DE60126022T2 - Abgasemissionssteuerung für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln bzw. Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines einen Katalysator aufweisenden Motors gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung zum Regeln bzw. Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines einen Katalysator aufweisenden Motors gemäß Anspruch 11.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Um Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx) aus einem Motorabgas unter Verwendung eines Dreiwegekatalysators zu entfernen, ist es wichtig, die Gasumgebung des Katalysators auf einem Stand zu halten, dass sie eine Sauerstoffkonzentration aufweist, die nahezu einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor zugeführten Kraftstoffgemisches entspricht.
  • Zur Erreichung dieses Ziels wurde bereits vorgeschlagen, einen Katalysator mit einer Kapazität zum Speichern und Abgeben von Sauerstoff als Reaktion auf die momentane Sauerstoffkonzentration bereitzustellen, so dass die gasförmige Umgebung des Katalysators in einer Atmosphäre gehalten wird, die eine Sauerstoffkonzentration aufweist, welche dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht. Obwohl Edelmetalle, welche in dem Katalysator verwendet werden, eine Funktion einer Absorption und Abgabe von Sauerstoff haben, wurde vorgeschlagen, die Sauerstoffspeicherkapazität in einer Weise zu erhöhen, welche den erforderlichen Pegel durch Hinzufügen eines Sauerstoff absorbierenden Materials, wie z.B. Zeroxid, Barium oder unedler Metalle auf dem Katalysatorsubstrat erreicht.
  • US-A-5 842 340, erteilt am 1. Dezember 1988 auf den Namen von Bush et. al. erteilt, offenbart den vorgenannten Katalysatortyp zusammen mit einem Berechnungsverfahren zum Ermitteln der momentanen Sauerstoffspeichermenge des Katalysators. Dieses Verfahren schätzt die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators durch Analyse eines Aus gangssignals eines in dem Auslass und Einlass des Katalysators vorgesehenen Sauerstoffsensors ab. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor zugeführten Kraftstoffgemisches wird dadurch so gesteuert, dass die Sauerstoffspeichermenge mit einem Soll-wert übereinstimmt.
  • Ein ähnliches Verfahren ist auch in JP-A 05-195842 veröffentlicht durch das Japanische Patentamt 1993 und in JP-A 07-259602, veröffentlicht durch das Japanische Patentamt 1995 offenbart.
  • US-A-6 116 021 am 12. September 2000 auf den Namen von Schumacher et. al. erteilt, offenbart die Bereitstellung eines Schätzwertes der Desorptionskapazität durch Integration eines Ausdruckes von vollständiger Sättigung bis vollständiger Verarmung. Dieser Verweis zeigt ferner, dass ein invertiertes Integral einen genaueren und besser reproduzierbaren Schätzwert der Sauerstoffspeicher- und Abgabekapazität liefern kann. Trotzdem enthält dieses Dokument keinerlei Erwähnung einer Einstellung eines Soll-Speicherwertes, über welchen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis angepasst werden sollte.
  • US-A-5 414 996 offenbart eine Katalysatorverschlechterungs-Detektionsvorrichtung, welche einen stromauf des Katalysators in dem Abgaskanal angeordneten ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor und einen stromab des Katalysators in dem Abgaskanal angeordneten zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor aufweist. Eine in dem Katalysator gespeicherte erste Sauerstoffmenge wird aus einer Differenz zwischen einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet und eine zweite in dem Katalysator gespeicherte Sauerstoffmenge wird aus einer Differenz zwischen einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet. Ein Mittelwert der ersten Menge und der zweiten Menge wird berechnet und verarbeitet, um die Verschlechterung des Katalysators zu berechnen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Der Sollwert für die Sauerstoffspeichermenge wird auf der Basis der Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators gemäß Abschätzung aus der Veränderung in dem Ausgangssignal der zwei Sauerstoffsensoren ermittelt. Jedoch kann, wenn beispielsweise eine Abweichung in dem Verhalten der zwei Sauerstoffsensoren vorliegt, der berechnete Wert der Sauerstoffspeicherkapazität abweichen und entweder zu groß oder zu klein werden, und demzufolge kann die Ist-Sauerstoffspeichermenge auf einen Wert gesteuert werden, welcher sich von dem gewünschten Soll-Wert unterscheidet. Diese Art einer Abweichung in dem Soll-Wert hat eine nachteilige Auswirkung auf die Steuerung der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors bereitzustellen, dessen Ermittlungsgenauigkeit der Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators gesteigert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 11 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
  • Gemäß der vorstehend beschriebenen Erfindung wird die Ermittlungsgenauigkeit der Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators gesteigert und eine genaue Steuerung der Gasumgebung des Katalysators realisiert. Die Details sowie weitere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden in dem Rest der Beschreibung beschrieben und in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Abgasemissionssteuerungsanordnung für einen Motor gemäß dieser Erfindung.
  • 2 ist eine Darstellung, die Veränderungen in der Sauerstoffkonzentration von Abgas stromabwärts und stromaufwärts eines Katalysators darstellt.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, das eine Berechnungsroutine einer Korrekturmenge für eine Motorkraftstoffeinspritzmenge darstellt, die durch eine Steuereinheit gemäß dieser Erfindung ausgeführt wird.
  • 4 ist eine Darstellung, welche die Beziehung eines Ausgangssignals eines universellen Abgassauerstoffsensors und einer Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration gemäß dieser Erfindung darstellt.
  • 5 ist eine Darstellung, die eine Tabelle einer Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration darstellt, die in der Steuereinheit gespeichert ist.
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das eine durch die Steuereinheit ausgeführte Berechnungsroutine für eine maximale Sauerstoffspeichermenge eines Katalysatoredelmetalls darstellt.
  • 7A und 7B sind Wellenformdiagramme, die die Beziehung einer Katalysatorsauerstoff-Speichermenge und eines Ausgangssignals eines Sauerstoffsensors gemäß dieser Erfindung darstellen.
  • 8 ist ein Flussdiagramm, welches eine durch die Steuereinheit ausgeführt Ermittlungsroutine von Berechnungsbedingungen für die Sauerstoffspeichermenge darstellt.
  • 9A und 9B sind Darstellungen, welche Variationen der Sauerstoffkonzentration stromab des Katalysators anzeigen, wenn der universelle Abgassauerstoffsensor eine Abweichung in seinem Ausgangssignal aufweist.
  • 10 ist ein Flussdiagramm, das eine von der Steuereinheit ausgeführte Routine für die Korrektur von Abweichungen in dem Ausgangssignal des universellen Abgassauerstoffsensors darstellt.
  • 11 ist eine Darstellung, welche die Sauerstoffabgabeeigenschaften eines Katalysators darstellt, auf welchen zweite und dritte Ausführungsformen der Erfindung basieren.
  • 12 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Berechnung einer Sauerstoffspeichermenge des Katalysators darstellt, welcher einen Überlauf von einem Speichermaterial in ein anderes berücksichtigt.
  • 13 ist ein Flussdiagramm, das eine Subroutine für die Berechnung einer in den Katalysator gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung strömenden Sauerstoff-Überschuss/Mangel-Menge im Abgas darstellt.
  • 14 ist ein Flussdiagramm, das eine Subroutine zur Berechnung einer Sauerstoffabgaberate einer schnellen Komponente gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
  • 15 ist ein Flussdiagramm, das eine Subroutine zur Berechnung einer schnellen Komponente der Sauerstoffspeichermenge gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
  • 16 W ist ein Flussdiagramm, das eine Subroutine zur Berechnung einer langsamen Komponente der Sauerstoffspeichermenge gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
  • 17 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine für die Ermittlung einer Rücksetzbedingung darstellt.
  • 18 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine für die Durchführung einer Rücksetzung der berechneten Sauerstoffspeichermenge darstellt.
  • 19 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine für die Berechnung eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis der Sauerstoffspeichermenge darstellt.
  • 20 ist eine Darstellung, die darstellt, wie ein Ausgangssignal eines hinteren Sauerstoffsensors und eine schnelle Komponente variieren, wenn die Sauerstoffspeichermenge auf einen konstanten Wert gesteuert wird.
  • 21 ist ein Flussdiagramm, das eine zweite Ausführungsform dieser Erfindung mit der Berechnung der Sauerstoffspeichermenge, und eine Kraftstoffkorrektursteuerung auf der Basis der Sauerstoffspeichermenge darstellt.
  • 22 ist ein Flussdiagramm zum Beschreiben der Einstellung eines Koeffizienten a.
  • 23A ist eine Darstellung, welche die Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vor und nach dem Katalysator darstellt.
  • 23B und 23C sind Darstellungen, welche die Sauerstoffspeichermenge darstellen, wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager auf fett verändert wird.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Gemäß 1 von den Zeichnungen ist ein Motor 1 mit einer Einlassdrosselklappe 5 in einem Einlasskanal 8 und mit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7 in jedem Zweig eines Einlassverteilers 8A versehen, der den Einlasskanal 8 und die Brennkammern 1A des Motors 1 verbindet.
  • Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7 spritzt Kraftstoff in den Ansaugkanal in dem Ansaugverteiler 8A als Reaktion auf ein Impulssignal aus einer Steuereinheit 2 ein. Ein Katalysator 10 ist in dem Abgaskanal 9 des Motors 1 vorgesehen. Ein Dreiwegekatalysator ist in dem Katalysator 10 untergebracht. Der Dreiwegekatalysator ist ein im Fachgebiet bekannter Katalysator, weicher gleichzeitig eine Oxidation von HC und CO und eine Reduzierung von NOx in dem Abgas durchführt.
  • Dieser Katalysatortyp zeigt einen maximalen Umwandlungswirkungsgrad, wenn der Motor 1 ein Kraftstoffgemisch mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis verbrennt/emittiert.
  • Signale werden jeweils in die Steuereinheit 2 aus dem Kurbelwellenwinkelsensor 4, welcher die Drehzahl des Motors 1 delektiert, aus dem Luftströmungsmesser 6, welcher die Ansaugluftmenge des Motors 1 detektiert, aus dem Wassertemperatursensor 11, welcher die Kühlwassertemperatur des Motors 1 detektiert und aus dem Katalysatortemperatursensor 12, welcher die Katalysatortemperatur in dem Katalysator 10 detektiert, eingegeben.
  • Ein die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas anzeigendes Spannungssignal VFAF wird von einem stromaufwärts liegenden so genannten "universellen" Abgassauerstoffsensor 3 eingegeben, der in dem Abgaskanal 9 stromauf des Katalysators 10 angeordnet ist. Ein Spannungssignal VOR2 wird ebenfalls von einem stromabseitigen Sauerstoffsensor 13 eingegeben, der in dem Abgaskanal 9 stromab des Katalysators 10 angeordnet ist.
  • Der universelle Abgassauerstoffsensor 13 ist einer des Typs, welcher ein Signal VFAF ausgibt, welches proportional zu der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas variiert, und welcher eine breiten Bereich von Sauerstoffkonzentrationen detektieren und anzeigen kann. Es sollte angemerkt werden, dass das von dem universellen Abgassauerstoffsensor 3 eingegebene Signal VFAF niedrigere Sauerstoffkonzentrationen durch niedrigere Werte und höhere Sauerstoffkonzentrationen durch höhere Werte darstellt.
  • Andererseits ist der stromabseitige Sauerstoffsensor 13 ein weniger teuerer Typ eines Sensors, welcher steil (oder disproportional) auf eine Änderung in der Sauerstoffkonzentration reagiert, und welcher ein Ausgangssignal zeigt, welches steil über ein das stöchiometrische Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches überspannendes schmales Band reagiert. Dieser Sensortyp ist daher für die Detektion einer Umschaltung zwischen einer höheren oder niedrigeren Sauerstoffkonzentration in Bezug auf eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas geeignet, welche vorhanden ist, wenn ein Kraftstoffgemisch mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Motor verbrannt wird. Das von dem Sauerstoffsensor 13 eingegebene Signal VOR2 ist so, dass ein hohes Spannungssignal eine hohe Sauerstoffkonzentration darstellt, während ein niedriges Spannungsausgangssignal eine niedrige Konzentration von Sauerstoff in dem Abgas darstellt.
  • Die dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechende Sauerstoffkonzentration wird hierin nachstehend als eine stöchiometrische Sauerstoffkonzentration bezeichnet.
  • Die Steuereinheit 2 berechnet eine Basiskraftstoffeinspritzmenge Tp auf der Basis dieser Eingangssignale und ermittelt eine Kraftstoffeinspritzmenge Ti durch Hinzufügen verschiedener Arten von Korrekturen. Ein Impulssignal, welches der Kraftstoffeinspritzmenge Ti entspricht, wird an die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7 ausgegeben. Die Steuereinheit 2 weist einen mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU), einem Nur-Lese-Speicher (ROM), einem Arbeitsspeicher (RAM) und einer Eingangs/Ausgangs-Schnittstelle (I/O-Schnittstelle) versehenen Mikrocomputer auf.
  • Der in dem Katalysator 10 untergebrachte Dreiwegekatalysator weist Edelmetalle, wie z.B. Platin, Rhodium oder Palladium und Sauerstoffspeichermateriale wie z.B. Zeroxid, Barium oder unedle Metalle auf. Die Edelmetalle und die Sauerstoffspeichermateriale sind in der Form einer Beschichtung auf einem Substrat vorgesehen. Sowohl die Edelmetalle als auch das Sauerstoffspeichermaterial besitzen eine Sauerstoffspeicherkapazität und speichern Sauerstoff, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Motorabgas über die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration ansteigt. Wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas niedriger als die stöchiometrische ist, wird der gespeicherte Sauerstoff abgegeben. Auf diese Weise wird die Gasumgebung, welche den Katalysator einhüllt, auf oder nahe an der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration gehalten und somit eine effiziente Oxidation und Reduktion von HC- und NOx-Komponenten gefördert.
  • Es sollte angemerkt werden, dass der Sauerstoff, welcher durch die Edelmetalle absorbiert wird, schnell absorbiert und abgegeben wird, und somit als schnelle Sauerstoffkomponente bezeichnet wird. Andererseits wird der Sauerstoff, welcher in dem Sauerstoffspeichermaterial gespeichert wird, langsamer gespeichert und abgegeben. Dieser wird als langsame Sauerstoffkomponente bezeichnet. Ferner absorbieren während des Absorptionsprozesses die Edelmetalle bevorzugt Sauerstoff und solange sie nicht gesättigt sind und nicht mehr in der Lage sind, mehr Sauerstoff zu absorbieren, beginnt nicht die Speicherung der langsamen Komponente in dem Sauerstoffspeichermaterial.
  • Die Abgabeeigenschaften unterscheiden sich jedoch von dem Absorptionsprozess dahingehend, dass, bis ein vorbestimmtes Verhältnis des Sauerstoffgehaltes in den zwei unterschiedlichen Materialien erreicht ist, die Edelmetalle dazu neigen, den Sauerstoff rasch abzugeben. Jedoch zeigt, nachdem das vorbestimmte Gleichgewicht in der Menge des in den zwei Speichermaterialien gespeicherten Sauerstoffs erreicht ist, die Abgaberate aus den Edelmetallen und dem Sauerstoffspeichermaterial eine im Wesentlichen lineare Eigenschaft. Die Verzweigung dieser Faktoren wird deutlicher im Verlauf der Offenbarung erkennbar.
  • ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die Sauerstoffspeicherkapazität des Dreiwegekatalysators wird in der Gleichung 1 ausgedrückt. Sauerstoffspeichermenge = Σ{Abgasmenge × (Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration stromauf des Katalysators – Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration stromab des Katalysators)} (1)
  • Die Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration ist wie folgt definiert.
  • Wenn die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration als ein Bezugswert mit einem Wert von Null angenommen wird, wird das Überschuss/Mangel-Verhältnis der Sauerstoffkonzentration als ein positiver Prozentsatz ausgedrückt, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas höher als der Bezugswert ist, und wird als ein negativer Prozentsatz ausgedrückt, wenn er niedriger als der Bezugswert ist. Somit weist gemäß Darstellung in 4 die Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration des Abgases einen negativen Wert auf, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffgemisches fett ist, d.h., sozusagen, wenn der Kraftstoffgehalt des Kraftstoffgemisches höher als eine als eine dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechende Gehaltsmenge ist.
  • Umgekehrt ist, wenn die Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration des Abgases einen positiven Wert aufweist, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffgemisches mager ist, d.h., sozusagen wenn der Kraftstoffgehalt des Kraftstoffgemisches niedriger als eine dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechende Gehaltsmenge ist.
  • Die Steuereinheit 2 führt eine Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Kraftstoffgemisches auf der Basis des Ausgangssignals des universellen Abgassauerstoffsensors so aus, dass ein Mittelwert der Sauerstoffkonzentration des Abgases mit der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration übereinstimmt. In der nachstehenden Beschreibung wird diese Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung als Lambda-(λ)-Regelung bzw. -Steuerung bezeichnet. Die Lambda-λ-Steuerung ermöglicht, dass die Sauerstoff konzentration des Abgases stromab des Katalysators auf einer stöchiometrischen Konzentration gehalten wird, und ermöglicht, dass die Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration des Abgases einen Wert von Null annimmt.
  • Die Sauerstoffspeichermenge des Dreiwegekatalysators in diesem Zustand wird durch die Gleichung (2) ausgedrückt. Sauerstoffspeichermenge = Σ{Abgasmenge × Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration stromauf des Katalysators} (2)
  • Die Sauerstoffkonzentration stromabwärts und stromauf des Katalysators wird gemessen, wenn das dem Motor 1 zugeführte Kraftstoffgemisch von einem fetten Kraftstoffgemisch mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 13 auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 16 umgeschaltet wird. Die Ergebnisse dieser Messungen sind in 2 dargestellt. Die vertikale Achse in der Figur stellt die Werte der in Luft-Kraftstoff-Verhältnisse des Kraftstoffgemisches umgewandelten Sauerstoffkonzentration dar.
  • Im Bereich A wird der gesamte in den Katalysator strömende überschüssige Sauerstoff in dem Katalysator (als die schnelle Komponente) gespeichert und demzufolge bleibt die Sauerstoffkonzentration stromab des Katalysators gemäß Darstellung durch die gekrümmte Linie R-F/A ein stöchiometrischer Wert selbst dann, wenn die Sauerstoffkonzentration stromauf des Katalysators gemäß Darstellung durch die gekrümmte Linie F-A/F hoch ist.
  • Im Gegensatz dazu kann in dem Bereich B der Katalysator nicht mehr die verfügbare Sauerstoffmenge ausreichend schnell speichern, und somit wird nicht der gesamte in den Katalysator strömende überschüssige Sauerstoff absorbiert, und somit wird die Sauerstoffkonzentration stromab des Katalysators höher und übersteigt den stöchiometrischen Wert.
  • Es sollte angemerkt werden, dass der Katalysator weiter Sauerstoff oder Oxide, wie z.B. Stickstoffoxid (NO), selbst dann speichert, wenn die Sauerstoffkonzentration stromab des Katalysators höher als ein stöchiometrischer Wert ist. Jedoch ist diese Sauerstoffspeicherung langsamer als die in dem Bereich A ausgeführte Sauerstoffspeicherung.
  • Der Grund für die schnellen und langsamen Speicherungen, welche in den Bereichen A und B auftreten, wird als durch den Umstand verursacht angenommen, dass, obwohl die in dem Katalysator vorhandenen Edelmetalle physikalisch Sauerstoff absorbieren, d.h., sozusagen Sauerstoff in einem molekularen Zustand absorbieren, das Sauerstoffspeichermaterial Sauerstoff in der Form einer Verbindung über chemische Bindung absorbiert. Man glaubt, dass sich Unterschiede in der Geschwindigkeit der Sauerstoffspeicherung aus diesen Unterschieden ergeben.
  • Somit ist es in 2 möglich, die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators, wenn die Sauerstoffkonzentration stromab des Katalysators von einem stöchiometrischen Wert aus zunimmt als die Sauerstoffspeichermenge der Katalysatoredelmetalle zu betrachten und die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators danach als die Sauerstoffspeichermenge des Sauerstoffspeichermaterials zu betrachten.
  • Jedoch wird die Summe der Speichermengen dieser zwei Komponenten durch die langsamere Absorptionsgeschwindigkeit des Sauerstoffspeichermaterials beeinflusst. Es ist eine erhebliche Zeit erforderlich, um die mittlere Sauerstoffkonzentration in dem Abgas aufgrund der Veränderung in der Sauerstoffspeichermenge des Sauerstoffspeichermaterials zu steuern. Wie man erkennen wird, wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis für eine längere Zeitdauer entweder auf einem mageren oder einem fetten Pegel gehalten wird, um somit die langsamere Geschwindigkeitskomponente zu ermöglichen, der Wirkungsgrad der Steuerung bei der Reduzierung giftiger Komponenten des Abgases nachteilig beeinträchtigt. Demzufolge wird die Basissteuerung um die schnelle Komponente oder Sauerstoffmenge zentriert, weiche von dem Edelmetallanteil des Katalysators absorbiert oder abgegeben wird, obwohl das Sauerstoffabsorptionsmaterial in der Lage ist, mehr Sauerstoff als die Edelmetalle zu speichern.
  • Die Steuereinheit 2 der Abgasemissionssteuerung dieser Erfindung führt die nachstehende Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung des Kraftstoffgemisches aus. Wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases stromab des Katalysators 10 einen einem stöchiometrischen Wert angenäherten Wert aufweist, wird eine Sauerstoffspeichermenge (schnelle Komponente) für die Edelmetalle in dem Katalysator auf der Basis der Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration in einer Zeiteinheit stromauf des Katalysators 10 berechnet. Wenn vorbestimmte Steuerbedingungen erfüllt sind, wird das Luft Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffgemisches so gesteuert, dass die Sauerstoffspeichermenge der Edelmetalle in dem Katalysator einem Soll-Wert entspricht, der nur in Bezug auf die Sauerstoffspeichermenge der Edelmetalle in dem Katalysator eingestellt ist. Diese Steuerung wird durchgeführt, indem ein Korrekturkoeffizient zum Erreichen einer Soll-Sauerstoffspeichermenge der Edelmetalle in dem Katalysator in die Lambda-λ-Steuerung eingeführt wird. Insbesondere wird die Kraftstoffeinspritzmenge Ti während der Lambda-λ-Steuerung aus der nachstehenden Gleichung (3) berechnet. Ti = Tp × TFBYA × α × H × 2 + Ts (3)wobei:
    • Tp
    = die Basiseinspritzmenge ist,
    TFBYA
    = ein Soll-Äquivalenzverhältnis ist, das dem inversen Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht,
    α
    = ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizient ist,
    H
    = ein Korrekturkoeffizient zum Erreichen einer Soll-Sauerstoffspeichermenge der Edelmetalle in dem Katalysator ist, und
    Ts
    = eine unwirksame Einspritzmenge ist
  • Die Kraftstoffeinspritzmenge Ti, die Basiseinspritzmenge Tp, und die unwirksame Einspritzmenge Ts werden alle als eine Impulsbreite eines von der Steuereinheit 2 an die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7 ausgegebenen Impulssignals erzeugt.
  • Die Koeffizienten für jede andere Menge außer der des Korrekturkoeffizienten H in der vorstehenden Gleichung sind bekannt und sind beispielsweise in dem US Patent 5 529 043 offenbart.
  • Unter Bezugnahme auf 3 wird nun eine von der Steuereinheit 2 während dieser Steuerroutine ausgeführte Berechnungsroutine des Korrekturkoeffizienten H im Detail beschrieben. Diese Routine wird in Intervallen von beispielsweise 10 ms ausgeführt Im Schritt S1 wird auf der Basis eines aus der Motorkühlmitteltemperatur gemäß Messung durch den Sensor 11 abgeleiteten Schätzwertes oder alternativ aus einer direkten Temperaturmessung des Katalysatormaterials durch den Temperatursensor 11 ermittelt, ob der Katalysator 10 aktiv geworden ist. Wenn der Dreiwegekatalysator nicht aktiv ist, wird die Routine sofort beendet, da die Sauerstoffspeicherfunktion des Katalysators nicht verfügbar ist.
  • Wenn der Katalysator im Schritt S2 als aktiv ermittelt wird, berechnet die Routine im Schritt S2 eine in den Abgasen vorhandene Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration FO2 auf der Basis des aus dem universellen Abgassauerstoffsensor 3 stromauf des Katalysators 10 eingegebenen Signals VFAF.
  • Die Berechnung wird durch Nachschlagen in der in 5 dargestellten Tabelle durchgeführt, welche in einem Speicher der Speichereinheit vorgespeichert ist, und welche in 4 dargestellte Eigenschaften der Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration in der Form numerischer Werte repräsentiert. In 5 wird die Sauerstoffkonzentration durch ein entsprechendes Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffgemisches repräsentiert.
  • Da der Bereich von Luft-Kraftstoff-Verhältnissen für die Verbrennung des Kraftstoffgemisches bekannt ist, kann der Messbereich des universellen Abgassauerstoffsensors 3 gleich diesem Bereich gesetzt werden. Wenn der Kraftstoff für den Motor 1 abgeschaltet wird, wie es beispielsweise während bestimmten Abbremsarten erfolgen kann, befindet sich die Sauerstoffkonzentration in den Abgasen außerhalb des Messbereichs. In der Praxis dürfte es sich verstehen, dass, wenn die Sauerstoffkonzentration außerhalb des messbaren Bereichs liegend ermittelt wird, der Kraftstoff tatsächlich abgeschaltet worden ist. Die Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration FO2 wird in diesem Falle als plus 20,9 % gemäß Darstellung in 4 angenommen.
  • Anschließend wird im Schritt S3 das von dem Sauerstoffsensor 13 stromab des Katalysators eingegebene Signal VRO2 mit der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration verglichen. Wenn die durch das Signal VRO2 repräsentierte Sauerstoffkonzentration niedriger als die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration ist, wird die schnelle Sauerstoffspeichermenge der Edelmetalle in dem Katalysator als Null angezeigt.
  • In diesem Falle geht die Routine zu dem Schritt S4 über und setzt eine Sauerstoffspeichermenge HOSCn der Edelmetalle in dem Katalysator auf Null. Daraufhin geht die Routine zu dem Schritt S7 über. Der Term HOSCn ist der durch die Routine bei der momentanen Gelegenheit berechnete Wert und der Term HOSCn–1 ist der durch die Routine bei der vorherigen Gelegenheit berechnete Wert.
  • Andererseits geht im Schritt S3, wenn die durch das Signal VRO2 repräsentierte Sauerstoffkonzentration größer oder gleich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration ist, die Routine zu dem Schritt S5 über und ermittelt, ob die durch das Signal VRO2 repräsentierte Sauerstoffkonzentration höher als die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration ist. Wenn die durch das Signal VRO2 repräsentierte Sauerstoffkonzentration nicht höher als die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration ist, zeigt die Beziehung mit dem Ermittlungsergebnis von Schritt S3, dass die Gasumgebung des Katalysators auf der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration gehalten wird, und dass der Katalysator die Schwankungen der Sauerstoffkonzentration stromauf des Katalysators 10 kompensiert. In diesem Falle geht die Routine zu dem Schritt S6 über. Wenn die durch das Signal VRO2 repräsentierte Sauerstoffkonzentration höher als die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration im Schritt S5 ist, geht die Routine zu dem Schritt S7 über.
  • Wenn die Routine zu dem Schritt S6 übergeht, kommt es manchmal vor, dass die Lambda-λ-Steuerung nicht durchgeführt wird.
  • Im Schritt S6 wird die Sauerstoffspeichermenge HOSCn der Edelmetalle in dem Katalysator gemäß der nachstehenden Gleichung (4) berechnet. HOSCn = HOSCn–1 × a × FO2 × Q × t (4)wobei:
    • HOSCn
    = der Wert von HOSC der vorherigen Gelegenheit ist, bei der die Routine ausgeführt wurde,
    a
    = eine Konstante für die Ermittlung der Geschwindigkeit der Sauerstoffspeicherung oder der Sauerstoffabgabe ist, welche auch den Wert für die Einheitsumwandlung enthält,
    FO2
    = die Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration ist,
    Q
    = die Abgasströmungsmenge ist, und
    t
    = das Routinenausführungsintervall (z.B. 10 ms) ist.
  • Die Abgasströmungsmenge Q kann durch die angesaugte Luftströmungsmenge ersetzt werden, die durch den Luftströmungsmesser 6 detektiert wird.
  • Der Wert FO2 × Q × t in der vorstehenden Gleichung (4) ist die Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration pro Ausführungsintervall der Routine. Die schnelle Sauerstoffmenge, welche durch die Edelmetalle des Katalysators gespeichert worden ist, oder welche durch die Edelmetalle des Katalysators nach der vorherigen Ausführung der Routine abgegeben worden ist, wird durch Multiplizieren mit der Konstante a berechnet, welche die Geschwindigkeit der Sauerstoffabgabe oder der Sauerstoffabsorption über die Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration pro Ausführungsintervall der Routine ermittelt. Die momentane Sauerstoffspeichermenge der Edelmetalle des Katalysators wird berechnet, indem dieses Berechnungsergebnis der Sauerstoffspeichermenge HOSCn–1 aus der vorherigen Gelegenheit, bei der die Routine ausgeführt wurde, hinzuaddiert wird.
  • Es sollte angemerkt werden, dass, wenn die Sauerstoffkonzentration stromauf des Katalysators 10 höher als die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration ist, das Luft Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffgemisches mager ist. In diesem Falle bestimmt der zweite Term der Gleichung (4) die in dem Edelmetall des Katalysators gespeicherte Sauerstoffmenge nach der vorherigen Gelegenheit bei der die Routine als ein positiver Wert ausgeführt wurde. Wenn die Sauerstoffkonzentration stromauf des Katalysators 10 niedriger als die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration ist, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffgemisches fett. In diesem Falle bestimmt der zweite Term der Gleichung (4) die von dem Edelmetall des Katalysators abgegebene Sauerstoffmenge, nach der vorherigen Gelegenheit bei der die Routine als ein negativer Wert ausgeführt wurde.
  • Nach der Berechnung im Schritt S6 geht die Routine zu dem Schritt S7 über, wo ermittelt wird, ob eine Lambda-λ-Steuerung durchgeführt wird.
  • Eine Lambda-λ-Steuerung wird nur durchgeführt, wenn der universelle Abgassauerstoffsensor 3 aktiv ist. Ferner wird keine Lambda-λ-Steuerung durchgeführt, wenn der Kraftstoff im Motor 1 abgeschaltet ist oder der Motor unter hoher Belastung betrieben wird.
  • Wenn die Lambda-λ-Steuerung in den Schritten S8 bis S12 ausgeführt wird, führt die Routine die Berechnung des Korrekturkoeffizienten H durch. Wenn die Lambda-λ-Steuerung nicht ausgeführt wird, wird die Berechnung des Korrekturkoeffizienten H nicht durchgeführt und die Routine beendet.
  • Mit anderen Worten, die Berechnung der Sauerstoffspeichermenge HOSCn durch die Edelmetalle in dem Katalysator wird immer durchgeführt, wenn der Dreiwegekatalysator in dem Katalysator aktiv ist. Im Gegensatz dazu ist die Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses so, dass die Sauerstoffspeichermenge HOSCn dem Soll-Wert entspricht, auf Situationen beschränkt, in welchen die Lambda-λ-Steuerung durchgeführt wird. Eine Rückkopplungssteuerung wird durch bekannte Typen einer Proportional-Integral-Differential-Steuerung durchgeführt. Im Schritt S8 wird die Differenz HOSCsn der Sauerstoffspeichermenge HOSCn und des Soll-Wertes für die Sauerstoffspeichermenge aus der Gleichung (5) berechnet. HOSCsn = HOSCn – HOSCy × 1/2 (5)wobei
    • HOSCy
    = die Sauerstoffspeicherkapazität der Edelmetalle in dem Katalysator ist.
  • Wie es in Gleichung (5) zu sehen ist, ist der Soll-Wert auf 1/2 der Sauerstoffspeicherkapazität HOSCy der Edelmetalle in dem Katalysator eingestellt. Die Sauerstoffspeicherkapazität HOSCy wird durch die in 6 dargestellte Routine, die später beschrieben wird, berechnet.
  • Anschließend wird im Schritt S9 der Proportionalfaktor Hp der Rückkopplungskorrekturmenge aus der Gleichung (6) berechnet. Hp = Proportionalverstärkung × HOSCsn (6)
  • Im Schritt S10 wird der Integralfaktor Hi der Rückkopplungskorrekturmenge aus der Gleichung (7) berechnet. Hi = Integralverstärkung × ΣHOSCsn (7)
  • Im Schritt S11 wird der Differentialfaktor Hd der Rückkopplungskorrekturmenge aus der Gleichung (8) berechnet. Hd = Differentialverstärkung × (HOSCsn – HOSCsn–1)/t (8)wobei
    • t
    = das Routinenausführungsintervall (= 10 ms) ist.
  • Im Schritt S12 wird die Summe des Proportionalfaktors Hp, des Integralfaktors Hi und des Differentialfaktors Hd als ein Korrekturkoeffizient H festgelegt und die Routine beendet.
  • Die Steuereinheit 2 berechnet eine Kraftstofffeinspritzmenge Ti des Motors 1 mittels der Gleichung (3) unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten H und es wird ein entsprechendes Impulssignal an die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7 ausgegeben.
  • In der vorstehenden Weise wird nur die Sauerstoffspeichermenge aufgrund des Edelmetalls in dem Katalysator berechnet und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so gesteuert, dass der berechnete Wert mit dem Soll-Wert der Sauerstoffspeichermenge der Edelmetalle in dem Katalysator übereinstimmt.
  • Somit konvergiert die Sauerstoffspeichermenge in kurzer Zeit auf den Sollwert. Ferner ist es gemäß dieser Ausführungsform möglich, den Einfluss des Sauerstoffspeichermaterials zu vernachlässigen, welcher nicht zu der Kurzzeitveränderung der Gasumgebung des Katalysators beiträgt. Da der Sollwert der Sauerstoffspeichermenge auf 1/2 der Sauerstoffspeicherkapazität der Edelmetalle in dem Katalysator festgelegt ist, ist ein das Auftreten eines Überschusses oder Mangels in der Ist-Sauerstoffspeichermenge unwahrscheinlich und es ist möglich, das Umwandlungsverhalten von toxischen/schädlichen Komponenten in dem Abgas durch den Katalysator immer auf einem optimalen Wert zu hatten.
  • Die Berechnung der Sauerstoffspeicherkapazität HOSCy wird nachstehend beschrieben.
  • Gemäß der während der Entwicklung dieser Ausführungsform durchgeführten Untersuchung tritt das nachstehende Phänomen aufgrund von Abweichungen im Verhalten des universellen Abgassauerstoffsensors 3 oder des Sauerstoffsensors 13 auf.
  • Selbst wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas stromab des Katalysators 10 angenähert gleich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration ist, ist die zusammenhängende Dauer, in welcher die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas stromauf des Katalysators 10 niedriger als die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration ist, nicht immer gleich der zusammenhängenden Dauer, in welcher die Sauerstoffkonzentration des Abgases stromauf des Katalysators 10 höher als die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration ist.
  • Gemäß den 7A und 7B wird das von dem stromabwärts liegenden Sauerstoffsensor 13 stromab des Katalysators 10 eingegebene Signal VRO2 diskontinuierlich in einem stabilen Zustand unter Lambda-λ-Steuerung verändert. Wenn VRO2 niedriger als ein Magerabschnittswert LSL ist, wird bestimmt, dass die Sauerstoffkonzentration stromab des Katalysators 10 höher als die stöchiometrische Konzentration ist. Wenn VRO2 größer als ein Fettabschnittswert RSL ist, wird bestimmt, dass die Sauerstoffkonzentration stromab des Katalysators 10 niedriger als die stöchiometrische Konzentration ist Wie vorstehend erläutert, repräsentiert das Signal VRO2 niedrige Sauerstoffkonzentrationen durch hohe Werte und hohe Sauerstoffkonzentrationen durch niedrige Werte.
  • Wenn VRO2 zwischen den Abschnittspegeln LSL und RSL liegt, d.h., beispielsweise zwischen den Zeitintervallen t1–t2 und dem Zeitintervall t3–t4, wird bestimmt, dass die Sauerstoffkonzentration der Abgase stromab des Katalysators 10 einen Wert ange nähert gleich der stöchiometrischen Konzentration hat. Hierin nachstehend wird der Bereich der Sauerstoffkonzentrationen zwischen den Abschnittspegeln LSL und RSL als ein stöchiometrischer Bereich bezeichnet.
  • Zwischen dem Zeitintervall t1–t2 und dem Zeitintervall t3–t4 ist, selbst wenn sich die Sauerstoffkonzentration stromab des Katalysators 10 in dem stöchiometrischen Bereich befindet, die Sauerstoffkonzentration stromauf des Katalysators 10 während des Zeitintervalls t1–t2 und das während des Zeitintervalls t3–t4 unterschiedlich. Die Sauerstoffkonzentration stromauf des Katalysators 10 ist in dem Zeitintervall t1–t2 niedriger als die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration, d.h., das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffgemisches ist fett. Andererseits ist die Sauerstoffkonzentration in dem Zeitintervall t3–t4 höher als die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration, d.h., das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffgemisches ist mager.
  • Somit kann die Sauerstoffspeichermenge der Edelmetalle in dem Katalysator zu einem Zeitpunkt, an welchem die Sauerstoffkonzentration stromab des Katalysators 10 niedriger als LSL wird, als die Sauerstoffspeicherkapazität HOSCy der Edelmetalle angenommen werden und eine Hälfte dieses Wertes kann als der Sollwert angenommen werden. In einem derartigen Falle wird jedoch der Sollwert durch die Abweichungen in dem Verhalten des universellen Abgassauerstoffsensors 3 oder des Sauerstoffsensors 13 beeinträchtigt.
  • In der Figur ist das Zeitintervall t3–t4 länger als das Zeitintervall t1–t2. Somit ist das Intervall des mageren Kraftstoffgemisches länger als das Ist-Intervall und die in diesem Intervall berechnete maximale Sauerstoffspeichermenge hat einen größeren Wert als den Istwert. Demzufolge wird der Sollwert der Sauerstoffspeichermenge auf einen größeren als den korrekten Wert eingestellt. Umgekehrt kann das Zeitintervall t3–t4 aufgrund von Abweichungen in dem Verhalten der Sauerstoffsensoren kürzer als das Zeitintervall t1–t2 sein. In diesem Falle wird der Sollwert der Sauerstoffspeichermenge auf einen kleineren als den Originalwert eingestellt.
  • Um einen derartigen Fehler zu kompensieren, stellt die Steuereinheit 2 der Abgasemissionssteuerungsanordnung gemäß dieser Erfindung den Sollwert der Sauerstoffspeichermenge in der nachstehenden Weise ein.
  • Zuerst wird eine maximale Sauerstoffspeichermenge LMAX der Edelmetalle in dem Katalysator aus dem Signal VFAF berechnet, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas stromab des Katalysators 10 einen Wert angenähert gleich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration aufweist, während ein mageres Kraftstoffgemisch dem Motor 1 zugeführt wird. Andererseits wird eine maximale Sauerstoffabgabemenge RMAX der Edelmetalle in dem Katalysator aus dem Signal VFAF berechnet, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas stromab des Katalysators 10 einen Wert angenähert gleich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration aufweist, während ein fettes Kraftstoffgemisch dem Motor 1 zugeführt wird. Ein Mittelwert der maximalen Sauerstoffspeichermenge LMAX und der maximalen Sauerstoffabgabemenge RMAX wird als eine Sauerstoffspeicherkapazität HOSCy festgelegt.
  • Unter Bezugnahme auf 6 wird nun eine von der Steuereinheit 2 ausgeführte Berechnungsroutine für die Sauerstoffspeicherkapazität HOSCy der Edelmetalle in dem Katalysator nachstehend beschrieben. Diese Routine wird in Intervallen von 10 ms ausgeführt.
  • Im Schritt S21 wird eine Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration FO2 von Abgasen in derselben Weise wie im Schritt S2 in 3 berechnet. In einem nachfolgenden Schritt S22 wird ermittelt, ob die Berechnungsbedingungen der Sauerstoffspeicherkapazität HOSCy des Edelmetalls in dem Katalysator erfüllt sind oder nicht. Dieses wird auf der Basis der Ermittlung eines Erlaubnis-Flags durchgeführt, das von einer in 8 dargestellten Routine bestimmt wird. Die Routine geht zu dem Schritt S23 über, wenn das Erlaubnis-Flag einen Wert von 1 hat. Wenn das Erlaubnis-Flag einen Wert von Null hat, wird die Routine sofort beendet.
  • In den Schritten S23–S27 wird das von dem Sauerstoffsensor 13 eingegebene Signal VRO2 mit den Abschnittspegel RSL und dem Abschnittspegel LSL verglichen. Ferner wird ermittelt, ob das Signal VRO2 einer der nachstehenden fünf Situationen entspricht.
    • (1) Wenn das Signal VRO2 in dem stöchiometrischen Bereich liegt und ein mageres Kraftstoffgemisch dem Motor 1 zugeführt wird;
    • (2) wenn das Signal VRO2 in dem stöchiometrischen Bereich liegt und ein fettes Kraftstoffgemisch dem Motor 1 zugeführt wird;
    • (3) wenn das Signal VRO2 niedriger als der Abschnittspegel LSL wird;
    • (4) wenn das Signal VRO2 größer als der Abschnittspegel RSL wird; und
    • (5) weitere Fälle (einschließlich des Falles, wenn der Ausgabewert des Signals VRO2 niedriger als der Abschnittspegel RSL wird und der Fall, wenn das Signal VRO2 größer als der Abschnittspegel LSL wird).
  • Gemäß nochmaligem Bezug auf die 7A und 7B entspricht die Situation (1) beispielsweise dem Zeitintervall t3–t4 und die Situation (2) entspricht beispielsweise dem Zeitintervall t1–t2. Die Situation (3) entspricht beispielsweise dem Zeitpunkt t4, die Situation (4) entspricht beispielsweise dem Zeitpunkt t2 und die Situation (5) entspricht beispielsweise dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t3.
  • Gemäß nochmaligem Bezug auf 6 durchläuft in der Situation (1) die Routine die Schritte S23, S24 und S25 und geht zu dem Schritt S29 über. Im Schritt S29 wird eine Sauerstoffspeichermenge einer spezifischen Periode HOSCLn des Edelmetalls in dem Katalysator unter Verwendung der Gleichung (9) berechnet, welche der Gleichung (4) entspricht. Danach wird die Routine beendet. HOSCLn = HOSCLn–1 × aL × FO2 × Q × t (9)wobei:
    • HOSCLn–1
    = die durch die Routine bei der vorhergehenden Gelegenheit berechnete Sauerstoffspeichermenge der spezifischen Periode ist,
    aL
    = eine positive Konstante ist, die Werte für die Einheitsumwandlung enthält,
    FO2
    = die Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration ist,
    Q
    = die Abgasströmungsmenge (ersetzt durch die Ansaugluftmenge) ist, und
    t
    das Routinenausführungsintervall (10 ms) ist.
  • Die Konstante aL ist der Konstante a in der Gleichung (4) gleichgesetzt.
  • In der Situation (2) geht die Routine zu dem Schritt S28 über die Schritte S23, S24 und S25 über.
  • Im Schritt S28 wird eine Sauerstoffabgabemenge einer spezifischen Periode HOSCRn des Edelmetalls in dem Katalysator unter Verwendung der Gleichung (10) berechnet, welche der Gleichung (4) entspricht. Danach wird die Routine beendet. HOSCRn = HOSCRn–1 × aR × FO2 × Q × t (10)wobei:
    • HOSCRn–1
    = die durch die Routine bei der vorhergehenden Gelegenheit berechnete Sauerstoffspeichermenge der spezifischen Periode ist,
    aR
    = eine positive Konstante ist, die Werte für die Einheitsumwandlung enthält,
    FO2
    = die Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration ist,
    Q
    = die Abgasströmungsmenge (ersetzt durch die Ansaugluftmenge) ist, und
    t
    das Routinenausführungsintervall (10 ms) ist.
  • Die Konstante aR ist der Konstante aL in der Gleichung (9) gleichgesetzt.
  • In der Situation (3) geht die Routine über die Schritte S23, S24 und den Schritt S27 zu dem Schritt S32 über.
  • Im Schritt S32 wird die Sauerstoffspeichermenge HOSCLn der spezifischen Periode des Edelmetalls in dem Katalysator als eine maximale Katalysatorspeichermenge LMAX gespeichert. Dann wird im Schritt S23 die Sauerstoffspeichermenge HOSCLn der spezifischen Periode des Edelmetalls in dem Katalysator auf Null zurückgesetzt und die Routine geht zu dem Schritt S34 über.
  • In der Situation (4) geht die Routine über den Schritt S23 und den Schritt S26 auf den Schritt S30 über. Im Schritt S30 wird die Sauerstoffabgabemenge HOSCRn der spezifischen Periode es Edelmetalls in dem Katalysator als die maximale Katalysatorabgabemenge RMAX gespeichert. Dann wird im Schritt S31 die Sauerstoffabgabemenge HOSCRn der spezifischen Periode des Edelmetalls in dem Katalysator auf Null zurückgesetzt und die Routine geht zu dem Schritt S34 über.
  • Der Mittelwert AVE der gespeicherten Werte der maximalen Katalysatorspeichermenge LMAX und der maximalen Katalysatorabgabemenge RMAX wird im Schritt S34 durch die Gleichung (11) berechnet. AVE = (LMAX + RMAX)/2 (11)
  • Ferner wird ein gewichteter Mittelwert RAVEn des Mittelwertes AVE durch die Gleichung (12) in einem nachfolgenden Schritt S35 berechnet, um Veränderungen in dem Mittelwert AVE zu unterdrücken. RAVEn = AVE × G + RAVEn–1 × (1 – G) (12)wobei:
    • RAVEn–1
    = der in der Routine bei der vorherigen Gelegenheit berechnete gewichtete Mittelwert ist, und
    G
    = der gewichtete Mittelwertkoeffizient ist.
  • In einem nachfolgenden Schritt S36 wird die Sauerstoffspeicherkapazität HOSCy des Edelmetalls in dem Katalysator dem gewichteten Mittelwert RAVEn gleichgesetzt.
  • In der Situation (5) wird, wenn entweder die Ermittlung im Schritt S26 oder die Ermittlung im Schritt S27 negativ wird, die Routine sofort beendet. Die Sauerstoffspeicherkapazität HOSCy des Edelmetalls in dem Katalysator wird in dem Speicher (RAM) der Speichereinheit 2 gespeichert und im Schritt S8 während der Routine gemäß Darstellung in 3 verwendet.
  • Auf diese Weise korrigiert die Abgasemissionssteueranordnung Abweichungen in dem Verhalten des universellen Abgassauerstoffsensors 3 und des Sauerstoffsensors 13 und reduziert die Auswirkung auf den Sollwert der Sauerstoffspeichermenge aufgrund von Abweichungen in einem derartigen Verhalten. Somit ist es möglich, die Genauigkeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors 1 zu verbessern.
  • Unter Bezugnahme auf 8 wird die Routine, welche von der Steuereinheit 2 ausgeführt wird, um die Berechnungsbedingungen für die Sauerstoffspeicherkapazität HOSCy des Edelmetalls in dem Katalysator zu bestimmen, beschrieben. Das in dieser Routine gesetzte Berechnungserlaubnis-Flag wird verwendet, um den Schritt S22 in 6 festzulegen. Diese Routine wird in Intervallen von 10 ms ausgeführt.
  • Im Schritt S41 wird ermittelt, ob die Drehzahl des Motors 1 einem moderaten Drehzahlbereich, d.h., weder einem niedrigen Drehzahlbereich noch einem hohen Drehzahlbereich entspricht oder nicht. Im Schritt S42 wird ermittelt, ob die Belastung des Motors 1 einem moderaten Belastungsbereich, d.h., weder einem zu niedrigen Belastungsbereich noch einem zu hohen Belastungsbereich entspricht oder nicht. Im Schritt S43 wird aus der von dem Wassertemperatursensor 11 delektierten Kühlwassertemperatur ermittelt, ob die Motoraufwärmung abgeschlossen ist oder nicht. Im Schritt S44 wird ermittelt, ob die Veränderungen in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizienten α innerhalb eines normalen Bereichs liegen oder nicht. Im Schritt S45 wird ermittelt, ob die von dem Katalysatortemperatursensor 12 delektierte Katalysatortemperatur TCAT (z.B. 300°C) größer oder gleich einer vorbestimmten Temperatur ist. Im Schritt S46 wird ermittelt, ob das Auftreten von Abweichungskorrekturen des Signals VFAF des universellen Abgassauerstoffsensors 3 niedriger als eine vorbestimmte Anzahl von Malen ist oder nicht.
  • Wenn die Ermittlungsbedingungen in den Schritten S41 bis S46 alle erfüllt sind, setzt die Routine das Berechnungserlaubnis-Flag im Schritt S47 auf einen Wert von "1", da die Berechnungsbedingungen für die Sauerstoffspeicherkapazität HOSCy erfüllt sind, und die Routine wird dann beendet. Wenn irgendeine von den Bedingungen in den Schritten S41 bis S46 nicht erfüllt ist, setzt die Routine das Berechnungserlaubnis-Flag auf im Schritt S48 einen Wert von 0, und die Routine wird beendet.
  • Wenn der Katalysator nicht aktiv ist (beispielsweise sich unter seiner Aktivierungstemperatur befindet), sind die Sauerstoffabgabe aus dem Katalysator oder die Sauerstoffspeicherung des Katalysators schwierig zu beurteilen/bestimmen. Somit ist es nicht möglich, korrekt die Sauerstoffspeicherkapazität HOSCy der Edelmetalle in dem Katalysator selbst dann zu berechnen, wenn der Maximalwert LMAX der Sauerstoffspeichermenge oder der Maximalwert RMAX der Sauerstoffabgabemenge abgetastet werden. Abweichungen in der Sauerstoffspeichermenge HOSCy werden unterdrückt, indem die Berechnung der Sauerstoffspeichermenge HOSCy nur zugelassen wird, wenn die Bedingungen in den Schritten S41 bis S46 erfüllt sind.
  • Anschließend wird das Auftreten von Abweichungskorrekturen des Ausgangssignals des universellen Abgassauerstoffsensors 3, die im Schritt S46 ermittelt werden, unter Bezugnahme auf die 9A und 9B beschrieben.
  • Das aus dem universellen Abgassauerstoffsensor 3 eingegebene Signal VFAF kann selbst unter Lambda-λ-Steuerung abweichen. In diesem Falle zeigt das von dem Sauerstoffsensor 13 eingegebene Signal VRO2 eine Abweichung außerhalb des normalen Bereichs. Wenn das Signal VFAF so abweicht, als ob die Sauerstoffkonzentration verringert wäre, versucht die Lambda-λ-Steuerung das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffgemisches zu erhöhen, so dass das Signal VRO2 Werte annehmen kann, die größer oder gleich einem vorbestimmten Wert C gemäß Darstellung durch eine Kurve 1 oder eine Kurve 2 in der Figur sind. Umgekehrt versucht, wenn das Signal VFAF so abweicht, als ob die Sauerstoffkonzentration erhöht wäre, die Lambda-λ-Steuerung das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffgemisches zu verringern, so dass das Signal VRO2 Werte kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert D gemäß Darstellung durch eine Kurve 2 oder eine Kurve 4 in der Figur annehmen kann. Auf diese Weise wird die Genauigkeit einer Erfindung der Gasumgebung des Katalysators auf der Basis des Ausgangssignals des Sauerstoffsensors 13 nachteilig beeinträchtigt.
  • Um eine derartige nachteilige Auswirkung zu kompensieren, ermittelt die Steuereinheit 2, ob eine Abweichung in dem Ausgangssignal des universellen Abgassauerstoffsensors 3 vorliegt oder nicht, und wenn eine Abweichung vorliegt, wird dem von dem universellen Abgassauerstoffsensor 3 eingegebenen Signal VFAF eine Abweichungskorrektur hinzugefügt.
  • Unter Bezugnahme auf 10 wird die von der Steuereinheit 2 durchgeführte Abweichungskorrekturroutine beschrieben. Diese Routine wird in Intervallen von 10 ms ausgeführt.
  • Im Schritt S51 werden das von dem Sauerstoffsensor 13 eingegebene Signal VRO2 und das von dem universellen Abgassauerstoffsensor 3 eingegebene Signal VFAF eingelesen.
  • In einem nachfolgenden Schritt S51 wird ermittelt, ob eine vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist, nachdem VOR2 einen Wert größer als dem vorbestimmten Wert C angenommen hat. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird ermittelt, dass eine Abweichung in dem Signal VFAF in der Richtung einer Zunahme der Sauerstoffkonzentration aufgetreten ist. In diesem Falle wird im Schritt S53 ein Wert, der sich aus der von dem Signal VFAF subtrahierten vorbestimmten Korrekturmenge ergibt, auf das Signal VFAF zurückgesetzt. Wie es vorstehend erläutert wurde, repräsentiert das Signal VFAF niedrigere Sauerstoffkonzentrationen durch niedrigere Werte und höhere Sauerstoffkonzentrationen durch höhere Werte. Wenn das Signal VFAF kleiner wird, versucht die Lambda-λ-Steuerung das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffgemisches zu erhöhen. Demzufolge kehrt das Signal VRO2 auf den stöchiometrischen Bereich zurück.
  • Anschließend wird im Schritt S54 ein Zähler CNT1 für das Auftreten einer Abweichungskorrektur inkrementiert und die Routine beendet. Der Zähler CNT1 für das Auftreten einer Abweichungskorrektur wird zu Beginn auf einen Wert von Null gesetzt, wenn der Motor 1 gestartet wird.
  • Wenn die Bedingung im Schritt S52 nicht erfüllt ist, geht die Routine zu dem Schritt S55 über, in welchem ermittelt wird, ob eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, nachdem das Ausgangssignal VRO2 einen Wert kleiner als einen vorbestimmten Wert D angenommen hat. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird ermittelt, dass eine Abweichung in dem Signal VFAF in einer Richtung einer Abnahme in der Sauerstoffkonzentration aufgetreten ist. In diesem Falle wird im Schritt S56 ein Wert, der sich aus einer dem Signal VFAF hinzuaddierten vorbestimmten Korrekturmengen ergibt, auf das Signal VFAF zurückgesetzt. Anschließend wird im Schritt S57 ein Zähler CNT2 für das Auftreten einer Abweichungskorrektur inkrementiert und die Routine beendet. Der Zähler CNT2 für das Auftreten einer Abweichungskorrektur wird zu Beginn beim Start des Motors 1 auf Null gesetzt. Die Zählerwerte CNT1 und CNT2 werden in dem Speicher (RAM) der Steuereinheit 2 gespeichert.
  • In der Ermittlungsroutine der Berechnungsbedingungen gemäß Darstellung in 8 wird im Schritt S46 ermittelt, ob einer oder beide von den zwei Zählerwerten CNT1 und CNT2 kleiner als eine vorbestimmte Anzahl sind. Wenn ein Wert größer als oder gleich einer vorbestimmten Anzahl ist, wird im Schritt S48 das Berechnungserlaubnis-Flag auf einen Wert von Null zurückgesetzt. Die in 10 dargestellte Abweichungskorrekturroutine wird nicht nur für Korrekturabweichungen des Ausgangssignals des universellen Abgassauerstoffsensors 3 sondern auch zur Erzielung von Daten verwendet, um zu ermitteln, ob die Berechnungsbedingungen für die Sauerstoffspeicherkapazität HOSCy des Edelmetalls in dem Katalysator erfüllt sind oder nicht.
  • Wenn die Abweichungskorrektur des Ausgangssignals des universellen Abgassauerstoffsensors 3 häufig durchgeführt wird, besteht die Möglichkeit, dass der universelle Abgassauerstoffsensor 3 eine bestimmte Art von Fehlfunktion entwickele. Unter diesen Bedingungen ist es möglich, eine mögliche Ursache von Abweichungen in der Berechnung der Sauerstoffspeicherkapazität HOSCy zu beseitigen, indem die Berechnung der Sauerstoffspeichermenge der Edelmetalle in dem Katalysator unter derartigen Bedingungen verhindert wird.
  • Wie es in dieser Ausführungsform dargestellt ist, wird, wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis nahezu stöchiometrisch stromab des Katalysators und fetter als stöchiometrisch stromaufwärts davon ist, die Abgabemenge des aus dem Katalysator abgegebenen Sauerstoffes in einem Berechnungszyklus (z.B. 10 ms) berechnet, indem die Mangelsauerstoffmenge in dem Zyklus (d.h., FO2 × Q × t) und die Konstante aR, welche die Abgaberate des in Katalysator gespeicherten Sauerstoff darstellt, multipliziert werden (S28). Es wird auch, wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis nahezu stöchiometrisch stromab des Katalysators und magerer als stöchiometrisch stromaufwärts davon ist, die Speichermenge des in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoffs in einem Berechnungszyklus (z.B. 10 ms) berechnet, indem die Überschusssauerstoffmenge in dem Zyklus (d.h., FO2 × Q × t) und die Konstante aL, welche die Speicherungsrate des in den Katalysator strömenden Sauerstoffs repräsentiert, multipliziert werden (S29).
  • Jedoch können für eine leichte Berechnung diese beiden Werte (d.h., der Abgabemenge des von dem Katalysator in einem Berechnungszyklus abgegebenen Sauerstoffs und der Speichermenge des von dem Katalysator in einem Zyklus gespeicherten Sauerstoffs) alternativ auf einen festen Wert eingestellt werden, welche untereinander gleich sind. Das bedeutet, dass die Werte "aR × FO2 × Q × t" in dem Schritt S28 und "aL × FO2 × Q × t" im Schritt S29, welche beide in 6 dargestellt sind, auf denselben festen Wert eingestellt werden können.
  • Üblicherweise kann die Abweichung des Ausgangssignals des universellen Abgassauerstoffsensors und des O2-Sensors und die Fehlermenge der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung einfach durch die Differenz der belegten Zeitlängen in der Periode, in welcher das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis nahezu symmetrisch stromab des Katalysators und fetter als stöchiometrisch stromaufwärts davon ist (wie z.B. die Periode von t1 bis t2 gemäß Darstellung in 7A) und in der Periode, in welcher das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis nahezu stöchiometrisch stromab des Katalysators und magerer als stöchiometrisch stromaufwärts davon (wie z.B. in der Periode von t3 bis t4 gemäß Darstellung in 7A ist) repräsentiert werden. Somit können, wenn es genau genug ist, RMAX und LMAX unter Verwendung nur dieser Zeitlängen zu berechnen, die Abgabemenge des von dem Katalysator in einem Berechnungszyklus abgegebenen Sauerstoffs und die Speichermenge des in dem Katalysator in einem Berechnungszyklus gespeicherten Sauerstoffs einfach derselbe fester Wert sein.
  • 7B stellt den Übergang von HOSCRn und HOSCLn in dem Falle der vorstehend beschriebenen Alternative dar. Gemäß Darstellung in der Figur nehmen HOSCRn und HOSCLn mit derselben und konstanten Rate zu. Es dürfte sich verstehen, dass LMAX größer als RMAX wird, da die Zeitlänge von t3 bis t4 länger als die von t1 bis t2 ist.
  • In der in 8 dargestellten Ermittlungsroutine für die Berechnungsbedingungen wird die Berechnung der Sauerstoffspeicherkapazität HOSCy in dieser Ausführungsform nicht zugelassen, wenn der Betrieb des Motors in irgendeinem von einer Hochdrehzahlbereich, Niederdrehzahlbereich, Hochlastbereich oder Niederlastbereich eintritt. Es ist jedoch möglich, die Berechnung der Sauerstoffspeicherkapazität HOSCy unter diesen Fahrtbedingungen zuzulassen, wenn dies gewünscht ist. In gleicher Weise kann, wenn ein Katalysator verwendet wird, welcher unter Niedertemperaturbedingungen vor dem Abschluss der Motoraufwärmung arbeitet, die Berechnung der Sauerstoffspeicherkapazität HOSCy vor dem Abschluss der Motoraufwärmung zugelassen werden.
  • Im Schritt S46 ist es anstelle der Ermittlung, ob das Auftreten von Abweichungen größer als eine vorbestimmte Anzahl von Malen ist oder nicht, natürlich möglich, einen ganzzahligen Wert des Korrekturwertes mit einem vorbestimmten Wert zu vergleichen und somit dasselbe Ergebnis zu erzielen.
  • Um die Sauerstoffspeicherkapazität HOSCy zu berechnen, ist es erforderlich, den maximalen Wert LMAX für die Sauerstoffspeichermenge und den maximalen Wert RMAX für die Sauerstoffabgabemenge des Edelmetalls in dem Katalysator abzutasten. Trotzdem geschieht es manchmal, dass das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 13 konsistent zwischen den Abschnittspegeln LSL und RSL bleibt. Somit wird es erforderlich, zwangsweise das Luft Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor 1 zu geführten Kraftstoffgemisches zu beeinflussen, dass es entweder eines oder beides von fett oder mager wird, um die Sauerstoffspeicherkapazität HOSCy zu berechnen.
  • Ein Verfahren um zwangsweise das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffgemisches fett oder mager zu machen, ist in dem vom Japanischen Patentamt 1997 offengelegten JP-A 09-222010, offenbart. Die in diesem Dokument offenbarte Anordnung ist so, dass ermittelt wird, ob ein Katalysator, welcher ein Teil eines Abgasreinigungssystems bildet, aktiv ist oder nicht. Abhängig von dieser Ermittlung wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis alternativ von fett auf mager umgestellt, bevor der Katalysator aktiv ist. Die Größe der Schwingungsamplitude wird in Abhängigkeit von der Sauerstoffkapazität des Katalysators ermittelt.
  • Diese Anordnung kann einfach angewendet werden, um die vorstehenden Anforderungen zu erfüllen, indem die Häufigkeit überwacht wird, mit welcher die Abschnittspegel LSL und RSL überschritten werden, und welche nach dem Absinken der Häufigkeit unter eine vorbestimmte Anzahl, ein mageres Gemisch induziert bis eine Sättigung detektiert wird, gefolgt von einem fetten Gemisch bis eine Verarmung gemessen wird. Damit kann die notwendige Mittelung, mittels welcher der Sollwert bestimmt wird, abgeleitet und verwendet werden.
  • ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
  • In dieser zweiten Ausführungsform wird die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators 10, wie vorstehend erwähnt, als in eine schnelle Komponente (Menge) HOSCn, welche durch ein Edelmetall (Pt, Rh, Pd) in dem Katalysator gespeichert und abgegeben wird, und eine langsame Komponente (Menge) LOSCn, welche durch ein Sauerstoffspeichermaterial in dem Katalysator 10 gespeichert und abgegeben wird, unterteilt betrachtet. Die langsame Komponente LOSCn repräsentiert die Speicherung und Abgabe einer größeren Menge an Sauerstoff als die schnelle Komponente HOSCn, aber ihre Speicherungs/Abgabe-Rate ist aus vorstehend erwähnten Gründen langsamer als die der schnellen Komponente HOSCn.
  • Ferner weisen diese schnelle Komponente HOSCn und langsame Komponente LOSCn Eigenschaften auf, die wie folgt modelliert sind:
    • – Wenn Sauerstoff gespeichert wird, wird Sauerstoff bevorzugt als die schnelle Komponente HOSCn gespeichert und beginnt als langsame Komponente LOSCn nur dann gespeichert zu werden, wenn die schnelle Komponente HOSCn eine maximale Kapazität HOSCnMAX (vergleiche HOSCy oben) und kein Sauerstoff als schnelle Komponente HOSCn gespeichert werden kann.
    • – Wenn Sauerstoff abgegeben wird, und das Verhältnis der langsamen Komponente LOSCn zu der schnellen Komponente HOSCn (LOSCn/HOSCn) kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, d.h., wenn die schnelle Komponente relativ groß ist, wird Sauerstoff bevorzugt von der schnellen Komponente HOSCn abgegeben. Wenn das Verhältnis der langsamen Komponente LOSCn zu der schnellen Komponente HOSCn größer als der vorbestimmte Wert ist, wird Sauerstoff sowohl von der schnellen Komponente HOSCn als auch der langsamen Komponente LOSCn abgegeben, so dass das Verhältnis der langsamen Komponente LOSCn zu der schnellen Komponente HOSCn nicht variiert.
  • 11 stellt die Sauerstoffspeicher/Abgabe-Eigenschaften des Katalysators dar. Die vertikale Achse zeigt die schnelle Komponente HOSCn (auf dem Edelmetall gespeicherte Sauerstoffmenge) und die horizontale Achse zeigt die langsame Komponente LOSCn (den in dem Sauerstoffspeichermaterial gespeicherten Sauerstoff).
  • Unter normalen Fahrtbedingungen ist die langsame Komponente LOSCn nahezu Null und nur die schnelle Komponente HOSCn variiert abhängig von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator strömenden Abgases, wie es durch den Pfeil A1 in 11 dargestellt ist. Die schnelle Komponente HOSCn wird normal beispielsweise auf die Hälfte ihrer maximalen Kapazität gesteuert.
  • Jedoch erreicht, wenn eine Motor-"Kraftstoffabschaltung" durchgeführt wird, oder wenn der Motor aus einem aufgewärmten Zustand neu gestartet wird (d.h., Warmneustart) die schnelle Komponente HOSCn einen Maximalwert und Sauerstoff wird dann als die langsame Komponente LOSCn (siehe Pfeil A2 in 11) gespeichert, worauf die Sauerstoffspeichermenge von dem Punkt X1 zu dem Punkt X2 variiert.
  • Wenn Sauerstoff bei dem Punkt X2 abgegeben wird, wird er bevorzugt in der Form der schnellen Komponente HOSCn abgegeben. Wenn das Verhältnis der langsamen Komponente LOSCn zu der schnellen Komponente HOSCn (z.B. LOSCn/HOSCn) den vorbestimmten Wert (X3 in 11) erreicht, wird Sauerstoff sowohl von dem Edelmetall als auch dem Sauerstoffspeichermaterial sowohl in der Form der schnellen als auch der langsamen Komponenten LOSCn, HOSCn in einer Weise abgegeben, in welcher das Verhältnis der langsamen Komponente zur schnellen Komponente nicht variiert. D.h., Sauerstoff wird in Abhängigkeit von der geraden Linie L abgegeben. In diesem Falle stellt die Linie L eine Situation dar, in welcher das Verhältnis der langsamen Komponente zu der schnellen Komponente 5 bis 15 (bevorzugt 10):1 ist.
  • Die Steuerung 2 berechnet die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators 10 (schnelle Komponente HOSCn und langsame Komponente LOSCn) auf der Basis des Ausgangs signals des Luftströmungsmessers 6, des vorderen A/F-Sensors 3 und des Kühlwassertemperatursensors 11.
  • Wenn die schnelle Komponente HOSCn der berechneten Sauerstoffspeichermenge größer als eine vorbestimmte Menge ist, beispielsweise die Hälfte der maximalen Kapazität HOSCnMAX der schnellen Komponente, macht die Steuervorrichtung 6 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors 1 fett, und macht somit das in den Katalysator 10 strömende Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett und verringert die schnelle Komponente HOSCn. Umgekehrt macht, wenn die schnelle Komponente HOSCn kleiner als die vorbestimmte Menge ist, die Steuervorrichtung 6 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors 1 mager und macht somit das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in dem Katalysator 10 strömenden Abgases mager und erhöht die schnelle Komponente HOSCn.
  • Eine Diskrepanz kann zwischen der berechneten Sauerstoffspeichermenge und der realen Sauerstoffspeichermenge aufgrund eines Berechnungsfehlers auftreten. In diesem Falle setzt die Steuervorrichtung 6 den berechneten Wert der Sauerstoffspeichermenge mit einem vorbestimmten Zeittakt auf der Basis des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases stromab des Katalysators zurück, und korrigiert diese Diskrepanz zu der realen Sauerstoffspeichermenge.
  • Insbesondere wird, wenn auf der Basis des Ausgangssignals des hinteren Sauerstoffsensors 5 ermittelt wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromab des Katalysators 10 mager ist, ermittelt, dass wenigstens die schnelle Komponente HOSCn ein Maximum erreicht hat. In diesem Falle wird die schnelle Komponente HOSCn auf maximale Kapazität zurückgesetzt. Wenn durch den hinteren Sauerstoffsensor 5 ermittelt wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromab des Katalysators 10 fett ist, wird kein Sauerstoff mehr weder von der schnellen Komponente HOSCn noch der langsamen Komponente LOSCn abgegeben. In diesem Falle werden die schnelle Komponente HOSCn und die langsame Komponente LOSCn auf minimale Kapazität zurückgesetzt.
  • Anschließend wird der von der Steuervorrichtung 6 ausgeführte Steuervorgang beschrieben.
  • Die Abschätzung und Berechnung der Sauerstoffspeichermenge wird zuerst beschrieben, gefolgt von der Rücksetzung des Berechnungswertes der Sauerstoffspeichermenge, und schließlich der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung des Motors 1 auf der Basis der Sauerstoffspeichermenge.
  • 12 stellt eine Hauptroutine für die Berechnung oder Abschätzung der Sauerstoffspeichermenge des Katalysators 10 dar. Diese Berechnung wird in vorbestimmten Intervallen von der Steuervorrichtung 6 durchgeführt.
  • Gemäß dieser Routine werden zuerst in einem Schritt S601 die Ausgangssignale des Kühlwassertemperatursensors 10, Kurbelwellenwinkelsensors 12 und eines Luftströmungsmessers 9 als Betriebsparameter des Motors 1 eingelesen. In einem Schritt S602 wird eine Temperatur TCAT des Katalysators 10 auf der Basis dieser Parameter abgeschätzt. In einem Schritt S603 wird durch Vergleichen der geschätzten Katalysatortemperatur TCAT und einer Katalysatoraktivierungstemperatur TACTo (z.B. 300°C) ermittelt, ob der Katalysator 10 aktiviert ist oder nicht.
  • Wenn ermittelt wird, dass die Katalysatoraktivierungstemperatur TACTo erreicht worden ist, geht die Routine zu einem Schritt S604 über, um die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators 10 zu berechnen. Wenn ermittelt wird, dass die Katalysatoraktivierungstemperatur TACTo nicht erreicht worden ist, wird die Verarbeitung beendet, da in diesem Falle angenommen wird, dass der Katalysator 10 weder Sauerstoff speichert noch abgibt.
  • In dem Schritt S604 wird eine Subroutine (13) zum Berechnen einer Sauerstoff-Überschuss/Mangel-Menge O2IN durchgeführt und die Sauerstoff-Überschuss/Mangel-Menge des in den Katalysator 10 strömenden Abgases berechnet. In einem Schritt S605 wird eine Subroutine (14) zum Berechnen einer Sauerstoffabgaberate A der schnellen Komponente der Sauerstoffspeichermenge durchgeführt und die Sauerstoffabgaberate A der schnellen Komponente berechnet.
  • Ferner wird in einem Schritt S606 eine Subroutine (15) zum Berechnen der schnellen Komponente HOSCn der Sauerstoffspeichermenge durchgeführt. In diesem Schritt werden die schnelle Komponente HOSCn und die Sauerstoffabgabemenge OVER FLOW, welche in die langsame Komponente LOSCn überlaufen, ohne als die schnelle Komponente HOSCn gespeichert zu werden, auf der Basis der Sauerstoff-Überschuss/Mangel-Menge O2IN und der Sauerstoffabgaberate A der schnellen Komponente berechnet.
  • Im Schritt S607 wird auf der Basis einer Überlaufsauerstoffmenge OVERFLOW ermittelt, ob die gesamte Sauerstoff Überschuss/Mangel-Menge O2IN, die in den Katalysator 10 strömt, als die schnelle Komponente HOSCn gespeichert worden ist. Wenn die gesamte Sauerstoff-Überschuss/Mangel-Menge O2IN als die schnelle Komponente (d.h., OVERFLOW = 0) gespeichert worden ist, wird die Verarbeitung beendet. Anderenfalls geht die Routine zu einem Schritt S608 über, in dem eine Subroutine (16) zur Berechnung der langsamen Komponente LOSCn ausgeführt wird, und die langsame Komponente LOSCn auf der Basis der aus der schnellen Komponente HOSCn überlaufenden Überlaufsauerstoffmenge OVERFLOW berechnet.
  • Hier wird die Katalysatortemperatur TCAT aus der Kühlwassertemperatur des Motors 1, der Motorbelastung und der Motordrehzahl abgeschätzt. Alternativ kann auch ein Temperatursensor 12 in Verbindung mit dem Katalysator 10 gemäß Darstellung in 1 verwendet werden und die Temperatur des Katalysators 10 direkt gemessen werden.
  • Wenn die Katalysatortemperatur TCAT kleiner als die Aktivierungstemperatur TACTo ist, wird die Sauerstoffspeichermenge nicht in der in 4 dargestellten Routine berechnet. Alternativ kann der Schritt S603 weggelassen werden und die Auswirkung der Katalysatortemperatur TCAT in der Sauerstoffabgaberate A der schnellen Komponente oder einer Sauerstoffspeicher/Abgabe-Rate B der später beschriebenen langsamen Komponente reflektiert werden.
  • Anschließend werden die Schritte S604 bis S606 und den Schritt S608 ausführende Subroutinen beschrieben. 13 stellt die Subroutine für die Berechnung der Sauerstoff-Überschuss/Mangel-Menge O2IN des in den Katalysator 10 strömenden Abgases dar. In dieser Subroutine wird die Sauerstoff-Überschuss/Mangel-Menge O2IN des in den Katalysator 10 strömenden Abgases auf der Basis des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases stromauf des Katalysators 10 und der Ansaugluftmenge des Motors 1 berechnet.
  • Zuerst werden in einem Schritt S711 das Ausgangssignal des vorderen A/F-Sensors 3 und das Ausgangssignal des Luftströmungsmessers 6 eingelesen.
  • Anschließend wird in einem Schritt S712 das Ausgangssignal des vorderen A/F-Sensors 3 in eine Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration FO2 des in den Katalysator 10 strömenden Abgases unter Verwendung einer vorbestimmten Umwandlungstabelle umgewandelt. Hier ist die Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration FO2 eine relative Konzentration in Bezug auf die Sauerstoffkonzentration bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, ist es Null, wenn es fetter als das stöchiometrische Verhältnis ist, ist es negativ, und wenn es magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, ist es positiv.
  • In einem Schritt S713 wird das Ausgangssignal des Luftströmungsmessers 9 in eine Ansaugluftmenge (Q × t) unter Verwendung einer vorbestimmten Umwandlungstabelle umgewandelt, wobei Q = die Abgasströmungsrate ist, die durch die Ansaugluftströmungsrate repräsentiert wird und t = die Zyklus ist. In einem Schritt S714 wird die Ansaugluftmenge (Q × t) mit der Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration FO2 multipliziert, um die Überschuss/Mangel-Sauerstoffmenge O2IN des in den Katalysator 10 strömenden Abgases zu berechnen.
  • Da die Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration FO2 die vorstehenden Eigenschaften hat, ist die Überschuss/Mangel-Sauerstoffmenge O2IN Null, wenn das in den Katalysator 10 strömende Abgas bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt, ein negativer Wert, wenn es fett ist, und ein positiver Wert, wenn es mager ist.
  • 14 stellt eine Subroutine für die Berechnung der Sauerstoffabgaberate A der schnellen Komponente der Sauerstoffspeichermenge dar. In dieser Subroutine wird angenommen, dass die Sauerstoffabgaberate der schnellen Komponente HOSCn durch die niedrige Komponente LOSCn beeinflusst wird, und die Sauerstoffabgaberate A der schnellen Komponente wird unter Berücksichtigung der langsamen Komponente LOSCn berechnet.
  • Zuerst wird in einem Schritt S821 ermittelt, ob ein Verhältnis LOSCn/HOSCn einer langsamen Komponente in Bezug auf die schnelle Komponente kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert AR (z.B. AR = 10) ist. Wenn ermittelt wird, dass das Verhältnis LOSCn/HOSCn kleiner als der vorbestimmte Wert AR ist, d.h., wenn die schnelle Komponente HOSCn relativ groß im Vergleich zur langsamen Komponente LOSCn ist, geht die Routine zu einem Schritt S822 über, und die Sauerstoffabgaberate A der schnellen Komponente wird auf 1,0 gesetzt, was die Tatsache ausdrückt, dass der Sauerstoff nur von der schnellen Komponente HOSCn abgegeben wird.
  • Andernfalls wird, wenn ermittelt wird, dass das Verhältnis LOSCn/HOSCn nicht kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert AR ist, Sauerstoff von der schnellen Komponente HOSCn und von der langsamen Komponente LOSCn abgegeben, so dass das Verhältnis der langsamen Komponente LOSCn zu der schnellen Komponente HOSCn nicht variiert. Die Routine geht dann zu einem Schritt S823 über und ein Wert der Sauerstoff abgaberate A der schnellen Komponente wird berechnet, welcher keine Veränderung des Verhältnisses LOSCn/HOSCn bewirkt.
  • 15 stellt eine Subroutine für die Berechnung der schnellen Komponente HOSCn der Sauerstoffspeichermenge dar. In dieser Subroutine wird die schnelle Speicherkomponente HOSCn auf der Basis der Sauerstoff-Überschuss/Mangel-Menge O2IN des in den Katalysator 10 strömenden Abgases und der Sauerstoffabgaberate A der schnellen Komponente berechnet.
  • Zuerst wird in einem Schritt S931 auf der Basis der Sauerstoff-Überschuss/Mangel-Menge O2IN ermittelt, ob die schnelle Komponente HOSCn gespeichert oder abgegeben wird.
  • Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator strömenden Abgases mager ist und die Sauerstoff-Überschuss/Mangel-Menge O2IN somit größer als Null ist, wird ermittelt, dass die schnelle Komponente HOSCn gespeichert wird. Die Routine geht dann zu einem Schritt S932 über, und die schnelle Komponente HOSCn wird aus der nachstehenden Gleichung (13) berechnet oder abgeschätzt: HOSCn = HOSCz + O2IN (13) wobei:
    • O2IN
    = FO2 × Q × t ist,
    HOSCz
    = der Wert der schnellen Komponente HOSCn bei der unmittelbar vorhergehenden Gelegenheit ist.
  • Somit nimmt in diesem Falle die schnelle Komponente HOSCn um die Sauerstoff-Überschuss/Mangel-Menge O2IN zu.
  • Andererseits geht, wenn ermittelt wird, dass die Sauerstoff-Überschuss/Mangel-Menge O2IN kleiner als Null ist und die schnelle Komponente abgegeben wird, die Routine zu einem Schritt S933 über und die schnelle Komponente HOSCn aus der nachstehenden Gleichung (14) berechnet: HOSCn = HOSCz + O2IN × A (14)wobei:
    • A
    = die Sauerstoffabgaberate der schnellen Komponente HOSCn ist.
  • In den Schritten S934, S935 wird ermittelt, ob die berechnete HOSCn die maximale Kapazität HOSCnMAX der schnellen Komponente überschreitet, oder ob sie nicht kleiner als eine minimale Kapazität HOSCnMIN ist.
  • Wenn die schnelle Komponente HOSCn größer als die maximale Kapazität HOSCnMAX ist, geht die Routine zu einem Schritt S936 über, und die überlaufende Sauerstoffmenge (Überschussmenge) OVERFLOW, welche in den Katalysator strömt, ohne als die schnelle Komponente HOSCn gespeichert zu werden, wird aus der nachstehenden Gleichung (15) berechnet: OVERFLOW = HOSCn – HOSCnMAX (15)
  • In diesem Falle ist die schnelle Komponente HOSCn auf die maximale Kapazität HOSCnMAX beschränkt.
  • Wenn die schnelle Komponente HOSCn kleiner als die minimale Kapazität HOSCnMIN ist, geht die Routine zu einem Schritt S937 über, und die überlaufende Sauerstoffmenge (Mangelmenge) OVERFLOW, welche nicht als die schnelle Komponente HOSCn gespeichert wurde, wird durch die nachstehenden Gleichung (15) berechnet: OVERFLOW = HOSCn – HOSCnMIN (16)
  • In diesem Falle ist die schnelle Komponente HOSCn auf die minimale Kapazität HOSCnMIN beschränkt. Hier wird Null als die minimale Kapazität HOSCnMIN vergeben, so dass die Sauerstoffmenge, welche fehlt, wenn die gesamte schnelle Komponente HOSCn abgegeben wird, als eine negative Überlaufsauerstoffmenge berechnet wird.
  • Wenn die schnelle Komponente HOSCn zwischen der maximalen Kapazität HOSCnMAX und der minimalen Kapazität HOSCnMIN liegt, wird die gesamte Sauerstoff-Überschuss/Mangel-Menge O2IN des in den Katalysator 10 strömenden Abgases als die schnelle Komponente HOSCn gespeichert und Null für die Überlaufsauerstoffmenge OVERFLOW gesetzt.
  • Wenn die schnelle Komponente HOSCn größer als die maximale Kapazität HOSCnMAX oder kleiner als die minimale Kapazität HOSCnMIN ist, wird die Überlaufsauerstoffmenge OVERFLOW, welche von der schnellen Komponente HOSCn übergelaufen ist, als die langsame Komponente LOSCn gespeichert.
  • 16 stellt eine Subroutine zum Berechnen der langsamen Komponente LOSCn der Sauerstoffspeichermenge dar. In dieser Subroutine wird die langsame Komponente LOSCn auf der Basis der Überlaufsauerstoffmenge OVERFLOW berechnet, welche aus der schnellen Komponente HOSCn übergelaufen ist.
  • Gemäß dieser Subroutine wird in einem Schritt S1041 die langsame Komponente LOSCn durch die nachstehende Gleichung (17) berechnet: LOSCn = LOSCz + OVERFLOW × (17) wobei:
    • LOSCz
    = der unmittelbar vorhergehende Wert der langsamen Komponente LOSCn ist, und
    B
    die Sauerstoff-Speicher/Abgabe-Rate der langsamen Komponente ist.
  • Hier wird die Sauerstoff-Speicher/Abgabe-Rate B der langsamen Komponente auf einen positiven Wert kleiner 1 gesetzt, hat aber tatsächlich unterschiedliche Eigenschaften für die Speicherung und Abgabe. Ferner wird die reale Speicher/Abgabe-Rate durch die Katalysatortemperatur TCAT und die langsame Komponente LOSCn beeinflusst, so dass die Speicherrate und die Abgaberate so eingestellt werden können, dass sie unabhängig variieren. In diesem Falle liegt, wenn die Überlaufsauerstoffmenge OVERFLOW positiv ist, Sauerstoff im Überschuss vor, und die Sauerstoffspeicherrate zu diesem Zeitpunkt wird beispielsweise auf einen Wert gesetzt, welcher umso größer ist, je höher die Katalysatortemperatur TCAT oder kleiner die langsame Komponente LOSCn ist. Ferner fehlt, wenn die Überlaufsauerstoffmenge OVERFLOW negativ ist, Sauerstoff und die Sauerstoffabgaberate zu diesem Zeitpunkt kann beispielsweise auf einen Wert gesetzt werden, welcher größer ist, je höher die Katalysatortemperatur TCAT oder größer die langsame Komponente LOSCn ist.
  • In den Schritten S1042, S1043 wird in derselben Weise wie bei der Berechnung der schnelle Komponente HOSCn ermittelt, ob die berechnete langsame Komponente LOSCn eine maximale Kapazität LOSCnMAX überschritten hat oder nicht oder kleiner als eine minimale Kapazität LOSCnMIN wie beispielsweise Null ist.
  • Wenn die maximale Kapazität LOSCnMAX überschritten wird, geht die Routine zu einem Schritt S1044 über, in welchem eine Sauerstoff-Überschuss/Mangel-Menge O2OUT, welche aus der langsamen Komponente LOSCn übergelaufen ist, aus der nachstehenden Gleichung (18) berechnet wird: LOSCnOUT = LOSCn – LOSCnMAX (18)und die langsame Komponente LOSCn auf die maximale Kapazität LOSCnMAX beschränkt wird. Die Sauerstoff-Überschuss/Mangel-Menge O2OUT strömt stromab des Katalysators 10.
  • Wenn die langsame Komponente LOSCn kleiner als die minimale Kapazität LOSCnMIN ist, geht die Routine zu einem Schritt S1045 über und die langsame Komponente LOSCn wird auf die minimale Kapazität LOSCnMIN begrenzt.
  • Anschließend wird das Zurücksetzen des berechneten Wertes der Sauerstoffspeichermenge, die von der Steuervorrichtung 6 durchgeführt wird, beschrieben. Durch Zurücksetzen des berechneten oder geschätzten Wertes der Sauerstoffspeichermenge unter vorbestimmten Bedingungen können Berechnungsfehler, welche sich bis hierher angesammelt haben, beseitigt werden, und die Berechnungsgenauigkeit der Sauerstoffspeichermenge kann verbessert werden.
  • 17 stellt die Details einer Routine zur Ermittlung der Rücksetzbedingung dar. Diese Rücksetzbedingung ermittelt, ob eine Bedingung für die Rücksetzung der Sauerstoffspeichermenge (schnelle Komponente HOSCn und langsame Komponente LOSCn) aus der stromab des Katalysators ermittelten Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gilt und setzt dementsprechend ein Flag Frich und ein Flag Flean.
  • Zuerst wird in einem Schritt S1051 das Ausgangssignal des hinteren Sauerstoffsensors 5, welcher das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromab des Katalysators 10 detektiert, eingelesen. Anschließend wird in einem Schritt S1052 das Ausgangssignal VRO2 des hinteren Sauerstoffsensors mit einem Mager-Ermittlungsschwellenwert LSL verglichen und in einem Schritt S1053 wird das Ausgangssignal des hinteren Sauerstoffsensors VRO2 mit einem Fett-Ermittlungsschwellenwert RSL verglichen.
  • Als ein Ergebnis dieser Vergleiche geht, wenn das Ausgangssignal VRO2 des hinteren Sauerstoffsensors kleiner als der Mager-Ermittlungsschwellenwert LSL ist, die Routine zu einem Schritt S1054 über und das Flag Flean wird auf "1" gesetzt, was anzeigt, dass die Mager-Rücksetzbedingung für die Sauerstoffspeichermenge gilt. Andererseits geht, wenn das Ausgangssignal VRO2 des hinteren Sauerstoffsensors den Fett-Ermittlungsschwellenwert RSL übersteigt, die Routine zu einem Schritt S1054 über und das Flag Frich wird auf "1" gesetzt, was anzeigt, dass die Fett-Rücketzbedingung für die Sauerstoffspeichermenge gilt.
  • Wenn das Ausgangssignal VRO2 des hinteren Sauerstoffsensors zwischen dem Mager-Ermittlungsschwellenwert LSL und dem Fett-Ermittlungsschwellenwert RSL liegt, geht die Routine zu einem Schritt S1056 über, und die Flags Flean und Frich werden auf "0" gesetzt, was anzeigt, dass die Mager-Rücksetzbedingung und die Fett-Rücksetzbedingung nicht gelten.
  • 18 stellt eine Routine zum Rücksetzen der Sauerstoffspeichermenge dar. Gemäß 18 wird in den Schritten S1061, S1062 ermittelt, ob die Mager-Rücksetzbedingungen oder die Fett-Rücksetzbedingungen gelten, auf der Basis der Änderung der Werte der Flags Flean und Frich.
  • Wenn das Flag Flean von "0" nach "1" wechselt, und ermittelt wird, dass die Mager-Rücksetzbedingungen gelten, geht die Routine zu einem Schritt S1063 über, und die schnelle Komponente HOSCn der Sauerstoffspeichermenge wird auf die maximale Kapazität HOSCnMAX zurückgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt wird keine Rücksetzung der langsamen Komponente LOSCn durchgeführt. Andererseits geht, wenn das Flag Frich von "0" nach "1" wechselt, und festgestellt wird, dass die Fett-Rücksetzbedingungen gelten, die Routine zu einem Schritt S1064 über, und die schnelle Komponente HOSCn und die langsame Komponente LOSCn der Sauerstoffspeichermenge werden jeweils auf die minimalen Kapazitäten HOSCnMIN, LOSCnMIN zurückgesetzt.
  • Der Grund, warum eine Rücksetzung gemäß vorstehender Beschreibung für die Mager-Rücksetzbedingung durchgeführt wird, besteht darin, dass die Sauerstoffspeicherrate der langsamen Komponente LOSCn langsam ist, und der Sauerstoff stromab des Katalysators selbst dann überläuft, wenn die langsame Komponente LOSCn noch nicht die maximale Kapazität erreicht hat, wenn die schnelle Komponente HOSCn die maximale Kapazität erreicht hat. In diesem Falle wird das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromab des Katalysators mager, und es wird angenommen, dass wenigstens die schnelle Komponente HOSCn die maximale Kapazität erreicht hat.
  • Wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromab des Katalysators fett wird, wird kein Sauerstoff aus der langsamen Komponente LOSCn abgegeben. Daher wird in diesem Falle angenommen, dass sowohl die schnelle Komponente HOSCn als auch die lang same Komponente LOSCn sich an ihrer minimalen Kapazität befinden, da kein Sauerstoff abgegeben wird.
  • Anschließend wird die von der Steuervorrichtung 6 (Sauerstoffspeichermengen-Konstantsteuereinrichtung) durchgeführte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung beschrieben.
  • 19 stellt eine Routine zur Berechnung eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis der geschätzten oder berechneten Sauerstoffspeichermenge dar.
  • Demzufolge wird in einem Schritt S1071 die schnelle Komponente HOSCn der momentanen Sauerstoffspeichermenge eingelesen. in einem Schritt S1072 wird eine Abweichung DHOSCn (= vom Katalysator 10 benötigte Sauerstoff-Überschuss/Mangel-Menge) zwischen der momentanen schnellen Komponente HOSCn und einem Sollwert TGHOSCn der schnellen Komponente berechnet. Der Sollwert TGHOSCn der schnellen Komponente wird beispielsweise auf die Hälfte der maximalen Kapazität HOSCnMAX der schnellen Komponente eingestellt.
  • In einem Schritt S1073 wird die berechnete Abweichung DHOSCn in einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Äquivalenzwert ungewandelt und ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis T-A/F des Motors 1 festgelegt.
  • Daher wird gemäß dieser Routine, wenn die schnelle Komponente HOSCn der Sauerstoffspeichermenge unter einer Sollmenge liegt, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors 1 auf mager eingestellt, und die schnelle Komponente HOSCn der Sauerstoffspeichermenge erhöht. Andererseits wird, wenn die schnelle Komponente HOSCn eine Sollmenge überschreitet, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors 1 auf fett eingestellt, und die schnelle Komponente HOSCn der Sauerstoffspeichermenge verringert.
  • Anschließend wird die durch die vorstehende Steuerung ausgeführte Gesamtaktion beschrieben.
  • In einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dieser Erfindung beginnt die Berechnung der Sauerstoffspeichermenge des Katalysators 10, wenn der Motor 1 startet und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors so gesteuert wird, dass die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators 10 in Hinblick auf die Aufrechterhaltung eines maximalen Umwandlungswirkungsgrades des Katalysators gesteuert wird.
  • Die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators 10 wird auf der Basis des gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in den Katalysator 10 strömenden Abgases und der Ansaugluftmenge abgeschätzt und die Berechnung der Sauerstoffspeichermenge wird in eine Berechnung der schnellen Komponente HOSCn und der langsamen Komponente LOSCn abhängig von den Eigenschaften dieser Komponenten unterteilt.
  • Die Berechnung wird anhand eines spezifischen Modells der Eigenschaften einer schnellen Komponente und einer langsamen Komponente durchgeführt. Insbesondere wird die Berechnung unter der Annahme durchgeführt, dass, wenn Sauerstoff gespeichert wird, die schnelle Komponente HOSCn bevorzugt gespeichert wird und die Speicherung der langsamen Komponente LOSCn nur dann beginnt, wenn kein Sauerstoff mehr als die schnelle Komponente HOSCn gespeichert werden kann. Die Berechnung nimmt auch an, dass, wenn Sauerstoff abgegeben wird, und das Verhältnis (LOSCn/HOSCn) der langsamen Komponente LOSCn und der schnellen Komponente HOSCn kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert AR ist, Sauerstoff bevorzugt von der schnellen Komponente HOSCn abgegeben wird. Wenn das Verhältnis LOSCn/HOSCn einen vorbestimmten Wert AR erreicht, wird eine Abgabe von Sauerstoff sowohl von der langsamen Komponente LOSCn als auch der schnellen Komponente HOSCn angenommen, um dieses Verhältnis LOSCn/HOSCn konstant zu halten.
  • Wenn die schnelle Komponente HOSCn der berechneten Sauerstoffspeichermenge größer als der Sollwert ist, verringert die Steuervorrichtung 6 die schnelle Komponente, indem sie das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors 1 auf fett steuert, und wenn sie kleiner als der Sollwert ist, wird die schnelle Komponente HOSCn erhöht, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf mager gesteuert wird.
  • Demzufolge wird die schnelle Komponente HOSCn der Sauerstoffspeichermenge so gesteuert, dass sie auf dem Sollwert liegt. Somit wird selbst dann, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator 10 strömenden Abgases sich von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis verschiebt, Sauerstoff sofort als ein Teil der schnellen Komponente HOSCn gespeichert oder sofort aus der schnellen Komponente HOSCn abgegeben, welche eine schnelle Reaktion besitzt. Auf diese Weise wird die Katalysatoratmosphäre auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis korrigiert und der Umwandlungswirkungsgrad des Katalysators 10 auf Maximum gehalten.
  • Wenn sich Berechnungsfehler akkumulieren, verschiebt sich die berechnete Sauerstoffspeichermenge gegenüber der realen Sauerstoffspeichermenge. Jedoch können die Sauerstoffspeichermenge (schnelle Komponente HOSCn und langsame Komponente LOSCn) zurückgesetzt werden, wenn das Abgas stromab des Katalysators 10 fett oder mager wird, und jede Diskrepanz zwischen dem berechneten oder geschätzten Wert und der realen Sauerstoffspeichermenge korrigiert wird.
  • 20 stellt dar, wie die schnelle Komponente HOSCn variiert, wenn die vorstehende Sauerstoffspeichermengen-Konstantsteuerung durchgeführt wird.
  • In diesem Falle wird zum Zeitpunkt t1 das Ausgangssignal des hinteren Sauerstoffsensors 5 kleiner als der Mager-Ermittlungsschwellenwert und die Mager-Rücksetzbedingungen gelten, so dass die schnelle Komponente HOSCn auf die Maximalkapazität HOSCnMAX zurückgesetzt wird. Jedoch befindet sich zu diesem Zeitpunkt die langsame Komponente LOSCn nicht notwendigerweise auf einem Maximum, so dass keine Rücksetzung der langsamen Komponente durchgeführt wird. Die langsame Komponente LOSCn ist in 20 nicht dargestellt.
  • Zu den Zeitpunkten t2, t3 wird das Ausgangssignal des hinteren Sauerstoffsensors 5 größer als der Fett-Ermittlungsschwellenwert und die Fett-Rücksetzbedingungen gelten, so dass die schnelle Komponente HOSCn der Sauerstoffspeichermenge auf die minimale Kapazität, d.h., Null zurückgesetzt wird. Die langsame Komponente LOSCn wird zu diesem Zeitpunkt ebenfalls auf die minimale Kapazität zurückgesetzt.
  • Somit wird die Rücksetzung der berechneten oder geschätzten Werte der Sauerstoffspeichermenge durchgeführt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromab des Katalysators 10 fett oder mager wird. Da die Abweichung von der realen Sauerstoffspeichermenge korrigiert wird, wird die Berechnungsgenauigkeit und die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators werter verbessert, die Genauigkeit der Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Steuerung zur Konstanthaltung der Sauerstoffspeichermenge verbessert und der Umwandlungswirkungsgrad des Katalysators auf einem hohen Wert gehalten.
  • DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Der Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform ist identisch mit dem in 1 dargestellten Aufbau, aber die von der Steuervorrichtung 6 durchgeführte Verarbeitung ist unterschiedlich. Insbesondere gibt es einen Unterschied bezüglich der Berechnung oder Abschätzung der Sauerstoffspeichermenge. In dieser dritten Ausführungsform wird die Speicherungsrate des Sauerstoffs in dem Katalysator 10 in Abhängigkeit von dem Verhältnis der schnellen Komponente zu der langsamen Komponente der Sauerstoffspeichermenge ermittelt. Insbesondere wird, während in der vorherigen Ausführungsform die Speicherrate der schnellen Komponente ein fester Wert war, in der dritten Ausführungsform die Speicherrate der schnellen Komponente in Abhängigkeit von dem Verhältnis der schnellen Komponente zu der langsamen Komponente ermittelt.
  • Die von der Steuervorrichtung 6 durchgeführte Steuerung wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 21 beschrieben. Die Steuervorrichtung 6 führt eine Lambda-λ-Steuerung durch, wenn Lambda-λ-Steuerungsbedingungen (vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerbedingungen) auf der Basis eines Signals aus dem vorderen A/F-Sensor 3 stromauf des Katalysators 10 gelten. Die Lambda-λ-Steuerung bedeutet, dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizient α so berechnet wird, dass der Mittelwert des Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromauf des Katalysators 10 zu einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, und eine Basiseinspritzmenge Tp mittels dieses Korrekturkoeffizienten α korrigiert wird.
  • Hier kann, da der Sensor 3 stromauf des Katalysators 10 ein A/F-Sensor ist, der Proportionalanteil und Integralanteil berechnet werden aus: Proportionalanteil = Proportionalverstärkung × Δ(A/F), und Integralanteil = Integralverstärkung × ΣΔ(A/F), wobei:
    Δ(A/F) = die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung (= reales Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis – stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis), und eine Proportional- plus Integralsteuerung durchgeführt wird, indem die Summe dieser als α = (Proportionalanteil + Integralanteil) genommen wird)
  • Die in 21 dargestellte Verarbeitung wird in vorbestimmten Intervallen (z.B. 10 ms) unabhängig von der Lambda-λ-Steuerung durchgeführt Zuerst wird in einem Schritt S1101 aus Bedingungen, wie z.B. der Kühlwassertemperatur, ermittelt, ob der Katalysator 10 aktiviert ist oder nicht. Wenn der Katalysator 10 nicht aktiviert ist, ist die Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators nicht wirksam, so dass die Verarbeitung abgebrochen wird.
  • Wenn der Katalysator aktiviert ist, geht die Routine zu dem Schritt S1102 über und die Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration FO2 des Abgases wird aus der in 5 dargestellten Nachschlagetabelle auf der Basis des Ausgangssignals des vorderen A/F-Sensors 3 ausgelesen.
  • Hier ist die Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration FO2 des Abgases die relative Sauerstoffkonzentration im Vergleich zu der Sauerstoffkonzentration, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch ist, wie es in 20 dargestellt ist.
  • Somit ist FO2 Null, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch ist. Wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist, ist die Sauerstoffkonzentration höher als die Sauerstoffkonzentration bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, so dass FO2 positiv ist. Umgekehrt ist, wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist, die Sauerstoffkonzentration niedriger als die Sauerstoffkonzentration bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und FO2 ist negativ.
  • Hier ist der Bereich, bei welchem der vordere A/F-Sensor Messungen ausführen kann, gemäß Darstellung in 20 beschränkt. Daher ist während einer Kraftstoffabschaltung das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so mager, dass es außerhalb des Messbereiches liegt. Somit kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während einer Kraftstoffabschaltung und daher die Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration während einer Kraftstoffabschaltung nicht auf der Basis des Ausgangssignals des vorderen A/F-Sensors berechnet werden.
  • Jedoch liegt das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrannt wird, in einem vorbestimmten Bereich und wenn ein den erforderlichen Luft-Kraftstoff-Bereich überdeckender A/F-Sensor verwendet wird, tritt ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis außerhalb des Messbereiches nur während einer Kraftstoffabschaltung auf. Daher wird, wenn ein A/F-Sensor vorgesehen ist, welcher wenigstens ausreicht, um das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu überdecken, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so mager ist, dass es außerhalb des Messbereiches liegt, ein der Atmosphäre (= 20,9 %) entsprechender Wert als eine Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration FO2 verwendet. Auf diese Weise kann die Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration selbst während einer Kraftstoffabschaltung berechnet werden.
  • Zurückkehrend zu 21 wird in einem Schritt S1103 das Ausgangssignal (VRO2) des hinteren Sauerstoffsensors 13 stromab des Katalysators mit dem Fett-Ermittlungsschwellenwert RSL verglichen. Wenn ermittelt wird, dass das Ausgangssignal VRO2 des Sauerstoffsensors größer als der Fett-Ermittlungsschwellenwert RSL ist, d.h., wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist, wird angenommen, dass die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators 10 Null ist. In diesem Falle hält der Katalysator 10 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromab des Katalysators nicht mehr auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, so dass die Routine zu einem Schritt S1104 übergeht. In dem Schritt S1104 werden sowohl die schnelle Komponente HOSCn als auch die langsame Komponente LOSCn auf Null zurückgesetzt.
  • Andererseits geht, wenn das Ausgangssignal VRO2 des hinteren Sauerstoffsensors nicht größer als der Fett Ermittlungsschwellenwert RSL ist, die Routine zu einem Schritt S1105 über und es wird ermittelt, ob das Ausgangssignal VRO2 des hinteren Sauerstoffsensors kleiner als der Mager-Ermittlungsschwellenwert LSL ist, d.h., ob das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist Wenn es nicht mager ist, d.h., das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromab das Katalysators gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wird angenommen, dass der Sauerstoff aufgrund der Schwankung des Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromauf des Katalysators 10 durch den Katalysator 10 absorbiert wird und die Routine zu den Schritten S1106, S1107 übergeht.
  • Hier geht die Routine zu den Schritten S1106, S1107 unabhängig davon, ob eine Lambda-λ-Steuerung ausgeführt wird oder nicht, aber in beiden Fällen über, in denen das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromab des Katalysators das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
  • In dem Schritt S1106 wird die schnelle Komponente HOSCn mittels der nachstehenden Gleichung (19) berechnet: HOSCn = HOSCn + a × FO2 × Q × t (19)wobei:
    • HOSCz
    = der berechnete Wert der schnellen Komponente bei der unmittelbar vorausgehenden Gelegenheit ist,
    a
    ein Koeffizient ist, der die Sauerstoffspeicherrate oder Abgaberate der schnellen Komponente anzeigt,
    FO2
    = die Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration ist,
    Q
    = die Abgasströmungsrate (dargestellt durch die Ansaugluftströmungsrate) ist, und
    t
    = die Zykluszeit (10 ms) ist.
  • FO2 × Q × t in dem zweiten Term auf der rechten Seite der Gleichung (7) ist die Überschuss/Mangel-Sauerstoffmenge in der Einheitszykluszeit (d.h., O2IA). Die in der Einheitszykluszeit als die schnelle Komponente gespeicherte oder abgegebene Sauerstoffmenge wird durch Multiplizieren mit dem Koeffizienten a berechnet, welcher die Sauerstoffspeicherrate oder Abgaberate anzeigt Die schnelle Komponente der Sauerstoffspeichermenge wird dann durch Addieren dieser auf den unmittelbar vorhergehenden Wert HOSCz der schnellen Komponente berechnet.
  • Der zweite Term auf der rechten Seite der Gleichung (19) enthält die Überschuss/Mangel-Sauerstoffmenge in der Einheitszykluszeit, FO2 × Q × t. Die Überschuss/Mangel-Menge des Sauerstoffs ist bei der Sauerstoffmenge bei dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoff-Verhältnis zentriert. Mit anderen Worten, wenn Sauerstoff im Überschuss vorhanden ist, repräsentiert der zweite Term auf der rechten Seite der Gleichung (19) die in der Einheitszykluszeit gespeicherte Sauerstoffmenge als die schnelle Komponente, und wenn Sauerstoffmangel vorhanden ist, repräsentiert der zweite Term auf der rechten Seite der Gleichung (19) die in der Einheitszykluszeit von der schnellen Komponente abgegebene Sauerstoffmenge. Der Koeffizient a in diesem zweiten Term bestimmt die Rate der Sauerstoffspeicherung, wenn Sauerstoff im Überschuss vorhanden ist oder die Rate der Sauerstoffabgabe, wenn Sauerstoffmangel vorliegt.
  • Im Schritt S1107 wird die langsame Komponente LOSCn der Sauerstoffspeichermenge auf der Basis der Reaktionsrate der Sauerstoffspeicherung berechnet. Hier ist, wenn die Sauerstoffspeicherungsreaktion in dem Sauerstoffspeichermaterial ist: R + O2 → RO2,wobei:
    R die Substanz (z.B. Zeroxid) ist, welche Sauerstoff durch chemische Kombination absorbiert, die Reaktionsrate k gleich: k = [R] × [O2]/[RO2] (20)wobei:
    • [R]
    = die Menge der Substanz R ist,
    [O2]
    = die Überschusssauerstoffkonzentration ist, und
    [RO2]
    = die langsame Komponente der Sauerstoffspeichermenge ist.
  • Die Sauerstoffspeicherreaktionsrate ist direkt proportional zu der Überschusssauerstoffkonzentration ([O2]). Die Rate ist auch direkt proportional zu dem Unterschied zwischen der Menge ([R]) der Sauerstoff speichernden Substanz, d.h., der maximalen Kapazität LOSCnMAX der langsamen Komponente und der langsamen Komponente LOSCz der Sauerstoffspeichermenge. Die Rate ist umgekehrt proportional zu der langsamen Komponente ([RO2]) der Ist-Sauerstoffspeichermenge. Daher kann die Reaktionsrate k dargestellt werden durch die nachstehende Gleichung (21): k = d × FO2 × (LOSCnMAX – LOSCz)/LOSCz (21) wobei:
    • d
    = der Reaktionsratenkoeffizient ist.
  • Unter Verwendung dieser Reaktionsrate k (k ≤ 1) wird die langsame Komponente LOSCn der Sauerstoffspeichermenge durch die nachstehende Gleichung (21) berechnet: LOSCn + LOSCz + c × k × (FO2 × Q × t – a × FO2 × Q × t) (21)wobei:
    • LOSCz
    = der Wert der bei der unmittelbar vorhergehenden Gelegenheit berechneten langsamen Komponente ist,
    c
    = konstant ist,
    Q
    = die Abgasströmungsrate (dargestellt durch die Ansaugluftströmungsrate) ist, und
    t
    = die Zykluszeit (10 ms) ist.
  • Der Reaktionskoeffizient k im Vorstehenden kann einfach ein konstanter Wert sein. Hier ist FO2 × Q × t – a × FO2 × Q × t in dem zweiten Term auf der rechten Seite der Gleichung (21), die Überschuss/Mangel-Sauerstoffmenge in der Einheitszykluszeit, weiche auf die langsame Komponente überläuft. Somit ist der Term FO2 × Q × t – a × FO2 ×Q × t in der Gleichung (21) ähnlich dem FO2 × Q × t in dem zweiten Term auf der rechten Seite von Gleichung (19). Durch Multiplizieren dieser mit einer Konstante c × k, weiche die Rate der Sauerstoffspeicherung oder Sauerstoffabgabe bestimmt, wird die durch das Sauerstoffspeichermaterial gespeicherte Sauerstoffmenge oder von dem Sauerstoffspeichermaterial in der Einheitszykluszeit abgegebene Sauerstoffmenge berechnet. Durch Addieren des zweiten Terms auf den unmittelbar vorhergehenden Wert LOSCz, wird die langsame Komponente der Sauerstoffspeichermenge gefunden.
  • a × FO2 × Q × t ist die von der schnellen Komponente in der Einheitszykluszeit abgegebene Sauerstoffmenge. FO2 × Q × t ist die Überschuss/Mangel-Sauerstoffmenge in der Einheitszykluszeit. Der Grund, warum die als die langsame Geschwindigkeitskomponente in der Einheitszykluszeit gespeicherte/abgegebene Sauerstoffmenge auf der Basis der Differenz zwischen a × FO2 × Q × t und FO2 × Q × t in der Gleichung (21) berechnet wird, besteht darin, dass man, obwohl man glaubt, dass die Sauerstoffspeicherung durch das Edelmetall und das Sauerstoffspeichermaterial unabhängig stattfinden, man glaubt, dass die Sauerstoffspeicherung durch das Edelmetall bevorzugt im Vergleich zu der Sauerstoffspeicherung durch das Sauerstoffspeichermaterial erfolgt.
  • Wenn das Abgas stromab des Katalysators im Schritt S1105 mager ist, werden die Schritte S1106, S1107 übersprungen und die Routine geht zu einem Schritt S1108 über.
  • In dem Schritt S1108 wird ermittelt, ob die Lambda-λ-Steuerung durchgeführt wird oder nicht. Bekanntermaßen beginnt die Lambda-λ-Steuerung, wenn der vordere A/F-Sensor 4 stromauf des Katalysators aktiviert ist. Die Lambda-λ-Steuerung wird auch während einer Kraftstoffabschaltung beendet, oder wenn der Motor unter hoher Belastung betrieben wird.
  • Wenn gerade eine Lambda-λ-Steuerung durchgeführt wird, geht die Routine zu einer PID-Steuerung in einem Schritt S1109 und anschließenden Schritten über, und wenn die Lambda-λ-Steuerung nicht durchgeführt wird, werden der Schritt S1109 und anschließende Schritte nicht ausgeführt. Die Berechnung der schnellen Komponente HOSCn wird immer ausgeführt sobald der Katalysator aktiviert worden ist. Jedoch ist die Rückkopplungssteuerung, welche die schnelle Komponente HOSCn so steuert, dass sie mit dem Sollwert übereinstimmt, d.h., dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung so ausgeführt wird, dass die schnelle Komponente mit einem vorbestimmten Sollwert übereinstimmt, auf den Fall beschränkt, in dem die Lambda-λ-Steuerung durchgeführt wird.
  • Im Schritt S1109 wird eine Differenz (Abweichungs-DHOSCn) zwischen der schnellen Komponente HOSCn der Sauerstoffspeicherkomponente und deren Sollwert, beispielsweise 1/2 der maximalen Kapazität HOSCnMAX der schnellen Komponente aus der Gleichung (22) berechnet: DHOSCn = HOSCn – HOSCnMAX/2 (22)
  • In den Schritten S1110, S1111 und S1112 werden ein Proportionalanteil Hp, Integralanteil Hi und Differentialanteil Hd der Rückkopplungsbetrags H jeweils aus den Gleichungen berechnet: Hp = Proportionalverstärkung × HOSCsn Hi = Integralverstärkung × ΣHOSCsn Hd = Differentialverstärkung × (HOSCsn – HOSCsn–1)/twobei:
    • t
    = das Routinenausführungsintervall (= 10 ms) ist.
  • Ein durch Addieren von Hp, Hi und Hd erhaltener Wert wird als eine Kraftstoffkorrekturmenge H (Rückkopplungsbetrag) in einem Schritt S1113 festgelegt und die Verarbeitung von 21 beendet.
  • Die vorstehend erwähnte maximale Kapazität HOSCnMAX der schnellen Komponente ist ein experimentell ermittelter fester Wert.
  • Unter Verwendung der so erhaltenen Kraftstoffkorrekturmenge H wird eine Kraftstoffeinspritzimpulsbreite Ti während einer nachfolgenden Einspritzung beispielsweise mittels der Gleichung (23) berechnet. Ti = Tp × TFBYA × a × H × 2 × Ts (23)wobei:
    • Tp
    = die Basiseinspritzimpulsbreite ist,
    TFBYA
    = das Soll-Äquivalenzverhältnis ist,
    α
    = der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizient ist, und
    Ts
    = die Einspritzimpulsbreitenkorrektur ist.
  • Das Kraftstoffeinspritzventil 7 in 1 öffnet sich für die Zeit Ti zu einem vorbestimmten Zündzeitpunkt einmal für jede Motorumdrehung pro Zylinder und Kraftstoff wird in dem Luftansaugkanal 8 eingespritzt.
  • Hier sind Tp, TFBYA, α und Ts auf der rechten Seite der Gleichung (23) identisch mit dem Stand der Technik, beispielsweise ist α = 1,0 während der Kraftstoffabschaltung und TFBYA ist während der Lambda-λ-Steuerung 1,0. Ts ist eine von der Batteriespannung abhängige Einspritzimpulsbreitenkorrektur.
  • Anschließend wird die Einstellung des vorgenannten Koeffizienten a unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 22 beschrieben. Dieses Flussdiagramm wird in einem vorbestimmten Intervall von beispielsweise 10 ms ausgeführt.
  • In 22 werden in einem Schritt S1121 die Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration FO2 stromauf des Katalysators 10, der unmittelbar vorhergehende Wert HOSCz der schnellen Komponente und der unmittelbar vorhergehende Wert LOSCz der langsamen Komponente eingelesen. Nachdem die Verarbeitung von 21 zum ersten Mal durchgeführt worden ist, werden die Werte von HOSCn, LOSCn jeweils auf HOSCz, LOSCz als Vorbereitung für den zweiten Verarbeitungsschritt gesetzt. Daher können die Schritte S1123 oder S1124 von 22 nicht vor der Verarbeitung nicht durchgeführt werden, bevor die Verarbeitung von 21 zum ersten Mal durchgeführt worden ist. Wenn die Verarbeitung von 21 zum ersten Mal durchgeführt wird, ersetzen vorbestimmte Anfangswerte HOSCz und LOSCz.
  • In dem Schritt S1122 wird die Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration FO2 mit Null verglichen. Wenn FO2 größer als Null ist, wird ermittelt, dass Sauerstoff abgegeben wird, und die Routine geht zu dem Schritt S1123 über. In dem Schritt S1123 wird LOSCz/HOSCz, das Verhältnis der langsamen Komponente zu der schnellen Komponente der Sauerstoffspeichermenge, mit einem vorbestimmten Wert (Schwellenwert) AR (z.B. AR = 10) verglichen. Wenn das Verhältnis LOSCz/HOSCz den vorbestimmten Wert AR überschreitet, geht die Routine zu dem Schritt S1124 über und HOSCz/LOSCz ersetzt in der Konstante a die Rate der Sauerstoffabgabe aus der schnellen Komponente.
  • Hier ist der Grund, warum HOSCz/LOSCz als die Sauerstoffabgaberate aus der schnellen Komponente verwendet wird, wie folgt.
  • Wenn das Edelmetall oder das Sauerstoffspeichermaterial allein verwendet wird, hängt die Sauerstoffabgaberate von der Überschuss/Mangel-Sauerstoffkonzentration FO2 und dem Partialdruck des gespeicherten Sauerstoffs in dem Edelmetall oder Sauerstoffspeichermaterial ab. Die Sauerstoffspeichermenge und die End-Sauerstoffabgaberate jeder Komponente (Edelmetall und Sauerstoffspeichermaterial), wenn sowohl das Edelmetall als auch das Sauerstoffspeichermaterial vorhanden sind, werden durch das Verhältnis der zwei Komponenten bestimmt. Mit anderen Worten, die Sauerstoffabgaberate aus der schnellen Komponente ist direkt proportional zu HOSCz/LOSCz.
  • Die maximale Kapazität der langsamen Komponente ist angenähert 5 bis 10-mal größer als die maximale Kapazität der schnellen Komponente, so dass HOSCz/LOSCz in dem Schritt S1124 eine Zahl angenähert gleich 1/10 (ein Wert kleiner 1,0) ist.
  • Der Grund, warum LOSCz/HOSCz mit dem vorbestimmten Wert in dem Schritt S1123 anstelle von HOSCz/LOSCz verglichen wird besteht darin, dass dieser Wert größer und leichter zu vergleichen ist. Es dürfte sich natürlich verstehen, dass auch HOSCz/LOSCz ebenfalls verwendet werden kann.
  • Wenn LOSCz/HOSCz kleiner als der vorbestimmte Wert AR ist, geht die Routine von dem Schritt S1123 zu einem Schritt S1125 über, und der Koeffizient a wird auf 1,0 gesetzt. Hier bedeutet dieses, wenn LOSCz/HOSCz kleiner als der vorbestimmte Wert AR ist, dass die Summe der Sauerstoffabgabemengen in der Einheitszykluszeit aus dem Edelmetall und aus dem Sauerstoffspeichermaterial (berechnete Werte) größer als die momentan von dem Katalysator abgegebene Sauerstoffmenge ist, und drückt nicht den realen Zustand aus. In diesem Falle wird HOSCz/LOSCz nicht mehr als die von der schnellen Komponente abgegebene Rate des Sauerstoffs verwendet Stattdessen wird berücksichtigt, dass Sauerstoff nur als die schnelle Komponente abgegeben wird, und die Sauerstoffabgaberate für die schnelle Komponente zu diesem Zeitpunkt (d.h., 1,0) ersetzt den Koeffizienten a. Die Sauerstoffabgaberate für die schnelle Komponente zu diesem Zeitpunkt ist ein Maximum.
  • 23A stellt dar, wie das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis vor und nach dem Katalysator variiert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator 10 strömenden Abgases von mager nach fett wechselt. 23A und 23C stellen dar, wie die Sauerstoffspeichermenge variiert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator 10 strömenden Abgases von fett nach mager wechselt.
  • In diesem Falle wird in der Steuervorrichtung 6 die Berechnung unter der Annahme durchgeführt, dass die Sauerstoffmenge a × FO2 × Q × t in der Einheitszykluszeit aus der schnellen Komponente gemäß Darstellung in 23B abgegeben wird, und dass die Sauerstoffmenge c × k × (FO2 × Q × t – a × FO2 × Q × t) in der Einheitszykluszeit von der langsamen Komponente gemäß Darstellung in 23C abgegeben wird. Es kann sein, dass die Summe der zwei berechneten Werte größer als die tatsächlich von dem Katalysator abgegebene Sauerstoffmenge ist, die aus einer in 23A dargestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Differenz berechnet ist wie z.B. dann, wenn ein Neubeginn nach einer Kraftstoffabschaltung erfolgt. In diesem Falle wird die Sauerstoffabgaberate für die schnelle Komponente unter Ignorieren der von der langsamen Komponente abgegebenen Sauerstoffmenge festgelegt.
  • Zurückkehrend zu 22 wird, wenn FO2 kleiner als Null ist, ermittelt, dass Sauerstoff gespeichert wird, und die Routine geht zu einem Schritt S1126 über. In dem Schritt S1126 ersetzt HOSCz/LOSCz in dem Koeffizienten a die Rate der Sauerstoffspeicherung für die schnelle Komponente wie im Schritt S1124.
  • In der ersten Ausführungsform wurde angenommen, dass während der Speicherung der gesamte Sauerstoff als die schnelle Komponente gespeichert wird, bis die schnelle Komponente die maximale Kapazität erreicht Jedoch wird in der Praxis nicht der gesamte in den Katalysator strömende Sauerstoff als die schnelle Komponente gespeichert, selbst wenn die schnelle Komponente noch nicht ihre maximale Kapazität erreicht hat.
  • Somit kann, wenn die Sauerstoffabgaberate auf der Basis des Verhältnisses der schnellen Komponente zu der langsamen Komponente nicht nur berechnet wird, wenn Sauerstoff abgegeben wird, sondern auch wenn er gespeichert wird, wie in dieser Ausführungsform, die schnelle Komponente mit noch höherer Genauigkeit berechnet werden. Der Anteil des Sauerstoffs, welcher nicht als die schnelle Komponente gespeichert worden ist, wird als die langsame Komponente gespeichert und der Rest wird stromab des Katalysators abgegeben.
  • Somit kann in dieser Ausführungsform durch die getrennte Ausführung der Berechnung für die schnelle Komponente HOSCn der Sauerstoffspeichermenge des Katalysators, welche schnell gespeichert/abgegeben wird, und der langsamen Komponente LOSCn der Sauerstoffspeichermenge, welche langsam gespeichert/abgegeben wird, die Sauerstoffabgaberate für die schnelle Komponente genau auf der Basis des Verhältnisses HOSCz/LOSCz der schnellen Komponente zu der langsamen Komponente berechnet werden. Die Genauigkeit der Berechnung der schneiten Komponente der Sauerstoffspeichermenge kann daher verbessert werden.
  • Wenn Sauerstoff von dem Katalysator abgegeben wird, und LOSCz, HOSCz, das Verhältnis der langsamen Komponente und schnellen Komponente der Sauerstoffspeichermenge kleiner als ein vorbestimmter Wert (Schwellenwert) ist, kann es vorkommen, dass die Summe der Sauerstoffabgabemengen für beide durch die Berechnung berechneten Komponenten größer als die Sauerstoffmenge ist, welche tatsächlich von dem Katalysator abgegeben wird. In diesem Falle wird nicht der reale Zustand dargestellt. In diesem Falle wird die Rate der Sauerstoffabgabe für die schnelle Komponente unter Ignorieren der langsamen Komponente festgelegt, und der reale Zustand kann besser angenähert werden.
  • Wenn Sauerstoff gespeichert wird, glaubt man, obwohl Sauerstoff getrennt in dem Edelmetall und dem Sauerstoffspeichermaterial gespeichert wird, dass die Berechnung, welche annimmt, dass der Sauerstoff zuerst aus dem Abgas durch das Edelmetall entfernt wird und der Rest des Sauerstoffs dann durch das Sauerstoffmaterial entfernt wird, mit der tatsächlichen Situation übereinstimmt. Dasselbe gilt für die Abgabe von Sauerstoff. Daher wird gemäß dieser Ausführungsform die Sauerstoffspeichermenge oder Sauerstoffabgabemenge (a × FO2 × Q × t) in der vorbestimmten Zeit t für das Edelmetall auf der Basis der Überschuss/Mangel-Sauerstoffmenge (FO2 × Q × t) in der vorbestimmten Zeit t abgeschätzt. Die Sauerstoffspeichermenge oder Sauerstoffabgabemenge in der vorbestimmten Zeit wird dann für das Sauerstoffspeichermaterial auf der Basis des Restwertes (FO2 × Q × t – a × FO2 × Q × t) berechnet oder abgeschätzt. Der Restwert wird erhalten, indem diese berechnete Sauerstoff-Speicher/Abgabe-Menge für eine vorbestimmte Zeit für die schnelle Komponente von der Überschuss/Mangel-Sauerstoffmenge für eine vorbestimmte Zeit subtrahiert wird. Auf diese Weise kann eine genaue Abschätzung für jede Komponente durchgeführt werden.
  • Die schnelle Komponente HOSCn wird berechnet und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so gesteuert, dass HO2 zu dem vorbestimmten Sollwert, beispielsweise 1/2 von HOSCn-MAX wird. Auf diese Weise ist die Konvergenz auf den Sollwert sehr schnell, und die Auswirkung der langsamen Komponente, welche nicht zu dem Abgasverhalten in einer kurzen Zeit beiträgt, kann daher ignoriert werden.
  • Die Sauerstoffspeichermenge oder Sauerstoffabgabemenge für eine vorbestimmte Zeit wurde für die langsame Komponente auf der Basis des Wertes von (FO2 × Q × t × a × FO2 × Q × t), die durch Subtraktion der Sauerstoffspeicher/Abgabemenge für eine vorbestimmte Zeit für die schnelle Komponente aus der Überschuss/Mangel-Sauerstoffmenge für eine vorbestimmte Zeit erhalten wurde, berechnet oder abgeschätzt. Jedoch kann die Sauerstoffspeichermenge oder Sauerstoffabgabemenge für eine vorbestimmte Zeit alternativ für die langsame Komponente auf der Basis der Überschuss/Mangel-Sauerstoffkomponente (FO2 × Q × t) in der vorbestimmten Zeit berechnet werden.
  • Die Inhalte der Japanischen Patentanmeldung P2000-38677, eingereicht am 16. Februar 2000 in Japan, gegenüber welche diese Offenbarung und Ansprüche Priorität beanspruchen, sind hiermit durch Bezugnahme beinhaltet. Die Inhalte der Japanischen Patentanmeldungen P2000-34046 (eingereicht am 10. Februar 2000) und P2000-26284 (eingereicht am 3. Februar 2000) zusammen mit dem Inhalt der gleichzeitigen anhängigen US Patentanmeldung mit dem Titel "Exhaust Gas Purification Device" (Anwalts-Dokument-Nr. 040356/0347) sind ebenfalls hierin durch Bezugnahme beinhaltet.
  • Obwohl die Erfindung vorstehend nur unter Bezugnahme auf eine eingeschränkte Anzahl von Ausführungsformen beschreiben wurde, ist deren Schutzumfang durch die beigefügten Ansprüche nur insofern beschränkt, als die verschiedenen Modifikationen und Varianten, die möglich sind, ohne weiteres innerhalb des Aufgabenbereichs eines Fachmanns auf diesem Gebiete liegen, den die Erfindung mit der vorstehenden Offenbarung betrifft.
  • Beispielsweise ist in der vorstehenden Ausführungsform ein in einem Katalysatorwandler 10 gespeicherter Katalysator mit einem Sauerstoffspeichermaterial versehen und Sauerstoff wurde durch einen Katalysator mit schnellen und langsamen Speichereigenschaften gemäß Darstellung in 2 gespeichert. Jedoch ist es, wenn diese Erfindung auf einen Katalysatorwandler angewendet wird, welcher kein Sauerstoffspeichermaterial verwendet, immer noch möglich, die Schätzgenauigkeit der Sauerstoffspeicherkapazität HOSCy des Katalysators zu steigern, indem die hierin offenbarten Techniken angewendet werden.
  • INDUSTRIELLES ANWENDUNGSGEBIET
  • Wie vorstehend beschrieben, erhöht diese Erfindung effektiv die Genauigkeit von Schätzungen der Sauerstoffspeicherkapazität eines Motorabgasreinigungskatalysators, um dadurch eine genaue Regelung bzw. Steuerung der Sauerstoffkonzentration einer Gasumgebung des Katalysators zu ermöglichen. Dieses ermöglicht natürlich eine effektive Abgasemissionssteuerung in einer Weise, welche für die Umwelt nützlich ist.

Claims (21)

  1. Verfahren zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors, der einen Katalysator aufweist, der in einem Abgaskanal (9) des Motors (1) angeordnet ist, um einen Sauerstoffgehalt in dem Katalysator (10) auf einem Soll-Sauerstoffgehalt zu haften, mit folgenden Schritten: Ermitteln einer Sauerstoffmenge, die ein Katalysatormaterial adsorbieren kann als eine erste Speicherkapazität (S32); Ermitteln einer Sauerstoffmenge, die das Katalysatormaterial abgeben kann als eine zweite Speicherkapazität (S30); Ermitteln des Soll-Sauerstoffgehalts, basierend auf einem vorbestimmten Prozentsatz eines mathematischen Ergebnisses, das unter Verwendung der ersten Speicherkapazität und der zweiten Speicherkapazität abgeleitet wird (S34–S36); und Steuern des Luft-Kraftstoffverhältnisses, um den Sauerstoffgehalt innerhalb des Katalysators (10) auf den Soll-Sauerstoffgehalt zu halten (S8–S12).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Speicherkapazität eine maximale Menge (LMAX) ist, die ein Katalysatormaterial schnell adsorbieren kann; und wobei die zweite Speicherkapazität eine maximale Menge (RMAX) ist, die ein Katalysatormaterial schnell abgeben kann.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Schritt der Ermittlung des Soll-Sauerstoffgehalts den Schritt der Berechnung eines Mittelwertes (AVE) der ersten Speicherkapazität (LMAX) und der zweiten Speicherkapazität (RMAX) ist (S34).
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das außerdem folgende Schritte umfasst: Ermitteln einer dritten Speicherkapazität (LOSCn), die ein Speichermaterial, das mit dem Katalysator verbunden ist, speichern kann (S608); Ermitteln eines Einflusses des in dem Speichermaterial gespeicherten Sauerstoffs auf die Abgabeeigenschaften des Katalysatormaterials (S605); und Ermitteln der zweiten Speicherkapazität (HOSCn), basierend auf dem Einfluss des in dem Speichermaterial gespeicherten Sauerstoffs (S606).
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Katalysator Sauerstoff speichert und abgibt und einen mit Sauerstoff gesättigten Zustand und einen Zustand aufweist, bei dem der Sauerstoff vollständig aufgebraucht ist; und wobei das Verfahren weitere folgende Schritte umfasst: Abschätzen der ersten Speicherkapazität durch Integrieren einer überschüssigen Sauerstoff-Strömungsrate, die in den Katalysator eintritt, über eine erste Zeitdauer von dem Zustand, bei dem der Sauerstoff vollständig aufgebraucht ist, in den mit Sauerstoff gesättigten Zustand (S29); und Abschätzen der zweiten Speicherkapazität durch Integrieren einer Sauerstoff-Desorptionsströmungsrate über eine zweite Zeitdauer von dem mit Sauerstoff gesättigten Zustand in den Zustand, bei dem der Sauerstoff vollständig aufgebraucht ist (S28).
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt der Ermittlung des Soll-Sauerstoffgehalts folgende Schritte umfasst: Berechnen eines Mittelwertes (AVE) der ersten Speicherkapazität und der zweiten Speicherkapazität (S34); und Anwenden eines Wertes (RAVE), der unter Verwendung des Mittelwertes (AVE) als der Soll-Sauerstoffgehalt (S35) abgeleitet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, der außerdem den Schritt der Ermittlung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases stromabwärts des Katalysators ermittelt; wobei die erste Zeitdauer eine Zeitdauer ist, in der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromabwärts des Katalysators in einem stöchiometrischen Bereich befindlich ist und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors mager ist, und wobei die zweite Zeitdauer eine Zeitdauer ist, in der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromabwärts des Katalysators in dem stöchiometrischen Bereich befindlich ist und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors fett ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die erste Speicherkapazität wenigstens einmal zwischen einem Motorstart und einem Motorstop abgeschätzt wird, und wobei die zweite Speicherkapazität wenigstens einmal zwischen dem Motorstart und dem Motorstop abgeschätzt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Katalysator ein erstes Material umfasst, das Sauerstoff schnell adsorbiert und abgibt und ein zweites Material umfasst, das Sauerstoff langsamer als das erste Material adsorbiert und abgibt; wobei der Schritt des Abschätzens der zweiten Speicherkapazität folgende Schritte umfasst: Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (A/F) des Abgases, das in den Katalysator eintritt, um die Sauerstoffmenge, die auf dem ersten Material adsorbiert wird, auf eine vorhergesagte vorbestimmte Menge zu steuern, die geringer ist, als die Speicherkapazität, die auf dem ersten Material adsorbiert werden kann; Überprüfen der vorhergesagten vorbestimmten Menge durch Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, das dem Katalysator zugeführt wird, so dass das erste Material mit Sauerstoff gesättigt wird; Steuern der Sauerstoffmenge in dem Abgas, das dem Katalysator zugeführt wird, so dass der Sauerstoff von dem ersten Material abgegeben wird; Ermitteln einer zweiten Zeitdauer, die für den Sauerstoffspeicherzustand des ersten Materials erforderlich ist, um von der vollständigen Sättigung zu der vollständigen Aufbrauchen überzugehen; und Ermitteln einer Massenströmungsmenge von Sauerstoff während der zweiten Zeitdauer und Ermitteln einer zweiten abgegebenen Sauerstoffmenge; wobei der Schritt des Abschätzens der ersten Speicherkapazität folgende Schritte umfasst: Steuern der Sauerstoffmenge in dem Abgas, das dem Katalysator zugeführt wird, solcherart, dass der Sauerstoff auf dem ersten Material adsorbiert wird; Ermitteln einer ersten Zeitdauer, die erforderlich ist, damit der Sauerstoffspeicherzustand von dem vollständigen Aufbrauchen in die vollständige Sättigung übergeht; und Ermitteln einer Massenströmungsmenge von Sauerstoff während der ersten Zeitdauer und Ermitteln einer ersten absorbierten Sauerstoffmenge; und wobei der Schritt des Ermittelns des Soll-Sauerstoffgehalts folgende Schritte umfasst: Vergleichen der ersten und zweiten Menge; und Ermitteln des Soll-Sauerstoffgehalts, basierend auf dem Vergleich der ersten und zweiten Menge.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Katalysator einen Drei-Wege-Katalysator umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Ermitteln einer Sauerstoffkonzentration des Abgases stromaufwärts des Katalysators; und Ermitteln einer Sauerstoffkonzentration (R/AF) des Abgases stromabwärts des Katalysators; wobei der Schritt des Abschätzens der ersten Speicherkapazität folgende Schritte umfasst: Berechnen einer überschüssigen Sauerstoffkonzentration unter Verwendung der stromaufwärtigen Sauerstoffkonzentration in dem Abgas stromaufwärts des Katalysators in Bezug zu der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration; Berechnen einer Sauerstoffmenge des Katalysators, basierend auf der überschüssigen Sauerstoffkonzentration; Berechnen einer Sauerstoffspeichermenge (HOSCLn) während einer besonderen Zeitdauer des Katalysators während einer Zeitdauer, in der die stromaufwärtige Sauerkonzentration höher als die stöchiometrische Konzentration ist, während die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration (R/AF) in einem vorbestimmten Konzentrationsbereich ist, der die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration enthält; und Abnahme der Sauerstoffspeichermenge (HOSCLNn) während der besonderen Zeitdauer als eine maximale Sauerstoffspeichermenge (LMAX) zu einem Zeitpunkt (t4), bei dem die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration größer als der vorbestimmte Konzentrationsbereich wird; wobei der Schritt des Abschätzens der zweiten Speicherkapazität folgende Schritte umfasst: Berechnen einer Sauerstoffmangelkonzentration unter Verwendung der stromaufwärtigen Sauerstoffkonzentration in einem Abgas stromaufwärts des Katalysators in Bezug zu der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration; Berechnen einer Sauerstoffabgabemenge des Katalysators, basierend auf der Sauerstoffmangelkonzentration; Berechnen einer Sauerstoffabgabemenge (HOSCRn) während einer besonderen Zeitdauer des Katalysators während einer Zeitdauer, bei der die stromaufwärtige Sauerstoffkonzentration geringer als die stöchiometrische Konzentration ist, während die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration in dem vorbestimmten Konzentrationsbereich befindlich ist; und Abnahme der Sauerstoffabgabemenge (HOSCRn) während der besonderen Zeitdauer als eine maximale Sauerstoffabgabemenge (RMAX) zu einem Zeitpunkt (t4), bei dem die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration geringer als der vorbestimmte Konzentrationsbereich wird; und wobei der Schritt der Bestimmung des Soll-Sauerstoffgehalts folgende Schritte umfasst: Berechnen eines Mittelwerts (AVE) der maximalen Sauerstoffspeichermenge (MAX) und der maximalen Sauerstoffabgabemenge (RMAX); und Ermitteln des Soll-Sauerstoffgehalts, der eine vorbestimmte Beziehung mit dem Mittelwert (AVE) hat.
  11. Vorrichtung zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors, der einen Katalysator aufweist, der in einem Abgaskanal (9) des Motors (1) angeordnet ist, um einen Sauerstoffgehalt innerhalb des Katalysators (10) auf einem Soll-Sauerstoffgehalt zu halten, mit einer Einrichtung (2) zum Ermitteln einer Sauerstoffmenge, die ein Katalysatormaterial als eine erste Speicherkapazität (LMAX) adsorbieren kann; einer Einrichtung (2) zum Ermitteln einer Sauerstoffmenge, die das Katalysatormaterial abgeben kann als eine zweite Speicherkapazität (RMAX); einer Einrichtung (2) zum Ermitteln des Soll-Sauerstoffgehalts basierend auf einem vorbestimmten Prozentsatz eines mathematischen Ergebnisses, das unter Verwendung der ersten Speicherkapazität und der zweiten Speicherkapazität abgeleitet wird; und einer Einrichtung (2, 7) zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, um den Sauerstoffgehalt in dem Katalysator (10) auf dem Soll-Sauerstoffgehalt zu halten.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Ermittlungseinrichtung für die erste Speicherkapazität, die Ermittlungseinrichtung für die zweite Speicherkapazität, die Ermittlungseinrichtung für den Soll-Sauerstoffgehalt und die Steuereinrichtung einen Mikroprozessor (2) umfassend, der programmiert ist, um: eine erste Speicherkapazität des Sauerstoffs zu ermitteln, die ein Katalysatormaterial adsorbieren kann (S32); eine zweite Speicherkapazität von Sauerstoff zu ermitteln, die das Katalysatormaterial abgeben kann (S30); und den Soll-Sauerstoffgehalt basierend auf einem vorbestimmten Prozentsatz eines mathematischen Ergebnisses zu ermitteln, das unter Verwendung der ersten Speicherkapazität und der zweiten Speicherkapazität abgeleitet wird (S34 bis S36); und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu steuern, um den Sauerstoffgehalt innerhalb des Katalysators (10) auf dem Soll-Sauerstoffgehalt (S8 bis S12) zu halten.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die erste Speicherkapazität eine maximale Menge (LMAX) ist, die ein Katalysatormaterial schnell adsorbieren kann; und wobei die zweite Speicherkapazität eine maximale Menge (RMAX) ist, die ein Katalysatormaterial schnell abgeben kann.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Mikroprozessor dazu programmiert ist, den Soll-Sauerstoffgehalt durch Berechnen eines Mittelwertes (AVE) der ersten Speicherkapazität (LMAX) und der zweiten Speicherkapazität (RMAX) zu ermitteln (S34).
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Mikroprozessor (2) dazu programmiert ist, eine dritte Speicherkapazität (LOSCn) zu ermitteln, die ein Speichermaterial, das mit dem Katalysator verbunden ist, speichern kann (S608); einen Einfluss des Sauerstoffs, der in dem Speichermaterial gespeichert ist, auf die Abgabeeigenschaften des Katalysatormaterials zu ermitteln (S605); und die zweite Speicherkapazität (HOSCn), basierend auf dem Einfluss des Sauerstoffs, der in dem Speichermaterial gespeichert ist, zu ermitteln (S606).
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei der Katalysator Sauerstoff speichert und abgibt und einen mit Sauerstoff gesättigten Zustand und einen Zustand aufweist, bei dem der Sauerstoff vollständig aufgebraucht ist; und wobei der Mikroprozessor (2) programmiert ist zum: Abschätzen der ersten Speicherkapazität durch Integrieren einer überschüssigen Sauerstoff-Strömungsrate, die in den Katalysator eintritt, über eine erste Zeitdauer von dem Zustand, in dem der Sauerstoff vollständig aufgebraucht ist, in den mit Sauerstoff gesättigten Zustand (S29); und Abschätzen der zweiten Speicherkapazität durch Integrieren einer Sauerstoffdesorptionsströmungsrate über eine zweite Zeitdauer von dem mit Sauerstoff gesättigten Zustand in den Zustand, bei dem der Sauerstoff vollständig aufgebraucht ist (S28).
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Mikroprozessor (2) außerdem programmiert ist, den Soll-Sauerstoffgehalt zu ermitteln durch: Berechnen eines Mittelwerts (AVE) der ersten Speicherkapazität und der zweiten Speicherkapazität (S34); und Anwenden eines Wertes (RAVE), der unter Verwendung des Mittelwertes (AVE) als der Soll-Sauerstoffgehalt abgeleitet wird (S35).
  18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, die außerdem einen Sensor (13) umfasst, der ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromabwärts des Katalysators ermittelt, wobei die erste Zeitdauer eine Zeitdauer ist, bei der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromabwärts des Katalysators in einem stöchiometrischen Bereich befindlich ist und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors mager ist, wobei die zweite Zeitdauer eine Zeitdauer ist, in der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromabwärts des Katalysators in dem stöchiometrischen Bereich befindlich ist und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors fett ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der Mikroprozessor außerdem dazu programmiert ist, die erste Speicherkapazität wenigstens einmal zwischen einem Motorstart und einem Motorstop abzuschätzen und die zweite Speicherkapazität wenigstens einmal zwischen dem Motorstart und dem Motorstop abzuschätzen.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei der Katalysator ein erstes Material umfasst, das Sauerstoff schnell adsorbiert und abgibt und ein zweites Material umfasst, das Sauerstoff langsamer als das erste Material adsorbiert und abgibt, und wobei der Mikroprozessor (2) programmiert ist zum: Abschätzen der zweiten Speicherkapazität durch Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (A/F) des Abgases, das in den Katalysator eintritt, um die Sauerstoffmenge, die auf dem ersten Material adsorbiert wird, auf eine vorhergesagte, vorbestimmte Menge zu steuern, die geringer ist als die Speicherkapazität, die auf dem ersten Material adsorbiert werden kann, Überprüfen der vorhergesagten vorbestimmten Menge durch Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, das dem Katalysator zugeführt wird, so dass das erste Material mit Sauerstoff gesättigt wird, Steuern der Sauerstoffmenge in dem Abgas, das dem Katalysator zugeführt wird, so dass der Sauerstoff von dem ersten Material abgegeben wird, Ermitteln einer zweiten Zeitdauer, die erforderlich ist für den Sauerstoffspeicherzustand des ersten Materials, um von der vollständigen Sättigung in das vollständige Aufbrauchen überzugehen, und Ermitteln einer Massenströmungsmenge des Sauerstoffs während der zweiten Zeitdauer und Bestimmen einer zweiten Sauerstoffmenge, die abgegeben wird; Abschätzen der ersten Speicherkapazität durch Steuern der Sauerstoffmenge in dem Abgas, das dem Katalysator zugeführt wird, so dass Sauerstoff auf dem ersten Material adsorbiert wird, Ermitteln einer ersten Zeitdauer, die für den Sauerstoffspeicherzustand erforderlich ist, um von dem vollständigen Aufbrauchen zur vollständigen Sättigung überzugehen, und Ermitteln einer Massenströmungsmenge des Sauerstoffs während der ersten Zeitdauer und Ermitteln einer ersten Sauerstoffmenge, die absorbiert wird; und Ermitteln des Soll-Sauerstoffgehalts durch Vergleichen der ersten und zweiten Menge, und Bestimmen des Soll-Sauerstoffgehalts, basierend auf dem Vergleich der ersten und zweiten Menge.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, wobei der Katalysator einen Drei-Wege-Katalysator umfasst, wobei die Vorrichtung außerdem einen Sensor (3) umfasst, der eine Sauerstoffkonzentration des Abgases stromaufwärts des Katalysators ermittelt und einen Sensor (13) umfasst, der eine Sauerstoffkonzentration des Abgases stromabwärts des Katalysators ermittelt, und wobei der Mikroprozessor (2) programmiert ist zum: Abschätzen der ersten Speicherkapazität durch Berechnen einer überschüssigen Sauerstoffkonzentration unter Verwendung der stromaufwärtigen Sauerstoffkonzentration in dem Abgas stromaufwärts des Katalysators in Bezug zu einer stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration, Berechnen einer Sauerstoffmenge des Katalysators, basierend auf der überschüssigen Sauerstoffkonzentration, Berechnen einer Sauerstoffmenge (HOSCLN) während einer besonderen Zeitdauer des Katalyators während einer Zeitdauer, in welcher die stromaufwärtige Sauerstoffkonzentration höher als die stöchiometrische Konzentration ist, während die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration (R/AF) in einem vorbestimmten Konzentrationsbereich ist, einschließlich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration, und Abnahme der Sauerstoffspeichermenge (HOSCLn) während der besonderen Zeitdauer als eine maximale Sauerstoffspeichermenge (LMAX) zu einem Zeitpunkt (t4), bei dem die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration größer als der vorbestimmte Konzentrationsbereich wird; Abschätzen der zweiten Speicherkapazität durch Berechnen unter Verwendung der stromaufwärtigen Sauerstoffkonzentration einer Sauerstoffmangelkonzentration in dem Abgas stromaufwärts des Katalysators in Bezug zu der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration, Berechnen einer Sauerstoffabgabemenge des Katalysators, basierend auf der Sauerstoffmangelkonzentration, Berechnen einer Saue stoffabgabemenge (HOSCRn) während einer besonderen Zeitdauer des Katalysators während einer Zeitdauer, in der die stromaufwärtige Sauerstoffkonzentration geringer als die stöchiometrische Konzentration ist, während die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration in dem vorbestimmten Konzentrationsbereich befindlich ist, und Abnahme der Sauerstoffabgabemenge (HOSCRn) während der besonderen Zeitdauer als die maximale Sauerstoffabgabemenge (RMAX) zu einem Zeitpunkt (T4), bei dem die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration kleiner als der vorbestimmte Konzentrationsbereich wird; und Bestimmen des Soll-Sauerstoffgehalts durch Berechnen eines Mittelwertes (AVE) der maximalen Sauerstoffmenge (LMAX) und der maximalen Sauerstoffabgabemenge (RMAX), und Bestimmen des Soll-Sauerstoffgehalts, der eine vorbestimmte Beziehung mit dem Mittelwert (AVE) hat.
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