DE102006041990A1 - HC-Adsorptionsmaterial und Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials - Google Patents

HC-Adsorptionsmaterial und Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials Download PDF

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Abstract

Durch die vorliegende Erfindung wird ein HC-Adsorptionsmaterial bereitgestellt, dessen Qualitätsabnahme mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit beurteilt werden kann. Das HC-Adsorptionsmaterial weist Zeolith mit Kationenadsorptionsstellen (AI-Stellen) auf, mit denen Ionen eines Elements (Ce·+·) verbunden sind, das in einem nichtionischen Zustand (in dem es als Oxid vorliegt) eine Sauerstoffspeicherkapazität (OSC) zeigt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft HC- (Kohlenwasserstoff) Adsorptionsmaterialien und Vorrichtungen zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme derartiger Materialien. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Techniken zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme eines HC-Adsorptionsmaterials, in dem ein Zeolith verwendet wird.
  • Ein in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordneter Abgasreinigungskatalysator, z.B. ein Dreiwegekatalysator, ist permanent einem Hochtemperaturabgas ausgesetzt, so dass seine Qualität unter dem Einfluss der Abgaswärme im Verlauf der Zeit abnehmen kann. Daher ist es wichtig, die Qualitätsabnahme des Abgasreinigungskatalysators zu überwachen.
  • Im Allgemeinen wird die Qualitätsabnahme eines Abgasreinigungskatalysators basierend auf einer Karrelation zwischen der Sauerstoffspeicherkapazität eines im Abgasreinigungskatalysator enthaltenen Sauerstoffspeichermaterials (OSC-Material) und der Qualitätsabnahme des Katalysators beurteilt. Insbesondere wird beispielsweise ein Sauerstoffsensor stromabwärts vom Abgasreinigungskatalysator angeordnet, wobei, wenn die durch den Sauerstoffsensor erfasste Sauerstoffkonzentration auf der Stromabwärtsseite des Abgasreinigungskatalysators die Sauerstoffkonzentration auf der Stromaufwärtsseite des Abgasreinigungskatalysators erreicht, entschieden wird, dass die Sauerstoffspeicherkapazität des Sauerstoffspeichermaterials abgenommen hat, d.h., dass die Qualität des Abgasreinigungskatalysators abgenommen hat.
  • In jüngster Zeit sind HC-Adsorptionsmaterialien entwikkelt worden, die dazu geeignet sind, Kohlenwasserstoffe (HC) in einem Abgas zu adsorbieren, und als derartige HC-Adsorptionsmaterialien sind Zeolithe bekannt. Aber auch die Qualität der HC-Adsorptionsmaterialien kann unter dem Einfluss der Abgaswärme im Verlauf der Zeit abnehmen, so dass es weiterhin wichtig ist, die Qualitätsabnahme des Abgasreinigungskatalysators zu überwachen.
  • Außerdem ist beispielsweise ein Abgasreinigungskatalysator entwickelt worden, in dem ein Dreiwegekatalysator und ein HC-Adsorptionsmaterial in Lagen bzw. Schichten ausgebildet sind. In einem derartigen Katalysator besteht eine Korrelation zwischen einer Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials und derjenigen des Dreiwegekatalysators, und diese Korrelation wird verwendet, um die Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials durch Erfassen der Qualitätsabnahme des Dreiwegekatalysators zu schätzen.
  • Das HC-Adsorptionsmaterial adsorbiert HC bei niedrigen Temperaturen, z.B. in einem kalten Zustand eines Verbrennungsmotors, und desorbiert das adsorbierte HC bei hohen Temperaturen, wie beispielsweise in einem warmen Zustand des Motors. Es ist auch eine Qualitätsabnahmediagnosetechnik entwickelt worden, in der diese Eigenschaft des HC-Adsorptionsmaterials genutzt wird, wobei stromaufwärts bzw. stromabwärts vom HC-Adsorptionsmaterial O2-Sensoren angeordnet sind, und wobei die Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials basierend auf der Ausgangssignalcharakteristik des stromabwärtsseitigen O2-Sensors erfasst wird, die während der Aufwärmphase des Motors beobachtet wird. (vergl. ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. H09-79028).
  • In dem Verfahren, in dem die Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials durch Beurteilen einer Qualitätsabnahme des Dreiwegekatalysators geschätzt wird, muss jedoch die Korrelation zwischen der Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials und derjenigen des Dreiwegekatalysators im Voraus bestimmt werden. Außerdem kann die Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials nicht erfasst werden, wenn nur das HC-Adsorptionsmaterial verwendet wird, d.h., wenn kein Dreiwegekatalysator verwendet wird.
  • Außerdem wird gemäß der in der vorstehend erwähnten japanischen Patentveröffentlichung dargestellten Technik das Ausgangssignal des stromabwärtsseitigen O2-Sensors während des Aufwärmens des Motors kontinuierlich überwacht, um die HC-Adsorptions-/Desorptionscharakteristik des HC-Adsorptionsmaterials zu diagnostizieren. Daher kann, wenn während der Aufwärmphase die Motorbetriebsbedingungen bezüglich einer Referenzbetriebsbedingung schwanken, die Genauigkeit der Entscheidung auf einen unerwünschten niedrigen Wert abnehmen. Außerdem besteht bei dieser Technik ein Problem dahingehend, dass eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials nur bei einem Kaltstart des Motors beurteilt werden kann.
    •
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen und ein HC-Adsorptionsmaterial bereitzustellen, dessen Qualitätsabnahme mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit beurteilt werden kann, und eine Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials.
  • Diese Aufgabe kann durch die in den Patentansprüchen spezifizierten Merkmale gelöst werden.
  • Insbesondere wird durch die vorliegende Erfindung, um die vorstehende Aufgabe zu lösen, ein Zeolith aufweisendes HC-Adsorptionsmaterial bereitgestellt, wobei das Zeolith Kationenadsorptionsstellen aufweist, mit denen Ionen eines Elements verbunden sind, das in einem nichtionischen Zustand eine Sauerstoffspeicherkapazität zeigt.
  • Wenn die Qualität des Zeoliths abnimmt, werden Aluminiumatome im Zeolith dissoziiert, und auch die Ionen des mit dem Zeolith verbundenen Elements werden dissoziiert, so dass das Element sich von einem ionischen Zustand in einen nichtionischen Zustand ändert, in dem es eine Sauerstoffspeicherkapazität zeigt. Durch Erfassen des Auftretens der Sauerstoffspeicherkapazität kann eine Qualitätsabnahme des Zeoliths und damit des HC-Adsorptionsmaterials auf eine direkte Weise und mit hoher Zuverlässigkeit beurteilt werden.
  • Das Element ist vorzugsweise Cer.
  • Cer hat eine ausgezeichnete Sauerstoffspeicherkapazität, wenn es in einer Oxidform (in einem nichtionischen Zustand) vorliegt. Daher kann, wenn Cerionen mit dem Zeolith verbunden sind, eine Qualitätsabnahme des Zeoliths und damit des HC-Adsorptionsmaterials mit hoher Genauigkeit beurteilt werden.
  • Außerdem wird die Menge des Elements vorzugsweise derart festgelegt, dass sie die Menge der Aluminiumatome im Zeolith nicht überschreitet.
  • Daher wird das Element, das in einem nichtionischen Zustand eine Sauerstoffspeicherkapazität zeigt, in einer derartigen Menge hinzugefügt, dass sie die Menge der Aluminiumatome im Zeolith nicht überschreitet, so dass alle Ionen des Elements ausnahmslos mit dem Zeolith verbunden sind. In einem Normalzustand, in dem die Qualität des Zeoliths noch nicht abgenommen hat, weist das Element keine Sauerstoffspeicherkapazität auf, so dass die Qualitätsabnahme des Zeoliths und damit des HC-Adsorptionsmaterial zuverlässiger beurteilt werden kann.
  • Vorzugsweise ist die Menge des Elements der Menge der Aluminiumatome im Zeolith im wesentlichen gleich.
  • In diesem Fall ist die Menge des Elements, das im nichtionischen Zustand eine Sauerstoffspeicherkapazität zeigt, weder größer noch kleiner als die Menge der Aluminiumatome im Zeolith, so dass die Ionen des Elements im wesentlichen mit der gleichen Anzahl von Aluminiumatomen im Zeolith verbunden sind. Daher wird, wenn ein Aluminiumatom dissoziiert wird, das Element gleichzeitig ebenfalls dissoziiert, so dass es sich von einem ionischen Zustand in einen nichtionischen Zustand ändert, in dem es die Sauerstoffspeicherkapazität zeigt, so dass eine Qualitätsabnahme des Zeoliths und damit des HC-Adsorptionsmaterials mit größerer Genauigkeit beurteilt werden kann.
  • Durch die vorliegende Erfindung wird außerdem eine Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme eines in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordneten HC-Adsorptionsmaterials bereitgestellt, wobei das HC-Adsorptionsmaterial ein Zeolith mit Kationenadsorptionsstellen aufweist, mit denen Ionen eines Elements verbunden sind, das in einem nichtionischen Zustand eine Sauerstoffspeicherkapazität zeigt. Die Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme weist auf: eine bezüglich einer Abgasströmung stromabwärtsseitig vom HC-Adsorptionsmaterial angeordnete stromabwärtsseitige Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration im Abgas; und eine Qualitätsabnahmebeurteilungseinrichtung zum Erfassen des Auftretens einer Sauerstoffspeicherkapazität des Elements basierend auf dem Erfassungs- oder Ausgangssignal der stromabwärtsseitigen Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials.
  • Wenn die Qualität des Zeoliths abnimmt, werden die Aluminiumatome im Zeolith dissoziiert, und auch die Ionen des mit dem Zeolith verbundenen Elements werden dissoziiert, so dass das Element sich von einem ionischen Zustand in einen nichtionischen Zustand ändert, in dem es eine Sauerstoff speicherkapazität zeigt. Das Auftreten der Sauerstoffspeicherkapazität kann basierend auf einer Änderung des Ausgangssignals (Amplitude, Periode, Phase, usw.) der stromabwärtsseitigen Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung leicht erfasst werden, so dass eine Qualitätsabnahme des Zeoliths und damit des HC-Adsorptionsmaterials auf eine direkte Weise und mit hoher Zuverlässigkeit beurteilt werden kann.
  • Vorzugsweise weist die Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme ferner eine bezüglich der Abgasströmung stromaufwärts vom HC-Adsorptionsmaterial angeordnete stromaufwärtsseitge Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration im Abgas auf, und die Qualitätsabnahmebeurteilungseinrichtung beurteilt eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials auf der Basis der Ausgangssignale der stromaufwärtsseitigen und der stromabwärtsseitigen Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung.
  • Wenn die Qualität des Zeoliths abnimmt, ändert sich der Zustand des Elements von einem ionischen in einen nichtionischen Zustand, in dem es eine Sauerstoffspeicherkapazität zeigt, und das Auftreten der Sauerstoffspeicherkapazität kann basierend auf einer Differenz zwischen den Ausgangssignalen (Amplitude, Periode, Phase, usw.) der stromaufwärtsseitigen und der stromabwärtsseitigen Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung leicht erfasst werden, so dass eine Qualitätsabnahme des Zeoliths und damit des HC-Adsorptionsmaterials mit hoher Genauigkeit beurteilt werden kann.
  • Vorzugsweise beurteilt die Qualitätsabnahmebeurteilungseinrichtung die Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials auf der Basis der Ausgangssignale der stromaufwärtsseitigen und der stromabwärtsseitigen Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung zu Beginn eines Kraftstoffab schaltungsbetriebs (Fuel Cut Operation) des Verbrennungsmotors.
  • Wenn die Qualität des Zeoliths abnimmt, ändert sich der Zustand des Elements von einem ionischen in einen nichtionischen Zustand, in dem sich die Sauerstoffspeicherkapazität zeigt, und wenn die Kraftstoffabschaltung beginnt und damit eine große Sauerstoffmenge an den Abgaskanal ausgegeben wird, wird der Sauerstoff für eine gewisse Zeit durch das Element adsorbiert. Daher kann das Auftreten der Sauerstoffspeicherkapazität als eine Verzögerung des Ausgangssignals der stromabwärtsseitigen Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung bezüglich des Ausgangssignals der stromaufwärtsseitigen Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung leicht erfasst werden, so dass eine Qualitätsabnahme des Zeoliths und damit des HC-Adsorptionsmaterials mit einer hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit beurteilt werden kann.
  • Insbesondere in dem Fall, wenn ein stromaufwärtsseitiger Katalysator (FCC) mit einer Sauerstoffspeicherkapazität, z.B. ein Dreiwegekatalysator, stromaufwärtsseitig vom HC-Adsorptionsmaterial angeordnet ist, kann eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials nicht exakt beurteilt werden, während eine normale Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungssteuerung ausgeführt wird (in der das Luft-Kraftstoffverhältnis moduliert wird). Dies ist der Fall, weil während der Rückkopplungssteuerung Sauerstoff periodisch durch den stromaufwärtsseitigen Katalysator adsorbiert wird und der adsorbierte Sauerstoff zum Oxidierten von HC und CO verwendet wird, wodurch dem stromabwärtsseitigen HC-Adsorptionsmaterial keine ausreichende Sauerstoffmenge zugeführt werden kann. Auch in dem Fall, in dem der stromaufwärtsseitige Katalysator bereitgestellt wird, wird, wenn eine Kraftstoffabschaltung ausgeführt wird, dem HC-Adsorptionsmaterial eine die Sauerstoffspeicherkapazität des stromaufwärtsseitigen Katalysators überschreitende, ausreichende Sauerstoffmenge zugeführt. Dadurch kann das Auftreten der Sauerstoffspeicherkapazität des Elements als Verzögerung des Ausgangssignals der stromabwärtsseitigen Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung bezüglich des Ausgangssignals der stromaufwärtsseitigen Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung leicht erfasst werden, so dass eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials mit einer hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit beurteilt werden kann.
  • Vorzugsweise beurteilt die Qualitätsabnahmebeurteilungseinrichtung die Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials auf der Basis der Ausgangssignale der stromaufwärtsseitigen und der stromabwärtsseitigen Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung, wenn der Kraftstoffabschaltungsbetrieb des Verbrennungsmotors abgeschlossen ist.
  • Wenn die Qualität des Zeoliths abnimmt, ändert sich der Zustand des Elements von einem ionischen auf einen nichtionischen Zustand, in dem es eine Sauerstoffspeicherkapazität zeigt, und wenn die Kraftstoffabschaltung beendet ist und die Kraftstoffzufuhr wieder aufgenommen wird, wird der durch das Element adsorbierte Sauerstoff zum Oxidieren von HC und CO verwendet. Daher kann das Auftreten der Sauerstoffspeicherkapazität basierend auf einer Verzögerung des Ausgangssignals der stromabwärtsseitigen Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung bezüglich des Ausgangssignals der stromaufwärtsseitigen Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung leicht erfasst werden, so dass eine Qualitätsabnahme des Zeoliths und damit des HC-Adsorptionsmaterials mit einer hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit beurteilt werden kann.
  • Auch in diesem Fall kann eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials mit einer hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit beurteilt werden, auch wenn ein stromaufwärtssei tiger Katalysator (FCC) mit einer Sauerstoffspeicherkapazität, z.B. ein Dreiwegekatalysator, stromaufwärts vom HC-Adsorptionsmaterial angeordnet ist.
  • Vorzugsweise weist die Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme ferner einen Abgasreinigungskatalysator auf, der im oder in der Nähe des HC-Adsorptionsmaterials angeordnet ist und eine Sauerstoffspeicherkapazität aufweist, und die Qualitätsabnahmebeurteilungseinrichtung beurteilt eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials, wenn die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators und die Temperatur des HC-Adsorptionsmaterials beide höher sind als ein erster Temperaturbereich, in dem der Abgasreinigungskatalysator die Sauerstoffspeicherkapazität zeigt, und gleichzeitig innerhalb eines zweiten Temperaturbereichs liegt, in dem das HC-Adsorptionsmaterial die Sauerstoffspeicherkapazität zeigt.
  • Wenn die Qualität des Zeoliths abnimmt, ändert sich der Zustand des Elements von einem ionischen in einen nichtionischen Zustand, in dem es eine Sauerstoffspeicherkapazität zeigt. Auch in diesem Fall, in dem der Abgasreinigungskatalysator mit einer Sauerstoffspeicherkapazität im oder in der Nähe des HC-Adsorptionsmaterials angeordnet ist, kann eine Qualitätsabnahme des Zeoliths und damit des HC-Adsorptionsmaterials ohne Einfluss durch die Sauerstoffspeicherkapazität des Abgasreinigungskatalysators mit einer hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit beurteilt werden.
  • Die Aufgaben und Merkmale sowie andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht, in denen ähnliche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile oder Komponenten bezeichnen; es zeigen:
    •
  • 1 eine vergrößerte Ansicht eines Viertelteils einer Zelle einer HC-Falle, die ein erfindungsgemäßes HC-Adsorptionsmaterial aufweist;
  • 2 eine schematisch Ansicht der Struktur des erfindungsgemäßen HC-Adsorptionsmaterials;
  • 3 eine schematische Ansicht hat der Struktur des HC-Adsorptionsmaterials in einem Zustand verminderter Qualität;
  • 4 die Beziehung zwischen der Betriebszeit und der Sauerstoffspeicherkapazität des erfindungsgemäßen Ce-haltigen HC-Adsorptionsmaterials;
  • 5 die Konstruktion einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme, die in einem Kraftfahrzeug installiert und dazu geeignet ist, eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials zu beurteilen;
  • 6 eine vergrößerte Ansicht eines Viertelteils einer Zelle einer HC-Falle, die in einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme verwendet wird;
  • 7 eine Beziehung zwischen einer Temperatur und der Sauerstofffreigabemenge von Ceroxiden mit und ohne ein Edelmetall;
  • 8 die Konstruktion einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme, die in einem Kraftfahrzeug installiert und dazu geeignet ist, eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials zu beurteilen;
  • 9 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer Verarbeitung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme zu Beginn eines Kraftstoffabschaltungsbetriebs gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 10 zeigt, wie das Luft-Kraftstoffverhältnis und die Ausgangsssignale des stromaufwärtsseitigen und des stromabwärtsseitigen O2-Sensors sich während eines Kraftstoffabschaltungsbetriebs mit der Zeit ändern; und
  • 11 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer Verarbeitung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme am Ende eines Kraftstoffabschaltungsbetriebs gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Viertelteils einer Zelle einer HC-Falle 20. Wie dargestellt ist, ist ein erfindungsgemäßes HC-Adsorptionsmaterial 22 auf der Oberfläche beispielsweise eines wabenförmigen (monolithischen) Trägers 24 (z.B. aus Cordierit, SiC oder Metall) aufgebracht.
  • Das HC-Adsorptionsmaterial 22 enthält als Hauptkomponente ein Zeolith, das Siliziumatome (Si) und Aluminiumatome (Al) enthält. Für das Zeolith wird beispielsweise β-Zeolith verwendet.
  • Insbesondere weist das erfindungsgemäße HC-Adsorptionsmaterial 22 eine in 2 dargestellte allgemeine Struktur auf. Das Zeolith weist eine Kationenadsorptionsstelle bei Aluminium auf, das aufgrund der Differenz der Wertigkeit zwischen Silizium und Aluminium eine negative Ladung hat. Mit der Kationenadsorptionsstelle (Al-Stelle) ist ein positives Cerion (Ce+) verbunden, das, wenn es als Oxid (in einem nichtionischen Zustand) vorliegt, eine Sauerstoffspeicherkapazität (OSC) aufweist. D.h., im Zeolith werden an den Kationenadsorptionsstellen Ce-Ionen eingebaut, die das Sauerstoffspeichermaterial (OSC-Material) darstellen.
  • Das HC-Adsorptionsmaterial 22 wird durch Mischen einer wässrigen Lösung von Cer (Ceracetat) mit einem Zeolith in Form eines Schlamms erhalten. Der Träger 24 wird dann in den Schlamm eingetaucht, getrocknet und gebrannt, um die HC-Falle 20 zu erhalten.
  • In diesem Fall wird das HC-Adsorptionsmaterial derart hergestellt, dass das Verhältnis der Molzahl von Ce zu derjenigen von Al im Zeolith vorzugsweise im Bereich von beispielsweise 0,8 bis 1,2 liegt, wobei die Molzahl von Ce die Molzahl von Al im Zeolith nicht überschreiten darf (Molzahl von Ce ≤ Molzahl von Al). Noch bevorzugter wird das HC-Adsorptionsmaterial 22 derart hergestellt, dass die Molzahl von Ce der Molzahl von Al im Zeolith im wesentlich gleicht (Molzahl von Ce = Molzahl von Al).
  • Nachstehend wird die Wirkung des erfindungsgemäßen HC-Adsorptionsmaterials 22 beschrieben.
  • Das das HC-Adsorptionsmaterial 22 bildende Zeolith hat ein derartiges HC-Adsorptionsvermögen, dass zahlreiche Poren davon innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs Kohlenwasserstoffe (HC) adsorbieren und halten und die adsorbierten Kohlenwasserstoffe bei Temperaturen oberhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs freisetzen. Aufgrund einer Qualitätsabnahme des Zeoliths durch Wärme kann jedoch Al dissoziiert werden, und wenn dies auftritt, fallen die Poren des Zeoliths zusammen, wodurch das HC-Adsorptionsvermögen abnimmt.
  • Wenn die Poren des Zeoliths aufgrund der Dissoziation von Al zusammenfallen, wie in 3 schematisch dargestellt ist, werden auch die Ce-Ionen dissoziiert. Das dissoziierte Ce verbindet sich und oxidiert, wobei Ceroxid, d.h. ein nichtionisches Material (Ce2O3) gebildet wird. Daher zeigt das Ce im erfindungsgemäßen HC-Adsorptionsmaterial 22 die Sauerstoffspeicherkapazität, wenn die Qualität des Zeoliths durch Wärme abnimmt. Insbesondere wird Ceroxid (Ce2O3) in sauerstoffangereicherten Umgebungen weiter oxidiert, wodurch CeO2 entsteht, wie durch die folgende Reaktionsformel dargestellt ist: CeO2 = Ce2O3 + 1/2·O2
  • 4 zeigt die Beziehung zwischen der Betriebszeit und der Sauerstoffspeicherkapazität des Ce-haltigen HC-Adsorptionsmaterials 22. Wie anhand dieser Figur ersichtlich ist, kann durch Erfassen des Auftretens der Sauerstoffspeicherkapazität des Ce im HC-Adsorptionsmaterial eine Qualitätsabnahme des Zeoliths und damit des HC-Adsorptionsmaterials 22 leicht beurteilt werden.
  • Das HC-Adsorptionsmaterial 22 wird derart hergestellt, dass die Molzahl von Ce die Molzahl des Al im Zeolith nicht überschreitet, wie vorstehend erwähnt wurde. In diesem Fall sind, wenn die Qualität des Zeoliths durch Wärme noch nicht abgenommen hat, alle Ce-Ionen mit dem Zeolith verbunden, so dass die Sauerstoffspeicherkapazität sich nicht zeigt, und nur nachdem Al aufgrund einer Wärmedissoziation des Zeoliths dissoziiert wird, tritt die Sauerstoffspeicherkapazität auf. Eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials 22 kann daher zuverlässig beurteilt werden.
  • Wenn das HC-Adsorptionsmaterial 22 derart hergestellt wird, dass die Molzahl von Ce der Molzahl des Al im Zeolith im wesentlichen gleicht, sind alle Ce-Ionen im wesentlichen mit der gleichen Anzahl von Al-Stellen des Zeoliths verbunden. Wenn Al aufgrund einer Qualitätsabnahme des Zeoliths durch Wärme dissoziiert wird, wird auch Ce dissoziiert, wodurch die Sauerstoffspeicherkapazität auftritt. Daher tritt der Fall, in dem Ce die Sauerstoffspeicherkapazität nicht zeigt, obwohl Al begonnen hat zu dissoziieren, nicht auf, wodurch eine genauere und zuverlässigere Beurteilung der Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials 22 ermöglicht wird.
  • Nachstehend werden Vorrichtungen zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme des erfindungsgemäßen HC-Adsorptionsmaterials beschrieben.
  • Erste Ausführungsform
  • 5 zeigt die Konstruktion einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme, die in einem Kraftfahrzeug installiert und dazu geeignet ist, eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials zu beurteilen.
  • Wie in 5 dargestellt ist, ist die HC-Falle 20, die das vorstehend erwähnte HC-Adsorptionsmaterial 22 enthält, im Abgaskanal eines Verbrennungsmotors (nachstehend lediglich als Motor bezeichnet) 1 eingesetzt.
  • In dieser Ausführungsform wird beispielsweise ein Benzinmotor mit Zündkerzenzündung und Zylindereinspritzung als Motor 1 verwendet. Der Motor 1 kann jedoch auch ein Benzinmotor mit Zündkerzenzündung und Krümmereinspritzung oder ein von einem Benzinmotor verschiedener Motor sein.
  • Wie in 5 dargestellt ist, weist der Motor 1 einen Zylinderkopf 2 auf, an dem bezüglich jedes Zylinders eine Zündkerze 4 und ein solenoidbetätigtes Kraftstoffeinspritzventil 6 montiert sind, so dass Kraftstoff direkt in die einzelnen Verbrennungskammern eingespritzt werden kann. Insbesondere ist das Kraftstoffeinspritzventil 6 über eine Kraftstoffleitung mit einer Kraftstoffzufuhrvorrichtung verbunden, die einen Kraftstofftank aufweist (wobei diese Komponenten alle nicht dargestellt sind), und der Kraftstoff im Kraftstofftank wird mit einem gewünschten Druck dem Kraftstoffeinspritzventil 6 zugeführt und in die entsprechende Verbrennungskammer eingespritzt.
  • Der Zylinderkopf 2 weist jedem Zylinder zugeordnete Einlassöffnungen auf, und ein Einlasskrümmer 10 ist an einem Ende mit den Einlassöffnungen in Kommunikation damit verbunden. Am anderen Ende des Einlasskrümmers 10 ist eine elektrisch betätigte Drosselklappe 11 angeordnet.
  • Außerdem weist der Zylinderkopf 2 jedem Zylinder zugeordnete Auslassöffnungen auf, und ein Auslasskrümmer 12 ist an einem Ende mit den Auslassöffnungen in Kommunikation damit verbunden.
  • Der Auslasskrümmer 12 ist am anderen Ende mit einem Abgasrohr (Abgaskanal) 14 verbunden, in dem ein Unterbodenkatalysator (UCC) eingesetzt ist, der durch die vorstehend erwähnte HC-Falle 20 und einen stromabwärts von der HC-Falle 20 angeordneten Dreiwegekatalysator 30 gebildet wird. Der Dreiwegekatalysator 30 ist auf eine auf dem Fachgebiet bekannte Weise konstruiert.
  • Ein stromaufwärtsseitiger O2-Sensor (stromaufwärtsseitige Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung) 18 ist stromaufwärtsseitig von der HC-Falle 20 angeordnet und dient zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration, die im in die HC-Falle 20 strömenden Abgas enthalten ist. Außerdem ist ein stromabwärtsseitiger O2-Sensor (stromabwärtsseitige Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung) 19 stromabwärts von der HC-Falle 20 und stromaufwärts vom Dreiwegekatalysator 30 angeordnet.
  • Eine ECU (elektronische Steuereinheit) 40 weist Ein/Ausgabeinheiten, Speichereinrichtungen (ROM-, RAM-Speicher usw.), eine Zentraleinheit (CPU), Zeitgeber/Zähler, usw. auf und führt eine integrierte Steuerung für den Motor 1 sowie für die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme aus.
  • Die Eingangsseite der ECU 40 ist mit verschiedenen Sensoren verbunden, z.B. mit den O2-Sensoren 18 und 19, und der ECU wird durch diese Sensoren erfasste Information zugeführt.
  • Die Ausgangsseite der ECU 40 ist über eine Zündspule 5 mit den Zündkerzen 4 sowie mit den Kraftstoffeinspritzventilen 6 und der Drosselklappe 11 verbunden. Optimalwerte der Kraftstoffeinspritzmenge, des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts, des Zündzeitpunkts, der Drosselklappenöffnung, usw. werden basierend auf der durch die verschiedenen Sensoren erfassten Information berechnet und an die Zündspule 5, die Kraftstoffeinspritzventile 6, die Drosselklappe 11 usw. ausgegeben. Dadurch wird von jedem Kraftstoffeinspritzventil 6 eine geeignete Kraftstoffmenge zu einem geeigneten Zeitpunkt eingespritzt, wird der Kraftstoff durch jede Zündkerze 4 zu einem geeigneten Zeitpunkt gezündet, und wird die Öffnungs/Schließoperation der Drosselklappe 11 geeignet gesteuert. Insbesondere werden basierend auf der Information von den verschiedenen Sensoren die Kraftstoffeinspritzmenge und die Drosselklappenöffnung derart eingestellt (Steuereinrichtung), dass ein Luft-Kraftstoffverhältnis (A/F-Verhältnis) auf einen Luft-Kraftstoffverhältnis-Sollwert (A/F-Sollwert, z.B. auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis) geregelt werden kann.
  • Insbesondere wird, nachdem der Motor 1 aufgewärmt ist, ein Abgas-Luft-Kraftstoffverhältnis (Abgas-A/F-Verhältnis) auf der Basis der Sauerstoffkonzentrationsinformation vom stromaufwärtsseitigen O2-Sensor 18 permanent erfasst, und gemäß dem Abgas-A/F-Verhältnis wird eine Rückkopplungssteuerung (Luft-Kraftstoff-Rückkopplungssteuerung) bezüglich des Luft-Kraftstoffverhältnisses ausgeführt. Dadurch wird das A/F-Verhältnis bezüglich des A/F-Verhältnis-Sollwertes (z.B. ein stöchiometrisches A/F-Verhältnis) periodisch moduliert (Luft-Kraftstoffverhältnismodulation) zwischen einem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis (fettes A/F-Verhältnis) und einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis (mageren A/F-Verhältnis).
  • Nachstehend wird beschrieben, wie eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials durch die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme beurteilt wird.
  • Wenn das HC-Adsorptionsmaterial 22 im vorgegebenen Temperaturbereich Kohlenwasserstoffe vollständig adsorbiert hat, oder wenn die adsorbierten Kohlenwasserstoffe bei Temperaturen oberhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs vollständig freigesetzt worden sind, passiert das Abgas einfach das HC-Adsorptionsmaterial 22, ohne dass sich seine Zusammensetzung ändert. Daher werden die Periode und die Amplitude des Abgas-A/F-Verhältnisses, die sich gemäß der Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungssteuerung ändern, bis zu einem Punkt stromabwärts von der HC-Falle 20 ohne Phasenverzögerung aufrechterthalten.
  • Daher sollte, wenn die Qualität des HC-Adsorptionsmaterials 22 der HC-Falle 20 noch nicht abgenommen hat, das Ce im HC-Adsorptionsmaterial 22 seine Sauerstoffspeicherkapazität noch nicht zeigen, so dass die Ausgangssignale des stromaufwärtsseitigen und des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 18 und 19 bezüglich der Amplitude, der Periode, der Phase usw. im wesentlichen gleich sein sollten.
  • Daher werden die Ausgangssignale des stromaufwärtsseitigen und des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 18 und 19 miteinander verglichen, und wenn die Ausgangssignale bezüglich der Amplitude, der Periode, der Phase usw. im wesentlichen gleich sind, kann daraus geschlossen werden, dass die Qualität des Zeoliths und damit des HC-Adsorptionsmaterials 22 noch nicht abgenommen hat.
  • Wenn dagegen die Qualität des HC-Adsorptionsmaterials 22 der HC-Falle 20 abgenommen hat, ändert sich das Ce im HC- Adsorptionsmaterial 22 zu Ceroxid (Ce2O3), das die Sauerstoffspeicherkapazität zeigt. In diesem Fall adsorbiert, wenn das Abgas-A/F-Verhältnis ein mageres A/F-Verhältnis ist, das Ceroxid Sauerstoff im Abgas, und wenn das Abgas-A/F-Verhältnis ein fettes A/F-Verhältnis ist, wird der adsorbierte Sauerstoff zum Oxidieren von HC und CO verwendet, wodurch das Ausgangssignal des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 19 im Vergleich zum Ausgangssignal des stromaufwärtsseitigen O2-Sensors 18 eine kleinere Amplitude, eine längere Periode oder eine Phasenverzögerung aufweist.
  • Daher werden die Ausgangssignale des stromaufwärtsseitigen und des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 18 und 19 miteinander verglichen, und wenn die Ausgangssignale sich bezüglich der Amplitude, der Periode oder der Phase unterscheiden, kann daraus geschlossen werden, dass das Ce im HC-Adsorptionsmaterial 22 seine Sauerstoffspeicherkapazität zeigt, und dass die Qualität des Zeoliths, und damit des HC-Adsorptionsmaterials 22, abgenommen hat. Außerdem kann der Grad der Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials 22 gemäß dem Maß bestimmt werden, in dem die Ausgangssignale des stromaufwärtsseitigen und des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 18 und 19 sich voneinander unterscheiden.
  • Auf diese Weise ist das HC-Adsorptionsmaterial 22, in dem die Ce-Ionen mit dem Zeolith verbunden sind, in der HC-Falle 20 enthalten, und die Ausgangssignale des stromaufwärtsseitigen und des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 18 und 19 werden miteinander verglichen, um das Auftreten der Sauerstoffspeicherkapazität des Ce zu erfassen, so dass eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials 22 auf direkte Weise mit einer hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit beurteilt werden kann.
  • In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden die Ausgangssignale des stromaufwärtsseitigen und des strom abwärtsseitigen O2-Sensors 18 und 19 miteinander verglichen. Wenn der Motor keinen stromaufwärtsseitigen O2-Sensor aufweist und nur der stromabwärtsseitige O2-Sensor 18 bereitgestellt wird, können Bezugswerte für die Amplitude und die Periode des Abgas-A/F-Verhältnisses gemäß der Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungssteuerung vorgespeichert werden, und eine Änderung des Ausgangssignals des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 19 bezüglich den Referenzwerten kann überwacht werden, um das Auftreten der Sauerstoffspeicherkapazität des Ce zu überwachen. Auch in diesem Fall kann eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials 22 mit einer hohen Zuverlässigkeit beurteilt werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • Eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme hat grundsätzlich die gleiche Konstruktion wie die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme und unterscheidet sich nur dadurch davon, dass an Stelle der HC-Falle 20 eine HC-Falle 20' verwendet wird. Nachstehend werden nur die Unterschiede zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform erläutert.
  • 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Viertelteils einer Zelle der in der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme verwendeten HC-Falle 20'. Wie dargestellt ist, weist die HC-Falle 20' einen Träger 24 auf, der mit dem HC-Adsorptionsmaterial 22 als eine Unterlagsschicht und außerdem mit einem Dreiwegekatalysator (Abgasreinigungskatalysator) 26 als Überzugsschicht beschichtet ist.
  • Der Dreiwegekatalysator 26 hat die Fähigkeit zum Oxidieren von HC und CO im Abgas sowie die Fähigkeit zum Redu zieren von NOx und enthält ein Edelmetall, wie beispielsweise Platin (Pt), Rhodium (Rh), Palladium (Pd) usw.
  • Der Dreiwegekatalysator 26 enthält außer dem Edelmetall zusätzlich ein Sauerstoffspeichermaterial (Ceroxid) und weist daher sowohl eine Sauerstoffspeicherkapazität als auch eine katalytische Fähigkeit auf. Die Sauerstoffspeicherkapazität des Dreiwegekatalysators 26 kann daher das als Ergebnis einer Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials 22 erhaltene Auftreten der Sauerstoffspeicherkapazität des Ce im HC-Adsorptionsmaterial 22 tatsächlich unmöglich machen, aber dies ist nicht der Fall, wie vorstehend erwähnt wurde.
  • 7 zeigt die Beziehung zwischen einer Temperatur und der Sauerstofffreigabemenge (die der Sauerstoffspeicherkapazität entspricht) von Ceroxid. Wie anhand dieser Figur ersichtlich ist, zeigt, wenn Ce und das Edelmetall nahe beieinander gleichzeitig vorhanden sind (wie im Dreiwegekatalysator 26), das Ceroxid seine Sauerstoffspeicherkapazität in einem niedrigen ersten Temperaturbereich (z.B. 400 bis 600°C), wie durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist. Andererseits zeigt Ceroxid, wenn kein Edelmetall enthalten ist (wie im HC-Adsorptionsmaterial 22) seine Sauerstoffspeicherkapazität in einem hohen Temperaturbereich (z.B. in der Nähe von 800°C), der höher ist als der erste Temperaturbereich, wie durch die durchgezogene Linie dargestellt ist.
  • D.h., wenn die Temperatur der HC-Falle 20' (HC-Adsorptionsmaterial 22 + Dreiwegekatalysator 26) innerhalb eines zweiten Temperaturbereichs liegt (schraffierter Bereich von beispielsweise 600 bis 750°C), der höher ist als der erste Temperaturbereich (z.B. 400 bis 600°C), zeigt der Dreiwegekatalysator 26 seine Sauerstoffspeicherkapazität nicht, sondern nur das Ceroxid (Ce2O3) des HC-Adsorptionsmaterials 22 zeigt die Sauerstoffspeicherkapazität. Dadurch kann eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials 22 ohne Einfluss durch das Sauerstoffspeichermaterial des Dreiwegekatalysators 26 beurteilt werden.
  • Daher wird im Fall der HC-Falle 20' mit dem auf dem HC-Adsorptionsmaterial 22 beschichteten Dreiwegekatalysator 26 die Temperatur der HC-Falle 20' (HC-Adsorptionsmaterial 22 + Dreiwegekatalysator 26) auf den zweiten Temperaturbereich (z.B. 600 bis 750°C) erhöht, wodurch eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials 22 wie in der ersten Ausführungsform ohne Einfluss durch den Dreiwegekatalysator 26 mit hoher Zuverlässigkeit beurteilt werden kann.
  • Im vorstehend erwähnten Beispiel ist der Dreiwegekatalysator 26 auf dem HC-Adsorptionsmaterial 22 angeordnet. Der Dreiwegekatalysator kann alternativ unter dem HC-Adsoptionsmaterial 22 oder unmittelbar stromaufwärts oder stromabwärts vom HC-Adsorptionsmaterial 22 angeordnet sein, und auch in diesen Fällen kann der gleiche Vorteil erhalten werden, wenn ausschließlich Ce im HC-Adsorptionsmaterial 22 enthalten ist.
  • Dritte Ausführungsform
  • 8 zeigt die Konstruktion einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme, die in einem Kraftfahrzeug installiert und dazu geeignet ist, eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials zu beurteilen.
  • Wie in 8 dargestellt ist, hat die dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme grundsätzlich die gleiche Konstruktion wie die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme und unterscheidet sich nur dadurch davon, dass ein Dreiwegekatalysator 16 als Front-End-Katalysator (FCC) in die Abgasleitung 14 eingefügt ist, und der Motor 1 einen Kraftstoffabschaltungsbetrieb ausführt. Nachstehend werden nur die Unterschiede zwischen der ersten und der dritten Ausführungsform erläutert.
  • Der Dreiwegekatalysator des Katalysators 16 enthält ebenfalls ein Edelmetall, wie beispielsweise Platin (Pt), Rhodium (Rh), Palladium (Pd) usw.
  • Wie in der zweiten Ausführungsform weist der Dreiwegekatalysator des Front-End-Katalysators 16 sowohl eine Sauerstoffspeicherkapazität als auch eine katalytische Fähigkeit auf. Daher wird, wenn der Dreiwegekatalysator 16 seine Sauerstoffspeicherkapazität unter der Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungssteuerung zeigt, dem HC-Adsorptionsmaterial 22 möglicherweise eine unzureichende Sauerstoffmenge zugeführt, wodurch es tatsächlich unmöglich sein kann, das Auftreten der Sauerstoffspeicherkapazität von Ce im HC-Adsorptionsmaterial 22 als Ergebnis einer Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials 22 zu erfassen.
  • In der dritten Ausführungsform sind außerdem das HC-Adsorptionsmaterial 22 und der Dreiwegekatalysator 16 nicht nahe beieinander angeordnet. Daher ist es, anders als in der zweiten Ausführungsform, schwierig, die Temperatur sowohl des HC-Adsorptionsmaterials 22 als auch des Dreiwegekatalysators 16 gleichzeitig auf den zweiten Temperaturbereich (z.B. 600 bis 750°C) zu erhöhen.
  • Daher wird in der dritten Ausführungsform hinsichtlich der Tatsache, dass während des Kraftstoffabschaltungsbetriebs eine große Sauerstoffmenge abgegeben wird, eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials 22 während eines Kraftstoffabschaltungsbetriebs beurteilt.
  • Nachstehend wird eine durch die dritte Ausführungsform der Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme ausge führte Verarbeitung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials beschrieben.
  • 9 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Darstellen der Verarbeitung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme zu Beginn des Kraftstoffabschaltungsbetriebs, und 10 zeigt, wie das Verbrennungs-A/F-Verhältnis und die Ausgangssignale des stromaufwärtsseitigen und des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 18 und 19 sich im Verlauf der Zeit während des Kraftstoffabschaltungsbetriebs ändern. Nachstehend wird das Ablaufdiagramm von 9 auch unter Bezug auf 10 erläutert.
  • In Schritt S10 wird bestimmt, ob seit dem Start des Motors 1 eine vorgegebene Zeitdauer verstrichen ist oder nicht. Wenn das Entscheidungsergebnis negativ ist (NEIN), wartet die Routine, bis die vorgegebene Zeitdauer verstrichen ist; wenn das Entscheidungsergebnis positiv ist (JA), schreitet die Routine zu Schritt S12 fort.
  • In Schritt S12 wird bestimmt, ob der stromaufwärtsseitige und der stromabwärtsseitige O2-Sensor 18 und 19 beide aktiviert sind. Wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S12 NEIN lautet, wartet die Routine, bis die O2-Sensoren aktiviert sind; wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S12 JA lautet, schreitet die Routine zu Schritt S14 fort.
  • In Schritt S14 wird bestimmt, ob der Kraftstoffabschaltungsbetrieb gestartet worden ist oder nicht. Der Kraftstoffabschaltungsbetrieb wird beispielsweise ausgeführt, wenn das Fahrzeug bei freigegebenem Beschleunigungspedal verzögert und gleichzeitig die Drehzahl Ne des Motors höher ist als ein vorgegebener unterer Drehzahlgrenzwert. Daher wird in diesem Schritt bestimmt, ob diese Bedingungen zum Ausführen des Kraftstoffabschaltungsbetriebs erfüllt sind oder nicht. Wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S14 NEIN lautet, wartet die Routine auf den Beginn des Kraft stoffabschaltungsbetriebs; wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S14 JA lautet, schreitet die Routine zu Schritt S16 fort.
  • In Schritt S16 wird basierend auf dem Ausgangssignal des stromaufwärtsseitigen O2-Sensors 18 bestimmt, ob das Abgas-A/F-Verhältnis an der Stromaufwärtsseite der HC-Falle 20 sich wesentlich zur Seite eines mageren A/F-Verhältnisses hin verändert hat oder nicht, d.h., ob das Ausgangssignal des stromaufwärtsseitigen O2-Sensors 18 abgefallen ist, weil der HC-Falle 20 eine Sauerstoffmenge zugeführt wird, die die Sauerstoffspeicherkapazität des Dreiwegekatalysators 16 überschreitet. Wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S16 NEIN lautet, wartet die Routine, bis ein Abfall des Ausgangssignals des stromaufwärtsseitigen O2-Sensors 18 erfasst wird; wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S16 JA lautet, schreitet die Routine zu Schritt S18 fort.
  • In Schritt S18 wird eine Zeitdauer td1 von dem Zeitpunkt, zu dem der Kraftstoffabschaltungsbetrieb gestartet wird, bis zum Zeitpunkt des Abfalls des Ausgangssignals des stromaufwärtsseitigen O2-Sensors 18 erfasst und berechnet.
  • In Schritt S20, der ausgeführt wird, nachdem der Abfall des Ausgangssignals des stromaufwärtsseitigen O2-Sensors 18 erfasst wurde, wird basierend auf dem Ausgangssignal des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 19 bestimmt, ob das Abgas-A/F-Verhältnis auf der Stromabwärtsseite der HC-Falle 20 sich wesentlich zur Seite eines mageren A/F-Verhältnisses hin verändert hat, d.h., ob das Ausgangssignal des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 19 als Ergebnis des Durchgangs von Sauerstoff durch die HC-Falle 20 abgefallen ist. Wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S20 NEIN lautet, wartet die Routine, bis ein Abfall des Ausgangssignals des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 19 erfasst wird; wenn das Entschei dungsergebnis in Schritt S20 JA lautet, schreitet die Routine zu Schritt S22 fort.
  • In Schritt S22 wird eine Zeitdauer td2 von dem Zeitpunkt, zu dem der Kraftstoffabschaltungsbetrieb gestartet wird, bis zum Zeitpunkt des Abfalls des Ausgangssignals des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 19 berechnet.
  • Dann wird in Schritt S24 eine Abfallverzögerungszeit Δtd (Nachlaufverzögerung) des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 19 (Δtd = tds – td1) von der Zeitdauer td1, die die Zeitdauer vom Start des Kraftstoffabschaltungsbetriebs bis zur Erfassung des Abfalls des Ausgangssignals des stromaufwärtsseitigen O2-Sensors 18 darstellt, und der Zeitdauer td2 berechnet, die die Zeitdauer vom Start des Kraftstoffabschaltungsbetriebs bis zur Erfassung des Abfalls des Ausgangssignals des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 19 darstellt, und eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials 22 wird basierend auf der berechneten Zeitverzögerung Δtd beurteilt.
  • Insbesondere zeigt, wenn die Qualität des HC-Adsorptionsmaterials 22 nicht abgenommen hat, das darin enthaltene Ce nicht seine Sauerstoffspeicherkapazität, so dass die Abfallverzögerungszeit Δtd gleich der Durchlaufzeit oder Transportverzögerung des Abgases sein sollte. Daher kann, wenn die Verzögerungszeit Δtd länger ist als die Transportverzögerung, entschieden werden, dass das Ce aufgrund seiner Sauerstoffspeicherkapazität Sauerstoff adsorbiert, und daher die Qualität des HC-Adsorptionsmaterials 22 abgenommen hat.
  • Auf diese Weise wird die Abfallverzögerungszeit Δtd des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 19 von der Zeitdauer td1, die die Zeitdauer vom Start des Kraftstoffabschaltungsbetriebs bis zur Erfassung des Abfalls des Ausgangssignals des stromaufwärtsseitigen O2-Sensors 18 darstellt, und der Zeit dauer td2 berechnet, die die Zeitdauer vom Start des Kraftstoffabschaltungsbetriebs bis zur Erfassung des Abfalls des Ausgangssignals des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 19 darstellt, und unter Verwendung der Verzögerungszeit Δtd kann das Auftreten der Sauerstoffspeicherkapazität des im HC-Adsorptionsmaterial enthaltenen Ce leicht erfasst werden. Daher kann, auch wenn der Dreiwegekatalysator 16 als Front-End-Katalysator verwendet wird, eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials 22 mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit beurteilt werden, wenn der Kraftstoffabschaltungsbetrieb ausgeführt wird.
  • 11 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer Verarbeitung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme am Ende des Kraftstoffabschaltungsbetriebs, die in Verbindung mit der dritten Ausführungsform ausgeführt wird. Nachstehend wird das Ablaufdiagramm von 11 auch unter Bezug auf 10 erläutert.
  • Die Schritte S30, S32 und S34 sind mit den vorstehend erwähnten Schritten S10, S12 bzw. S14 identisch, so dass diese nicht näher erläutert werden.
  • In Schritt S36 wird bestimmt, ob der Kraftstoffabschaltungsbetrieb abgeschlossen ist oder nicht. Der Kraftstoffabschaltungsbetrieb ist beispielsweise abgeschlossen, wenn das Beschleunigungspedal erneut betätigt wird, oder wenn die Motordrehzahl auf den unteren Drehzahl-Grenzwert abgenommen hat, wobei in diesem Fall die Kraftstoffzufuhr wiederaufgenommen wird. In diesem Schritt wird daher bestimmt, ob eine dieser Bedingungen für einen Abschluss des Kraftstoffabschaltungsbetriebs erfüllt ist oder nicht. Wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S36 NEIN lautet, wartet die Routine, bis der Kraftstoffabschaltungsbetrieb abgeschlossen ist; wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S36 JA lautet, schreitet die Routine zu Schritt S38 fort.
  • In Schritt S38 wird bestimmt, ob der Kraftstoffabschaltungsbetrieb für eine vorgegebene Zeitdauer fortgesetzt wurde oder nicht. D.h., es wird bestimmt, ob der Kraftstoffabschaltungsbetrieb so lange und stabil ausgeführt worden ist, dass Abfälle der Ausgangssignale des stromaufwärtsseitigen und des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 18 und 19 erfasst werden können. Wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S38 NEIN lautet, wartet die Routine, bis der Kraftstoffabschaltungsbetrieb für die vorgegebene Zeitdauer fortgesetzt worden ist; wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S38 JA lautet, schreitet die Routine zu Schritt S40 fort.
  • In Schritt S40 wird bestimmt, ob eine Leerlaufbedingung des Motors 1 erfüllt ist oder nicht. Wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S40 NEIN lautet, wird die Routine beendet; wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S40 JA lautet, d.h., wenn die Leerlaufbedingung erfüllt ist, schreitet die Routine zu Schritt S42 fort.
  • In dieser Routine wird eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials durch Erfassen einer Zeitdauer tu1, die eine Zeitdauer darstellt, die vor der Erfassung eines Anstiegs des stromaufwärtsseitigen O2-Sensors 18 beim Abschluss des Kraftstoffabschaltungsbetriebs verstrichen ist, und einer Zeitdauer tu2 beurteilt, die eine Zeitdauer darstellt, die vor der Erfassung eines Anstiegs des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 19 beim Abschluss des Kraftstoffabschaltungsbetriebs verstrichen ist, wie später beschrieben wird. Wenn der Kraftstoffabschaltungsbetrieb beendet wird, weil z.B. das Beschleunigungspedal erneut betätigt wird, nehmen die Luftmenge und damit die Abgasdurchflussrate zu, so dass die Zeitdauern tu1 und tu2 sich wesentlich ändern, und es schwierig ist, eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials exakt zu beurteilen, aber wenn der Motor sich im Leerlaufzustand befindet und die Kraftstoffzu fuhr nach dem Abschluss des Kraftstoffabschaltungsbetriebs wiederaufgenommen wird, ist die Luftmenge konstant, so dass die Zeitdauern tu1 und tu2 als stabil betrachtet werden können und eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials exakt beurteilt werden kann.
  • In Schritt S42 wird bestimmt, ob eine Leerlaufendebedingung des Motors 1 erfüllt ist oder nicht. Wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S42 JA lautet, wird die Routine beendet; wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S42 NEIN lautet, d.h., wenn die Leerlaufendebedingung nicht erfüllt ist und der Motor sich daher im Leerlaufzustand befindet, schreitet die Routine zu Schritt S44 fort.
  • In Schritt S44 wird basierend auf dem Ausgangssignal des stromaufwärtsseitigen O2-Sensors 18 bestimmt, ob das Abgas-A/F-Verhältnis an der Stromaufwärtsseite der HC-Falle 20 sich wesentlich zur Seite eines stöchiometrischen A/F-Verhältnisses hin verändert hat oder nicht, d.h., ob das Ausgangssignal des stromaufwärtsseitigen O2-Sensors 18 aufgrund der Wiederherstellung der katalytischen Fähigkeit des Dreiwegekatalysators 16 angestiegen ist oder nicht. Wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S44 NEIN lautet, wartet die Routine, bis ein Anstieg des Ausgangssignals des stromaufwärtsseitigen O2-Sensors 18 erfasst wird; wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S44 JA lautet, schreitet die Routine zu Schritt S46 fort.
  • In Schritt S46 wird die Zeitdauer tu1 von dem Zeitpunkt, zu dem der Leerlaufzustand beginnt, bis zum Zeitpunkt berechnet, zu dem der Anstieg des Ausgangssignals des stromaufwärtsseitigen O2-Sensors 18 erfasst wird.
  • In Schritt S48, der nach der Erfassung des Anstiegs des Ausgangssignals des stromaufwärtsseitigen O2-Sensors 18 ausgeführt wird, wird basierend auf dem Ausgangssignal des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 19 erfasst, ob das Abgas- A/F-Verhältnis an der Stromabwärtsseite der HC-Falle 20 sich wesentlich zur Seite eines stöchiometrischen A/F-Verhältnisses hin verändert hat oder nicht, d.h., ob das Ausgangssignal des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 19 aufgrund eines Sauerstoffabflusses von der HC-Falle 20 angestiegen ist oder nicht. Wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S48 NEIN lautet, wartet die Routine, bis ein Anstieg des Ausgangssignals des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 19 erfasst wird; wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S48 JA lautet, schreitet die Routine zu Schritt S50 fort.
  • In Schritt S50 wird die Zeitdauer tu2 von dem Zeitpunkt, zu dem der Leerlaufzustand beginnt, bis zum Zeitpunkt berechnet, zu dem der Anstieg des Ausgangssignals des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 19 erfasst wird.
  • Dann wird in Schritt S52 eine Verzögerungszeit Δtu (Nachlaufverzögerung) des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 19 (Δtu = tu2 – tu1) von der Zeitdauer tu1, die die Zeitdauer vom Beginn des Leerlaufzustands bis zur Erfassung des Anstiegs des Ausgangssignals des stromaufwärtsseitigen O2-Sensors 18 darstellt, und der Zeitdauer tu2 berechnet, die die Zeitdauer vom Beginn des Leerlaufzustands bis zur Erfassung des Anstiegs des Ausgangssignals des stromabwärtsseitigen O2-Sensors 19 darstellt, und eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials 22 wird basierend auf der berechneten Zeitverzögerung Δtu beurteilt.
  • Insbesondere zeigt, wenn die Qualität des HC-Adsorptionsmaterials 22 nicht abgenommen hat, das darin enthaltene Ce nicht seine Sauerstoffspeicherkapazität, so dass daher die Anstiegsverzögerungszeit Δtu der Transportverzögerung des Abgases gleichen sollte. Daher kann, wenn die Verzögerungszeit Δtu länger ist als die Transportzeitverzögerung, entschieden werden, dass das Ce den aufgrund seiner Sauerstoffspeicherkapazität adsorbierten Sauerstoff freigibt und daher die Qualität des HC-Adsorptionsmaterials 22 abgenommen hat.
  • Auf diese Weise kann, auch wenn der Kraftstoffabschaltungsbetrieb abgeschlossen ist, das Auftreten der Sauerstoffspeicherkapazität des im HC-Adsorptionsmaterial enthaltenen Ce auf der Basis der Verzögerungszeit Δtu wie im Fall des Beginns des Kraftstoffabschaltungsbetriebs leicht erfasst werden. Daher kann, auch wenn der Dreiwegekatalysator 16 als Front-End-Katalysator verwendet wird, eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials 22 mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit beurteilt werden, wenn der Kraftstoffabschaltungsbetrieb abgeschlossen ist.
  • Obwohl vorstehend bevorzugte Ausführungsformen erfindungsgemäßer HC-Adsorptionsmaterialien und Vorrichtungen zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsform allein beschränkt.
  • Beispielsweise wird das HC-Adsorptionsmaterial, wie vorstehend beschrieben wurde, hergestellt, indem ermöglicht wird, dass Cer(Ce)ionen sich mit Zeolith verbinden. Das für eine derartige Ionenbindung verwendete Element ist nicht auf Ce begrenzt, sondern es können beliebige andere Elemente (z.B. Pr) verwendet werden, die in einem nichtionischen Zustand eine Sauerstoffspeicherkapazität aufweisen.
  • Außerdem werden in den vorstehenden Ausführungsformen der stromaufwärtsseitige und der stromabwärtsseitige O2-Sensor 18 und 19 verwendet, aber diese Sensoren können durch Luft-Kraftstoffverhältnissensoren (LAFs usw.) ersetzt werden, die dazu geeignet sind, die Sauerstoffkonzentration zu erfassen.
  • Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann auf verschie dene Weisen modifiziert werden. Solche Variationen werden nicht als ein Abweichen vom Grundgedanken und Umfang der Erfindung angesehen und es ist für Fachleute offensichtlich, dass derartige Modifikationen als zu dem durch die Patentansprüche definierten Schutzumfangs der Erfindung gehörend angesehen werden.

Claims (9)

  1. HC-Adsorptionsmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass das HC-Adsorptionsmaterial ein Zeolith mit Kationenabsorptionsstellen aufweist, mit denen Ionen eines Elements verbunden sind, dass in einem nichtionischen Zustand eine Sauerstoffspeicherkapazität zeigt.
  2. HC-Adsorptionsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element Cer ist.
  3. HC-Adsorptionsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Elements derart festgelegt wird, dass sie die Menge von Aluminiumatomen im Zeolith nicht überschreitet.
  4. HC-Adsorptionsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Elements im wesentlichen gleich der Menge der Aluminiumatome im Zeolith ist.
  5. Vorrichtung zum Beurteilen einer Qualitätsabnahme eines in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordneten HC-Adsorptionsmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass das HC-Adsorptionsmaterial (22) ein Zeolith mit Kationenadsorptionsstellen aufweist, mit denen Ionen eines Elements verbunden sind, das in einem nichtionischen Zustand eine Sauerstoffspeicherkapazität zeigt; und die Vorrichtung aufweist: eine stromabwärts vom HC-Adsorptionsmaterial bezüglich einer Abgasströmungsrichtung angeordnete stromabwärtsseitige Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung (19) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration im Abgas; und eine Qualitätsabnahmebeurteilungseinrichtung (40) zum Erfassen des Auftretens der Sauerstoffspeicherkapazität des Elements basierend auf einem Ausgangssignal der stromabwärtsseitigen Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung, um eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials zu beurteilen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, ferner mit einer stromaufwärts vom HC-Adsorptionsmaterial bezüglich einer Abgasströmungsrichtung angeordneten stromaufwärtsseitigen Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung (18) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration im Abgas, wobei die Qualitätsabnahmebeurteilungseinrichtung eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials basierend auf Ausgangssignalen der stromaufwärtsseitigen und der stromabwärtsseitigen Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung (18, 19) beurteilt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Qualitätsabnahmebeurteilungseinrichtung die Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials basierend auf den Ausgangssignalen der stromaufwärtsseitigen und der stromabwärtsseitigen Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung (18, 19) beurteilt, die zu Beginn eines Kraftstoffabschaltungsbetriebs des Verbrennungsmotors erfaßt werden.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Qualitätsabnahmebeurteilungseinrichtung die Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials basierend auf den Ausgangssignalen der stromaufwärtsseitigen und der stromabwärtsseitigen Sauerstoffkonzentrationserfassungseinrichtung (18, 19) beurteilt, die beim Abschluss eines Kraftstoffabschaltungsbetriebs des Verbrennungsmotors erfaßt werden.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, ferner mit einem Abgasreinigungskatalysator (26), der im oder in der Nähe des HC-Adsorptionsmaterials (22) angeordnet ist und eine Sauerstoffspeicherkapazität aufweist, wobei die Qualitätsabnahmebeurteilungseinrichtung eine Qualitätsabnahme des HC-Adsorptionsmaterials beurteilt, wenn die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators und die Temperatur des HC-Adsorptionsmaterials beide höher sind als ein erster Temperaturbereich, in dem der Abgasreinigungskatalysator die Sauerstoffspeicherkapazität zeigt, und gleichzeitig innerhalb eines zweiten Temperaturbereichs liegen, in dem das HC-Adsorptionsmaterial die Sauerstoffspeicherkapazität zeigt.
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