DE69502663T2

DE69502663T2 - Abgasreinigungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE69502663T2
Application number: DE69502663T
Authority: DE
Inventors: Takamitsu Toyota Jidosha K.K. Toyota-Shi Aichi Asanuma; Satoshi Toyota Jidosha K.K. Toyota-Shi Aichi Iguchi; Kenji C/O Toyota Jidosha K.K. Toyota-Shi Aichi Katoh; Tetsuro C/O Toyota Jidosha K.K. Toyota-Shi Aichi Kihara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 1998-11-26
Anticipated expiration: 2015-06-30
Also published as: EP0690213A1; DE69502663D1; JPH0814030A; EP0690213B1; US5577382A; JP3228006B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine.

2. Beschreibung der einschlägigen Technik

Ein Drei-Wege-Katalysator wird seit langem zum Entfernen von schädlichen Bestandteilen aus Abgasen verwendet. Ein derartiger Drei-Wege-Katalysator hat eine sogenannte O²&supmin;Speicherfunktion, wodurch er den Sauerstoff in dem Abgas aufnimmt und speichert, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis mager wird. Er verwendet diese O²&supmin;Speicherfunktion, um die drei schädlichen Bestandteile im Abgas wirksam zu entfernen, d.h. HC, CO und NOx. Demgemäß wird die Reinigungsfähigkeit niedriger, wenn diese Speicherfunktion schwächer wird, d.h. der Drei-Wege-Katalysator verschlechtert sich.
Wenn das Verhältnis der gesamten Luftmenge und der gesamten Kraftstoffmenge, die dem Abgaskanal stromaufwärts von einem bestimmten Punkt in dem Abgaskanal oder in dem Ansaugkanal zugeführt werden, als das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases an diesem bestimmten Punkt definiert ist, erfassen die unverbrannten HC und das CO in dem Abgas den in dem Drei- Wege-Katalysator gespeicherten Sauerstoff, wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis des in den Drei-Wege-Katalysator strömenden Abgases sich von mager nach fett ändert. Die unverbrannten HC und das CO können durch den erfaßten Sauerstoff oxidiert werden. Während der Zeitspanne des Oxidierens der unverbrannten HC und des CO durch den auf diese Weise in dem Drei-Wege-Katalysator gespeicherten Sauerstoff wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das aus dem Drei-Wege-Katalysator heraus strömt, im wesentlichen das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis. Wenn der in dem Drei-Wege-Katalysator gespeicherte Sauerstoff ausgeht, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des aus dem Drei- Wege-Katalysator strömenden Abgases fett. Dabei ist die Zeitspanne, in der das Luft-Kraftstoffverhältnis des aus dem Drei-Wege-Katalysator strömenden Abgases im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Verhältnis gehalten wird, um so länger, je stärker die O²&supmin;Speicherfunktion ist. Wenn die O²&supmin;Speicherfunktion schwächer wird, wird die Zeitspanne kürzer, während der das Luft-Kraftstoffverhältnis des aus dem Drei- Wege-Katalysator strömenden Abgases im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Verhältnis gehalten wird.
Es gibt eine bekannte Brennkraftmaschine, die so gestaltet ist, daß die Zeitspanne erfaßt wird, während der das Luft- Kraftstoffverhältnis des aus dem Drei-Wege-Katalysator strömenden Abgases im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Verhältnis gehalten wird, nachdem sich das in den Drei-Wege- Katalysator strömende Abgas von mager nach fett ändert, und beurteilt wird, daß der Grad der Verschlechterung des Drei Wege-Katalysators zusammen mit der Verkürzung dieser Zeitspanne fortschreitet (siehe die ungeprüfte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2-130245).
Die Zeitspanne, während der das Luft-Kraftstoffverhältnis des aus dem Drei-Wege-Katalysator strömenden Abgases im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Verhältnis gehalten wird, ist jedoch äußerst kurz. Es ist schwierig, eine derartig kurze Zeitspanne ohne Fehler genau zu erfassen und den Grad der Verschlechterung aus den Ergebnissen dieser Erfassung genau zu beurteilen. Des weiteren wird das Luft- Kraftstoffverhältnis des aus dem Drei-Wege-Katalysator strömenden Abgases manchmal aus dem einen oder anderen Grund auf eine spitzenartige Weise fett, wenn es bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten wird. Wenn eine derartige "Fettspitze" auftritt, gibt es das Problem, daß der Grad der Verschlechterung des Drei-Wege- Katalysators vollständig fehlerhaft beurteilt beendet wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Abgasreinigungsvorrichtung, die in der Lage ist, den Grad der Verschlechterung eines Abgasreinigungselements genau zu erfassen.
Erfindungsgemäß wird eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Motors mit einem Auspuffkanal geschaffen, die folgendes umfaßt: ein Abgasreinigungselement, das in dem Auspuffkanal angeordnet ist, um in dem Abgas enthaltene schädliche Bestandteile zu entfernen, wobei das Abgasreinigungselement die Eigenschaft hat, daß, wenn ein Luft-Kraftstoffverhältnis des in das Abgasreinigungselement einströmenden Abgases von mager nach fett geändert wird, ein Luft-Kraftstoffverhältnis des aus dem Abgasreinigungselement ausströmenden Abgases zeitweilig im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis gehalten wird und dann nach fett geändert wird, und dabei die Zeitspanne kürzer wird, während der das Luft-Kraftstoffverhältnis des aus dem Abgasreinigungselement ausströmenden Abgases im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten wird, wenn sich das Abgasreinigungselement verschlechtert; einen Sauerstoffkonzentrationssensor, der in dem Auspuffkanal stromabwärts von dem Abgasreinigungselement angeordnet ist und ein Ausgangssignal mit einer Höhe erzeugt, die proportional zu der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas ist; eine Luft-Kraftstoffverhältnis-Umschalteinrichtung zum zeitweiligen Andern des Luft-Kraftstoffverhältnisses des Abgases, das in das Abgasreinigungselement hineinströmt, von mager nach fett für eine vorgegebene fixe Zeitspanne; eine Spitzenwerterfassungseinrichtung zum Finden eines Spitzenwerts der Höhe des Ausgangssignals des Sauerstoffkonzentrationssensors innerhalb der vorgegebenen fixen Zeitspanne, während der das Luft-Kraftstoffverhältnis des in das Abgasreinigungselement einströmenden Abgases durch die Luft-Kraftstoffverhältnis-Umschalteinrichtung zeitweilig bei einem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten wird; und eine Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen eines Grads der Verschlechterung des Abgasreinigungselements auf der Grundlage des Spitzenwerts der Höhe des Ausgangssignals.
Außerdem wird erfindungsgemäß eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Motors mit einem Auspuff kanal geschaffen, die folgendes umfaßt: ein Abgasreinigungselement, das in dem Auspuffkanal angeordnet ist, um in dem Abgas enthaltene schädliche Bestandteile zu entfernen, wobei das Abgasreinigungselement die Eigenschaft hat, daß, wenn ein Luft-Kraftstoffverhältnis des in das Abgasreinigungselement einströmenden Abgases von fett nach mager geändert wird, ein Luft-Kraftstoffverhältnis des aus dem Abgasreinigungselernent ausströmenden Abgases zeitweilig im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffverhälthis gehalten wird und dann nach mager geändert wird, und dabei die Zeitspanne kürzer wird, während der das Luft-Kraftstoffverhältnis des aus dem Abgasreinigungselement ausströmenden Abgases im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten wird, wenn sich das Abgasreinigungselement verschlechtert; einen Sauerstoffkonzentrationssensor, der in dem Auspuffkanal stromabwärts von dem Abgasreinigungselement angeordnet ist und ein Ausgangssignal mit einer Höhe erzeugt, die proportional zu der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas ist; eine Luft-Kraftstoffverhältnis-Umschalteinrichtung zum zeitweiligen Andern des Luft-Kraftstoffverhältnisses des Abgases, das in das Abgasreinigungselement hineinströmt, von fett nach mager für eine vorgegebene fixe Zeitspanne; eine Spitzenwerterfassungseinrichtung zum Finden eines Spitzenwerts der Höhe des Ausgangssignals des Sauerstoffkonzentrationssensors innerhalb der vorgegebenen fixen Zeitspanne, während der das Luft-Kraftstoffverhältnis des in das Abgasreinigungselement einströmenden Abgases durch die Luft-Kraftstoffverhältnis-Umschalteinrichtung zeitweilig bei einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten wird; und eine Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen eines Grads der Verschlechterung des Abgasreinigungselements auf der Grundlage des Spitzenwerts der Höhe des Ausgangssignals.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der nachfolgend angeführten Erfindung im Zusammenhang mit dem beigefügten Zeichnungen besser verständlich, wobei:
Fig. 1 eine Gesamtansicht einer Brennkraftmaschine zeigt;
Fig. 2 eine Ansicht eines Kennfelds einer Grundkraftstoffeinspritzzeit zeigt;
Fig. 3 eine Ansicht eines Korrekturkoeffizienten K zeigt;
Fig. 4 schematisch einen Verlauf der Konzentrationen der unverbrannten HC, des CO und des Sauerstoffs in dem von einem Motor abgegebenen Abgas zeigt;
Fig. 5A und 5B Ansichten zum Erläutern der Aufnahme- und Freigabeaktion von NOx zeigen;
Fig. 6A und 6B jeweils Ansichten der Menge der NOx-Aufnahme NOXA und der Menge der NOx-Freigabe NOXD zeigen;
Fig. 7A und 7B Ansichten der Menge der NOx-Freigabe NOXD zeigen;
Fig. 8 ein Zeitdiagramm der Luft-Kraftstoffverhältnisregelung zeigt;
Fig. 9 eine Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Erfassen der Verschlechterung einer NOx-Absorbiereinrichtung zeigt;
Fig. 10 eine Ansicht des Stroms zeigt, der über eine Anode und eine Kathode einer Lambdasonde fließt;
Fig. 11A, 11B und 11C Ansichten des Grads der Verschlechterung etc. zeigen;
Fig. 12 und 13 Ablaufdiagramme für die Regelung des Luft- Kraftstoffverhältnisses zeigen;
Fig. 14 ein Ablaufdiagramm für die Beurteilung der Verschlechterung zeigt;
Fig. 15 ein Zeitdiagramm der Regelung der Freigabe von SOx zeigt;
Fig. 16 eine Gesamtansicht eines anderen Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine zeigt;
Fig. 17 eine Ansicht des Luft-Kraftstoffverhältnisses des in den Drei-Wege-Katalysator einströmenden Abgases und aus diesem ausströmenden Abgases zeigt;
Fig. 18 eine Ansicht des Grads der Verschlechterung zeigt;
Fig. 19 eine Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Erfassen der Verschlechterung eines Drei-Wege-Katalysators zeigt;
Fig. 20 und 21 Ablaufdiagramme für die Regelung des Luft- Kraftstoffverhältnisses zeigen; und
Fig. 22 eine Ansicht zum Erläutern eines anderen Verfahrens zum Erfassen der Verschlechterung eines Drei-Wege- Katalysators zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

In Fig. 1 zeigt Bezugszeichen 1 einen Motorblock, 2 einen Kolben, 3 einen Brennraum, 4 eine Zündkerze, 5 ein Einlaßventil, 6 einen Einlaßkanal, 7 ein Auslaßventil und 8 einen Auslaßkanal Der Einlaßkanal 6 ist über ein entsprechendes Zweigrohr 9 mit einem Windkessel 10 verbunden. An jedem Zweigrohr 9 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 angebracht, um Kraftstoff in das Innere des entsprechenden Einlaßkanals 6 einzuspritzen. Der Windkessel 10 ist über eine Ansaugleitung 12 mit einer Luftreinigungseinrichtung 13 verbunden. Eine Drosselklappe 14 ist innerhalb der Ansaugleitung 12 angeordnet. Andererseits ist der Einlaßkanal 8 über einen Auspuff krümmer 15 und ein Auspuffrohr 16 mit einem Gehäuse 17 verbunden, in dem ein Abgasreinigungselement 18 untergebracht ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Abgasreinigungselernent 18 eine NOx-Absorbiereinrichtung.
Eine elektronische Regeleinheit 30 weist einen digitalen Computer auf, der mit einem Nur-Lese-Speicher (ROM = Read Only Memory) 32, einem flüchtigen Zugriffsspeicher (RAM = Random Access Memory) 33, einer zentralen Verarbeitungseinheit (Mikroprozessor CPU = Central Processing Unit) 34, einem Sicherungs-RAM, der mit einer fixen Stromquelle verbunden ist, einem Eingangsanschluß 36 und einem Ausgangsanschluß 37 versehen ist, die über einen bidirektionalen Bus 31 miteinander verbunden sind. Innerhalb dem Windkessel 10 ist ein Drucksensor 19 angeordnet, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die zu dem Absolutdruck in dem Windkessel 10 proportional ist. Die Ausgangsspannung des Drucksensors 19 geht über einen entsprechenden Analog- Digital-Wandler 38 in den Eingangsanschluß 35 ein. Stromabwärts von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 ist in dem Auspuffrohr 21 ein Sauerstoffkonzentrationssensor 22 (der nachfolgend als "Lambdasonde" bezeichnet wird) angeordnet, diese Lambdasonde 22 ist über einen entsprechenden Analog- Digital-Wandler 38 mit dem Eingangsanschluß 36 verbunden. Mit dem Eingangsanschluß 36 sind des weiteren ein Motordrehzahlsensor 23 zum Erzeugen eines Ausgangsimpulses, der die Motordrehzahl ausdrückt, und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 24 zum Erzeugen eines Ausgangsimpulses verbunden, der die Fahrzeuggeschwindigkeit ausdrückt. Andererseits ist der Ausgangsanschluß 37 über einen entsprechenden Treiberschaltkreis 39 mit der Zündkerze 4 und der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 verbunden.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Brennkraftmaschine wird die Kraftstoffeinspritzzeit TAU grundsätzlich auf der Grundlage der folgenden Gleichung berechnet:
TAU = TP x K
Hier ist TP die Grundkraftstoffeinspritzzeit und K ist ein Korrekturkoeffizient. Die Grundkraftstoffeinspritzzeit TP deutet die Kraftstoffeinspritzzeit an, die erforderlich ist, um das Luft-Kraftstoffverhältnis des dem Inneren eines Motorzylinders zugeführten Luft-Kraftstoffgemisches zum stöchiometrischenluft-Kraftstoffverhältnis zu machen. Diese Grundkraftstoffeinspritzzeit TP wird vorher durch Versuch herausgefunden und vorher im ROM 32 in der Gestalt eines Kennfelds gespeichert, wie es in Fig. 2 als eine Funktion des Absolutdrucks PM innerhalb dem Windkessel 10 und der Motordrehzahl N gezeigt ist. Der Korrekturkoeffizient K ist ein Koeffizient zum Regeln des Luft-Kraftstoffverhältnisses des dem Inneren des Motorzylinders zugeführten Luft- Kraftstoffgernisches. Wenn K = 1,0 gilt, wird das dem Motorzylinder zugeführte Luft-Kraftstoffgemisch das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis. Wenn im Gegensatz dazu K < 1, 0 gilt, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des dem Motorzylinder zugeführten Luft-Kraftstoffgemisches größer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis, d.h. es wird mager, während wenn K > 1,0 gilt, wird das Luft- Kraftstoffverhältnis des dem Motorzylinder zugeführten Luft- Kraftstoffgernisches kleiner als das stöchiometrische Luft- Kraftstoffverhältnis, d.h. es wird fett.
Das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis des dem Inneren des Motorzylinders zuzuführenden Luft-Kraftstoffgemisches, d.h. der Wert des Korrekturkoeffizienten K, wird in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Motors geändert. Bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird er grundsätzlich vorher als eine Funktion des Absolutdrucks PM in dem Windkessel 10 und der Motordrehzahl N ermittelt, wie in Fig. 3 gezeigt ist. D.h., daß, wie in Fig. 3 gezeigt ist, in dem Betriebsbereich mit niedriger Last auf der Niederlastseite von der durchgezogenen Linie R aus K < 1,0 gilt, d.h. das Luft-Kraftstoffgemisch ist abgemagert, in dem Betriebsbereich mit hoher Last zwischen der durchgezogenen Linie R und der durchgezogenen Linie S gilt K = 1,0, d.h., daß das Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft- Kraftstoffgemisches zu dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis gemacht ist, und in dem Betriebsbereich mit Vollast auf der Hochlastseite der durchgezogenen Linie S gilt K > 1,0, d.h., daß das Luft-Kraftstoffgemisch angefettet ist.
Fig.4 zeigt auf schematische Weise die Konzentrationen der typischen Bestandteile in dem von dem Brennraum 3 abgegebenen Abgas. Wie aus der Fig. 4 verständlich ist, steigen die Konzentrationen der unverbrannten HC und des CO in dem von dem Brennraum 3 abgegebenen Abgas um so mehr, je fetter das Luft-Kraftstoffverhältnis des dem Brennraum 3 zugeführten Luft-Kraftstoffgemisches ist. Die Konzentration des Sauerstoffs O&sub2; in dem von dem Brennraum 3 abgegebenen Abgas steigt um so mehr, je magerer des Luft-Kraftstoffverhältnis des dem Brennraum 3 zugeführten Luft-Kraftstoffgemisches ist.
Die in dem Gehäuse 17 untergebrachte NOx-Absorbiereinrichtung 18 verwendet beispielsweise Aluminium als einen Träger und trägt auf dem Träger ein Edelmetall wie beispielsweise Platin Pt und zumindest ein Element, das aus einem Alkalimetall, wie beispielsweise Kalium K, Natrium Na, Lithium Li und Cäsium Cs, einer Alkalierde, wie beispielsweise Barium Ba und Kalzium Ca und einer seltenen Erde, wie beispielsweise Lanthan La und Yttrium Y ausgewählt ist. Wenn das Verhältnis der Luft mit dem Kraftstoff (Kohlenwasserstoffe), die dem Inneren des Motoreinlaßkanals und dem Auspuffkanal stromaufwärts von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 zugeführt werden, als das Luft-Kraftstoffverhältnis des in die NOx- Absorbiereinrichtung 18 strömenden Abgases definiert ist, führt die NOx-Absorbiereinrichtung 18 eine NOx-Absorbier- und Freigabeaktion aus, wobei sie NOx absorbiert, wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und das absorbierte NOx freigibt, wenn die Sauerstoffkonzentration des einströmenden Abgases fällt. Es soll beachtet werden, daß das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases mit dem Luft-Kraftstoffverhältnis des dem Brennraum 3 zugeführten Luft-Kraftstoffgemisches übereinstimmt, wenn kein Kraftstoff (Kohlenwasserstoffe) oder Luft dem Auspuffkanal stromaufwärts der NOx- Absorbiereinrichtung 18 zugeführt werden. Demgemäß absorbiert die NOx-Absorbiereinrichtung 18 dabei das NOx, wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis des dem Brennraum 3 zugeführten Luft Kraftstoffgemisches mager wird, und gibt das absorbierte NOx frei, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem dem Brennraum 3 zugeführten Luft-Kraftstoffgemisch fällt.
Wenn die vorstehende NOx-Absorbiereinrichtung 18 in dem Auspuffkanal des Motors angeordnet ist, führt diese NOx- Absorbiereinrichtung 18 tatsächlich ein NOx-Absorbier- und Freigabeaktion aus, aber Teile des genauen Mechanismusses dieser Absorbier- und Freigabeaktion sind nicht klar. Jedoch kann in Betracht gezogen werden, daß diese Absorbier- und Freigabeaktion durch den in Fig. 5A und 5B gezeigten Mechanismus ausgeführt wird. Dieser Mechanismus wird als Nächstes durch Verwenden eines Beispiels erläutert, wobei Platin Pt und Barium Ba auf einem Träger getragen werden, aber der Mechanismus ist ähnlich, selbst wenn ein anderes Edelmetall, Alkalimetall, Alkalierde oder eine seltene Erde verwendet wird.
D.h., daß die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas erheblich ansteigt, wenn das einströmende Abgas sehr mager wird, und, wie in Fig. 5A gezeigt ist, der Sauerstoff O&sub2; in der Gestalt von O&sub2;&supmin; oder O²&supmin; auf der Oberfläche des Platins Pt haftet. Andererseits reagiert das NOx in dem einströmenden Abgas mit dem O&sub2;&supmin; oder O²&supmin; auf der Oberfläche des Platins Pt, um NO&sub2; (2NO + O&sub2; T 2NO&sub2;) zu werden. Folglich wird ein Teil des erzeugten NO&sub2; auf dem Platin Pt oxidiert, in der Absorbiereinrichtung absorbiert, haftet an dem Bariumoxid BaO und wird in der Absorbiereinrichtung in der Gestalt von Nitrationen NO&sub3; diffundiert, wie in Fig. 5A gezeigt ist. Auf diese Weise wird NOx in der NOx- Absorbiereinrichtung 18 absorbiert.
So lange wie die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas hoch ist, wird das NO&sub2; auf der Oberfläche des Platins Pt erzeugt. So lange wie die NOx-Absorbierkapazität der Absorbiereinrichtung nicht gesättigt ist, wird das NOx in der Absorbiereinrichtung absorbiert und Nitrationen NO&sub3; werden erzeugt. Im Gegensatz dazu schreitet die Reaktion in einer umgekehrten Richtung (NO&sub3;&supmin; T NO&sub2;) fort, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas fällt und die Erzeugungsmenge von NO&sub2; fällt, und die Nitrationen NO&sub3;&supmin; in der Absorbiereinrichtung werden in der Gestalt von NO&sub2; von der Absorbiereinrichtung freigegeben. D.h., wenn die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas fällt, wird das NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 %freigegeben. Wenn, wie in Fig. 4 gezeigt ist, der Grad der Abmagerung des einströmenden Abgases niedriger wird, fällt die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas. Deshalb wird das NOx durch Senken des Grads der Abmagerung des einströmenden Abgases von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 freigegeben, selbst wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases mager ist.
Wenn andererseits das dem Brennraum 3 zugeführte Luft- Kraftstoffgemisch angefettet ist und das Luft- Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases fett wird, wie in Fig. 4 gezeigt ist, dann wird eine große Menge an unverbrannten HC und CO von dem Motor abgegeben. Die unverbrannten HC und CO reagieren mit dem Sauerstoff O&sub2;&supmin; oder O²&supmin; auf dem Platin Pt und werden oxidiert. Wenn des weiteren das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases fett wird, fällt die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas erheblich, so daß das NO&sub2; von der Absorbiereinrichtung freigegeben wird. Dieses NO&sub2; reagiert mit den unverbrannten HC und wird reduziert, wie in Fig. 5B gezeigt ist. Auf diese Weise wird das NO&sub2; sukzessive von der Absorbiereinrichtung freigegeben, wenn das NO&sub2; nicht länger auf der Oberfläche des Platins Pt vorhanden ist. Wenn demgemäß das Luft- Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases angefettet ist, wird das NOx in einer kurzen Zeitspanne von der NOx- Absorbiereinrichtung 18 freigegeben.
D.h., wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases angefettet ist, reagieren zunächst die unverbrannten HC und das CO sofort mit dem O&sub2;&supmin; oder O²&supmin; auf dem Platin Pt und werden oxidiert, und wenn selbst nach dem Verbrauchen des O&sub2;&supmin; oder O²&supmin; auf dem Platin Pt noch unverbrannte HC und CO verbleiben, wird das von der Absorbiereinrichtung freigegebene NOx und das von dem Motor freigegebene NOx durch die unverbrannten HC und CO reduziert. Wenn demgemäß das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases angefettet ist, wird das in der NOx-Absorbiereinrichtung 18 absorbierte NOx in einer kurzen Zeitspanne freigegeben und das freigegebene NOx wird reduziert, und deshalb wird es möglich, die Freigabe von NOx in die Atmosphäre zu verhindern. Die NOx-Absorbiereinrichtung 18 hat des weiteren die Funktion eines Reduktionskatalysators, so daß das von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 freigegebene NOx reduziert wird, selbst wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis gemacht ist. Wenn jedoch das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases zu dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis gemacht ist, wird das NOx nur allmählich von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 freigegeben, und deshalb ist eine etwas lange Zeitspanne für die Freigabe des ganzen NOx erforderlich, das in der NOx-Absorbiereinrichtung 18 absorbiert ist.
Wenn ein mageres Luft-Kraftstoffgemisch auf diese Weise verbrannt wird, wird das NOx in der NOx-Absorbiereinrichtung 18 absorbiert. Es gibt jedoch eine Grenze der NOx- Absorbierfähigkeit der NOx-Absorbiereinrichtung 18. Wenn die NOx-Absorbierfähigkeit der NOx-Absorbiereinrichtung 18 gesättigt wird, kann die NOx-Absorbiereinrichtung 18 bald nicht länger NOx absorbieren. Demgemäß ist es notwendig, eine Freigabe des NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 zu veranlassen, bevor die NOx-Absorbierfähigkeit gesättigt wird. Bisher ist es notwendig, das Ausmaß des absorbierten NOx in der NOx-Absorbiereinrichtung 18 zu schätzen. Es wird als Nächstes das Verfahren zum Erfassen dieser Menge der NOx- Absorption erläutert.
Wenn ein mageres Luft-Kraftstoffgemisch verbrannt wird, steigt die Menge des von einem Motor abgegebenen NOx pro Zeiteinheit um so mehr, je höher die Motorlast ist, so daß die Menge des in der NOx-Absorbiereinrichtung 18 absorbierten NOx pro Zeiteinheit steigt. Die Menge des von dem Motor abgegebenen NOx pro Zeiteinheit steigt auch um so mehr, je höher die Motordrehzahl ist, so daß die Menge des in der NOx Absorbiereinrichtung 18 absorbierten NOx pro Zeiteinheit wiederum steigt. Demgemäß wird die Menge des in der NOx- Absorbiereinrichtung 18 absorbierten NOx pro Zeiteinheit zu einer Funktion der Motorlast und der Motordrehzahl. Dabei kann die Motorlast durch den Absolutdruck in dem Winäkessel 10 widergespiegelt werden, so daß die Menge des in der NOx- Absorbiereinrichtung 18 absorbierten NOx pro Zeiteinheit zu einer Funktion des Absolutdrucks PM innerhalb des Windkessels 10 und der Motordrehzahl N wird. Deshalb wird die Menge des in der NOx-Absorbiereinrichtung 18 absorbierten NOx zu einer Funktion des Absolutdrucks PM in dem Windkessels 10 und der Motordrehzahl N. Demgemäß wird bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die in der NOx-Absorbiereinrichtung 18 pro Zeiteinheit absorbierte Menge NOXA an NOx vorher durch Versuch als eine Funktion des Absolutdrucks PM und Motordrehzahl N herausgefunden, und die NOx-Menge NOXA wird vorher in dem ROM 32 in der Gestalt eines Kennfelds als eine Funktion von PM und N gespeichert, wie in Fig. 6A gezeigt ist.
Wenn andererseits das Luft-Kraftstoffverhältnis des dem Motorzylinder zugeführten Luft-Kraftstoffgemisches das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis oder fett wird, wird das NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 freigegeben, jedoch wird die Menge der Freigabe von NOx dabei hauptsächlich durch die Menge des Abgases und das Luft- Kraftstoffverhältnis beeinflußt. D.h., daß die Menge des von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 freigegebenen NOx pro Zeiteinheit um so mehr steigt, je mehr die Menge des Abgases steigt, während die Menge des von der NOx- Absorbiereinrichtung 18 freigegebenen NOx pro Zeiteinheit um so mehr steigt, je fetter das Luft-Kraftstoffverhältnis ist. Dabei kann die Menge des Abgases, d.h. die Menge der Einlaßluft durch das Produkt aus der Motordrehzahl N und dem Absolutdruck PM in dem Windkessel 10 widergespiegelt werden. Demgemäß steigt die Menge NOXD des von der NOx- Absorbiereinrichtung 18 pro Zeiteinheit freigegebenen NOx um so mehr, je größer N x PM ist, wie in Fig. 7A gezeigt ist. Des weiteren stimmt das Luft-Kraftstoffverhältnis mit dem Wert des Korrekturkoeffizienten K überein, so daß die Menge NOXD des von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 pro Zeiteinheit freigegebenen NOx um so mehr steigt, je größer der Wert von K ist, wie in Fig. 7B gezeigt ist. Die Menge NOXD an NOx, die von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 pro Zeiteinheit freigegeben wird, wird vorher in dem ROM 32 in der Gestalt des in Fig. 6B gezeigten Kennfelds als eine Funktion von N x PM gespeichert.
Wie vorstehend erläutert ist, wird die Menge des absorbierten NOx pro Zeiteinheit beim Verbrennen eines mageren Luft- Kraftstoffgemisches durch NOXA ausgedrückt, und die Menge des freigegebenen NOx pro Zeiteinheit beim Verbrennen eines Luft- Kraftstoffgemisches mit dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis oder eines fetten Luft- Kraftstoffgemisches wird durch NOXD ausgedrückt, so daß die in der NOx-Absorbiereinrichtung 18 schätzungsweise absorbierte Menge ΣNOX an NOx durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird:
ΣNOX = ΣNOX + NOXA - NOXD
Deshalb wird bei diesem Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 8 gezeigt ist, der Korrekturkoeffizient für die Grundkraftstoffeinspritzzeit TP für die Zeitspanne ti auf KK1 (> 1,0) gesetzt, wenn die Menge ΣNOX des schätzungsweise in der NOx-Absorbiereinrichtung 18 absorbierten NOx den maximal zulässigen Wert NMAX erreicht, d.h., daß das Luft- Kraftstoffverhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches zeitweilig für die Zeitspanne ti angefettet wird, wodurch eine Freigabe des NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 veranlaßt wird.
In dem Abgas ist jedoch SOx enthalten. In der NOx- Absorbiereinrichtung 18 wird nicht nur das NOx, sondern auch das SOx absorbiert. Der Mechanismus der Absorption von SOx in der NOx-Absorbiereinrichtung 18 wird als derselbe wie der Mechanismus der Absorption des NOx betrachtet.
D.h., wenn man das unter Verwendung eines Beispiels, wobei Platin Pt und Barium Ba auf einem Träger getragen werden, auf dieselbe Weise wie den vorstehend erläuterten Mechanismus der Absorption von NOx erläutert, haftet der Sauerstoff O&sub2; an der Oberfläche des Platins Pt in der Gestalt von O&sub2;&supmin; oder O²&supmin;, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und das SO&sub2; in dem einströmenden Abgas reagiert mit dem O&sub2;&supmin; oder O²&supmin; an der Oberfläche des Platins Pt und wird zu SO&sub3;.
Als Nächstes wird ein Teil des erzeugten SO&sub3; in der Absorbiereinrichtung absorbiert, während es an dem Platin Pt weiter oxidiert wird und in der Absorbiereinrichtung in der Gestalt von Sulfationen SO&sub4;²&supmin; diffundiert, während es an dem Bariumoxid BaO anhaftet, um ein stabiles BaSO&sub4; zu erzeugen.
Dieses Sulfat BaSO&sub4; ist jedoch stabil und schwierig zu zerlegen. Selbst wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft- Kraftstoffgemisches für die kurze Zeitspanne ti angefettet wird, wie beispielsweise in Fig. 8 gezeigt ist, wird fast das ganze BaSO&sub4; nicht zerlegt und bleibt wie es ist. Demgemäß steigt das Sulfat BaSO&sub4; im Verlauf der Zeitspanne, und deshalb fällt im Verlauf der Zeitspanne allmählich die Menge an NOx, die durch die NOx-Absorbiereinrichtung 18 absorbiert werden kann. D.h., daß sich in anderen Worten die NOx- Absorbiereinrichtung 18 im Verlauf der Zeitspanne allmählich verschlechtert. Wenn sich die NOx-Absorbiereinrichtung 18 verschlechtert, fällt die Menge an NOx, die durch die NOx- Absorbiereinrichtung 18 absorbiert werden kann, so daß eine Art einer Gegenmaßnahme erforderlich ist. Demgemäß ist es notwendig, den Grad der Verschlechterung der NOx- Absorbiereinrichtung 18 zu erfassen. Deshalb wird als Nächstes das Verfahren zum Erfassen des Grads der Verschlechterung der erfindungsgemäßen NOx- Absorbiereinrichtung 18 erläutert.
Wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des in die NOx- Absorbiereinrichtung 18 strömenden Abgases von mager nach fett geändert wird, d.h., wenn bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches von mager nach fett geändert wird, wie vorstehend erwähnt ist, wird das NOx von der NOx- Absorbiereinrichtung 18 freigegeben. Dabei ist die Menge des von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 freigegebenen NOx proportional zu der Menge der unverbrannten HC und des CO im Abgas, und es wird eine Menge an NOx von der NOx- Absorbiereinrichtung 18 freigegeben, die in der Lage ist, den ganzen Sauerstoff zu liefern, der für die Oxidation aller unverbrannten HC und des CO im Abgas nötig ist. Demgemäß werden dabei alle unverbrannten HC und das CO im Abgas durch den Sauerstoff in dem von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 freigegebenen NOx oxidiert, und es wird andererseits das ganze von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 freigegebene NOx reduziert. Deshalb wird dabei das Luft-Kraftstoffverhältnis des aus der NOx-Absorbiereinrichtung 18 ausströmenden Abgases im wesentlichen zu dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis.
Wenn als Nächstes das ganze NOx von der NOx- Absorbiereinrichtung 18 freigegeben wird, treten die unverbrannten HC und das CO im Abgas ohne Oxidation durch die NOx-Absorbiereinrichtung 18 durch, und deshalb wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des aus der NOx-Absorbiereinrichtung 18 ausströmenden Abgases fett. D.h., wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis des in die NOx-Absorbiereinrichtung 18 einströmenden Abgases von mager nach fett geändert wird, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des aus der NOx-Absorbiereinrichtung 18 ausströmenden Abgases während der Zeitspanne im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis gehalten, während der das NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 freigegeben wird. Wenn die Aktion des Freigebens von NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 endet,wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des aus der NOx- Absorbiereinrichtung 18 ausströmenden Abgases fett.
Die Menge an NOx, die durch die NOx-Absorbiereinrichtung 18 absorbiert werden kann, fällt jedoch allmählich mit der Verschlechterung der NOx-Absorbiereinrichtung 18, wie vorstehend erwähnt ist, und demgemäß wird die Zeitspanne allmählich kürzer, während der das Luft-Kraftstoffverhältnis des aus der NOx-Absorbiereinrichtung 18 ausströmenden Abgases im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft Kraftstoffverhältnis gehalten wird, wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis des in die NOx-Absorbiereinrichtung 18 einströmenden Abgases von mager nach fett geändert wird. Das wird als Nächstes unter Bezugnahme auf Fig. 9 erläutert.
Fig. 9 zeigt durch A/F die Änderungen des Luft- Kraftstoffverhältnisses des aus der NOx-Absorbiereinrichtung 18 ausströmenden Abgases, wenn der Korrekturkoeffizient bezüglich der Grundkraftstoffeinspritzzeit TP für eine vorgegebene fixe Zeitspanne t&sub0; auf KK3 (> 1,0) gesetzt wird, d.h., wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft- Kraftstoffgemisches für eine vorgegebene fixe Zeitspanne to angefettet wird. Es soll beachtet werden, daß in Fig. 9 das Zeichen 1 einen Zustand andeutet, wenn die NOx- Absorbiereinrichtung 18 neu ist, II deutet einen Zustand an, wenn sich die NOx-Absorbiereinrichtung 18 etwas verschlechtert hat, III deutet einen Zustand an, wenn sich die NOx-Absorbiereinrichtung 18 weiter verschlechtert hat, und IV deutet einen Zustand an, wenn sich die NOx- Absorbiereinrichtung 18 vollständig verschlechtert hat. Wie in Fig. 9 zusammen mit der Verschlechterung der NOx- Absorbiereinrichtung 18 gezeigt ist, wird die Zeitspanne allmählich kürzer, während der das Luft-Kraftstoffverhältnis A/F des Abgases im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten wird. Wenn sich die NOx- Absorbiereinrichtung 18 vollständig verschlechtert, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis A/F des Abgases überhaupt nicht mehr bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten. Demgemäß kann der Grad der Verschlechterung der NOx-Absorbiereinrichtung 18 erfaßt werden, indem die Zeitspanne erfaßt wird, während der das Luft- Kraftstoffverhältnis A/F des Abgases im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten wird, aber die Zeitspanne, während der das Luft- Kraftstoffverhältnis A/F des Abgases im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten wird, ist normalerweise eine äußerst kurze Zeitspanne von weniger als einer Sekunde. Wenn der Grad der Verschlechterung der NOx-Absorbiereinrichtung 18 aus einer derartig kurzen Zeitspanne berechnet wird, wird der Fehler größer und deshalb gibt es das Problem, daß der Grad der Verschlechterung der NOx-Absorbiereinrichtung 18 nicht genau beurteilt werden kann. Des weiteren wird das Luft-Kraftstoffverhältnis A/F des Abgases aus dem einen oder anderen Grund manchmal in einer spitzenartigen Weise fett, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis A/F des Abgases im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten wird. Wenn eine derartige Ylfettspitzevy auftritt, wird der Grad der Verschlechterung der NOx-Absorbiereinrichtung 18 vollständig fehlerhaft beurteilt.
Wie auch immer ist es natürlich schwierig, den Grad der Verschlechterung einer NOx-Absorbiereinrichtung 18 aus den geringen Änderungen des Luft-Kraftstoffverhältnisses AF des Abgases bei einer Brennkraftmaschine zu beurteilen, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases ständig schwankt. Dabei ist es notwendig, die Schwankungen des Luft- Kraftstoffverhältnisses A/F von einem etwas breiteren Winkel aus zu analysieren, bei dem es keine Hauptwirkung auf die Beurteilung des Grads der Verschlechterung der NOx- Absorbiereinrichtung 18 gibt. D.h., daß sich das gesamte Muster der Änderung des Luft-Kraftstoffverhältnisses A/F des Abgases ändert, wenn der Grad der Verschlechterung der NOx- Absorbiereinrichtung 18 fortschreitet, wie aus der Fig. 9 ersichtlich ist. Dieses gesamte Muster ändert sich insgesamt nicht viel ungeachtet ob eine "Fettspitze" verursacht wird oder nicht verursacht wird. Demgemäß wird es möglich, den Grad der Verschlechterung der NOx-Absorbiereinrichtung 18 relativ genau zu beurteilen, wenn der Grad der Verschlechterung der NOx-Absorbiereinrichtung 18 durch dieses gesamte Muster der Änderung beurteilt wird.
Als ein tatsächliches Problem ist es jedoch schwierig, zu beurteilen, welchem Muster der Änderung von I bis IV der Fig. 9 das Muster der Änderung des Abgases entspricht. Deshalb führten die Erfinder Studien durch und entdeckten als Ergebnis, daß, wenn eine Lambdasonde 22 in dem Auspuffkanal stromabwärts von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 angeordnet ist, die einen zu der Sauerstoffkonzentration im Abgas proportionalen Strom oder eine dazu proportionale Spannung erzeugt, die Lambdasonde 22 einen Strom oder eine Spannung erzeugt, der/die mit dem Muster der Änderung des Luft- Kraftstoffverhältnisses A/F des Abgases übereinstimmt.
Diese Lambdasonde 22 weist ein tassenförmiges rohrförmiges Gehäuse auf, das an der inneren Oberfläche und der äußeren Oberfläche aus Zirkonerde hergestellt ist, an denen jeweils eine Anode und eine Kathode ausgebildet ist, die dünne Platinfolien aufweisen. Die Kathode ist mit einer porösen Schicht überzogen. Eine fixe Spannung wird zwischen Anode und Kathode angelegt. Fig. 10 zeigt die Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoffverhältnis des mit der Lambdasonde 22 in Kontakt tretenden Abgases und dem Strom Im (mA), der zwischen der Anode und der Kathode fließt. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, ist bei dieser Lambdasonde 22 der Strom Im (mA) um so größer, je größer das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases ist. Es soll beachtet werden, daß bei dieser Lambdasonde 22 ein Strom von ungefähr 1,8 mA fließt, wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis des Abgases das stöchiometrische Luft- Kraftstoffverhältnis (= 14,6) ist. Wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis des Abgases über einen gewissen Grad hinaus fetter wird, wird der Strom Im (mA) zu Null.
Diese Lambdasonde 22 ist in dem Auspuffkanal stromabwärts von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 angeordnet. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, wird beim Anfetten des Luft- Kraftstoffverhältnisses des Luft-Kraftstoffgemisches für eine fixe Zeitspanne t&sub0; der minimale Wert des Stroms Im (mA) der Lambdasonde 22, d.h. der Spitzenwert um so kleiner, je größer der Grad der Verschlechterung der NOx-Absorbiereinrichtung 18 ist, wie in Fig. 9 gezeigt ist. D.h., daß der minimale Spitzenwert des Stroms Im bei einer neuen NOx- Absorbiereinrichtung 18 ungefähr 1,8 mA wird, wie durch I gezeigt ist. Wie durch II und III gezeigt ist, wird der minimale Spitzenwert zusammen mit der Verschlechterung der NOx-Absorbiereinrichtung 18 allmählich kleiner. Wie durch IV gezeigt ist, wird der minimale Spitzenwert des Stroms Im Null, wenn die NOx-Absorbiereinrichtung 18 vollständig verschlechtert ist.
Der minimale Spitzenwert des Stroms Im wird um so kleiner, je kürzer die Zeitspanne ist, in der das Luft- Kraftstoffverhältnis A/F des Abgases im wesentlichen das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis ist, d.h. je länger die Zeitspanne ist, während der das Luft- Kraftstoffverhältnis A/F des Abgases fett ist. Demgemäß stimmt der minimale Spitzenwert des Stroms Im mit dem Muster der Änderung des Luft-Kraftstoffverhältnisses A/F des Abgases überein. Natürlich gibt es fast keine Wirkung auf den minimalen Spitzenwert des Stroms Im, selbst wenn es eine "Fettspitze" bei dem Luft-Kraftstoffverhältnis A/F des Abgases gibt, und demgemäß kann der Grad der Verschlechterung der NOx-Absorbiereinrichtung 18 sehr genau erfaßt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wird der zwischen der Anode und der Kathode der Lambdasonde 22 fließende Strom Im in der Lambdasonde 22 in eine Spannung umgewandelt, und diese Spannung geht über einen entsprechenden Analog-Digital- Wandler 38 in den Eingangsanschluß 36 ein. In der elektronischen Regeleinheit 30 wird die minimale Spitzenspannung Vmin in Übereinstimmung mit dem minimalen Spitzenwert des Stroms Im, der in Fig. 9 gezeigt ist, aus dieser Spannung berechnet. Wie in Fig. 11A gezeigt ist, ist der beurteilte Grad der Verschlechterung der NOx- Absorbiereinrichtung 18 um so größer, je kleiner die minimale Spitzenspannung Vmin ist.
Des weiteren werden bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der maximal zulässige Wert NMAX bezüglich der Menge ΣNOX von NOx und die fette Zeitspanne ti für die Freigabe von NOx auf der Grundlage der minimalen Spitzenspannung Vmin geregelt. D.h., je größer der Grad der Verschlechterung der NOx-Absorbiereinrichtung 18 ist, um so kleiner ist die Menge an NOx, die durch die NOx- Absorbiereinrichtung 18 absorbiert werden kann, und demgemäß muß die Zeitspanne um so mehr verkürzt werden, während der das Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches angefettet ist, um das NOx freizugeben, je größer der Grad der Verschlechterung der NOx-Absorbiereinrichtung 18 ist. Deshalb wird bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der maximal zulässige Wert NMAX zusammen mit der kleiner werdenden minimalen Spitzenspannung Vmin verkleinert, wie in Fig. 11B gezeigt ist. Des weiteren wird die Menge des absorbierten NOx um so kleiner, je größer der Grad der Verschlechterung der NOx-Absorbiereinrichtung 18 ist, so daß die fette Zeitspanne ti für die Freigabe von NOx zusammen mit der kleiner werdenden Spitzenspannung Vmin verkürzt wird, wie in Fig. 11C gezeigt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Grad der Verschlechterung der NOx- Absorbiereinrichtung 18 beispielsweise immer dann erfaßt, wenn das Fahrzeug 2 bis 3 km fährt. Der maximal zulässige Wert NMAX und die fette Zeitspanne ti werden auf der Grundlage der Ergebnisse der Erfassung erneuert. Wenn des weiteren bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Grad der Verschlechterung der NOx- Absorbiereinrichtung 18 eine Grenze überschreitet, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches angefettet und die Freigabe des SOx von der NOx- Absorbiereinrichtung 18 wird veranlaßt. Es soll beachtet werden, daß nur eine kleine Menge des SOx in einer Zeitspanne von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 freigegeben wird, selbst wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft- Kraftstoffgemisches angefettet ist. Demgemäß wird das Luft- Kraftstoffverhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches über eine sehr lange Zeitspanne angefettet, wenn das SOx von der NOx- Absorbiereinrichtung 18 freigegeben werden soll.
Fig. 12 und Fig. 13 zeigen die Routine zum Regeln des Luft- Kraftstoffverhältnisses. Diese Routine wird beispielsweise nach jeder fixen Zeitspanne durch eine Unterbrechung ausgeführt.
In der Fig. 12 und Fig. 13 wird zunächst beim Schritt 100 die Grundkraftstoffeinspritzzeit TP auf der Grundlage der in Fig. 2 gezeigten Beziehung berechnet. Als Nächstes wird beim Schritt 101 beurteilt, ob eine Verschlechterungsbeurteilungsmarke gesetzt ist oder nicht, die zeigt, daß die Verschlechterung der NOx- Absorbiereinrichtung 18 beurteilt werden sollte. Wenn die Verschlechterungsbeurteilungsmarke nicht gesetzt ist, schreitet die Routine zum Schritt 102 fort, bei dem beurteilt wird, ob eine NOx-Freigabemarke gesetzt ist oder nicht, die zeigt, daß das NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 freigegeben werden sollte. Wenn die NOx-Freigabemarke nicht gesetzt ist, schreitet die Routine zum Schritt 103 fort, bei dem beurteilt wird, ob die SOx-Freigabemarke gesetzt ist oder nicht, die zeigt, daß das SOx von der NOx- Absorbiereinrichtung 18 freigegeben werden sollte. Wenn die SOx-Freigabemarke nicht gesetzt ist, schreitet die Routine zum Schritt 104 fort.
Beim Schritt 104 wird der Korrekturkoeffizient K auf der Grundlage der in Fig. 3 gezeigten Beziehung auf der Grundlage des Betriebszustands des Motors berechnet. Als Nächstes wird beim Schritt 105 der Korrekturkoeffizient K mit der Grundkraftstoffeinspritzzeit TP multipliziert, um die Kraftstoffeinspritzzeit TAU (= TP x K) zu berechnen. Als Nächstes wird beim Schritt 112 beurteilt, ob momentan ein mageres Luft-Kraftstoffgemisch verbrannt wird. Wenn ein mageres Luft-Kraftstoffgemisch verbrannt wird, schreitet die Routine zum Schritt 113 fort, bei dem die Menge NOXA des pro Zeiteinheit absorbierten NOx auf der Grundlage der Fig. 6A berechnet wird. Als Nächstes schreitet die Routine zum Schritt 114 fort, bei dem die Menge des freigegebenen NOx zu Null gemacht wird. Als Nächstes schreitet die Routine zum Schritt 117 fort. Wenn im Gegensatz dazu beim Schritt 112 beurteilt wird, daß momentan ein Luft-Kraftstoffgemisch mit dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis oder ein mageres Luft-Kraftstoffgemisch verbrannt wird, schreitet die Routine zum Schritt 115 fort, bei dem die Menge des pro Zeiteinheit freigegebenen NOx auf der Grundlage der Fig. 6B berechnet wird. Als Nächstes schreitet die Routine zum Schritt 116 fort, bei dem die Menge NOXA des absorbierten NOx zu Null gemacht wird. Die Routine schreitet dann zum Schritt 117 fort.
Beim Schritt 117 wird die Menge ΣNOX des in der NOx- Absorbiereinrichtung 18 absorbierten NOx auf der Grundlage der folgenden Gleichung berechnet:
ΣNOX E- ΣNOX + NOXA - NOXD
Als Nächstes wird beim Schritt 118 die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit SP zu ΣSP addiert. Diese ΣSP zeigt die kumulative Fahrstrecke des Fahrzeugs. Als Nächstes wird beim Schritt 119 beurteilt, ob die Menge ΣNOX an NOx größer als der maximal zulässige Wert NMAX geworden ist. Wenn ΣNOX ≤ NMAX gilt, springt die Routine zum Schritt 123, bei dem beurteilt wird, ob die Menge ΣNOX an NOx negativ geworden ist. Wenn ΣNOX < 0 gilt, schreitet die Routine zum Schritt 124 fort, bei dem die ΣNOX zu Null gemacht wird, dann ist der Verarbeitungs zyklus beendet.
Wenn andererseits beim Schritt 119 beurteilt wird, daß ΣNOX > NMAX gilt, schreitet die Routine zum Schritt 120 fort, bei dem beurteilt wird, ob die kumulative Fahrstrecke ΣSP größer als der eingerichtete Wert X&sub0; ist. Wenn ΣSP < X&sub0; gilt, schreitet die Routine zum Schritt 121 fort, bei dem die NOx- Freigabemarke gesetzt wird. Wenn die NOx-Freigabemarke gesetzt ist, schreitet die Routine beim nächsten Verarbeitungszyklus vom Schritt 102 zum Schritt 106 fort, bei dem der Korrekturkoeffizient KKI (> 1,0) mit der Grundkraftstoffeinspritzzeit TP multipliziert wird, um die Kraftstoffeinspritzzeit TAU zu berechnen. Als Nächstes wird beim Schritt 107 beurteilt, ob die Zeitspanne ti verstrichen ist. Wenn die Zeitspanne ti verstrichen ist, schreitet die Routine zum Schritt 108 fort, bei dem die NOx-Freigabemarke zurückgesetzt wird. Während ΣSP < X&sub0; gilt, wird demgemäß das Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches für die Zeitspanne ti immer dann angefettet, wenn ΣNOX > NMAX gilt, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Während dieser Zeitspanne wird NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 freigegeben.
Wenn andererseits beim Schritt 119 beurteilt wird, daß ΣNOX > NMAX gilt und die Routine zum Schritt 120 fortschreitet und wenn beim Schritt 120 beurteilt wird, daß ΣSP > X&sub0; gilt, schreitet die Routine zum Schritt 122 fort, bei dem die Verschlechterungsbeurteilungsmarke gesetzt wird. Wenn die Verschlechterungsbeurteilungsmarke bei der in Fig. 14 gezeigten Routine gesetzt ist, wird die Verschlechterung der NOx-Absorbiereinrichtung 18 beurteilt.
D.h., daß Fig. 14 die Routine für die Beurteilung der Verschlechterung zeigt, die nach jeder fixen Zeitspanne ausgeführt wird. Zunächst wird beim Schritt 200 beurteilt, ob die Verschlechterungsbeurteilungsmarke gesetzt ist. Wenn die Verschlechterungsbeurteilungsmarke gesetzt ist, schreitet die Routine zum Schritt 201 fort, bei dem beurteilt wird, ob eine fixe Zeitspanne seit dem Setzen der Verschlechterungsbeurteilungsmarke verstrichen ist. D.h., daß die NOx-Freigabemarke gesetzt wird, wenn ΣNOX > NMAX gilt, aber die NOx-Absorptionsfähigkeit der NOx- Absorbiereinrichtung 18 normalerweise noch nicht gesättigt ist. Demgemäß wird beim Schritt 201 gewartet bis eine fixe Zeitspanne verstreicht bis die NOx-Absorptionsfähigkeit der NOx-Absorbiereinrichtung 18 definitiv gesättigt wird. Wenn die fixe Zeitspanne nicht verstrichen ist, schreitet die Routine zum Schritt 202 fort, bei dem der Korrekturkoeffizient K aus Fig. 3 berechnet wird, dann schreitet die Routine zum Schritt 203 fort, bei dem die Kraftstoffeinspritzzeit TAU (= TP x K) berechnet wird. Demgemäß wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft- Kraftstoffgemisches dabei das durch den Betriebszustand des Motors ermittelte Luft-Kraftstoffverhältnis.
Wenn andererseits beim Schritt 201 beurteilt wird, daß die fixe Zeitspanne verstrichen ist, schreitet die Routine zum Schritt 204 fort, bei dem der Korrekturkoeffizient KK3 (> 1,0) mit der Grundkraftstoffeinspritzzeit TP multipliziert wird, um die Kraftstoffeinspritzzeit TAU (= TP x KK3) zu berechnen. Als Nächstes wird beim Schritt 205 der minimale Spitzenwert Vmin der Ausgangsspannung der Lambdasonde 22 berechnet. Als Nächstes wird beim Schritt 206 beurteilt, ob die fixe Zeitspanne to verstrichen ist. Wenn die fixe Zeitspanne t&sub0; nicht verstrichen ist, endet der Verarbeitungszyklus. Demgemäß wird dabei, wie in Fig. 9 gezeigt ist, das Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft- Kraftstoffgemisches für eine fixe Zeitspanne to angefettet und der minimale Spitzenwert Vmin wird berechnet, der dabei mit dem minimalen Spitzenwert des Stroms Im (mA) übereinstimmt. Demgemäß wird es möglich, den Grad der Verschlechterung der NOx-Absorbiereinrichtung 18 aus der minimalen Spitzenspannung Vmin zu berechnen.
Wenn beim Schritt 206 beurteilt wird, daß die fixe Zeitspanne to verstrichen ist, schreitet die Routine zum Schritt 207 fort, bei dem der maximal zulässige Wert NMAX aus der in Fig. 11B gezeigten Beziehung auf der Grundlage der minimalen Spitzenspannung Vmin berechnet wird. Als Nächstes schreitet die Routine zum Schritt 208 fort, bei dem die fette Zeitspanne ti aus der in Fig. 11C gezeigten Beziehung auf der Grundlage der minimalen Spitzenspannung Vmin berechnet wird. D.h., daß der maximal zulässige Wert NMAX und die fette Zeitspanne ti erneuert werden. Als Nächstes wird beim Schritt 209 die Verschlechterungsbeurteilungsmarke zurückgesetzt, dann wird beim Schritt 210 die kumulative Fahrstrecke ΣSP zu Null gemacht. Als Nächstes wird beim Schritt 211 beurteilt, ob die minimale Spitzenspannung Vmin kleiner als die Grenze MIN wird. Wenn Vmin ≥ MIN gilt, endet der Verarbeitungszyklus.
Wenn im Gegensatz dazu Vmin < MIN gilt, schreitet die Routine zum Schritt 212 fort, bei dem die SOx-Freigabemarke gesetzt wird. Wenn die SOx-Freigabemarke gesetzt ist, schreitet die Routine von Schritt 103 zum Schritt 109 der Fig. 12 fort, bei dem der Korrekturkoeffizient KK2 (> 1,0) mit der Grundkraftstoffeinspritzzeit TP multipliziert wird, um die Kraftstoffeinspritzzeit TAU (= TP x KK2) zu berechnen. Wenn demgemäß die SOx-Freigabemarke gesetzt ist, wie in Fig. 15 gezeigt ist, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft- Kraftstoffgernisches angefettet. Dabei wird der Grad der Anfettung des Luft-Kraftstoffverhältnisses durch das allmählich von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 freigegebene SOx verringert, so daß eine Oxidation aller HC und CO veranlaßt werden kann. Während dabei auch das SOx von der NOx-Absorbiereinrichtung 18 freigegeben wird, wird das Luft- Kraftstoffverhältnis des aus der NOx-Absorbiereinrichtung 18 ausströmenden Abgases im wesentlichen bei dem stöchiornetrischen Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten. Wenn als Nächstes die Freigabe von SOx aus der NOx- Absorbiereinrichtung 18 abgeschlossen ist, fällt die Ausgangsspannung V der Lambdasonde 22. Demgemäß wird beim Schritt 110 in Fig. 12 beurteilt, ob die Ausgangsspannung V der Lambdasonde 22 unterhalb eine fixe Spannung V&sub0; gefallen ist. Wenn V < V&sub0; gilt, schreitet die Routine zum Schritt 111 fort, bei dem die SOx-Freigabemarke zurückgesetzt wird.
Fig. 16 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel. Es soll beachtet werden, daß bei diesem Ausführungsbeispiel dieselben Komponenten wie in Fig. 1 durch dieselben Bezugszeichen gezeigt sind.
Bei diesem in Fig. 16 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Auspuffrohr 16 auch mit einem Gehäuse 17 verbunden, das ein Abgasreinigungselement 18 aufnimmt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Abgasreinigungselement 18 jedoch einen Drei-Wege-Katalysator auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist des weiteren zusätzlich zu der Lambdasonde 22 eine andere Lambdasonde 25 in dem Auspuffkrümmer 15 angeordnet. Das Ausgangssignal dieser Larnbdasonde 25 geht über den entsprechenden Analog-Digital- Wandler 38 in den Eingangsanschluß 36 ein. Diese Lambdasonde 25 unterscheidet sich von der Lambdasonde 22 dadurch, daß sie eine Ausgangsspannung von ungefähr 0,1 V erzeugt, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases mager wird, während sie eine Ausgangsspannung von ungefähr 0,9 V erzeugt, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases fett wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Kraftstoffeinspritzzeit TAU grundsätzlich auf der Grundlage der folgenden Gleichung berechnet:
TAU = TP x K x FAF
Hier deutet TP die in Fig. 2 gezeigte Grundkraftstoffeinspritzzeit an, K deutet einen Korrekturkoeffizienten an und FAF deutet einen Rückführkorrekturkoeffizienten an. Der Rückführkorrekturkoeffizient FAF ist ein Koeffizient, der veranlaßt, daß das Luft-Kraftstoffverhältnis auf der Grundlage des Ausgangssignals der Lambdasonde 25 genau mit dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis übereinstimmt, wenn K = 1,0 gilt, d.h., wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis des dem Motorzylinder zugeführten Luft- Kraftstoffgemisches zu dem stöchiometrischen Luft Kraftstoffverhältnis gemacht werden soll. Dieser Rückführkorrekturkoeffizient FAF bewegt sich über und unter die Höhe von im wesentlichen 1,0. Der FAF nimmt ab, wenn das Luft-Kraftstoffgemisch fett wird, und steigt an, wenn das Luft-Kraftstoffgemisch mager wird. Es soll beachtet werden, daß der FAF auf 1,0 festgesetzt wird, wenn K < 1,0 oder K > 1,0 gilt.
Der Drei-Wege-Katalysator 18 hat seine höchste Rate des Entfernens von unverbrannten HC, CO und NOx, wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis des in den Drei-Wege-Katalysator 18 einströmenden Abgases, bei dem in Fig. 16 gezeigten Ausführungsbeispiel das Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft- Kraftstoffgemisches dazu gebracht wird, sich abwechselnd zwischen der mageren Seite und der fetten Seite bezüglich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis zu ändern. Das gründet auf der Funktion des Drei-Wege-Katalysators 18 des Speicherns von Sauerstoff, d.h. der sogenannten O&sub2;- Speicherfunktion. D.h., daß der Drei-Wege-Katalysator 18 den Sauerstoff aus dem Abgas erfaßt und ihn speichert, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases mager wird. Infolge dessen wird das NOx reduziert. Wenn im Gegensatz dazu das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases fett wird, erfassen die unverbrannten HC und das CO den in dem Drei-Wege-Katalysator 18 gespeicherten Sauerstoff, und infolge dessen wird eine Oxidation der unverbrannten HC und des CO veranlaßt. Auf diese Weise entfernt der Drei-Wege-Katalysator 18 die unverbrannten HC, das CO und NOx auf der Grundlage der O²- Speicherfunktion. Wenn die O²-Speicherfunktion sich abschwächt, fällt die Entfernrate, d.h. der Drei-Wege- Katalysator 18 verschlechtert sich.
Fig. 17 zeigt den Vorgang, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des in den Drei-Wege-Katalysator 18 einströmenden Abgases zwangsweise von mager nach fett und dann von fett nach mager geändert wird, wie durch die durchgezogene Linie IN gezeigt ist. Es soll beachtet werden, daß die gestrichelte Linie OUT das Luft-Kraftstoffverhältnis des dabei aus dem Drei-Wege- Katalysator 18 ausströmenden Abgases zeigt. Wenn in Fig. 17 das Luft-Kraftstoffverhältnis IN des in den Drei-Wege- Katalysator 18 einströmenden Abgases von mager nach fett geändert wird während der Zeitspanne, in der der Sauerstoff im Abgas in dem Drei-Wege-Katalysator 18 aufgenommen wird, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis OUT des aus dem Drei-Wege- Katalysator 18 ausströmenden Abgases im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten. Wenn als Nächstes die Speicherkapazität des Sauerstoffs gesättigt ist, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis OUT des aus dem Drei- Wege-Katalysator 18 ausströmenden Abgases fett. Je höher demgemäß die O²-Speicherkapazität ist, um so länger ist die Zeitspanne, während der das Luft-Kraftstoffverhältnis OUT des aus dem Drei-Wege-Katalysator 18 ausströmenden Abgases im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis gehalten wird.
Wenn andererseits das Luft-Kraftstoffverhältnis IN des in den Drei-Wege-Katalysator 18 einströmenden Abgases von fett nach mager geändert wird, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis OUT des aus dem Drei-Wege-Katalysator 18 ausströmenden Abgases im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis für die Zeitspanne gehalten, wenn der in dem Drei-Wege-Katalysator 18 gespeicherte Sauerstoff verbraucht wird. Wenn der ganze gespeicherte Sauerstoff verbraucht ist, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis OUT des aus dem Drei-Wege-Katalysator 18 ausströmenden Abgases fett. Je höher dabei die O²-Speicherkapazität ist, um so länger ist demgemäß auch die Zeitspanne, während der das Luft- Kraftstoffverhältnis OUT des aus dem Drei-Wege-Katalysator 18 ausströmenden Abgases im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten wird.
Fig. 19 zeigt durch A/F die Änderungen des Luft- Kraftstoffverhältnisses des aus dem Drei-Wege-Katalysator 18 ausströmenden Abgases, wenn der Korrekturkoeffizient bezüglich der Grundkraftstoffeinspritzzeit TP für eine vorgegebene fixe Zeitspanne t&sub0; zu KKR (> 1,0) gemacht wird, d.h.,wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft- Kraftstoffgemisches für eine vorgegebene fixe Zeitspanne to angefettet wird. Es soll beachtet werden, daß I in Fig. 19 andeutet, wenn der Drei-Wege-Katalysator 18 neu ist, II deutet an, wenn sich der Drei-Wege-Katalysator 18 etwas verschlechtert hat, III deutet an, wenn sich der Drei-Wege- Katalysator 18 weiter verschlechtert hat, und IV deutet an, wenn sich der Drei-Wege-Katalysator 18 vollständig verschlechtert hat. Wie in Fig. 19 gezeigt ist, wird die Zeitspanne, während der das Luft-Kraftstoffverhältnis A/F des Abgases im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis gehalten wird, zusammen mit der Verschlechterung des Drei-Wege-Katalysators 18 allmählich kürzer. Wenn sich der Drei-Wege-Katalysator 18 vollständig verschlechtert hat, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis A/F des Abgases überhaupt nicht mehr bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten.
Wenn andererseits das Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft- Kraftstoffgemisches für die fixe Zeitspanne to angefettet wird, wie in Fig. 19 gezeigt ist, wird der minimale Spitzenwert des Stroms Im (mA) der Lambdasonde 22 um so kleiner, je größer der Grad der Verschlechterung des Drei- Wege-Katalysators 18 wird, wie in Fig. 19 gezeigt ist. D.h., daß der minimale Spitzenwert des Stroms Im ungefähr 1,8 mA wird, wenn der Drei-Wege-Katalysator 18 neu ist, wie durch 1 gezeigt ist. Zusammen mit der Verschlechterung des Drei-Wege- Katalysators 18 wird der minimale Spitzenwert allmählich kleiner, wie durch II und III gezeigt ist. Wenn der Drei- Wege-Katalysator 18 vollständig verschlechtert ist, wird der minimale Spitzenwert des Stroms Im Null, wie durch IV gezeigt ist. Demgemäß ist der Grad der Verschlechterung des Drei- Wege-Katalysators 18 um so größer, je niedriger die minimale Spitzenspannung Vmin der Ausgangsspannung der Lambdasonde 22 in Übereinstimmung mit dem minimalen Spitzenwert des Stroms Im ist, wie in Fig. 18 gezeigt ist.
Fig. 20 und Fig. 21 zeigen die Routine für die Regelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses. Diese Routine wird durch eine Unterbrechung nach jeder fixen Zeitspanne ausgeführt.
In Fig. 20 und Fig. 21 wird zunächst beim Schritt 300 die Grundkraftstoffeinspritzzeit TP aus der in Fig. 2 gezeigten Beziehung berechnet. Als Nächstes wird beim Schritt 301 die Fahrzeuggeschwindigkeit SP zu ΣSP addiert, um die kumulative Fahrstrecke ΣSP zu berechnen. Als Nächstes wird beim Schritt 302 beurteilt, ob die kumulative Fahrstrecke ΣSP größer als der gesetzte Wert X&sub0; geworden ist. Wenn ΣSP ≤ X&sub0; gilt, schreitet die Routine zum Schritt 304 fort, bei dem beurteilt wird, ob eine Verschlechterungsbeurteilungsmarke gesetzt ist oder nicht, die zeigt, ob die Verschlechterung des Drei-Wege- Katalysators 18 beurteilt werden sollte. Wenn die Verschlechterungsbeurteilungsmarke nicht gesetzt ist, schreitet die Routine zum Schritt 305 fort.
Beim Schritt 305 wird der Korrekturkoeffizient K zu 1, gemacht. Als Nächstes wird beim Schritt 306 der Rückführkorrekturkoeffizient FAF auf der Grundlage des Ausgangssignals der Lambdasonde 25 berechnet. Als Nächstes schreitet die Routine zum Schritt 316 fort, bei dem die Kraftstoffeinspritzzeit TAU durch die folgende Gleichung berechnet wird:
TAU = TP x K x FAF
Die Rückführregelung wird so ausgeführt, daß das Luft- Kraftstoffverhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches dabei das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis wird.
Wenn andererseits beim Schritt 302 beurteilt wird, daß ΣSP > X&sub0; gilt, schreitet die Routine zum Schritt 303 fort, bei dem eine Verschlechterungsbeurteilungsmarke gesetzt wird, dann schreitet die Routine zu den Schritten 304 bis 307 fort. Beim Schritt 307 wird beurteilt, ob eine fixe Zeitspanne seit dem Setzen der Verschlechterungsbeurteilungsmarke verstrichen ist. Wenn die fixe Zeitspanne nicht verstrichen ist, schreitet die Routine zum Schritt 305 fort, bei dem der Korrekturkoeffizient K zu KKL (< 1,0) gemacht wird, schreitet dann zum Schritt 309 fort, bei dem der Rückführkorrekturkoeffizient FAF auf 1,0 festgesetzt wird. Als Nächstes schreitet die Routine zum Schritt 316 fort. Demgemäß wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft- Kraftstoffgemisches so lange mager gehalten bis eine fixe Zeitspanne seit dem Setzen der Verschlechterungsbeurteilungsmarke verstrichen ist.
Wenn beim Schritt 307 beurteilt wird, daß eine fixe Zeitspanne verstrichen ist, schreitet die Routine zum Schritt 310 fort, bei dem der Korrekturkoeffizient K zu KKR (> 1,0) gemacht wird, schreitet dann zum Schritt 311 fort, bei dem der Rückführkorrekturkoeffizient FAF auf 1,0 festgesetzt wird. Als Nächstes wird beim Schritt 312 der minimale Spitzenspannungswert Vmin der Ausgangsspannung der Lambdasonde 22 berechnet. Dann wird beim Schritt 313 beurteilt, ob die vorgegebene fixe Zeitspanne to verstrichen ist oder nicht. Wenn die fixe Zeitspanne nicht verstrichen ist, schreitet die Routine zum Schritt 316 fort. Demgemäß wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft- Kraftstoffgemisches während der fixen Zeitspanne t&sub0; angefettet und der Grad der Verschlechterung des Drei-Wege- Katalysators 18 wird während dieser Zeitspanne aus der minimalen Spitzenspannung Vmin beurteilt.
Wenn die fixe Zeitspanne to verstreicht, schreitet die Routine vom Schritt 313 zum Schritt 314 fort, bei dem die Verschlechterungsbeurteilungsmarke gesetzt wird, schreitet dann zum Schritt 315 fort, bei dem ΣSP zu Null gemacht wird.
Bei dem in Fig. 20 und Fig. 21 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Grad der Verschlechterung des Drei-Wege-Katalysators 18 durch Anfetten des Luft-Kraftstoffverhältnisses des Luft- Kraftstoffgemisches für eine fixe Zeitspanne t&sub0; erfaßt, es ist aber auch möglich, den Grad der Verschlechterung des Drei-Wege-Katalysators 18 durch Ändern des Luft Kraftstoffverhältnisses des Luft-Kraftstoffgemisches von fett nach mager für die fixe Zeitspanne t&sub0; zu erfassen, wie in Fig. 22 gezeigt ist. Dabei ist der maximale Spitzenwert des Stroms Im der Lambdasonde 22 um so höher, je größer der Grad der Verschlechterung des Drei-Wege-Katalysators 18 ist, wie in Fig. 22 gezeigt ist.
Erfindungsgemäß ist es möglich, den Grad der Verschlechterung eines Abgasreinigungselements genau zu erfassen.

Claims

1. Abgasreinigungsvorrichtung eines Motors mit einem Auspuffkanal mit:

einem Abgasreinigungselement (18), das in dem Auspuffkanal angeordnet ist, um in dem Abgas enthaltene schädliche Bestandteile zu entfernen, wobei das Abgasreinigungselement (18) die Eigenschaft hat, daß, wenn ein Luft- Kraftstoffverhältnis des in das Abgasreinigungselement (18) einströmenden Abgases von mager nach fett geändert wird, ein Luft-Kraftstoffverhältnis des aus dem Abgasreinigungselement (18) ausströmenden Abgases zeitweilig im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten wird und dann nach fett geändert wird, und dabei die Zeitspanne kürzer wird, während der das Luft-Kraftstoffverhältnis des aus dem Abgasreinigungselement (18) ausströmenden Abgases im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis gehalten wird, wenn sich das Abgasreinigungselement (18) verschlechtert;

einem Sauerstoffkonzentrationssensor (22), der in dem Auspuffkanal stromabwärts von dem Abgasreinigungselement (18) angeordnet ist und ein Ausgangssignal mit einer Höhe erzeugt, die proportional zu der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas ist; gekennzeichnet durch

eine Luft-Kraftstoffverhältnis-Umschalteinrichtung (11, 39) zum zeitweiligen Ändern des Luft-Kraftstoffverhältnisses des Abgases, das in das Abgasreinigungselement (18) hineinströmt, von mager nach fett für eine vorgegebene fixe Zeitspanne,

eine Spitzenwerterfassungseinrichtung (36, 38) zum Finden eines Spitzenwerts der Höhe des Ausgangssignals des Sauerstoffkonzentrationssensors (22) innerhalb der vorgegebenen fixen Zeitspanne, während der das Luft- Kraftstoffverhältnis des in das Abgasreinigungselement (18) einströmenden Abgases durch die Luft-Kraftstoffverhältnis- Umschalteinrichtung (11, 39) zeitweilig bei einem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten wird; und

eine Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen eines Grads der Verschlechterung des Abgasreinigungselements (18) auf der Grundlage des Spitzenwerts der Höhe des Ausgangssignals.

2. Abgasreinigungsvorrichtung eines Motors mit einem Auspuffkanal mit:

einem Abgasreinigungselement (18), das in dem Auspuffkanal angeordnet ist, um in dem Abgas enthaltene schädliche Bestandteile zu entfernen, wobei das Abgasreinigungselement (18) die Eigenschaft hat, daß, wenn ein Luft- Kraftstoffverhältnis des in das Abgasreinigungselement (18) einströmenden Abgases von fett nach mager geändert wird, ein Luft-Kraftstoffverhältnis des aus dem Abgasreinigungselement (18) ausströmenden Abgases zeitweilig im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten wird und dann nach mager geändert wird, und dabei die Zeitspanne kürzer wird, während der das Luft-Kraftstoffverhältnis des aus dem Abgasreinigungselement (18) ausströmenden Abgases im wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis gehalten wird, wenn sich das Abgasreinigungselement (18) verschlechtert;

einem Sauerstoffkonzentrationssensor (22), der in dem Auspuffkanal stromabwärts von dem Abgasreinigungselement (18) angeordnet ist und ein Ausgangssignal mit einer Höhe erzeugt, die proportional zu der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas ist;

gekennzeichnet durch

eine Luft-Kraftstoffverhältnis-Umschalteinrichtung (11, 39) zum zeitweiligen Ändern des Luft-Kraftstoffverhältnisses des Abgases, das in das Abgasreinigungselement (18) hineinströmt, von fett nach mager für eine vorgegebene fixe Zeitspanne,

eine Spitzenwerterfassungseinrichtung (36, 38) zum Finden eines Spitzenwerts der Höhe des Ausgangssignals des Sauerstoffkonzentrationssensors (22) innerhalb der vorgegebenen fixen Zeitspanne, während der das Luft- Kraftstoffverhältnis des in das Abgasreinigungselement (18) einströmenden Abgases durch die Luft-Kraftstoffverhältnis Umschalteinrichtung (11, 39) zeitweilig bei einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten wird; und

3. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich der Spitzenwert des Ausgangssignals des Sauerstoffkonzentrationssensors (22) in Übereinstimmung mit dem Grad der Verschlechterung des Sauerstoffkonzentrationssensors (22) ändert.

4. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Luft-Kraftstoffverhältnis-Umschalteinrichtung (11, 39) das Luft-Kraftstoffverhältnis des in das Abgasreinigungselement (18) einströmenden Abgases durch Regeln des Luft-Kraftstoffverhältnisses des dem Motor zugeführten Luft-Kraftstoffgemisches regelt.

5. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Abgasreinigungselement (18) eine NOx-Absorbiereinrichtung aufweist, die NOx absorbiert, wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und das absorbierte NOx freigibt, wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases fett wird.

6. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die NOx- Absorbiereinrichtung Platin und zumindest ein ausgewähltes Element aus der Gruppe umfaßt, die Alkalimetalle, wie beispielsweise Kalium, Natrium, Lithium und Cäsium, Alkalierden, wie beispielsweise Barium und Kalzium und seltene Erden, wie beispielsweise Lanthan und Yttrium aufweist.

7. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Luft-Kraftstoffverhältnis-Umschalteinrichtung (11, 39) zusätzlich zu einer ersten Luft-Kraftstoffverhältnis- Umschaltaktion zum zeitweiligen Ändern des Luft- Kraftstoffverhältnisses des in das Abgasreinigungselement (18) einströmenden Abgases von mager nach fett für die vorgegebene fixe Zeitspanne, um den Grad der Verschlechterung der NOx-Absorbiereinrichtung zu beurteilen, eine zweite Luft Kraftstoffverhältnis-Umschaltaktion ausführt, um das Luft- Kraftstoffverhältnis des in das Abgasreinigungselement (18) einströmenden Abgases mit einer höheren Häufigkeit als die erste Luft-Kraftstoffverhältnis-Umschaltaktion zeitweilig von mager nach fett zu ändern, um die Freigabe des NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung zu veranlassen.

8. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die fette Zeitspanne, wenn die zweite Luft-Kraftstoffverhältnis- Umschaltaktion ausgeführt wird, um so kürzer gemacht wird, je höher der Grad der Verschlechterung der NOx- Absorbiereinrichtung ist.

9. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei eine Schätzvorrichtung für absorbiertes NOx zum Schätzen der Menge des in der NOx-Absorbiereinrichtung absorbierten NOx vorgesehen ist, wobei die zweite Luft-Kraftstoffverhältnis- Umschaltaktion dann ausgeführt wird, wenn die Menge des absorbierten NOx, die durch die Schätzvorrichtung für absorbiertes NOx geschätzt wird, einen vorgegebenen maximal zulässigen Wert überschreitet.

10. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der maximal zulässige Wert um so kleiner gemacht wird, je höher der Grad der Verschlechterung der NOx-Absorbiereinrichtung ist.

11. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Luft-Kraftstoffverhältnis-Umschalteinrichtung (11, 39) eine dritte Luft-Kraftstoffverhältnis-Umschaltaktion ausführt, um das Luft-Kraftstoffverhältnis des in das Abgasreinigungselement (18) einströmenden Abgases zeitweilig von mager nach fett zu ändern, um eine Freigabe von SOx von der NOx-Absorbiereinrichtung zu veranlassen, wobei der Grad der Anfettung beim Ausführen der dritten Luft- Kraftstoffverhältnis-Umschaltaktion niedriger als der Grad der Anfettung beim Ausführen der zweiten Luft- Kraftstoffverhältnis-Umschaltaktion ist, und die fette Zeitspanne beim Ausführen der dritten Luft- Kraftstoffverhältnis-Umschaltaktion länger als die fette Zeitspanne beim Ausführen der zweiten Luft- Kraftstoffverhältnis-Umschaltaktion ist.

12. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die dritte Luft-Kraftstoffverhältnis-Umschaltaktion dann ausgeführt wird, wenn der Grad der Verschlechterung der NOx- Absorbiereinrichtung niedriger als ein vorgegebener Grad wird.

13. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Abgasreinigungselement (18) einen Drei-Wege-Katalysator aufweist.

14. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei eine Regelvorrichtung (30) vorgesehen ist, um das Luft- Kraftstoffverhältnis des in den Drei-Wege-Katalysator einströmenden Abgases im wesentlichen auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis zu regeln, und wobei die Luft-Kraftstoffverhältnis-Umschalteinrichtung (11, 39) das Luft-Kraftstoffverhältnis des in das Abgasreinigungselement (18) einströmenden Abgases einmal von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis zu mager und dann zu fett ändert, wenn die Verschlechterung des Drei-Wege-Katalysators beurteilt wird.