zum Zeitpunkt der Fettverbrennung und dem integrierten Wert der Ausgaben des A/F-Sensors stromabwärts des Katalysators zum Zeitpunkt der fetten Verbrennung berechnet. Die Katalysatorverschlechterung wird gemäß dem NOx-Reinigungsbetrag erfasst.
  • Die Ausgaben des O2-Sensors und des A/F-Sensors 27 werden verwendet, um in physikalische Größen umgewandelt zu werden. Beispielsweise wird unter Verwendung der Beziehung von 29 die Ausgabe des O2-Sensors in eine Überschussfettmenge (mol) umgewandelt und die Verschlechterung des NOx-Katalysators 14 wird unter Verwendung jeglicher Daten des Spitzenwerts des Überschussfettbetrags, des zeitintegrierten Werts (Fläche) und des Orts erfasst. Alternativ wird die Ausgabe des A/F-Sensors unter Verwendung der Beziehung von 30 in die Überschussfettmenge (mol) umgewandelt und die Verschlechterung des NOx-Katalysators 14 wird unter Verwendung jeglicher Daten des Spitzenwerts des Überschussfettbetrags, des Zeitintegrationswerts (Fläche) und des Orts erfasst.
  • Das Verfahren zum Erfassen der Verschlechterung des Dreiwegekatalysators 15 in dem dritten Ausführungsbeispiel kann geändert werden. Beispielsweise wird das in der JP-A Nr. 9-31612 des Anmelders dieser Erfindung offenbarte Verfahren angewendet. Bei dem Verfahren wird eine Menge von Gaskomponenten berechnet, die während der Zeitspanne ab dem Start der Kraftmaschine, bis der Dreiwegekatalysator aufgewärmt ist, in dem Katalysator zu behandeln ist (Daten, die eine Menge von unbehandelten Gaskomponenten widerspiegeln) und der Verschlechterungsgrad des Dreiwegekatalysators wird auf Grundlage der Menge der unbehandelten Gaskomponenten erfasst. In diesem Fall kann die Katalysatorverschlechterung mit hoher Genauigkeit erfasst werden, während die Zunahme der Abgasemission vor der Aktivierung des Katalysators berücksichtigt wird. Bevor der Dreiwegekatalysator aufgewärmt ist, ist die Differenz der Reinigungsverhältnisse in Abhängigkeit von der Differenz des Grads der Katalysatorverschlechterung groß und die Katalysatorverschlechterung kann einfach und präzise erfasst werden.
  • In dem fünften Ausführungsbeispiel kann die nachstehende Konstruktion als der Dreiwegekatalysator 15 mit einer geringen Sauerstoffspeicherkraft angewendet werden.
  • Der Dreiwegekatalysator ist ausgebildet, wobei kein Co-Katalysator mit einer hohen Sauerstoffspeicherkraft oder einer geringen Menge des Co-Katalysators an einem Träger getragen ist. In diesem Fall sind als ein Co-Katalysator mit einer hohen Sauerstoffspeicherkraft Cerium CeO2, Barium Ba, Lanthan La und dergleichen bekannt.
  • Der Dreiwegekatalysator wird ausgebildet, indem eine kleine Tragemenge von Edelmetall (Rh, Pd) mit einer Sauerstoffspeicherkraft verwendet wird. Genauer gesagt ist es vorzuziehen, 0,2 g/lit. oder kleiner im Fall von Rhodium Rh und 2,5 g/lit. oder kleiner im Fall von Palladium Pd zu verwenden.
  • Ein NOx-Katalysator (14) ist an einem Kraftmaschinenabgasrohr (12) angebracht, ein A/F-Sensor (26) ist stromaufwärts des NOx-Katalysators (14) angeordnet und ein O2-Sensor (27) ist stromabwärts des NOx-Katalysators (14) angeordnet. Eine CPU (31) in einer ECU (30) führt eine Magerverbrennungssteuerung so aus, dass NOx in den Abgasen, die zum Zeitpunkt der mageren Verbrennung ausgelassen werden, durch den NOx-Katalysator (14) absorbiert wird. Die CPU (31) führt ferner temporär eine Fettverbrennungssteuerung aus, sodass das absorbierte NOx von dem NOx-Katalysator (14) ausgelassen wird. Die CPU (31) überprüft, ob sich der NOx-Katalysator (14) verschlechtert. Wenn das Ereignis einer Verschlechterung erfasst wird, erhöht die CPU (31) das Verhältnis von fetter Verbrennung zu magerer Verbrennung, wodurch die Temperatur des NOx-Katalysators (14) erhöht wird. Nachdem die Katalysatortemperatur angestiegen ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) gesteuert, um den NOx-Katalysator (14) zu regenerieren.

Claims (6)

  1. Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine (1) mit einem NOx-Katalysator (14), der in einem Abgassystem (12) der Brennkraftmaschine vorgesehen ist und der eine Funktion zum Absorbieren von von der Brennkraftmaschine ausgelassenem NOx und zum Reinigen des absorbierten NOx hat, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein stöchiometrisches Verhältnis ist oder an einer fetten Seite liegt, wobei das System folgendes aufweist: einen stromaufwärtigen Sensor (26), der stromaufwärts des NOx-Katalysators vorgesehen ist und der eine Konzentration von Sauerstoff in den Abgasen erfasst; und einen stromabwärtigen Sensor (27), der stromabwärts des NOx-Katalysators vorgesehen ist und der die Konzentration von Sauerstoff in den Abgasen erfasst; eine Verschlechterungserfassungseinrichtung (30, 409, 2310) zum Erfassen einer Verschlechterung des NOx-Katalysators, eine Temperaturerhöhungseinrichtung (30, 707) zum Erhöhen der Temperatur des NOx-Katalysators indem dann, wenn die Verschlechterung des NOx-Katalysators erfasst ist, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerparameter zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf eine fettere Seite als vor dem Erfassen der Verschlechterung variable eingestellt wird; eine Katalysatorregenerationseinrichtung (30, 710) zum Regenerieren des NOx-Katalysators durch Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das stöchiometrische Verhältnis oder auf die fette Seite nachdem die Temperaturerhöhungsverarbeitung durch die Temperaturerhöhungseinrichtung ausgeführt wurde; und eine Fehlfunktionsbestimmungseinrichtung (30, 803) zum Bestimmen, ob nach der Ausübung der Regenerationsverarbeitung durch die Katalysatorregenerationseinrichtung eine NOx-Absorptionskraft des NOx-Katalysators wiederhergestellt wurde oder nicht, und die dann, wenn die NOx-Absorptionskraft noch nicht hergestellt wurde, bestimmt, dass der NOx-Katalysator eine Fehlfunktion aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlechterungserfassungseinrichtung (30, 409, 2310) eine NOx-Reinigungsgradberechnungseinrichtung zum Berechnen eines NOx-Reinigungsgrads des NOx-Katalysators aus einem Verhältnis zwischen einer Einströmmenge A des in den NOx-Katalysator zum Zeitpunkt der Magerverbrennungssteuerung einströmenden NOx und einer zum Reinigen von NOx durch den NOx-Katalysator zum Zeitpunkt der Fettverbrennungssteuerung erforderlichen Fettgasmenge aufweist, und die die Verschlechterung des NOx-Katalysators auf Grundlage des berechneten NOx-Reinigungsgrads erfasst, wobei die NOx-Reinigungsgradberechnungseinrichtung folgendes hat: eine Einrichtung zum Berechnen der Einströmmenge A von zum Zeitpunkt der Magerverbrennungssteuerung in den NOx-Katalysator einströmendem NOx auf Grundlage des Erfassungsergebnisses des stromaufwärtigen Sensors; eine Einrichtung zum Berechnen einer Einströmmenge B von zum Zeitpunkt der Fettverbrennungssteuerung in den NOx-Katalysator einströmendem fetten Gas auf Grundlage des Erfassungsergebnisses des stromaufwärtigen Sensors; und eine Einrichtung zum Berechnen einer Menge C von überschüssigen fetten Gasen, die zum Zeitpunkt der Fettverbrennungssteuerung von dem NOx-Katalysator emittiert werden, auf Grundlage des Erfassungsergebnisses des stromabwärtigen Sensors, und wobei die NOx-Reinigungsgradberechnungseinrichtung den NOx-Reinigungsgrad auf Grundlage der berechneten NOx-Einströmmenge A zum Zeitpunkt der Magerverbrennungssteuerung, der Fettgaseinströmmenge B und der Überschussgasmenge C berechnet, wobei die Fettgaseinströmmenge B und die Überschussgasmenge C dazu verwendet werden, die erforderliche Fettgasmenge zu berechnen.
  2. System gemäß Anspruch 1, wobei die Fehlfunktionsbestimmungseinrichtung (30, 803) dazu dient, zu bestimmen, ob es eine Änderung in der NOx-Absorptionsmenge des NOx-Katalysators vor und nach dem Regenerationsbetrieb durch die Katalysatorregenerationseinrichtung gibt oder nicht, eine Wiederausübung der Regenerationsverarbeitung zuzulassen, wenn die NOx-Absorptionsmenge zugenommen hat, und zu bestimmen, dass bei dem NOx-Katalysator eine Fehlfunktion vorliegt, wenn sich die NOx-Absorptionskraft nicht geändert hat.
  3. System gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperaturerhöhungseinrichtung (30, 707) die Katalysatortemperatur erhöht, indem als der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerparameter ein Verhältnis zwischen einer Magerverbrennungssteuerung und einer Fettverbrennungssteuerung verwendet wird, und indem ein Größenverhältnis aus der Fettverbrennungssteuerung zu der Magerverbrennungssteuerung erhöht wird.
  4. System gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperaturerhöhungseinrichtung (30, 707) die Katalysatortemperatur erhöht, indem ein Zeitverhältnis verringert wird, das als eine magere Zeit/fette Zeit zwischen einer mageren Zeit für eine Magerverbrennungssteuerung und einer fetten Zeit für eine Fettverbrennungssteuerung als der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerparameter definiert ist.
  5. System gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperaturerhöhungseinrichtung (30, 707) die Katalysatortemperatur erhöht, indem als der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerparameter ein Fettheitsgrad zum Zeitpunkt der Fettverbrennungssteuerung erhöht wird.
  6. System gemäß Anspruch 1, wobei die Verschlechterungserfassungseinrichtung (30, 409, 2310) in einer solchen Art und Weise bestimmt, dass der Grad der Verschlechterung des NOx-Katalysators umso höher ist, je niedriger der NOx-Reinigungsgrad ist.
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