DE10028365A1 - Abgasreinigungssystem für einen Motor - Google Patents

Abgasreinigungssystem für einen Motor

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Abstract

Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein Abgasreinigungssystem für einen Motor vorzusehen, das geeignet ist, einzeln die Menge von eingefangenem NO¶x¶ und die Sauerstoffspeicherkapazität eines NO¶x¶-Einfangmittels zu beurteilen und geeignet ist, eine Verschlechterung des NO¶x¶-Einfangmittels zu diagnostizieren. DOLLAR A Der obige Gegenstand kann durch ein Abgasreinigungssystem für einen Motor erzielt werden, mit einer NO¶x¶-Falle, die NO¶x¶ in einem Abgas durch Absorption oder Adsorption einfängt, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases ein mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis ist, und die NO¶x¶ freisetzt oder reduziert, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis ein fettes Luft-/Kraftstoffverhältnis ist, wobei die NO¶x¶-Falle in einem Abgaskanal angeordnet ist; und einer Luft-/Kraftstoffverhältnisveränderungseinrichtung zum zeitweisen Verändern des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Abgases mit einem vorbestimmten Zyklus von einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zu einem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis, mit einer Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas stromab der NO¶x¶-Falle in dem Abgaskanal und einer NO¶x¶-Einfangmengenbeurteilungseinrichtung zur Beurteilung einer Menge von durch die NO¶x¶-Falle eingefangenem NO¶x¶ aus einem erfaßten Ergebnis der Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung durch Heranziehen einer ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für einen Motor.
Es gibt Technologien zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs eines Motors, in denen ein Wert für das Luft-/Kraftstoffverhältnis eingestellt wird, der eine höhere Luftkonzentration (im folgenden als ein "mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis" be­ zeichnet) als das theoretische Luft-/Kraftstoffverhältnis (im folgenden als "das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffverhältnis" bezeichnet) aufweist, und der Kraftstoff wird unter dem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis verbrannt.
Zum Beispiel kommen ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Teil des Ansaugrohrs aus einer Position in der Nähe der Ansaugöffnung (ein Öffnungs­ einspritzverfahren), das ein mageres Verbrennen unter der Bedingung eines Luft- /Kraftstoffverhältnisses von 20 bis 25 ausführen kann, und ein Verfahren zum Ein­ spritzen von Kraftstoff direkt in einen Zylinder (Zylindereinspritzverfahren), das eine sehr magere Verbrennung unter der Bedingung eines Luft-/Kraftstoffverhält­ nisses von 40 bis 50 ausführen kann, in die praktische Verwendung. Diese Verfah­ ren können den Pumpverlust und den Hitzeverlust durch das Ausführen von mage­ rer Verbrennung, d. h. durch Vergrößern der Menge von angesaugter Luft, reduzie­ ren und folglich den Kraftstoffverbrauch vermindern.
Vom Standpunkt der Abgasreinigung aus kann im Falle einer Verbrennung unter der Bedingung eines stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnisses, HC, CO und NOx in einem Abgas durch gleichzeitiges Oxidieren und Reduzieren durch einen Dreifachkatalysator gereinigt werden. Im Falle einer Verbrennung unter mageren Bedingungen ist es jedoch schwierig NOx zu reduzieren, da sich das Abgas in ei­ nem Zustand mit überschüssigem Sauerstoff befindet. Deshalb wird ein Abgasreini­ gungssystem für einen Motor vorgeschlagen. In dem Abgasreinigungssystem für einen Motor wird ein NOx-Absorptionsmittel in einem Abgaskanal angeordnet, um NOx in dem Abgas zu absorbieren, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases mager ist, und das absorbierte NOx aus dem NOx-Absorptionsmittel freizugeben und das NOx zu reduzieren oder zu kontakt-reduzieren, wenn das Luft- /Kraftstoffverhältnis fett ist (eine Bedingung mit übermäßigem Kraftstoff). Das Luft-/Kraftstoffverhältnis wird mit einem vorbestimmten Zyklus zeitweise vom ma­ geren Luft-/Kraftstoffverhältnis zum stöchiometrischen oder fetten Luft- /Kraftstoffverhältnis verändert, um das NOx, das von dem NOx-Absorptionsmittel eingefangen wurde, freizugeben oder zu reduzieren und um die NOx- Einfangleistung wiederherzustellen (im folgenden allgemein als "entleeren" be­ zeichnet).
Um den Kraftstoffverbrauch in einem solchen Abgasreinigungssystem zu vermin­ dern und um die Zusammensetzung von HC usw. im Abgas zu reduzieren, ist es deshalb vorteilhaft, daß die Dauer der zeitweiligen Veränderung des Luft-/Kraft­ stoffverhältnisses zu der Bedingung des stöchiometrischen oder fetten Luft-/Kraft­ stoffverhältnisses zu einer Zeitdauer, die der Menge von absorbiertem NOx ent­ spricht, begrenzt wird.
Eine Technologie zur Beurteilung der Vollendung des NOx-Entleerens durch das zeitweilige Verändern des Luft-/Kraftstoffverhältnisses zu dem stöchiometrischen oder fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis wird in Patent Nr. 2692380 (WO 94/17291) vorgeschlagen. Nach dem Verändern des Luft-/Kraftstoffverhältnisses vom mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zu dem stöchiometrischen oder fetten Luft-/Kraftstoff­ verhältnis wird die Vollendung des NOx-Entleerens zu dem Zeitpunkt festgestellt, wenn das, durch einen nach dem NOx-Absorptionsmittel angeordnete Luft-/Kraft­ stoffverhältnissensor erfaßte, Luft-/Kraftstoffverhältnis vom mageren Luft-/Kraft­ stoffverhältnis zum fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis wechselt. Dies basiert darauf, daß solange bis das vom NOx-Absorptionsmittel absorbierte NOx entleert ist, das durch den stromab des NOx-Absorptionsmittels angeordneten Luft-/Kraftstoff­ verhältnissensor erkannte Luft-/Kraftstoffverhältnis ein leicht mageres Luft-/Kraft­ stoffverhältnis ist, da HC und CO in dem von stromauf fließenden Abgas verbraucht werden um NOx zu reduzieren, und das durch den Luft-/Kraftstoffverhältnissensor erkannte Luft-/Kraftstoffverhältnis nach der Vollendung der Entleerung des vom NOx-Absorptionsmittel absorbierten NOx ein fettes Luft-/Kraftstoffverhältnis wird.
Die japanische Patentoffenlegung Nr. 10-128058 (USP 5,743,084) offenbart eine ähnliche Technologie, in der die Leistung einer NOx-Einfangeinrichtung überwacht wird durch die Berechnung einer Menge von absorbiertem NOx aus einer Zeitdiffe­ renz zwischen dem Zeitpunkt, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis vom mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zu dem stöchiometrischen oder fetten Luft-/Kraftstoff­ verhältnis verändert wird, zu dem Zeitpunkt, wenn das durch einen stromab des NOx-Absorptionsmittels angeordneten Luft-/Kraftstoffverhältnissensor erfaßte Luft- /Kraftstoffverhältnis vom mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zum fetten Luft-/Kraft­ stoffverhältnis wechselt.
Jedoch wird die Signalform eines stromab des NOx-Absorptionsmittels oder Falle (im folgenden allgemein als "NOx-Falle" bezeichnet) angeordneten Luft-/Kraft­ stoffverhältnissensors durch eine Sauerstoffspeicherkapazität (OSC) beeinflußt, selbst wenn die Menge von durch die NOx-Falle eingefangenem NOx die gleiche ist. Die oben beschriebenen Technologien berücksichtigen diese Tatsache nicht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein Abgasreinigungssystem für einen Motor vorzusehen, das geeignet ist, einzeln die Menge von eingefangenem NOx und die Sauerstoffspeicherkapazität eines NOx-Einfangmittels zu beurteilen und geeignet ist, eine Verschlechterung des NOx-Einfangmittels zu diagnostizieren.
Der obige Gegenstand kann durch ein Abgasreinigungssystem für einen Motor er­ zielt werden, mit einer NOx-Falle, die NOx in einem Abgas durch Absorption oder Adsorption einfängt, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases ein mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis ist, und die NOx freisetzt oder reduziert, wenn das Luft- /Kraftstoffverhältnis ein fettes Luft-/Kraftstoffverhältnis ist, wobei die NOx-Falle in einem Abgaskanal angeordnet ist; und einer Luft-/Kraft­ stoffverhältnisveränderungseinrichtung zum zeitweisen Verändern des Luft-/Kraft­ stoffverhältnisses des Abgases mit einem vorbestimmten Zyklus von einem mage­ ren Luft-/Kraftstoffverhältnis zu einem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis, mit einer Sauerstoffkonzentrationser­ fassungseinrichtung zum Erfassen einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas stromab der NOx-Falle in dem Abgaskanal und einer NOx-Einfangmenge­ beurteilungseinrichtung zur Beurteilung einer Menge von durch die NOx-Falle ein­ gefangenem NOx aus einem erfaßten Ergebnis der Sauerstoffkonzentrationserfas­ sungseinrichtung durch Heranziehen einer Sauerstoffspeicherkapazität wenn die Luft-/Kraftstoffverhältnisveränderungseinrichtung zeitweise das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases zu einem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis verändert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 ist ein Diagramm, das ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Ab­ gasreinigungssystems für einen Motor zeigt.
Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Kennlinie eines Luft-/Kraftstoffverhältnissensors zeigt.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer Steuereinheit für einen Motor zeigt.
Fig. 4 ist ein Graph, der die Zuordnung von gleichwertigen Zielverhältnissen für jede Betriebszone zeigt.
Fig. 5 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen einer NOx-Falle und dem der Ausgangssignalform eines stromab der NOx-Falle angeordneten Luft-/Kraft­ stoffverhältnissensors bei der Steuerung der NOx-Entleerung erläutert.
Fig. 6 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zur Beurteilung einer Sauerstoffspei­ cherkapazität und einer Menge von eingefangenem NOx durch die Verwendung der Ausgangssignalform eines stromab einer NOx-Falle angeordneten Luft-/Kraftstoff­ verhältnissensors zur Steuerung der NOx-Entleerung erläutert.
Fig. 7 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen T2 und einer Menge von eingefan­ genem NOx zeigt.
Fig. 8 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen T1 und einer Sauerstoffspeicher­ kapazität zeigt.
Fig. 9 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zur Beurteilung der Menge von einge­ fangenem NOx durch die Verwendung der Ausgangssignalform eines stromab einer NOx-Falle angeordneten Luft-/Kraftstoffverhältnissensors zur Steuerung der NOx- Entleerung für eine konventionelle Technologie erläutert.
Fig. 10 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen Tx und einer Menge von einge­ fangenem NOx für die konventionelle Technologie zeigt.
Fig. 11 ist ein Diagramm, das die Zeitpunkte für die Steuerung einer NOx- Entleerung und die Beurteilung einer Verschlechterung erläutert.
Fig. 12 ist ein Flußdiagramm, das den Ablauf einer Kraftstoffsteuerung erläutert.
Fig. 13 ist ein Flußdiagramm, das den Ablauf der Steuerung einer NOx-Entleerung erläutert.
Fig. 14 ist ein Flußdiagramm, das den Ablauf der Beurteilung einer Verschlechte­ rung erläutert.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In dem Fall, daß beispielsweise eine NOx-Falle selbst eine Sauerstoffspeicherka­ pazität hat oder in dem Fall, daß ein Katalysator mit einer Sauerstoffspeicherkapazi­ tät stromauf oder stromab in der Nähe einer NOx-Falle angeordnet ist, wird Sauer­ stoff während des Magerbetriebs gespeichert und der gespeicherte Sauerstoff wird freigesetzt, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis vom mageren Luft-/Kraftstoffver­ hältnis zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder fetten Luft-/Kraft­ stoffverhältnis verändert wird. Als Ergebnis wird der Ausgang eines Luft-/Kraft­ stoffverhältnissensors, der in einer Position stromab eines Katalysators mit einer Sauerstoffspeicherkapazität angeordnet ist, durch den vom Katalysator freigesetzten Sauerstoff beeinflußt.
Deshalb kann der vom Katalysator freigesetzte Sauerstoff eine Ursache für einen großen Fehler werden, wenn die Menge von eingefangenem NOx, das von der NOx- Falle absorbiert wurde, oder die Einfangleistung der NOx-Falle durch den Luft- /Kraftstoffverhältnissensor bestimmt werden. Beispielsweise kann, wenn die Sauer­ stoffspeicherkapazität groß ist, die Zeitdauer verlängert werden, in der der Ausgang des stromab der NOx-Falle angeordneten Luft-/Kraftstoffverhältnissensors den Zu­ stand für ein mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis anzeigt, wenn das Luft-/Kraft­ stoffverhältnis zeitweise vom mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zu dem stöchiome­ trischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis verän­ dert wird. Als Folge wird irrtümlicherweise die Menge von eingefangenem NOx als überschätzt beurteilt. Auf der anderen Seite wird, falls die Sauerstoffspeicherkapazi­ tät klein ist, der Ausgang des stromab der NOx-Falle angeordneten Luft-/Kraft­ stoffverhältnissensors den Zustand für ein fettes Luft-/Kraftstoffverhältnis früher als den tatsächlichen Zustand anzeigen, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis zeitweise vom mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff­ verhältnis oder dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis verändert wird. Als Folge wird irrtümlicherweise die Menge von eingefangenem NOx als unterschätzt beurteilt.
Obwohl die Menge von gespeichertem Sauerstoff in kurzer Zeit seine Sauerstoff­ speicherkapazität durch Ausführung von Magerbetrieb erreichen kann, kann eine fehlerhafte Beurteilung der Menge von eingefangenem NOx wie oben beschrieben auftreten, da die Sauerstoffspeicherkapazität selbst durch ihre Verschlechterung oder ähnliches variiert.
Zusätzlich tritt in einer NOx-Falle mit Sauerstoffspeicherkapazität oder in einem Katalysator mit Sauerstoffspeicherkapazität, der in einer Position stromauf oder stromab in der Nähe der NOx-Falle angeordnet ist, eine Oxidationsreaktion von un­ verbranntem HC und CO und eine Reduktionsreaktion von NOx aufgrund der Sau­ erstoffspeicherkapazität auf. Deshalb wird diese Oxidations- und Reduktionsreakti­ on schwächer, wenn die Sauerstoffspeicherkapazität verringert wird, was eine Ver­ schlechterung der NOx-Falle oder des, stromauf oder stromab in der Nähe der NOx- Falle angeordneten, Katalysators mit Sauerstoffspeicherkapazität anzeigt. Folglich ist es notwendig, die Sauerstoffspeicherkapazität getrennt zu erfassen. In diesem Fall ist es auch notwendig, ähnlich wie oben, die Sauerstoffspeicherkapazität ge­ trennt von der Menge von eingefangenem NOx zu erfassen.
In einem Experiment wurde ermittelt, daß, wenn sich die NOx-Falle verschlechtert, im stöchiometrischen Zustand eine relativ starke Korrelation zwischen Sauerstoff­ speicherkapazität und Abgasreinigungsleistung (Dreiwegekatalysatorleistung), aber keine Korrelation zwischen Sauerstoffspeicherkapazität und NOx-Einfangkapazität besteht.
In Hinsicht auf Technologien zum Erfassen der Sauerstoffspeicherkapazität eines NOx-Absorptionsmittels offenbart die japanische Patentoffenlegung Nr. 8-260949 eine Technologie zum Erfassen einer Sauerstoffspeicherkapazität basierend auf dem Ausgang eines stromab eines NOx-Absorptionsmittels angebrachten Luft-/Kraft­ stoffverhältnissensors, wenn die Menge des absorbierten NOx fast Null ist. Um die Sauerstoffspeicherkapazität zu erfassen, benötigt diese Technologie jedoch ein Ver­ fahren, um die Menge von gespeichertem NOx auf nahezu Null zu reduzieren. Um die Menge von absorbiertem NOx zu erfassen ist es notwendig, die Sauerstoffspei­ cherkapazität zu erfassen, wenn die Menge von absorbiertem NOx nahezu Null ist und die Sauerstoffspeicherkapazität ist von einem erfaßten Ergebnis abzuziehen, wenn die Menge von absorbiertem NOx nicht Null ist. Demnach ist das Verfahren komplex und der Fehler wird vergrößert. Zusätzlich dazu ist die Betriebsbedingung beim Erfassen der Sauerstoffspeicherkapazität nicht immer gleich zu der Betriebs­ bedingung beim Erfassen der Menge von absorbiertem NOx und demgemäß entsteht durch eine Veränderung in der Sauerstoffspeicherkapazität, hervorgerufen durch einen Temperaturunterschied des NOx-Absorptionsmittels, ein Erfassungsfehler für die Menge von absorbiertem NOx.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein Abgasreinigungssystem für einen Motor vorzusehen, das eine Menge von durch NOx-Adsorption oder Absorp­ tion eingefangenem NOx und eine Sauerstoffspeicherkapazität ohne das Auftreten der oben beschriebenen Fehler einzeln erfassen kann.
Um die obengenannten Probleme zu lösen, ist ein erfindungsgemäßes Abgasreini­ gungssystem für einen Motor dadurch gekennzeichnet, daß es aufweist eine NOx- Falle zum Einfangen von NOx in einem Abgas durch Absorption oder Adsorption, wenn ein Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases ein mageres Luft- /Kraftstoffverhältnis ist, und zum Freigeben oder Reduzieren von NOx, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis ein fettes Luft-/Kraftstoffverhältnis ist, wobei die NOx- Falle in einem Abgaskanal angeordnet ist; und eine Luft- /Kraftstoffverhältnisveränderungseinrichtung zum zeitweisen Verändern des Luft- /Kraftstoffverhältnisses des Abgases mit einem vorbestimmten Zyklus von einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zu dem stöchiometrischen Luft- /Kraftstoffverhältnis oder einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis, mit einer Sauer­ stoffkonzentrationserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Sauerstoffkonzentrati­ on in dem Abgas stromab der NOx-Falle in dem Abgaskanal und einer NOx- Einfangmengebeurteilungseinrichtung zur Beurteilung der Menge von durch die NOx-Falle eingefangenem NOx aus einem erfaßten Ergebnis der Sauerstoffkonzen­ trationserfassungseinrichtung durch Heranziehen einer Sauerstoffspeicherkapazität wenn die Luft-/Kraftstoffverhältnisveränderungseinrichtung zeitweise das Luft- /Kraftstoffverhältnis des Abgases zu dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffver­ hältnis oder dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis verändert.
Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Abgasreinigungssystem für einen Motor dadurch gekennzeichnet, daß die NOx-Einfangmengebeurteilungseinrichtung eine Menge von durch die NOx-Falle eingefangenem NOx basierend auf einer Signal­ form zwischen einem ersten, die magere Luft-/Kraftstoffverhältnisbedingung be­ zeichnenden Schwellwert, und einem zweiten, die fette Luft-/Kraftstoffbedingung bezeichnenden Schwellwert, beurteilt, wobei die Signalform ein erfaßtes Ergebnis der Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung ist wenn die Luft- /Kraftstoffverhältnisveränderungseinrichtung zeitweise das Luft-/Kraftstoffver­ hältnis des Abgases zu dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis verändert.
Vorzugsweise ist ein erfindungsgemäßes Abgasreinigungssystem für einen Motor dadurch gekennzeichnet, daß die NOx-Einfangmengebeurteilungseinrichtung eine Menge von durch die NOx-Falle eingefangenem NOx basierend auf der benötigten Zeitdauer von einem Zeitpunkt, wenn ein Signal den ersten Schwellenwert über­ schreitet zu einem Zeitpunkt, wenn das Signal des zweiten Schwellenwert über­ schreitet, beurteilt, wobei das Signal ein erfaßtes Ergebnis der Sauerstoffkonzentra­ tionserfassungseinrichtung ist wenn die Luft-/Kraftstoffver­ hältnisveränderungseinrichtung das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases zu dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder dem fetten Luft-/Kraftstoffver­ hältnis verändert.
Vorzugsweise ist ein erfindungsgemäßes Abgasreinigungssystem für einen Motor dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausmaß der Verschlechterung der NOx-Falle ba­ sierend auf einem beurteilten Ergebnis der NOx-Einfangmengebeur­ teilungseinrichtung erfaßt wird.
Vorzugsweise ist ein erfindungsgemäßes Abgasreinigungssystem für einen Motor dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausmaß der Verschlechterung der NOx-Falle ba­ sierend auf einem beurteilten Wert für eine Menge von eingefangenem NOx aus der NOx-Einfangmengebeurteilungseinrichtung unter einer vorbestimmten Betriebsbe­ dingung des Motors erfaßt wird.
Vorzugsweise ist ein erfindungsgemäßes Abgasreinigungssystem für einen Motor dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausmaß der Verschlechterung der NOx-Falle ba­ sierend auf einem beurteilten Wert für eine Menge von eingefangenem NOx aus der NOx-Einfangmengebeurteilungseinrichtung und einer Betriebsbedingung des Mo­ tors zu dem Beurteilungszeitpunkt erfaßt wird.
Vorzugsweise ist ein erfindungsgemäßes Abgasreinigungssystem für einen Motor dadurch gekennzeichnet, daß der Magerbetrieb des Motors entsprechend dem erfaß­ ten Ausmaß der Verschlechterung der NOx-Falle beschränkt wird.
Vorzugsweise ist ein erfindungsgemäßes Abgasreinigungssystem für einen Motor dadurch gekennzeichnet, daß es zumindest eine Speichereinrichtung zur Speiche­ rung eines Codes, der die Verschlechterung der NOx-Falle bezeichnet, und eine Warnungserzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer Warnung, wenn das Ausmaß der Verschlechterung der NOx-Falle einen vorbestimmten Wert überschreitet, auf­ weist.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Abgasreinigungssystem für einen Motor ist da­ durch gekennzeichnet, daß es aufweist eine NOx-Falle zum Einfangen von NOx in einem Abgas durch Absorption oder Adsorption, wenn ein Luft-/Kraft­ stoffverhältnis des Abgases ein mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis ist, und zum Freigeben oder Reduzieren von NOx, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis ein fettes Luft-/Kraftstoffverhältnis ist, wobei die NOx-Falle in einem Abgaskanal angeordnet ist; und eine Luft-/Kraftstoffverhältnisveränderungseinrichtung zum zeitweisen Verändern des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Abgases mit einem vorbestimmten Zyklus von dem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zu dem stöchiometrischen Luft- /Kraftstoffverhältnis oder dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis, mit einer Sauer­ stoffkonzentrationserfassungseinrichtung zur Erfassung einer Sauerstoffkonzentrati­ on in dem Abgas stromab der NOx-Falle in dem Abgaskanal und einer Sauer­ stoffspeicherkapazitätbeurteiungseinrichtung zur Beurteilung einer Sauerstoff­ speicherkapazität basierend auf einer Zeitdauer von einem Zeitpunkt, wenn die Luft-/Kraftstoffverhältnisveränderungseinrichtung zeitweise das Luft-/Kraftstoff­ verhältnis des Abgases zu dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis verändert, bis zu einem Zeitpunkt, wenn ein erfaßtes Ergebnis der Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung einen be­ stimmten Schwellwert, der die magere Luft-/Kraftstoffverhältnisbedingung be­ zeichnet, überschreitet.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezug­ nahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist ein Diagramm, das eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Luft- /Kraftstoffverhältnissteuerungssystems für einen Motor zeigt. Diese Ausführungs­ form ist beispielsweise von der Art einer Zylindereinspritzung. In einem Ansaugsy­ stem 23 eines Motors 1 sind ein Luftfilter 2, ein Luftdurchflußsensor 3 zum Erfas­ sen einer Menge von angesaugter Luft, eine Drosselklappe 4 zum Regulieren der Menge von angesaugter Luft, eine Drosselklappenbetätigungseinrichtung 5, ein Drosselklappenöffnungswinkelsensor 5a, eine Wirbelsteuerklappe 6, eine Wirbel­ steuerklappenbetätigungseinrichtung 7 und ein Lufteinlaßventil 8 angeordnet. Jede der Wirbelsteuerklappen 6 ist kurz vor dem Lufteinlaßventil 8 eines jeden Zylinders angeordnet, und die Wirbelsteuerklappen sind so konstruiert, daß sie gemeinsam betätigt werden. In einer Verbrennungskammer 9 des Motors 1 sind ein Kraftstoffe­ inspritzventil 10 zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in die Verbrennungskam­ mer 9, eine Zündkerze 11 und ein Zylinderdrucksensor 12 angeordnet. In einem Abgassystem 24 des Motors 1 sind ein Abgasventil 13, ein erster Luft- /Kraftstoffverhältnissensor 14, eine NOx-Falle 15 und ein zweiter Luft- /Kraftstoffverhältnissensor 25 angeordnet. Weiterhin weist der Motor 1 eine an der Kurbelwelle des Motors 1 angebrachte Abtastscheibe 16, einen Kurbelwinkelsensor 17 zum Erfassen einer Drehzahl und eines Kurbelwinkels durch das Erfassen eines projizierten Teils der Abtastscheibe, und einen Beschleunigungssensor 19 zum Er­ fassen eines Grades des Tretens auf ein Gaspedal 18 auf.
Jeder der erfaßten Werte der Sensoren wird einer elektronischen Steuerschaltung 20 (im folgenden als "ECU" bezeichnet) zugeführt, und die ECU 20 erfaßt oder be­ rechnet einen Grad für das Treten auf die Beschleunigungsvorrichtung, eine Menge von angesaugter Luft, eine Drehzahl, einen Kurbelwinkel, einen Zylinderdruck und einen Winkel der Drosselklappenöffnung. Die ECU 20 berechnet eine Menge und einen Zeitpunkt für dem Motor zugeführten Kraftstoff, basierend auf diesen Ergeb­ nissen wird ein Ansteuerpuls an das Kraftstoffeinspritzventil 10 ausgegeben. Die ECU 20 berechnet einen Öffnungswinkel der Drosselklappe 4, um ein Steuersignal an die Drosselklappenbetätigungseinrichtung 5 auszugeben, und berechnet einen Zündzeitpunkt usw., um ein Zündsignal an die Zündkerze 11 auszugeben. Weiterhin gibt die ECU 20 ein Signal an die Warnlampe 26 aus wenn die NOx-Falle 15 als verschlechtert beurteilt wird, um dem Fahrer eine Warnung zu geben.
Kraftstoff wird von einem Kraftstofftank, nicht gezeigt, durch eine Kraftstoffpumpe gepumpt und unter einem vorgegebenen Druck (5 bis 15 MPa) durch einen Kraftstoffdruckregler zu dem Kraftstoffeinspritzventil 10 geliefert. Eine geeignete Menge von Kraftstoff wird von der ECU 20 direkt in die Verbrennungskammer 9 durch den zu einem geeigneten Zeitpunkt ausgegebenen Antriebspuls eingespritzt. Die Be­ triebsmoden des Motors 1 sind stöchiometrischer Betrieb, homogener Magerbetrieb, geschichteter Magerbetrieb usw. In dem homogenen Magerbetrieb wird Kraftstoff im Ansaugtakt eingespritzt, um mit Luft vermischt zu werden, und das homogene Gasgemisch wird verbrannt. In dem geschichteten Magerbetrieb wird Kraftstoff im Kompressionstakt eingespritzt, um den Kraftstoff schichtförmig in dem Gasgemisch so zu verteilen, daß der Kraftstoff sich in der Nähe der Zündkerze 11 konzentriert (ein dichtes Gasgemisch bildet).
Die angesaugte Luft fließt, reguliert durch die Drosselklappe 4, durch das Luftein­ laßventil 8 in die Verbrennungskammer. Zur selben Zeit wird die Wirbelintensität durch die Wirbelsteuerklappe 6 gesteuert. Im allgemeinen wird die Wirbelintensität im geschichteten Magerbetrieb oder im homogenen Magerbetrieb hoch eingestellt, und die Wirbelintensität wird für die anderen Betriebsarten niedrig eingestellt. Ins­ besondere für die geschichtete Betriebsart wird der Kraftstoff in der Nähe der Zünd­ kerze 11 konzentriert, um eine Ausdehnung des Kraftstoffs über die gesamte Ver­ brennungskammer 9 durch den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung den Luftfluß durch die Wirbel und eine Öffnung 22 in der oberen Oberfläche des Kolbens 21 zu verhindern.
Das Gasgemisch aus Kraftstoff und angesaugter Luft wird durch Zündung mittels der Zündkerze 9 verbrannt. Das Abgas wird nach Verbrennung durch das Auslaß­ ventil 13 in das Abgassystem 24 entladen. Das Abgas fließt in die NOx-Falle 15, die in dem Abgassystem 24 angeordnet ist.
Der erste Luft-/Kraftstoffverhältnissensor 14 gibt ein Signal entsprechend einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas an einer Position stromauf der NOx-Falle 15 aus, und ein tatsächliches Luft-/Kraftstoffverhältnis wird aus dem Ausgangssignal erfaßt. Basierend auf dem tatsächlichen, durch den ersten Luft-/Kraftstoffverhältnis­ sensor 14 erfaßten Luft-/Kraftstoffverhältnis, wird das Luft-/Kraftstoffverhältnis des zugeführten Gasgemisches geregelt, um ein Ziel-Luft-/Kraftstoffverhältnis zu erzie­ len.
Der zweite Luft-/Kraftstoffverhältnissensor 25 gibt ein Signal entsprechend einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas an einer Position stromab der NOx-Falle 15 aus, und ein tatsächliches Luft-/Kraftstoffverhältnis wird aus diesem Ausgangs­ signal erfaßt. Basierend auf dem tatsächlichen, durch den zweiten Luft-/Kraftstoff­ verhältnissensor 25 erfaßten Luft-/Kraftstoffverhältnis, wird eine Menge von einge­ fangenem NOx beurteilt, die von der NOx-Falle 15 adsorbiert oder absorbiert wur­ de.
Obwohl der zweite in der vorliegenden Ausführungsform eingesetzte Luft-/Kraft­ stoffverhältnissensor 25 ein sogenannter O2-Sensor ist, dessen Ausgangssignal sich in der Nähe des stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnisses stark ändert, um ein nahezu binäres Signal auszugeben, wie in Fig. 2 gezeigt, ist die vorliegende Erfin­ dung nicht auf einen O2-Sensor eingeschränkt. Beispielsweise ist es möglich, einen sogenannten breitbandigen Luft-/Kraftstoffverhältnissensor einzusetzen, der eine Ausgabe basierend auf der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas erzeugt, die nahe­ zu linear zu dem Luft-/Kraftstoffverhältnis ist.
Ein Kanal und ein EGR-Ventil, nicht gezeigt, sind in einem Pfad vom Abgassystem 24 zu dem Luftansaugsystem 23 angeordnet. Insbesondere während des geschichte­ ten Betriebs wird eine große EGR-Durchflußrate eingeführt, um die Erzeugung von NOx und die Verbrennungsgeschwindigkeit zu unterdrücken.
Fig. 3 zeigt die Struktur der ECU 20. Die Signale 3s, 5s, 12s, 14s, 25s, 17s, 19s von dem Luftdurchflußsensor 3, dem Drosselklappenöffnungswinkelsensor 5a, dem Zy­ linderdrucksensor 12, dem ersten Luft-/Kraftstoffverhältnissensor 25, dem Kurbel­ winkelsensor 17, dem Beschleunigungssensor 19 und ein Signal von einem Zylin­ deridentifikationssensor 27 werden einem Eingangsschaltkreis 31 zugeführt. Eine CPU 30 liest diese Eingangssignale über eine Eingangs-/Ausgangsschnittstelle 32 und führt eine Verarbeitung aus, basierend auf Programmen und Konstanten, die in einem ROM 37 gespeichert sind.
Weiterhin werden ein Zündzeitpunkt, eine Breite und ein Zeitpunkt für einen Ein­ spritzansteuerpuls, ein Kommando für den Drosselklappenöffnungswinkel und ein Kommando für den Wirbelsteuerklappenöffnungswinkel als Ergebnis der Verarbei­ tung von der CPU 30 an eine Zündausgangsschaltung 33, eine Kraftstoffeinspritz­ ventilansteuerschaltung 34, eine Drosselklappenansteuerschaltung 35 und eine Wir­ belsteuerklappenansteuerschaltung 36 über die Ein-/Ausgabeschnittstelle 32 ausge­ geben, um die Zündung, die Kraftstoffeinspritzung, die Drosselklappenöffnungs­ winkelsteuerung und Wirbelsteuerklappenöffnungswinkelsteuerung auszuführen.
Zusätzlich wird beispielsweise, wenn die NOx-Falle 15 als verschlechtert beurteilt wurde, eine Warnlampe 26 durch eine Warnlampenansteuerschaltung 37 eingeschal­ tet. Ein RAM 38 wird zum Speichern von Werten der Eingangssignale und der Er­ gebnisse der Verarbeitung verwendet.
Ein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt T1 wird durch das in dem ROM 37 gespeicherte Programm und Konstanten, beispielsweise basierend auf der folgenden Gleichung, berechnet und Kraftstoff wird mittels des Kraftstoffeinspritzventils 10 dem Motor 1 zugeführt.
Ti = K . (Qa/Ne) . TGFBA . ALPHA . Kr.
Hierbei ist K ein Koeffizient basierend auf den Eigenschaften des Kraftstoffein­ spritzventils 10 usw., Qa ist eine Menge angesaugter Luft, Ne ist eine Drehzahl des Motors, TGFBA ist ein äquivalentes Zielverhältnis für das dem Motor 1 zugeführte Gasgemisch, und ALPHA ist ein Rückkopplungsmodifikationskoeffizient. Kr ist ein Luft-/Kraftstoffverhältnismodifikationskoeffizient, der in der Luft- /Kraftstoffverhältnisveränderungssteurung (im folgenden als "NOx- Entleerungssteuerung" bezeichnet) verwendet wird, die zeitweise das Luft- /Kraftstoffverhältnis des Abgases mit einem vorbestimmten Zyklus von dem mage­ ren Luft-/Kraftstoffverhältnis zu dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis verändert.
Wenn das äquivalente Zielverhältnis TGFBA gleich 1 ist, ist das dem Motor 1 zuge­ führte Gasgemisch das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffverhältnis. Auf der anderen Seite ist das dem Motor 1 zugeführte Gasgemisch das magere Luft- /Kraftstoffverhältnis, wenn das äquivalente Zielverhältnis TGFBA kleiner als 1 ist. Wenn das äquivalente Zielverhältnis TGFBA größer als 1 ist, ist das im Motor 1 zugeführte Gasgemisch das fette Luft-/Kraftstoffverhältnis. Das äquivalente Ziel­ verhältnis TGFBA wird in dem ROM 37 als eine Tabelle der Drehzahl Ne des Mo­ tors versus der Last (beispielsweise ein Zieldrehmoment berechnet anhand eines Signals des Beschleunigungssensors 19, der ein Ausmaß des Tretens auf das Gaspe­ dal 18 erfaßt) abgespeichert, wie in Fig. 4 gezeigt. In anderen Worten ist TGFBA < 1 wenn die Betriebsbedienung in einer Niedriglastbetriebszone, kleiner als die durchgezogene Linie L, liegt, d. h. das dem Motor 1 zugeführte Gasgemisch ist ein mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis. Wenn die Betriebsbedingung in einer Betriebs­ zone zwischen der durchgezogenen Linie L und der durchgezogenen Linie R liegt, gilt TGFBA = 1, d. h. das dem Motor 1 zugeführte Gasgemisch ist das stöchiometri­ sche Luft-/Kraftstoffverhältnis. Wenn die Betriebsbedingung innerhalb einer Hoch­ lastbetriebszone, größer als die durchgezogene Linie R, liegt, ist TGFBA < 1, d. h., das dem Motor 1 zugeführte Gasgemisch ist das fette Luft-/Kraftstoffverhältnis. Weiterhin wird eine Verbrennung eines sehr mageren Gasgemisches mit einem Luft-/Kraftstoffverhältnis von 40 bis 50 durch die Erzeugung eines geschichteten Gasgemisches (der geschichtete Magerbetrieb) durchgeführt wenn die Betriebsbe­ dingung in einer Niedrigstlastbetriebszone kleiner als die gepunktete Linie S in der Niedriglastbetriebszone kleiner als die durchgezogene Linie L liegt. In der Betriebs­ zone zwischen der durchgezogenen Linie R und der gepunkteten Linie S wird eine Verbrennung eines homogenen Magergasgemisches mit einem Luft- /Kraftstoffverhältnis von 20 bis 25 (der homogene Magerbetrieb) durchgeführt.
Während des stöchiometrischen Betriebs (TGFBA = 1, Kr = 1) wird eine rückge­ koppelte Regelung basierend auf dem tatsächlichen, durch den ersten Luft-/Kraft­ stoffverhältnissensor 14 erfaßtes Luft-/Kraftstoffverhältnis durchgeführt, so daß das Luft-/Kraftstoffverhältnis genau das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffverhältnis wird, und der Rückkopplungsmodifikationskoeffizient ALPHA wird berechnet um den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Ti zu reflektieren. Der Rückkopplungsmodifikati­ onskoeffizient ALPHA wird normalerweise um 1,0 herum verändert, indem er ver­ ringert wird, wenn das tatsächliche Luft-/Kraftstoffverhältnis fett wird und indem er vergrößert wird, wenn das tatsächliche Luft-/Kraftstoffverhältnis mager wird. Der Rückkopplungsmodifikationskoeffizient ALPHA wird für einen anderen als den stöchiometrischen Betrieb auf einen geeigneten Wert oder einen gelernten Wert festgelegt.
Während des Lernbetriebs (TGFBA < 1, Kr = 1) wird NOx in dem Abgas durch die NOx-Falle 15 eingefangen. Wenn die Menge von eingefangenem NOx eine vorbe­ stimmte Menge erreicht (in einem vorbestimmten Zyklus), wird die Betriebsbedin­ gung zu TGFBA = 1, Kr ≧ 1 umgeschaltet, d. h. auf eine Bedingung des stöchiome­ trischen Luft-/Kraftstoffverhältnisses oder des fetten Luft-/Kraftstoffverhältnisses (die NOx-Entleerungssteuerung) mit niedriger Sauerstoffkonzentration umgeschal­ tet, und das in der NOx-Falle 15 eingefangene NOx wird freigesetzt und durch HC und CO in dem Abgas reduziert oder wird kontakt-reduziert, unter der Bedingung von der NOx-Falle 15 eingefangen worden zu sein, um die NOx-Einfangleistung zurückzuerlangen. Im Falle eines Motors mit Zylindereinspritzung wird das Luft- /Kraftstoffverhältnis in der vorliegenden Ausführungsform durch Betätigung der Drosselklappe 6 in Schließrichtung durch die Drosselklappenbetätigungseinrichtung 5, um die Menge von angesaugter Luft zu reduzieren, und gleichzeitig durch Steue­ rung der Menge von zugeführtem Kraftstoff verändert, wenn das Luft- /Kraftstoffverhältnis zu dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis umgeschaltet wird. Das Umschaltverfahren ist aber nicht auf das oben beschriebene Verfahren beschränkt.
Die NOx-Falle 15 ist so konstruiert, um die sogenannte Dreiwegekatalysatorleistung zum Einfangen von NOx während des Magerbetriebs und zum Erhalten der Abgas­ reinigungsleistung während des stöchiometrischen Betriebs aufzuweisen. Die NOx- Falle 15 ist so aufgebaut, daß Aluminiumoxid als Träger verwendet wird, der ein Alkalimetall oder ein alkalihaltiges Erdmetall wie beispielsweise Natrium Na, Bari­ um Ba oder ähnliches und ein Edelmetall wie beispielsweise Platin Pt, Rhodium Rh oder ähnliches trägt. Um weiterhin die sogenannte Dreiwegekatalysatorleistung zu verbessern, tragen einige NOx-Fallen ein Zer-Metall Ce mit einer Sauerstoffspei­ cherkapazität. Die NOx-Falle 15 fängt NOx durch Absorption oder Adsorption von NOx ein, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis des in die NOx-Falle einfließenden Abgases mager ist und setzt das eingefangene NOx frei, wenn die Sauerstoffkonzen­ tration in dem Abgas verringert wird, z. B. wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis stöchiometrisch oder fett wird. Das freigesetzte NOx wird durch eine Reaktion mit HC und CO in dem Abgas durch den Katalysatoreffekt von z. B. Platin reduziert. Anderenfalls wird das NOx, unter der Bedingung, daß es von der NOx-Falle 15 ein­ gefangen wurde, kontakt-reduziert, um die NOx-Einfangleistung wiederherzustellen (Entleeren von NOx). Auf dieselbe Weise wie oben beschrieben, kann die Menge von in die Atmosphäre emittierten NOx reduziert werden. Weiterhin können, da HC und CO in dem Abgas oxidiert werden und das NOx durch den Katalysatoreffekt von z. B. Platin reduziert wird, diese Abgaskomponenten während des stöchiometri­ schen Betriebs reduziert werden. Es gibt einige Arten von NOx-Fallen, die einen Effekt zur Reduzierung von Teilen des NOx durch HC und CO in dem Abgas besit­ zen, selbst wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis des eintretenden Abgases mager ist.
Wie oben beschrieben wird, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases mager ist, NOx in der NOx-Falle 15 durch Adsorption oder Absorption eingefangen. Es gibt jedoch eine Begrenzung in der NOx-Einfangkapazität der NOx-Falle 15 und die NOx-Falle 15 wird unfähig weiter NOx einzufangen, wenn die NOx-Falle NOx ein­ fängt bis die Einfangkapazität gesättigt ist. Folglich passiert NOx die NOx-Falle um in die Atmosphäre emittiert zu werden. Deshalb ist es nötig, NOx aus der NOx-Falle 15 zu entleeren bevor die Einfangkapazität der NOx-Falle 15 gesättigt ist. Infolge­ dessen ist es nötig, die Menge des in der NOx-Falle 15 eingefangenen NOx zu be­ stimmen. Ein Verfahren zur Bestimmung der Menge des von der NOx-Falle 15 ein­ gefangenen NOx wird im folgenden beschrieben.
Die Menge von in der NOx-Falle 15 eingefangenem NOx (pro Zeiteinheit) wird erhöht, wenn sich die Menge von NOx (pro Zeiteinheit) in dem von dem Motor 1 abgegebenen Abgas erhöht. Da die Menge von NOx (pro Zeiteinheit) in dem von dem Motor 1 abgegebenen Abgas nahezu von der Drehzahl und der Last des Motors 1 festgelegt wird, ist die Menge von in der NOx-Falle 15 eingefangenem NOx (pro Zeiteinheit) eine Funktion der Drehzahl und der Last des Motors 1. Deshalb wird die Menge von in der NOx-Falle 15 eingefangenem NOx (pro Zeiteinheit) NOAS im voraus als eine Funktion der Drehzahl und der Last des Motors 1 gemessen und die Ergebnisse in dem ROM 37 in Form einer Tabelle abgespeichert.
Während der Magerbetrieb fortgesetzt wird, kann die errechnete Menge von in der NOx-Falle 15 eingefangenem NOx TNOA durch die Akkumulation von NOAS zu jedem vorgegebenen Intervall ermittelt werden, wie durch die folgende Gleichung gezeigt wird.
TNOA(neu) = TNOA(alt) + NOAS.
In der vorliegenden Ausführungsform wird vor dem Zeitpunkt, wenn die berechnete Menge von in der NOx-Falle 15 eingefangenem NOx TNOA eine gesättigte Ein­ fangmenge TNOAMX erreicht, das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases zeitweise zu dem stöchiometrischen oder fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis umgeschaltet, um NOx aus der NOx-Falle 15 zu entleeren.
Es ist vorteilhaft, daß die Menge von in der NOx-Falle 15 eingefangenem NOx (pro Zeiteinheit) NOAS durch Parameter des Zündzeitpunkts und des Kraftstoffein­ spritzzeitpunkts modifiziert wird, da eine Änderung des Zündzeitpunkts und des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts eine Auswirkung auf die Menge von in der NOx-Falle 15 eingefangenem NOx NOAS hat. Weiterhin wird die Menge von in der NOx- Falle 15 eingefangenem NOx (pro Zeiteinheit) NOAS durch die Menge von bereits von der NOx-Falle 15 eingefangenem NOx beeinflußt. Deshalb kann eine berechne­ te Menge von in der NOx-Falle 15 eingefangenem NOx TNOA durch beispielswei­ se die folgende Gleichung berechnet werden, wenn die Menge von NOx (pro Zeiteinheit), die von einer NOx-Falle 15 in einem Zustand der NOx-Falle 15 mit wenig eingefangenem NOx eingefangen wurde, NOAS ist.
TNOA(neu) = TNOA(alt) + (1 - TNOA(alt)/TNOAMX) . NOAS.
Das heißt, die Menge von in der NOx-Falle 15 eingefangenem NOx (pro Zeitein­ heit) ist proportional zu einem Wert der gesättigten Einfangmenge abzüglich eines Wertes von NOx, das bereits eingefangen wurde.
Da Schwefel in dem Kraftstoff und dem Schmiermittel des Motors 1 enthalten ist, ist SOx im Abgas des Motors 1 enthalten, obwohl die Menge klein ist. SOx wird auch von der NOx-Falle 15 eingefangen, zusammen mit NOx. Jedoch ist SOx, nachdem es einmal eingefangen wurde schwierig zu entleeren, und demnach wird die mögliche Menge von NOx, die durch die NOx-Falle 15 eingefangen werden kann, schrittweise verringert, wenn die Menge von in der NOx-Falle 15 eingefange­ nem SOx sich erhöht. Dies bedeutet, daß die NOx-Einfangkapazität der NOx-Falle 15 sich verschlechtert. Zusätzlich kann sich die NOx-Einfangkapazität der NOx- Falle 15 auch durch Hitze während der Benutzung der Falle und durch verschiedene Arten von Substanzen (Blei Pb, Silicon Si usw.) verschlechtern. Es ist deshalb nötig zu wissen, welche Menge von NOx durch die NOx-Falle 15 eingefangen werden kann, d. h. die gesättigte Einfangmenge von NOx TNOAMX der NOx-Falle 15 zu ermitteln. Dieses wird im folgenden beschrieben.
Zuerst wird ein Verfahren zur Ermittlung der Menge von tatsächlich in der NOx- Falle 15 eingefangenem NOx beschrieben. Wird das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases zeitweise zu dem stöchiometrischen oder fetten umgeschaltet um NOx aus der NOx-Falle 15 zu entleeren (NOx-Entleerungssteuerung), wird ein Abgas mit einer geringen Sauerstoffkonzentration und einer großen Menge von unverbranntem HC und CO von dem Motor 1 ausgestoßen.
Zu diesem Zeitpunkt wird, in dem Fall wenn die NOx-Falle 15 oder wenn ein Kata­ lysator mit einer Sauerstoffspeicherkapazität oder ähnliches stromauf der NOx-Falle 15 angeordnet ist, gespeicherter Sauerstoff zuerst freigesetzt. Wenn die Sauer­ stoffkonzentration in der NOx-Falle 15 im Verlauf der Freisetzung verringert wird, wird das eingefangene NOx freigesetzt und gleichzeitig durch das unverbrannte HC und CO reduziert, oder das eingefangene NOx wird in dem eingefangenen Zustand kontakt-reduziert. Fig. 5 zeigt Beispiele von Ausgangssignalformen des zweiten Luft-/Kraftstoffverhältnissensors 25 bei der NOx-Entleerungssteuerung. Die Kurven a und b zeigen Ausgangssignalformen des zweiten Luft-/Kraftstoffverhältnissensors 25 für die Fälle, wenn die verwendeten NOx-Fallen 15 Unterschiede voneinander in bezug auf die Menge von gespeichertem Sauerstoff (Sauerstoffspeicherkapazität) aufweisen und die Menge von eingefangenem NOx gleich ist. Die Kurve a zeigt den Fall mit kleiner Sauerstoffspeicherkapazität und die Kurve b zeigt den Fall mit gro­ ßer Sauerstoffspeicherkapazität. Dabei kann angenommen werden, daß die Menge von gespeichertem Sauerstoff gleich der Sauerstoffspeicherkapazität ist, da bei Aus­ führung des Magerbetriebs Sauerstoff in kurzer Zeit vollständig bis zur Sauer­ stoffspeicherkapazität gespeichert werden kann. Die Kurven b und c zeigen die Ausgangssignalformen des zweiten Luft-/Kraftstoffverhältnissensors 25 für die Fälle, wenn die gleiche NOx-Falle 15 verwendet wird und die Mengen von einge­ fangenem NOx unterschiedlich voneinander sind. Die Kurve b zeigt den Fall mit einer geringen Menge von eingefangenem NOx und die Kurve c zeigt den Fall mit einer großen Menge von eingefangenem NOx. In diesen Fällen ist die Menge von gespeichertem Sauerstoff (Sauerstoffspeicherkapazität) gleich.
Wie in Fig. 6 gezeigt, wird ein Schwellwert VS1, der das magere Luft- /Kraftstoffverhältnis beschreibt, und ein Schwellwert VS2, der das fette Luft- /Kraftstoffverhältnis beschreibt, gesetzt, und eine Zeitdauer, von dem Zeitpunkt wenn die NOx-Entleerungssteuerung gestartet wird zu dem Zeitpunkt wenn der Ausgang des zweiten Luft-/Kraftstoffverhältnissensors 25 den Schwellwert VS1 überschreitet, wird mit T1 bezeichnet, und eine Zeitdauer, von dem Zeitpunkt wenn der Ausgang des zweiten Luft-/Kraftstoffsensors 25 den Schwellwert VS1 über­ schreitet zu dem Zeitpunkt wenn der Ausgang des zweiten Luft-/Kraftstoffsensors 25 den Schwellwert VS2 überschreitet, wird mit T2 bezeichnet. Fig. 7 und Fig. 8 zeigen das Verhältnis zwischen T2 und der Menge von eingefangenem NOx und das Verhältnis zwischen T1 und der Menge von gespeichertem Sauerstoff wenn die Ar­ beitsbedingungen die gleichen sind. Aus den Figuren wird deutlich, daß ein linearer Zusammenhang zwischen T2 und der Menge von eingefangenem NOx und zwi­ schen T1 und der Menge von gespeichertem Sauerstoff besteht.
In einem Experiment wurde verifiziert, daß, für die in dem Experiment verwendete NOx-Falle 15, die Menge von gespeichertem Sauerstoff und die Menge von einge­ fangenem NOx durch das Setzen des Wertes VS1 zu ungefähr 0,2 V und des Wertes VS2 zu ungefähr 0,8 V getrennt voneinander erfaßt werden können. Weiterhin wur­ de in dem Experiment verifiziert, daß der Zeitpunkt, an dem der Ausgangswert des zweiten Luft-/Kraftstoffverhältnissensors 25 den Wert VS2 überschreitet, der Zeit­ punkt der Beendigung des Entleerens des von der NOx-Falle eingefangenem NOx war. Aus diesem Grunde wird die Beendigung der Entleerungssteuerung auf einen Zeitpunkt gesetzt, nach dem der Ausgang des zweiten Luft- /Kraftstoffverhältnissensors 25 den Wert VS2 überschreitet.
Da sich die oben beschriebenen Spannungswerte VS1 und VS2 ändern, wenn der zweite Luft-/Kraftstoffverhältnissensor 25 sich verschlechtert, ist es vorteilhaft, daß die Spannungswerte VS1 und VS2 entsprechend dem Ausgang beim Magerbetrieb und dem Ausgang bei fettem Betrieb modifiziert werden.
Aus den obigen Erklärungen ist es offensichtlich, daß die Menge von gespeichertem Sauerstoff aus der Zeitdauer T1 durch das Festlegen von nur dem Wert VS1 erfaßt werden kann.
Fig. 9 zeigt ein Verfahren zum Erfassen einer Menge von eingefangenem NOx in einer herkömmlichen Technologie. Ein Schwellwert VSx (ungefähr 0,5 V), der die Nähe des stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnisses bezeichnet, wird festge­ legt und eine Zeitdauer Tx, von dem Zeitpunkt wenn die NOx-Entleerungssteuerung gestartet wird zu dem Zeitpunkt wenn der Ausgang des Luft- /Kraftstoffverhältnissensors den Schwellwert VSx überschreitet, wird gemessen. In diesem Fall ist das Verhältnis zwischen der Menge von eingefangenem NOx und der Zeitdauer Tx wie in Fig. 10 dargestellt. Die Menge von eingefangenem NOx kann aus der Zeit pe erfaßt werden. Wenn die Menge von gespeichertem Sauerstoff unterschiedlich ist, kann die Menge von eingefangenem NOx nicht aus der Zeitdau­ er Tx erfaßt werden.
Da das in der NOx-Falle 15 eingefangene NOx in der obigen Zeitdauer T2 fast ent­ leert ist, kann die Menge von NOx, die durch Absorption oder Adsorption in der NOx-Falle 15 eingefangen wurde, durch Erfassung der Menge von NOx, die wäh­ rend der Zeitdauer T2 entleert wurde, ermittelt werden.
Das in dem Abgas enthaltene unverbrannte HC und CO wird zur Reduzierung von NOx verwendet, während das NOx aus der NOx-Falle 15 entleert wird. Deshalb ist die Menge von NOx pro Zeiteinheit NODS, das aus der NOx-Falle 15 entleert wird, proportional zu der Menge von unverbranntem HC und CO das pro Zeiteinheit zu­ geführt wird, d. h. die Menge von überschüssigem Kraftstoff die pro Zeiteinheit zugeführt wird. Die Menge von überschüssigem Kraftstoff, die pro Zeiteinheit zuge­ führt wird, Qfex kann mit der folgenden Gleichung berechnet werden.
Qfex = k1 . Ti . (Kr - 1)/Kr . Ne
= k1 . Ti . Qa . (Kr - 1)
wobei k1 eine Proportionalitätskonstante ist und die anderen Größen sind die glei­ chen, wie in der Gleichung für Ti erklärt. Da die Menge von aus der NOx-Falle 15 pro Zeiteinheit entleertem NOx NODS proportional zu Qfex ist, kann NODS durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden, wobei k2 eine Proportionalitätskon­ stante ist.
NODS = k2 . Qfex
= k . Qa . (Kr - 1)
wobei k = k1 . k2.
Wenn der Wert Kr der Entleerungssteuerung übermäßig groß ist (das Luft- /Kraftstoffverhältnis ist zu fett), besteht die Möglichkeit, daß unverbranntes HC und CO in Überschuß der Reaktionsrate zum Reduzieren von in der NOx-Falle 15 einge­ fangenem NOx zugeführt wird, wobei dies von der Art der NOx-Falle 15 abhängt. In diesem Fall passiert unverbranntes HC und CO die NOx-Falle 15 ohne mit NOx zu reagieren und folglich entsteht ein Berechnungsfehler für die Menge von einge­ fangenem NOx. Auf der anderen Seite wird der Wert Kr bei der normalen NOx- Entleerungssteuerung manchmal auf einen etwas zu großen Wert gesetzt (beispielsweise Kr ≧ 1,1), um die Entleerung von NOx zu beschleunigen. Es ist des­ halb vorteilhaft, daß der Wert Kr bei der NOx-Entleerungssteuerung zum Ermitteln der Menge von eingefangenem NOx auf einen anderen Wert als den Wert Kr bei der normalen NOx-Entleerungssteuerung (beispielsweise 1 < Kr < 1,1) gesetzt wird.
Wie oben beschrieben kann die Menge von NOx, die in der NOx-Falle 15 eingefan­ gen wurde, durch die Berechnung der Summe TNOD aus NODS während der oben­ genannten Zeitdauer T2 bei der NOx-Entleerungssteuerung ermittelt werden. Das heißt, die Menge von NOx wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt.
TNOD = Σ NODS (Summierung während T2)
= K . Σ {Qa . (Kr - 1)} (Summierung während T2)
In der Gleichung zur Berechnung der Menge des aus der NOx-Falle 15 pro Zeitein­ heit entleertem NOx NODS, d. h.,
NODS = k . Qa . (Kr - 1),
ist der Wert Kr tatsächlich oft ein fester Wert (beispielsweise werden eine Vielzahl von festen Werten für individuelle Betriebsmoden vorbestimmt). Die Summe TNOD über NODS während der Zeitdauer T2 ist deshalb proportional zu der Sum­ me über Qa während der Zeitdauer T2. Folglich kann TNOD aus der folgenden Gleichung berechnet werden.
TNOD = k' . Qave . Kr . T2,
wobei K' eine Proportionalitätskonstante und Qave ein durchschnittlicher Wert von Qa während der Zeitdauer T2 ist.
Um die gesättigte Einfangmenge von NOx TNOAMX der NOx-Falle 15 zu erfas­ sen, muß die Menge von in der NOx-Falle 15 eingefangenem NOx TNOA bei der NOx-Entleerungssteuerung gleich der gesättigten Einfangmenge von NOx sein. Auf der anderen Seite wird die normale NOx-Entleerungssteuerung zu dem Zeitpunkt gestartet, wenn der geschätzte Wert von in der NOx-Falle 15 eingefangenem NOx TNOA den Wert TNOAP erreicht, der kleiner ist als die gesättigte Einfangmenge von NOx TNOAMX. Im Normalbetrieb wird deshalb, wie in Fig. 11 gezeigt, die NOx-Entleerungssteuerung zu dem Zeitpunkt gestartet, wenn die geschätzte Menge von eingefangenem NOx TNOA den Wert TNOAP erreicht. Nur zu der Zeit, wenn die gesättigte Einfangmenge von NOx TNOAMX festgestellt wird, wird die NOx- Entleerungssteuerung zu dem Zeitpunkt eingeschaltet, wenn TNOA einen Wert et­ was größer als die gesättigte Einfangmenge von NOx TNOAMX erreicht. Der erfaß­ te Wert der Menge von eingefangenem NOx TNOD wird durch das oben beschrie­ bene Verfahren erhalten und die gesättigte Einfangmenge von NOx TNOAMX wird entsprechend des erfaßten Wertes TNOD aktualisiert und weiterhin wird der Schwellwert TNOAP zum Starten der normalen NOx-Entleerungssteuerung eben­ falls aktualisiert.
Durch das oben beschriebene Verfahren wird die gesättigte Einfangmenge von NOx TNOAMX der NOx-Falle 15 erfaßt. Wenn die erfaßte gesättigte Einfangmenge von NOx TNOAMX kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, wird beispielsweise eine Steuerung zur Wiederherstellung aus einem SOx-vergifteten Zustand durchgeführt. Nach Durchführung der Steuerung, falls die erfaßte gesättigte Einfangmenge von NOx TNOAMX immer noch kleiner als der vorbestimmte Wert ist, wird die NOx- Falle 15 als verschlechtert beurteilt. Es wird dann ein Code, der die Verschlechte­ rung der NOx-Falle 15 bezeichnet, abgespeichert und/oder eine Warnung an den Fahrer durch das Einschalten der Warnlampe ausgegeben.
Die Steuerung zur Wiederherstellung aus dem SOx-vergifteten Zustand wird durch Erhöhung der Temperatur der NOx-Falle 15 bis zu einer vorgegebenen Temperatur, beispielsweise 600°C, und der Fortführung des Betriebs durch Beibehaltung des fetten Luft-/Kraftstoffverhältnisses für eine vorbestimmte Zeitdauer durchgeführt.
Auf der anderen Seite ist der berechnete Wert von eingefangenem NOx TNOA so­ wieso ein Schätzwert und weist deshalb einen Fehler auf. Fehlerfaktoren sind ein Unterschied zwischen dem Abbildungswert, der die Menge von in der NOx-Falle eingefangenem NOx (von dem Motor 1 entladen) vorgibt, und dem tatsächlichen Wert, die Verschlechterung der NOx-Einfangleistung der NOx-Falle 15 usw. Es ist deshalb vorteilhaft, daß für die geschätzte Menge von eingefangenem NOx TNOA beispielsweise die folgende Modifikation verwendet wird. Das heißt, durch Ver­ gleich des erfaßten Wertes der Menge von eingefangenem NOx TNOD, der in der normalen NOx-Entleerungssteuerung erfaßt wird, mit dem Schwellwert TNOAP, der der geschätzten Menge von NOx TNOA entspricht, die zum Start der NOx- Entleerungssteuerung verwendet wird, wird die geschätzte Menge von eingefange­ nem NOx TNOA modifiziert, um gleich mit dem erfaßten Wert der Menge von ein­ gefangenem NOx TNOD zu sein.
Genaugenommen wird beispielsweise der Koeffizient kc der folgenden Gleichung berechnet und der Koeffizient kc wird für die geschätzte Menge von eingefangenem NOx TNOA als eine neue geschätzte Menge von eingefangenem NOx TNOA ver­ wendet.
kc(neu) = kc(alt) . TNOAP/TNOA
Wenn der obige Modifikationskoeffizient kc stark von 1 abweicht, kann die Tatsa­ che zu der Entscheidung darüber verwendet werden, ob eine Abnormalität in dem Motor 1 oder der NOx-Falle 15 vorliegt. Im einzelnen kann, wenn kc < 1 und die Abweichung groß ist, daraus geschlossen werden, daß die NOx-Falle 15 verschlech­ tert ist. Um die Genauigkeit der Beurteilung der Verschlechterung zu erhöhen, ist es vorteilhaft, daß die obengenannte Beurteilung einer Verschlechterung der NOx- Falle durchgeführt wird, wenn durch die Abweichung des Koeffizienten kc eine Verschlechterung der NOx-Falle 15 erklärt wurde. Auf der anderen Seite ist, wenn kc < 1 und die Abweichung groß ist, die Menge von NOx, die von dem Motor 1 ab­ gegeben wird, größer als der vorgegebene Abbildungswert und folglich kann daraus geschlossen werden, daß eine Abnormalität in dem Motor 1 vorliegt.
Es ist vorteilhaft, daß die Erfassung der gesättigten Einfangmenge von NOx TNOAMX und die Beurteilung der Verschlechterung der NOx-Falle 15 nur durch­ geführt werden, wenn vorbestimmte Bedingungen eingehalten werden, beispiels­ weise wenn die Temperatur oder die Betriebsbedingungen der NOx-Falle 15 in ei­ nem vorbestimmten Bereich liegen, wenn eine vorgegebene Zeit verstrichen ist, oder wenn die Verschlechterung aufgrund des Koeffizienten kc, wie oben beschrie­ ben, erklärt wurde. Der Grund wird im folgenden beschrieben.
Da die Menge von in der NOx-Falle 15 eingefangenem NOx stark durch die Tempe­ ratur der NOx-Falle 15 beeinflußt wird, ist die Bedingung in bezug auf die Tempera­ tur der NOx-Falle 15 gegeben. Die Menge von in der NOx-Falle 15 eingefangenem NOx wird verringert, wenn die Temperatur der NOx-Falle 15 entweder zu niedrig oder zu hoch ist. Die Temperatur kann direkt gemessen oder aus den Betriebsbedin­ gungen geschätzt werden.
Um die Genauigkeit der Schätzung der berechneten Menge von eingefangenem NOx TNOA zu erhöhen wird die Betriebsbedingung festgelegt. Der Magerbetrieb wird fortgesetzt bis die geschätzte Menge von eingefangenem NOx TNOA größer als die gesättigte Einfangmenge von NOx TNOAMX wird. Deshalb wird die Menge von die NOx-Falle 15 passierendem NOx vergrößert, wenn die geschätzte Menge von eingefangenem NOx TNOA kleiner als der tatsächliche Wert geschätzt wird. Auf der anderen Seite wird, wenn die geschätzte Menge von eingefangenem NOx TNOA größer als der tatsächliche Wert geschätzt wird, die NOx- Entleerungssteuerung gestartet bevor die Menge von eingefangenem NOx die ge­ sättigte Einfangmenge von NOx TNOAMX erreicht und als Ergebnis kann die ge­ sättigte Einfangmenge von NOx TNOAMX kleiner als der tatsächliche Wert beur­ teilt werden. Deshalb wird der stabile Betriebsbereich als Bedingung festgelegt.
Um die gesättigte Einfangmenge von NOx TNOAMX zu erfassen, ist es notwendig die NOx-Entleerungssteuerung durchzuführen nachdem mehr als die gesättigte Ein­ fangmenge von NOx eingefangen wurde, und als ein Ergebnis wird die Menge von die NOx-Falle 15 passierendem NOx etwas vergrößert. Deshalb muß die Frequenz zur Erfassung der gesättigten Einfangmenge von NOx TNOAMX begrenzt werden. Im einzelnen wird die Erfassung der gesättigten Einfangmenge von NOx TNOAMX durchgeführt, nachdem eine vorgegebene Zeit nach der vorhergehenden Erfassung verstrichen ist, oder die Anzahl der Durchführungen der Erfassung der gesättigten Einfangmenge von NOx TNOAMX wird vom Beginn zum Ende des Betriebs des Motors begrenzt.
In der obigen Erklärung wird die gesättigte Einfangmenge von NOx TNOAMX mit einem vorgegebenen Wert verglichen, um zu entscheiden, ob die Steuerung zur Wiederherstellung aus einem SOx-vergifteten Zustand durchgeführt wird, oder um zu entscheiden, ob die NOx-Falle 15 verschlechtert ist. Auf der anderen Seite ist es möglich die obengenannten Gleichungen zu verwenden. Die obengenannte Glei­ chung für den erfaßten Wert der Menge von eingefangenem NOx TNOD, die zur Berechnung der gesättigten Einfangmenge von NOx TNOAMX verwendet wird, ist
TNOD = k' . Σ . {Qa' . (Kr - 1)} (Summe über T2), oder
die Gleichung für einen festen Wert Kr ist
TNOD = k' . Qave . Kr . T2.
Es ist möglich, daß die Schwellwerte in einer Qa-Abbildung oder einer Kr- Abbildung abgespeichert werden und die Entscheidung durch Vergleich von T2 mit dem Schwellwert durchgeführt wird.
Eine weitere Ausführungsform zur Beurteilung der Verschlechterung der NOx-Falle 15 wird im folgenden beschrieben. In der normalen NOx-Entleerungssteuerung wird TNOAPC durch eine Erhöhung des Schwellwerts TNOAP zum Starten der NOx- Entleerungssteuerung, beispielsweise durch einen vorgegebenen Wert zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, erzeugt. Die erfaßten Werte für die Menge von eingefan­ genem NOx für die Schwellwerte TNOAP und TNOAPC werden ermittelt und der Unterschied zwischen diesen berechnet. Wenn der Unterschied kleiner als ein vor­ gegebener Wert ist, wird TNOAP um einen vorgegebenen Wert verringert. Wird der aktualisierte TNOAP kleiner als ein vorgegebener Wert, wird entschieden, daß die NOx-Falle 15 verschlechtert ist. Diese Ausführungsform macht Gebrauch von der Tatsache, daß die Menge von eingefangenem NOx entsprechend der Menge von in die NOx-Falle 15 fließenden NOx verändert wird, wenn die Menge von eingefange­ nem NOx innerhalb der gesättigten Einfangmenge von NOx TNOAMX liegt. Im Gegensatz dazu wird, wenn die Menge von eingefangenem NOx die gesättigte Ein­ fangmenge von NOx TNOAMX erreicht, die Menge von in der NOx-Falle 15 ein­ gefangenem NOx nicht erhöht, sogar wenn NOx in die NOx-Falle 15 fließt. Das Wesentliche der vorliegenden Erfindung ist, wenn die geschätzte Menge von einge­ fangenem NOx TNOA verändert wird, durch Untersuchung der Änderung des erfaß­ ten Wertes der Menge von eingefangenem NOx TNOD zu entscheiden, ob die Menge von eingefangenem NOx die gesättigte Einfangmenge von NOx TNOAMX erreicht. Deshalb ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verfahren beschränkt.
Fig. 12 ist ein Flußdiagramm, das eine Ausführungsform für einen Luft- /Kraftstoffverhältnissteuerungsprozeß zeigt. Die Steuerung wird zu vorgegebenen Zeitpunkten (beispielsweise alle 20 ms) von einer Hauptroutine, nicht gezeigt, ge­ startet.
In Schritt 100 wird entschieden, ob der Betriebsmodus in der Magerbetriebszone liegt oder nicht. In diesem Schritt wird beurteilt, ob die Last, die Drehzahl, die Kühlwassertemperatur des Motors 1 und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs jeweils innerhalb eines individuellen vorgegebenen Bereichs liegen. Falls festgestellt wird, daß der Betriebsmodus nicht in der Magerbetriebszone liegt, wird die Verarbeitung mit Schritt 113 zum Setzen von TGFBA zu 1 und Kr zu 1 fortgesetzt. Das heißt, der stöchiometrische Betrieb wird durchgeführt. Als nächstes wird die Verarbeitung mit Schritt 114 zur Durchführung der Regelung für das Luft-/Kraftstoffverhältnis basie­ rend auf dem Ausgang des ersten Luft-/Kraftstoffverhättnissensors 14 fortgesetzt.
Falls in Schritt 100 festgestellt wird, daß der Betriebsmodus in der Magerbetriebs­ zone liegt, wird die Verarbeitung mit Schritt 101 zum Suchen der Tabelle von Dreh­ zahl und Last des Motors 1 nach einem entsprechenden Wert (< 1), gezeigt in Fig. 4, und der Festlegung des Wertes für das äquivalente Zielverhältnis TGBF fortgesetzt. Danach wird die Verarbeitung mit Schritt 102 fortgesetzt. Falls eine Anforderungs­ markierung für eine Verschlechterungsbeurteilung gesetzt ist (= 1), wird eine Ver­ schlechterungsbeurteilungsunterroutine in Schritt 115 (wird im Nachfolgenden be­ schrieben) ausgeführt und dieser Steuerungsablauf ist beendet. Falls die Anforderungsmarkierung für die Verschlechterungsbeurteilung nicht gesetzt ist, wird die Verarbeitung mit Schritt 103 fortgesetzt. Falls eine Anforderungsmarkierung für eine NOx-Entleerung, wird im folgenden beschrieben, gesetzt ist (= 1), wird eine NOx-Entleerungssteuerungsunterroutine in Schritt 116 (wird im folgenden be­ schrieben) durchgeführt. Danach wird in Schritt 117 ein Zähler CNOP für die An­ zahl der normalen NOx-Entleerungssteuerungen um 1 erhöht und dieser Steue­ rungsablauf ist beendet. Falls die Anforderungsmarkierung für die NOx-Entleerung nicht gesetzt ist, wird die Verarbeitung mit Schritt 104 zum Setzen des Rückkopp­ lungskoeffizienten ALPHA zu 1 und des Luft- /Kraftstoffverhältnismodifikationskoeffizienten für die NOx-Entleerungssteuerung Kr zu 1 fortgesetzt. Als nächstes wird die Verarbeitung mit Schritt 105 zum Berech­ nen einer Kraftstoffeinspritzzeit Ti durch die folgende Gleichung fortgesetzt.
Ti = K . (Qa/Ne) . TGFBA . ALPHA . Kr
= K . (Qa/Ne) . TGFBA
Das heißt, der Magerbetrieb wird entsprechend dem äquivalenten Zielwertverhältnis TGFBA durchgeführt.
Danach wird in Schritt 106 die berechnete Menge von eingefangenem NOx TNOA nach der folgenden Formel kumulativ berechnet, während der Magerbetrieb fortge­ setzt wird.
TNOA(neu) = TNOA(alt) + kc . NOAS
Dabei wird NOAS aus einer Abbildung berechnet, die entsprechend den Betriebs­ zuständen des Motors 1 vorbesetzt ist. Der Koeffizient kc ist ein berechneter Feh­ lermodifikationskoeffizient.
In Schritt 107 wird entschieden, ob der Zähler CNOP für die Anzahl der normalen NOx-Entleersteuerungen größer als ein Beurteilungswert KNOP ist. Falls der Zähler CNOP für die Anzahl der normalen NOx-Entleersteuerungen größer als der Beurtei­ lungswert KNOP ist, wird gefolgert, daß eine Beurteilung der Verschlechterung der NOx-Falle 15 notwendig ist und die Verarbeitung fährt in Schritt 110 fort. Dabei wird entschieden, ob die berechnete Menge von eingefangenem NOx TNOA (die gesättigte Einfangmenge von NOx TNOAMX + α) überschreitet. Falls eine Über­ schreitung vorliegt, wird in Schritt 111 die Anforderungsmarkierung für die Verschlechterungsbeurteilung gesetzt (= 1), um den Zähler CNOP für die Anzahl von normalen NOx-Entleersteuerungen zu löschen. Falls keine Überschreitung vorliegt, wird der Steuerungsablauf beendet.
Falls in Schritt 107 der Zähler CNOP nicht größer als der Beurteilungswert KNOP ist, wird die Verarbeitung mit Schritt 108 zum Prüfen der Startbedingung einer normalen NOx-Entleersteuerung fortgesetzt. Dabei wird entschieden, ob die berech­ nete Menge von eingefangenem NOx TNOA den NOx-Entleerschwellwert TNOAP überschreitet. Falls eine Überschreitung vorliegt, wird in Schritt 111 die Anforde­ rungsmarkierung für eine NOx-Entleerung gesetzt (= 1). Falls TNOA den NOx- Entleerschwellwert TNOAP nicht überschreitet, wird der Steuerungsablauf beendet.
Durch das oben beschriebene Verfahren wird die Verschlechterungsbeurteilung durchgeführt wenn die normale NOx-Entleersteuerung KNOP-mal durchgeführt wird.
Fig. 13 ist ein Flußdiagramm, das eine Ausführungsform für ein normales NOx- Entleersteuerverfahren zeigt. Das Verfahren wird als eine Subroutine aus dem in Fig. 12 gezeigten Steuerungsablauf gestartet, wenn die Anforderungsmarkierung für eine NOx-Entleersteuerung gesetzt ist.
Zuerst wird in Schritt 200 der Rückkopplungskoeffizient ALPHA = 1 und das äqui­ valente Zielverhältnis TGFBA = 1 gesetzt, und der Luft- /Kraftstoffverhältnismodifikationskoeffizient Kr für die NOx-Entleerungssteuerung wird auch festgelegt. Weiterhin wird, um einen Schock in Zusammenhang mit einer Änderung in dem erzeugten Drehmoment des Motors 1, hervorgerufen durch eine Veränderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses, zu reduzieren, auch eine Modifikati­ on des Zündzeitpunkts gesteuert. In dem Fall, daß der Betriebsmode vor dem Star­ ten der NOx-Entleerungssteuerung der geschichtete Betriebsmode ist (der sehr ma­ gere Verbrennungsbetriebsmode, in dem Kraftstoff unter einer Bedingung von ei­ nem Luft-/Kraftstoffverhältnis von 40 bis 50 durch Erzeugung eines geschichteten Gemisches verbrannt wird), wird auch die Steuerung zum Umschalten des Be­ triebsmodes zu dem homogenen Betriebsmode (der Betriebsmode um Kraftstoff homogen zuzuführen) durchgeführt. Um dies zu erzielen, wird die Steuerung des Öffnungswinkels der Wirbelsteuerklappe 6, die Steuerung der EGR-Menge und die Steuerung der Veränderung des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und eine Verringerung der Menge an angesaugter Luft durchgeführt.
Als nächstes wird in Schritt 201 der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Ti durch die fol­ gende Gleichung berechnet.
Ti = K . (Qa/Ne) . TGFBA . ALPHA . Kr
= K . (Qa/Ne) . Kr
In Schritt 202 wird entschieden, ob der Ausgang Vo des zweiten Luft- /Kraftstoffverhältnissensors 25 VS2 überschreitet. Falls der Ausgang Vo den Wert VS2 nicht überschreitet, wird in Schritt 203 entschieden, ob der Ausgang Vo den Wert VS1 überschreitet. Falls der Ausgang Vo den Wert VS1 nicht überschreitet, wird der Steuerungsablauf beendet, da die NOx-Entleerung nicht gestartet wird (gespeicherter Sauerstoff wird freigesetzt). Falls der Ausgang Vo den Wert VS1 überschreitet, wird in Schritt 204 ΔT zu T2 addiert (Steuerstartzyklus) (es ist mög­ lich 1 zu addieren), da die NOx-Entleerung fortgesetzt wird. Als nächstes wird der kumulative Wert SQa und der Zähler der kumulativen Anzahl CQa der Luftfließrate Qa in Schritt 205 aktualisiert.
Fall der Ausgang Vo in Schritt 202 VS2 überschreitet, wird die Verarbeitung mit Schritt 206 zum Beenden der Verarbeitung fortgesetzt, da die NOx-Entleerung be­ endet ist. Zu diesem Zeitpunkt wird T2 ein Wert, der die Zeitdauer für die Verände­ rung des Ausgangs Vo von VS1 zu VS2 mißt. In Schritt 206 wird die Anforde­ rungsmarkierung für die NOx-Entleerung gelöscht (= 0) und dann in Schritt 207 wird die durchschnittliche Luftfließrate Qave während der NOx-Entleerung durch die folgende Gleichung berechnet.
Qave = SQa/CQa
In Schritt 208 wird die berechnete Menge von eingefangenem NOx TNOA durch die folgende Gleichung berechnet.
TNOD = k' . Qave . Kr . T2
Danach wird in Schritt 209 der Modifikationskoeffizient kc des Berechnungsfehlers durch die folgende Gleichung berechnet.
kc(neu) = kc(alt) . TNOAP/TNOA
In Schritt 210 werden TNOD, TNOA, T2, SQa und CQa initialisiert und der Steue­ rungsablauf ist beendet. In dem Fall, daß der Betriebsmode vor der Initialisierung der NOx-Entleerungssteuerung der geschichtete Betriebsmode ist, wird weiterhin der Betriebsmode von dem homogenen Betriebsmode zu dem homogenen Be­ triebsmode umgeschaltet und dann ist der Steuerungsablauf beendet.
Fig. 14 ist ein Flußdiagramm, das eine Ausführungsform des Verfahrens zur Beur­ teilung der Verschlechterung zeigt. Das Verfahren wird als eine Subroutine aus dem in Fig. 12 gezeigten Steuerungsablauf gestartet, wenn die Anforderungsmarkierung für eine Verschlechterungsbeurteilung gesetzt ist.
Zuerst wird in Schritt 300 der Rückkopplungskoeffizient ALPHA = 1 und das äqui­ valente Zielverhältnis TGFBA = 1 gesetzt, und der Luft- /Kraftstoffverhältnismodifikationskoeffizient Kr für die NOx-Entleerungssteuerung wird auch festgelegt. Weiterhin wird, um einen Schock in Zusammenhang mit der Veränderung in dem erzeugten Drehmoment des Motors 1, ausgelöst durch eine Veränderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses, zu reduzieren, auch eine Modifikati­ on des Zündzeitpunkts gesteuert. In dem Fall, daß der Betriebsmodus vor dem Star­ ten der NOx-Entleerungssteuerung der geschichtete Betriebsmodus ist (der sehr ma­ gere Verbrennungsbetriebsmodus, in dem Kraftstoff unter einer Bedingung eines Luft-/Kraftstoffverhältnisses von 40 bis 50 durch Erzeugung eines geschichteten Gemisches verbrannt wird), wird auch die Steuerung zur Umschaltung des Be­ triebsmodes zu dem homogenen Betriebsmode (der Betriebsmode um Kraftstoff homogen zuzuführen) durchgeführt. Um dies zu erzielen, wird die Steuerung des Öffnungswinkels der Wirbelsteuerklappe 6, die Steuerung der EGR-Menge und die Steuerung der Veränderung des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und eine Verringerung der Menge an angesaugter Luft durchgeführt.
Danach wird in Schritt 301 der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt T1 durch die folgende Gleichung berechnet.
Ti = K . (Qa/Ne) . TGFBA . ALPHA . Kr
= K . (Qa/Ne) . Kr
In Schritt 302 wird entschieden, ob der Ausgang Vo des zweiten Luft- /Kraftstoffverhältnissensors 25 VS2 überschreitet. Falls der Ausgang Vo den Wert VS2 nicht überschreitet, wird in Schritt 303 entschieden, ob der Ausgang Vo den Wert VS1 überschreitet. Falls der Ausgang Vo den Wert VS1 nicht überschreitet, wird der Steuerungsablauf beendet, da die NOx-Entleerung nicht gestartet wird (gespeicherter Sauerstoff wird freigesetzt). Falls der Ausgang Vo den Wert VS1 überschreitet wird in Schritt 304 ΔT zu T2 addiert (es ist möglich 1 zu addieren) (Steuerstartzyklus), da die NOx-Entleerung fortgesetzt wird. Weiterhin wird der kumulative Wert SQa und die Zähler der kumulativen Anzahl CQa der Luftfließrate Qa in Schritt 305 aktualisiert.
Falls der Ausgang Vo in Schritt 302 VS2 überschreitet, wird die Verarbeitung mit Schritt 306 zur Beendigung der Verarbeitung fortgesetzt, da die NOx-Entleerung beendet ist. Zu diesem Zeitpunkt wird T2 ein Wert, der die Zeitdauer für die Verän­ derung des Ausgangs Vo von VS1 zu VS2 mißt. In Schritt 306 wird die Anforde­ rungsmarkierung für die NOx-Entleerung gelöscht (= 0) und dann in Schritt 307 wird die durchschnittliche Luftfließrate Qave während der NOx-Entleerung durch die folgende Gleichung berechnet.
Qave = SQa/CQa
In Schritt 308 wird die berechnete Menge von eingefangenem NOx TNOA durch die folgende Gleichung berechnet.
TNOD = k' . Qave . Kr . T2
Dann wird in Schritt 309 die gesättigte Einfangmenge von NOx TNOAMX entspre­ chend TNOD aktualisiert und der Schwellwert TNOAP zum Starten der normalen NOx-Entleersteuerung wird auch aktualisiert. Dies geschieht folgendermaßen.
TNOAMX = TNOD
TNOAP = Kp . TNOD,
wobei Kp eine Konstante mit einem Wert von 0,6 bis 0,8 ist.
In Schritt 130 werden TNOD, TNOA, T2, SQa und CQa initialisiert.
Dann wird in Schritt 311 entschieden, ob TNOAMX kleiner als ein Verschlechte­ rungsbeurteilungsschwellwert KNOASL ist. Falls TNOAMX kleiner als KNOASL ist, wird in Schritt 312 eine Markierung zur Verschlechterungsbeurteilung gesetzt (= 1). Falls TNOAMX nicht kleiner als KNOASL ist, wird in Schritt 313 die Mar­ kierung für die Verschlechterungsbeurteilung gelöscht (= 0) und dann der Steue­ rungsablauf beendet. In dem Fall, daß der Betriebsmode vor der Initiierung der NOx-Entleerungssteuerung der geschichtete Betriebsmode ist, wird weiterhin der Betriebsmode von dem homogenen Betriebsmode zu dem homogenen Betriebsmode umgeschaltet und dann wird der Steuerungsablauf beendet.
Falls die Markierung für die Verschlechterungsbeurteilung gesetzt ist, wird durch die Steuerung, nicht in dem Flußdiagramm gezeigt, der Code zur Bezeichnung der Verschlechterung der NOx-Falle 15 gespeichert und/oder eine Warnung wird an den Fahrer durch das Einschalten der Warnlampe gegeben.

Claims (14)

1. Abgasreinigungssystem für einen Motor, mit
einer NOx-Falle zum Einfangen von NOx in einem Abgas durch Adsorption oder Absorption, wenn ein Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases ein mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis ist, und zum Freigeben oder Reduzieren von NOx, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis ein fettes Luft-/Kraftstoffverhältnis ist, wo­ bei die NOx-Falle in einem Abgaskanal angeordnet ist; und
einer Luft-/Kraftstoffverhältnisveränderungseinrichtung zum zeitweisen Verän­ dern des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Abgases mit einem vorbestimmten Zyklus von dem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zu einem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis, mit einer Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Sauer­ stoffkonzentration in dem Abgas stromab der NOx-Falle in dem Abgaskanal; und
einer NOx-Einfangmengebeurteilungseinrichtung zur Beurteilung einer Menge von durch die NOx-Falle eingefangenem NOx aus einem erfaßten Ergebnis der Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung durch Heranziehen einer Sauer­ stoffspeicherkapazität wenn die Luft- /Kraftstoffverhältnisveränderungseinrichtung zeitweise das Luft- /Kraftstoffverhältnis des Abgases zu dem stöchiometrischen Luft- /Kraftstoffverhältnis oder dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis verändert.
2. Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß Anspruch 1, wobei die NOx- Einfangmengebeurteilungseinrichtung eine Menge von durch die NOx-Falle eingefangenem NOx basierend auf einer Signalform zwischen einem ersten, die magere Luft-/Kraftstoffverhältnisbedingung bezeichnenden Schwellwert und einem zweiten, die fette Luft-/Kraftstoffbedingung bezeichnenden Schwellwert beurteilt, wobei die Signalform ein erfaßtes Ergebnis der Sauerstoffkonzentrati­ onserfassungseinrichtung ist wenn die Luft- /Kraftstoffverhältnisveränderungseinrichtung zeitweise das Luft- /Kraftstoffverhältnis des Abgases zu dem stöchiometrischen Luft- /Kraftstoffverhältnis oder dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis verändert.
3. Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß Anspruch 2, wobei die NOx- Einfangmengebeurteilungseinrichtung eine Menge von durch die NOx-Falle eingefangenem NOx basierend auf einer benötigten Zeitdauer von einem Zeit­ punkt, wenn ein Signal den ersten Schwellwert überschreitet, zu einem Zeit­ punkt, wenn das Signal den zweiten Schwellwert überschreitet, beurteilt, wobei das Signal ein erfaßtes Ergebnis der Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrich­ tung ist wenn die Luft-/Kraftstoffverhältnisveränderungseinrichtung zeitweise das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases zu dem stöchiometrischen Luft- /Kraftstoffverhältnis oder dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis verändert.
4. Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Ausmaß der Verschlechterung der NOx-Falle basierend auf einem beurteilten Ergebnis der NOx-Einfangmengebeurteilungseinrichtung er­ faßt wird.
5. Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß Anspruch 4, wobei ein Ausmaß der Verschlechterung der NOx-Falle basierend auf einem beurteilten Wert für eine Menge von eingefangenem NOx aus der NOx- Einfangmengebeurteilungseinrichtung bei einer vorbestimmten Betriebsbedin­ gung des Motors erfaßt wird.
6. Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß Anspruch 4, wobei ein Ausmaß der Verschlechterung der NOx-Falle basierend auf einem beurteilten Wert für eine Menge von eingefangenem NOx aus der NOx- Einfangmengebeurteilungseinrichtung und einer Betriebsbedingung des Motors zu dem Beurteilungszeitpunkt erfaßt wird.
7. Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß Anspruch 4, wobei ein Mager­ betrieb des Motors entsprechend dem erfaßten Ausmaß der Verschlechterung der NOx-Falle beschränkt wird.
8. Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß Anspruch 4, das zumindest eine Speichereinrichtung zur Speicherung eines Codes, der die Verschlechterung der NOx-Falle kennzeichnet und/oder eine Warnungserzeugungseinrichtung zur Er­ zeugung einer Warnung wenn das Ausmaß der Verschlechterung der NOx-Falle einen vorbestimmten Wert überschreitet aufweist.
9. Abgasreinigungssystem für einen Motor, mit
einer NOx-Falle zum Einfangen von NOx in einem Abgas durch Adsorption oder Absorption, wenn ein Luft-/Kraftstoffverhältnis des Abgases ein mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis ist, und zum Freigeben oder Reduzieren von NOx, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis ein fettes Luft-/Kraftstoffverhältnis ist, wo­ bei die NOx-Falle in einem Abgaskanal angeordnet ist; und
einer Luft-/Kraftstoffverhältnisveränderungseinrichtung zum zeitweisen Verän­ dern des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Abgases mit einem vorbestimmten Zyklus von dem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zu dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis oder dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis, mit einer Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Sauer­ stoffkonzentration in dem Abgas stromab der NOx-Falle in dem Abgaskanal; und
einer Sauerstoffspeicherkapazitätbeurteilungseinrichtung zur Beurteilung einer Sauerstoffspeicherkapazität basierend auf einer Zeitdauer von einem Zeitpunkt, wenn die Luft-/Kraftstoffverhältnisveränderungseinrichtung zeitweise das Luft- /Kraftstoffverhältnis des Abgases zu dem stöchiometrischen Luft- /Kraftstoffverhältnis oder dem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis verändert, bis zu einem Zeitpunkt, wenn ein erfaßtes Ergebnis der Sauerstoffkonzentrationserfas­ sungseinrichtung einen ersten Schwellwert, der die magere Luft- /Kraftstoffverhältnisvebindung bezeichnet, überschreitet.
10. Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß Anspruch 5, wobei der Mager­ betrieb des Motors entsprechend dem erfaßten Ausmaß der Verschlechterung der NOx-Falle beschränkt wird.
11. Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß Anspruch 6, wobei der Mager­ betrieb des Motors entsprechend dem erfaßten Ausmaß der Verschlechterung der NOx-Falle beschränkt wird.
12. Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß Anspruch 5, das zumindest eine Speichereinrichtung zur Speicherung eines Codes, der die Verschlechterung der NOx-Falle kennzeichnet und/oder eine Warnungserzeugungseinheit zur Erzeu­ gung einer Warnung wenn das Ausmaß der Verschlechterung der NOx-Falle ei­ nen vorbestimmten Wert überschreitet aufweist.
13. Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß Anspruch 6, das zumindest eine Speichereinheit zur Speicherung eines Codes, der die Verschlechterung der NOx-Falle kennzeichnet und/oder eine Warnungserzeugungseinheit zur Erzeu­ gung einer Warnung wenn der Grad der Verschlechterung der NOx-Falle einen vorbestimmten Wert überschreitet aufweist.
14. Abgasreinigungssystem für einen Motor gemäß Anspruch 7, das zumindest eine Speichereinrichtung zur Speicherung eines Codes, der die Verschlechterung der NOx-Falle kennzeichnet und/oder eine Warnungserzeugungseinheit zur Erzeu­ gung einer Warnung wenn das Ausmaß der Verschlechterung der NOx-Falle ei­ nen vorbestimmten Wert überschreitet aufweist.
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