DE19527490B4

DE19527490B4 - Abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19527490B4
Application number: DE19527490A
Authority: DE
Inventors: Masakazu Okazaki-shi Tanaka; Hiroshi Ichinomiya-shi Mori; Mamoru Kariya-shi Mabuchi; Hiroyuki Kariya-shi Usami; Kinji Okazaki-shi Hodaira
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-07-27
Filing date: 1995-07-27
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2015-07-28
Also published as: DE19527490A1; US5765369A

Abstract

Abgasreinigungsvorrichtung zum Reinigen giftiger Substanzen im Abgas, die von einem Motor abgegeben werden, die aufweist:
einen Abgaskanal (31), der sich stromabwärts vom Motor (51) befindet, um Abgas vom Motor abzugeben,
eine Katalysatorvorrichtung (11), die sich an der stromaufwärts liegenden Seite des Abgaskanals (31) im Abgaskanal (31) befindet, zum Reinigen der giftigen Substanzen,
einen Hauptkanal (32), der sich stromabwärts vom Abgaskanal (31) befindet,
einen Adsorptionskanal (33), der sich stromabwärts vom Abgaskanal (31) und parallel zum Hauptkanal (32) befindet,
einen Auslaßkanal (30), der sich stromabwärts vom Hauptkanal (32) und vom Adsorptionskanal (33) befindet,
eine Adsorptionsvorrichtung (22), die sich im Adsorptionskanal (33) befindet, zum Adsorbieren der giftigen Substanzen im Abgas,
einen Rückführkanal (35), der vom Adsorptionskanal (33) abzweigt und mit der stromaufwärts liegenden Seite der Katalysatorvorrichtung (11) verbunden ist,
eine Schalteinheit (13) zum auswählenden Schalten des Hauptkanals (32) oder des Adsorptionskanals (33), wobei die Schalteinheit...

Description

Diese Anmeldung basiert auf der prioritätsbegründenden japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 6-196124 , die am 27. Juli 1994 angemeldet wurde, und der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 7-50629 , die am 14. Februar 1995 angemeldet wurde, deren Offenbarungsgehalt hiermit in vollem Umfang in den Offenbarungsgehalt vorliegender Anmeldungen übernommen wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung.
Verfahren zum Reinigen von Abgas von Kraftfahrzeugen beinhalten Abgasreinigungsverfahren unter Verwendung einer Katalysatorvorrichtung, die ein seltenes Metall (Platin oder Rhodium) als Katalysator enthält.
Die Reinigung von KW mit einem solchen Verfahren erfordert im wesentlichen eine Katalysator-Aktivierungstemperatur von 350°C oder mehr. Unmittelbar nach dem Start des Motors wird jedoch nur eine geringe Menge an KW gereinigt, da der Katalysator seine Aktivierungstemperatur nicht erreicht hat.
Um das vorstehende Problem zu lösen, wurden Abgasreinigungsvorrichtungen vorgeschlagen, bei denen sich eine Katalysatorvorrichtung im Abgassystem für einen Motor befindet und bei denen sich ein KW-Abscheider, der ein Adsorptionsmittel zum Adsorbieren von KW enthält, der im kalten Zustand des Motors abgegeben wird (auf den sich im folgenden als "kalter KW" bezogen wird), an der stromaufwärts liegenden oder stromabwärts liegenden Seite der Katalysatorvorrichtung befindet ( japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 4-17710 , japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 4-311618 , japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 5-149130 , japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 5-256124 , japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 6-101452 ).
Bei den Abgasreinigungsvorrichtungen nach der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 4-17710 und der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 4-311618 ist ein KW-Abscheider, der ein Adsorptionsmittel enthält, an der stromabwärts liegenden Seite der Katalysatorvorrichtung parallel zu einem Hauptkanal vorgesehen und ein Kanalschaltventil sowohl in einem Adsorptionskanal, der den KW-Abscheider aufweist, als auch dem Hauptkanal angebracht.
Das Kanalschaltventil wird unmittelbar nach dem Start des Motors für einen vorgegebenen Zeitraum betätigt, um Abgas zum Adsorptionskanal zu führen, während gleichzeitig kalter KW durch den KW-Abscheider adsorbiert wird.
Bei hohen Temperaturen wird, wenn kalter KW vom Adsorptionsmittel freigesetzt wird, das Kanalschaltventil betätigt, um Abgas zum Hauptkanal zu führen, während gleichzeitig ein negativer Druck von einem Zuleitungsrohr für den Motor auf eine KW-Desorptionsrohrleitung wirkt, die die stromabwärts liegende Seite des KW-Abscheiders mit dem Zuleitungsrohr verbindet, wodurch verursacht wird, daß desorbierter KW in das Zuleitungsrohr gesaugt wird und im Motorerneut verbrannt wird.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 4-311618 beschreibt ein Verfahren zum zwangsweisen Rückführen von desorbiertem KW zur stromaufwärts liegenden Seite eines Katalysators unter Verwendung einer Saugpumpe.
Bei den Abgasreinigungsvorrichtungen nach der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 5-149130 und der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 5-256124 befinden sich an der stromaufwärts liegenden Seite einer Katalysatorvorrichtung eine Adsoptionsvorrichtung, bei der ein Zeo lith-Adsorptionsmittel verwendet wird, und werden sowohl die Adsorptionsvorrichtung als auch die Katalysatorvorrichtung verwendet, um zu bewirken, daß das Adsorptionsmittel kalten KW adsorbiert, wenn die Temperatur des Abgases gering ist, während die Katalysatorvorrichtung sowohl die Reinigung von KW, der aus dem Adsorptionsmittel desorbiert ist, als auch von KW, der vom Motor ausgestoßen wird, bewirkt, wenn die Temperatur des Abgases hoch ist.
Bei den Abgasreinigungsvorrichtungen entsprechend der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 6-101452 befinden sich ein Bypasskanal mit einer Adsorptionsvorrichtung und ein Hauptkanal ohne Adsorptionsvorrichtung stromabwärts von einem Katalysator. Abgastemperatursensoren befinden sich am Einlaß und am Auslaß der Adsorptionsvorrichtung. Im Fall einer geringen Temperatur des Abgases wird, wenn eine schädliche Komponente durch das Adsorptionsmittel adsorbiert wird, der Adsorptionswärmewert erfaßt, wodurch, wenn der Adsorptionswärmewert einen Sollwert nicht erreicht, das Versagen der Adsorptionsvorrichtung bestimmt wird.
Bei den herkömmlichen Abgasreinigungsvorrichtungen tritt jedoch das folgende Problem auf:
Bei ihnen ist keine Einheit vorhanden, die erfaßt, wenn sich ein Adsorptionsmittel verschlechtert oder wenn das Schalten der Kanäle nicht in angemessener Weise ausgeführt wird.
Die Abgasreinigungsvorrichtung wird somit betrieben, selbst wenn ein Fehler in dieser aufgetreten ist, woraus sich die Abgabe von giftigen Gasen ergibt. Da die Abgasreinigungsvorrichtung in der japanischen Patentoffenlegungsschrift 6-101452 eine Vorrichtung zur Fehlerdiagnose aufweist, kann das vorstehende Problem verhindert werden. Bei der Abgasreinigungsvorrichtung kann die Verschlechterung und ein Fehler des Adsorptionsmittels selbst diagnostiziert werden, es können jedoch keine Fehler der Ventile im Ruckführkanal, der die adsorbierte giftige Komponente zur stromaufwärts liegenden Seite des Katalysators zurückführt, und des beweglichen Vorrichtungsabschnitts in der Vorrichtung diagnostiziert werden.
Dokument EP 0588315 A1 bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung, bei der stromabwärts von einer Katalysatoreinheit ein Absorptionsmittel vorgesehen ist, das bei kaltem Motor Kohlenwasserstoffe aufnimm und bei erwärmtem Motor diese zur stromaufwärtsliegenden Seite der Katalysatoreinheit zurückführt.
Das Dokument JP 06101452 A offenbart eine Adsorptionsmittel-Selbstdiagnosevorrichtung zum schnellen Erfassen einer Zustandsverschlechtertung mittels eines Sollwert-/Istwert-Vergleichs.
In dem Dokument EP 0460452 B1 wird eine Möglichkeit zum Verringern der während des Motorstarts erzeugten Schadestoffmenge vorgestellt, wobei stromabwärts von einem ersten Katalysator ein zweiter Katalysator mit einem Adsorptions-/Desoprtionsmittel vorgesehen ist.
In der DE 102 05 968 A1 wird ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Wasser-Adsorbers im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine vorgestellt. Dabei wird der zeitliche Verlauf des Anstiegs der Temperatur hinter dem Wasser-Adsorber zur Beurteilung herangezogen.
Die vorstehenden Dokumente bieten keine zufriedenstellende Lösung für die genannte Aufgabe.
Diese Aufgabe wird durch eine Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
In Anbetracht dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Abgasreinigungsvorrichtung vor, die die Funktion der Selbstdiagnose von Fehlern in der Vorrichtung sowie gute Abgasreinigungseigenschaften hat.
Entsprechend dem Hintergrund der Erfindung
weist eine Abgasreinigungsvorrichtung zum Reinigen eines Abgases, das von einem Motor abgegeben wird, auf:
einen Katalysator (21), der sich stromabwärts vom Motors befindet, zur Reinigung giftiger Komponenten im Abgas, einen Adsorptionskanal (33), der sich stromabwärts vom Katalysator (21) befindet, einen Hauptkanal (32), der sich stromabwärts vom Katalysator (21) und parallel zum Adsorptionskanal (33) befindet, einen Auslaßkanal (34), der sich stromabwärts vom Adsorptionskanal (33) und vom Hauptkanal (32) befindet,
eine Adsorptionsvorrichtung (22), die sich im Adsorptionskanal (33) befindet, zum Adsorbieren giftiger Komponenten im Abgas, das im Adsorptionskanal (33) strömt, eine Schalteinheit (23), die Abgas auswählend schaltet, so daß dieses im Adsorptionskanal (33) oder im Hauptkanal (32) strömt, einen Rückführkanal (35), der vom Adsorptionskanal (33) abzweigt und den Adsorptionskanal (33) mit der stromaufwärts liegenden Seite des Katalysators (21) verbindet, um die giftigen Komponenten, die von der Adsorptionsvorrichtung desorbiert wurden, zur stromaufwärts liegenden Seite des Katalysators (21) zurückzuführen, eine Modussteuereinheit (41), die die Schalteinheit (23) steuert, um einen Adsorptionsmodus, in dem der Adsorptionskanal (33) geöffnet ist und die Adsorptionsvorrichtung (22) die gifti gen Komponenten adsorbiert, und einen Freigabemodus zu erzeugen, in dem der Hauptkanal (32) geöffnet ist und die Adsorptionsvorrichtung (22) die giftigen Komponenten desorbiert, um die desorbierten giftigen Komponenten in den Rückführkanal (35) zu führen, eine Meßeinheit (15), um einen physikalischen Wert im Abgas an der Adsorptionsvorrichtung (22) oder stromabwärts von der Adsorptionsvorrichtung (22) zu messen, eine Bestimmungseinheit (40), die den physikalischen Wert mit einem vorgegebenen physikalischen Wert vergleicht und einen abnormen Status der Adsorptionsvorrichtung (22) und der Schalteinheit (23) bestimmt.
Entsprechend dem Hintergrund der Erfindung
weist die Abgasreinigungsvorrichtung die Meßeinheit (15) auf, die im Adsorptionsmodus die Abgastemperatur im Abgas mißt oder im Adsorptionsmodus die Konzentration der giftigen Komponenten im Abgas mißt.
Entsprechend dem Hintergrund der Erfindung weist die Abgasreinigungsvorrichtung die Meßeinheit (15) auf, die im Freigabemodus die Konzentration der giftigen Komponenten im Abgas mißt.
Entsprechend dem Hintergrund der Erfindung mißt die Meßeinheit (15), die sich im Rückführkanal (35) befindet, im Adsorptionsmodus die Konzentration der giftigen Komponenten im Rückführkanal (35).
Entsprechend dem Hintergrund der Erfindung mißt die Meßeinheit (15) im Adsorptionsmodus den Abgasstrom im Abgas.
Es werden der Betrieb und die Wirkungen beschrieben.
Wenn die Temperatur des Abgases gering ist, befinden sich die Kanäle im Adsorptionsmodus; das gesamte Abgas strömt vom Adsorptionskanal in den Auslaßkanal. Somit wer den diese giftigen Komponenten, wie z. B. KW (Kohlenwasserstoff), die durch die niedrige Temperatur des Abgases bedingt durch die Katalysatorvorrichtung nicht gereinigt sind, durch eine Adsorptionsvorrichtung (einen Adsorptionsprozeß für giftiges Gas) adsorbiert. Folglich wird das giftige Auslaßgas nicht nach außen abgegeben.
Wenn das Abgas jedoch heiß wird, werden die Kanäle in den Freigabemodus gebracht; das Abgas bildet zwei Ströme, von denen der eine über den zweiten Hauptkanal durch den Auslaßkanal nach außen abgegeben wird (ein Desorptionsprozeß für giftiges Gas). Da das Abgas sehr heiß ist, wird das giftige Auslaßgas durch die Katalysatorvorrichtung gereinigt.
Der andere Strom an Abgas strömt vom Adsorptionskanal in den Rückführkanal. Dieser Strom von heißem Abgas verursacht, daß Auslaßgas, das durch die Adsorptionsvorrichtung adsorbiert wurde, desorbiert wird und über den Rückführkanal zur stromaufwärts liegenden Seite der Katalysatorvorrichtung geführt wird. Das Auslaßgas wird dann durch die Katalysatorvorrichtung gereinigt.
Gemäß Vorbeschreibung wird verhindert, daß das Auslaßgas vom Motor nach außen abgegeben wird, indem in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgases die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebszustand geschaltet wird. Das dient dazu, eine Abgasreinigungsvorrichtung mit guten Abgasreinigungseigenschaften vorzusehen.
In einer bevorzugten Ausführung mißt die Fehlerdiagnosevorrichtung die Temperatur der Adsorptionsvorrichtung, um die Geschwindigkeit V_t des Anstiegs dieser Temperatur zu berechnen. Die Geschwindigkeit V_t kann einfach berechnet werden, indem z. B. ein gemessener Wert der Temperatur differenziert wird.
Es ist bekannt, daß sich im ersten Betriebszustand mit einem Anwachsen des Leckstroms Q_a (4), der nicht durch den Adsorptionskanal geht, die Geschwindigkeit V_t des Anstiegs allmählich verringert, wie es in 5 gezeigt ist.
Mit der Bestimmung von V_t wird es somit möglich, die Größe des Leckstroms Q_a zu bestimmen.
Das heißt, daß, wenn V_t gleich einem vorgegebenen Wert V_to oder kleiner ist, bestimmt werden kann, daß der Leckstrom Q_a von der Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit zumindest gleich einem eingestellten Wert Q_a0 oder größer ist, wie es in 5 gezeigt ist.
Ein großer Leckstrom Q_a zeigt an, daß eine große Menge an Auslaßgas vorhanden ist, die ausgelassen wird, ohne daß eine Adsorption durch die Adsorptionsvorrichtung stattfindet, wie es durch die gestrichelten Linien in 4 gezeigt ist. Wenn der Leckstrom Q_a den vorgegebenen Wert Q_a0 übersteigt, kann bestimmt werden, daß die Abgasreinigungsvorrichtung versagt.
Im zweiten Betriebszustand ändert sich die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_td in bezug auf einen Leckstrom Q_d (4) vom Adsorptionskanal zum Auslaßkanal, wie es in 6 gezeigt ist.
Somit kann, wenn die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_td gleich einer oberen Grenze V_tl oder größer ist, bestimmt werden, daß der Leckstrom Q_d die obere Grenze des Leckstroms Q_d0 überschritten hat. Das wiederum gestattet die Bestimmung, daß beim Desorptionsprozeß von giftigem Gas ein Fehler in der Vorrichtung aufgetreten ist.
Der Grund dafür liegt darin, daß eine große Menge an Leckstrom Q_d anzeigt, daß Auslaßgas, das von der Adsorptionsvorrichtung desorbiert wird, über den Auslaßkanal nach außen abgegeben wird.
In einem Rücklaufkanal vom Adsorptionskanal durch den Rückführkanal zur stromaufwärts liegenden Seite der Katalysatorvorrichtung kann während des Desorptionsprozesses von giftigem Gas ein Fehler, wie z. B. eine Blockierung, auftreten, woraus sich eine Verringerung eines Rückführstroms Q_r ergibt (4).
Mit abnehmenden Rücklaufstrom Q_r verringert sich die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_td, wie es in 7 gezeigt ist.
Somit kann, wenn die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_td gleich einer unteren Grenze V_t2 oder kleiner ist, bestimmt werden, daß der Rücklaufstrom Q_r zu gering ist (Q_r Q_r0), d. h., daß die Vorrichtung versagt.
Der Grund dafür liegt darin, daß das Auslaßgas, das von der Adsorptionsvorrichtung desorbiert wurde, durch die Katalysatorvorrichtung nicht gereinigt werden kann und zusammen mit dem Abgas nach außen leckt, wenn der Rücklaufstrom Q_r unzureichend ist.
Gemäß Vorbeschreibung kann die Fehlerdiagnosevorrichtung entsprechend dieser Ausführung durch das Überwachen der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_t, V_td, wie es vorstehend beschrieben ist, die Selbstdiagnose von Fehlern in der Vorrichtung vornehmen, wie z. B. die Leckage aus dem Abgaskanal oder seine Blockierung, um die guten Abgas-Reinigungseigenschaften konstant aufrechtzuerhalten.
Diese Ausführung kann somit eine Abgasreinigungsvorrichtung vorsehen, die eine Selbstdiagnosefunktion sowie gute Abgasreinigungseigenschaften hat.
Andere bevorzugte Ausführungsformen der Fehlerdiagnoseeinheiten werden nachstehend beschrieben.
1 ist ein Blockschaltbild eines Systems einer Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1,
2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Adsorptionsvorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel 1,
3 ist ein Flußbild, das die Steuerung und die Fehlerdiagnose in der Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1 zeigt,
4 zeigt den Strom von Abgas um die Adsorptionsvorrichtung in der Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1 herum,
5 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit und dem Leckstrom Q_a bei einem Adsorptionsprozeß in der Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1 beschreibt,
6 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit und dem Leckstrom Q_d während eines Desorptionsprozesses entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1 beschreibt,
7 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit und dem Rückführstrom Q_r während des Desorptionsprozesses entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1 beschreibt,
8 ist ein Blockschaltbild eines Systems einer Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 2,
9 ist ein Flußbild, das die Steuerung und die Fehlerdiagnose in der Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 2 zeigt,
10 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Durchtrittsstrom und dem Leckstrom Q_a in einer Adsorptionsvorrichtung während eines Adsorptionsprozesses entsprechend dem Ausführungsbeispiel 2 beschreibt,
11 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Durchtrittsstrom und dem Leckstrom Q_d in der Adsorptionsvorrichtung während eines Desorptionsprozesses entsprechend dem Ausführungsbeispiel 2 beschreibt,
12 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Durchtrittsstrom und dem Rückführstrom Q_r in der Adsorptionsvorrichtung während des Desorptionsprozesses entsprechend dem Ausführungsbeispiel 2 beschreibt,
13 ist ein Blockschaltbild eines Systems einer Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 3,
14 ist ein Flußbild, das die Steuerung und die Fehlerdiagnose in der Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 3 zeigt,
15 ist ein Übergangsdiagramm, das die KW-Konzentration im Adsorptionsprozeß entsprechend dem Ausführungsbeispiel 3 zeigt,
16 ist ein Übergangsdiagramm, das die KW-Konzentration in einem Desorptionsprozeß entsprechend dem Ausführungsbeispiel 3 zeigt,
17 ist ein Blockschaltbild eines Systems einer Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 4,
18 ist ein Flußbild, das die Steuerung und die Fehlerdiagnose in der Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 4 zeigt,
19 ist ein Übergangsdiagramm, das die KW-Konzentration in einem Desorptionsprozeß entsprechend dem Ausführungsbeispiel 4 zeigt,
20 ist ein Übergangsdiagramm für den summierten Wert der Menge an zurücklaufendem KW im Desorptionsprozeß entsprechend dem Ausführungsbeispiel 4,
21 ist ein Blockschaltbild eines Systems einer Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 5,
22 ist ein Flußbild, das die Steuerung und die Fehlerdiagnose in der Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 5 zeigt,
23 ist ein Übergangsdiagramm, das die Beziehung zwischen der Abgastemperatur T_ri stromabwärts von der Adsorptionsvorrichtung und der Abgastemperatur T_re im Rückführkanal im Normalzustand zeigt,
24 ist ein Übergangsdiagramm, das die Beziehung zwischen der Abgastemperatur T_ri stromabwärts von der Adsorptionsvorrichtung und der Abgastemperatur T_re im Rückführkanal im Fehlerzustand (Zuleitungsventilfehler) zeigt,
25 ist eine graphische Darstellung, die den Korrelationskoeffizient zwischen T_ri und T_re in drei unterschiedlichen Modi zeigt,
26 ist ein Blockschaltbild eines Systems einer Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 6,
27 ist eine Kennlinie für einen Sauerstoffkonzentrationssensor entsprechend dem Ausführungsbeispiel 6,
28 ist ein Flußbild, das den Arbeitsablauf der Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 6 zeigt,
29 ist eine Kennlinie, die die Änderung der Ausgänge (V_ex, V_in) von den zwei Sauerstoffkonzentrationssensoren vor der Beendigung der Desorption von der Adsorptionsvorrichtung der Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 6 zeigt,
30 ist eine Kennlinie, die die Änderung der Ausgänge (V_ex, V_in) von den zwei Sauerstoffkonzentrationssensoren nach der Beendigung der Desorption von der Adsorptionsvorrichtung der Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 6 zeigt,
31 ist eine Kennlinie, die die Änderung der Ausgänge von den zwei Sauerstoffkonzentrationssensoren während des normalen Betriebes der Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 6 zeigt,
32 ist eine Kennlinie, die die Änderung der Ausgänge von den zwei Sauerstoffkonzentrationssensoren während des abnormen Betriebs der Adsorptionsvorrichtung der Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 6 zeigt,
33 ist eine Kennlinie eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors einer Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 7,
34 ist eine Kennlinie eines KW-Sensor einer Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 8,
35 ist ein Blockschaltbild eines Systems einer Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 9,
36 ist ein Flußbild, das den Arbeitsablauf des Ausführungsbeispiels von 9 zeigt, und
37 ist eine graphische Darstellung, die den Wert eines Korrelationskoeffizienten D in bezug auf die Ausgänge der Abgassensoren während des normalen und des abnormen Betriebs einer Rücklaufeinrichtung in Ausführungsbeispiel 9 zeigt.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 wird eine Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Dieses Ausführungsbeispiel ist eine Abgasreinigungsvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug, die in einem Abgaskanal für einen Motor 51 vorgesehen ist, wie es in 1 gezeigt ist.
Die Abgasreinigungsvorrichtung 1 hat einen ersten Hauptkanal 31, der eine Katalysatorvorrichtung 21, die sich an der stromaufwärts liegenden Seite des Abgaskanals befindet, zum Reinigen von Abgas aufweist, einen Adsorptionskanal 33, der eine Adsorptionsvorrichtung 22, die sich an der stromabwärts liegenden Seite des ersten Hauptkanals 31 befindet, zum Adsorbieren von giftigem Gas aufweist, einen zweiten Hauptkanal 32, der sich an der stromabwärts liegenden Seite des ersten Hauptkanals 31 befindet, um parallel zum Adsorptionskanal 33 einen Kanal auszubilden, einen Auslaßkanal 34, der angeordnet ist, um mit dem Adsorptionskanal 33 und dem zweiten Hauptkanal 32 an ihren stromabwärts liegenden Enden in Verbindung zu stehen, einen Rückführkanal 35, der einen Kanal bildet, der vom Adsorptionskanal 33 abzweigt und sich zur stromaufwärts liegenden Seite der Katalysatorvorrichtung 21 erstreckt, Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheiten 23, 24 zum Öffnen und Schließen der Kanäle 32, 33, 35, eine Steuereinrichtung 41, die die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheiten 23, 24 steuert, und eine Fehlerdiagnosevorrichtung 10, die Fehler in der Vorrichtung selbst diagnostiziert.
Der Rückführkanal 35 hat ein Einwegventil 25, um nur den Strom von Abgas vom Adsorptionskanal 33 zur stromaufwärts liegenden Seite der Katalysatorvorrichtung 21 zu gestatten.
Wenn die Temperatur des Abgases gering ist, positioniert die Steuereinrichtung 41 die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheiten 23, 24 in einen ersten Betriebszustand, wodurch der Rückführkanal 35 geschlossen ist, um Abgas, das durch den Adsorptionskanal 33 gegangen ist, zum Auslaßkanal 34 zu führen und den Strom von Abgas vom zweiten Hauptkanal 32 zum Auslaßkanal 34 zu blockieren.
Wenn die Temperatur des Abgases hoch ist, positioniert die Steuereinrichtung 41 die Kanal-Öffnungs-und-Schließ- Einheiten 23, 24 in einen zweiten Betriebszustand, wodurch Abgas vom zweiten Hauptkanal 32 zum Auslaßkanal 34 geleitet wird, der Rückführkanal 35 geöffnet wird, um Abgas, das durch den Adsorptionskanal 33 gegangen ist, zum Rückführkanal 35 zu führen, und der Strom von Abgas vom Adsorptionskanal 33 zum Auslaßkanal 34 blockiert wird.
Die Fehlerdiagnosevorrichtung 10 hat eine Bestimmungseinheit, die die Temperatur der Adsorptionsvorrichtung 22 mißt, um zu bestimmen, daß die Vorrichtung versagt, wenn im ersten Betriebszustand die Tempaturanstiegsgeschwindigkeit V_t gleich einem eingestellten Wert V_t0 oder kleiner ist, und wenn im zweiten Betriebszustand, die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_t gleich einer vorgegebenen oberen Grenze V_t1 oder größer oder gleich einer vorgegebenen unteren Grenze V_t2 oder kleiner ist.
Jede Komponente wird nachstehend weiter beschrieben.
Die Katalysatorvorrichtung 21 befindet sich, wie es in 1 gezeigt ist, unmittelbar hinter einer Abgassammelleitung 52 in einem Abgasrohr des Motors 51. Ein Abschnitt mit großen Durchmesser befindet sich an der stromabwärts liegenden Seite der Katalysatorvorrichtung 21, im Abgasrohr; sowohl der Adsorptionskanal 33, in dem die Adsorptionsvorrichtung 22 untergebracht ist, als auch der zweite Hauptkanal 32 sind im Abschnitt mit großem Durchmesser ausgebildet.
Die Adsorptionsvorrichtung 22 weist rostfreien Stahl oder Keramik, wie z. B. Cordierit, auf und hat die Form eines halben Zylinders, der in den Durchmesser des Abschnitts mit großem Durchmesser paßt. Die Adsorptionsvorrichtung 22 hat eine große Anzahl von parallelen Durchgangslöchern 221; ihre Adsorptionsmittelträgerschicht 222 trägt ein Zeolith-Adsorptionsmittel, wie es in 2 gezeigt ist.
Die Adsorptionsvorrichtung 22 kann in Abhängigkeit von der Form des Abschnitts mit großem Durchmesser elliptisch oder rechteckig sein.
Unmittelbar am hinteren Ende der Adsorptionsmittelträgerschicht 222 der Adsorptionsvorrichtung 22 befindet sich eine erste Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23, wie es in 1 gezeigt ist.
Der Abstand zwischen der Katalysatorvorrichtung 21 und der Adsorptionsvorrichtung 22 ist so eingestellt, daß das Zeitverhalten, mit dem die Katalysatorvorrichtung 21 ihre Aktivierungstemperatur erreicht, wenn diese durch Abgas erwärmt wird, dem Zeitverhalten angepaßt ist, mit dem das Adsorptionsmittel, das durch die Adsorptionsvorrichtung 22 getragen wird, bei Erwärmung seiner Adsorptionsfunktion verliert.
Die Adsorptionsvorrichtung 22 ist vom zweiten Hauptkanal 32 durch eine Trennwand 223 getrennt und wird durch die Trennwand 223 ebenfalls gehalten. In der Trennwand 223 ist eine Öffnung 224 ausgebildet, wie es in 2 gezeigt ist.
Außerdem befindet sich, wie es in 2 gezeigt ist eine Ausrichtplatte 225 an der stromaufwärts liegenden Seite der Adsorptionsvorrichtung 22 um die Strömungsverteilung des Abgases, das durch die Adsorptionsvorrichtung 22 strömt, gleichmäßig zu gestalten, damit die Adsorptionswirkung verbessert wird.
Die Trennwand 223 und die Ausrichtplatte 225 können einstückig ausgebildet sein, wie es in 2 gezeigt ist, oder voneinander getrennt sein.
Ein Temperatursensor 15, der die Fehlerdiagnosevorrichtung 10 bildet, befindet sich in der Adsorptionsvorrichtung 22, um die Temperatur der Adsorptionsvorrichtung 22 zu überwachen, wie es in 1 gezeigt ist. Der Temperatursensor 15 kann in der Adsorptionsvorrichtung 22 an einem beliebigen Ort angebracht sein; wichtig ist, er muß sich in der Vorrichtung befinden. Dieser kann sich ebenfalls hinter der Adsorptionsvorrichtung 22 und vor der Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 befinden.
Ein Rückführkanal 35 zweigt vom Adsorptionskanal 33 nahe seinem hinteren Ende ab und hat ein Membranventil 26, in dem ein Einwegventil 25, das den Strom vom Abgas im Rohr in eine Richtung begrenzt, und eine zweite Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 einstückig ausgebildet sind. Der Rückführkanal 35 steht mit der Abgassammelleitung 52 in Verbindung.
Die erste Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 hat eine Betätigungseinrichtung 231, die über eine Welle 232 mit ihrem Flügel 230 verbunden ist. Die Betätigungseinrichtung 231 ist über Zuleitungsrohre 361, 362 mit einem Ausgleichbehälter 53 an der stromaufwärts liegenden Seite des Motors 51 verbunden, um zum Betätigen der Betätigungseinrichtung 231 einen negativen Druck zuzuführen. Zwischen den Zuleitungsrohren 361 und 362 befindet sich ein Magnetventil 27.
Das Einwegventil 25 gestattet nur den Strom von Abgas, das vom Rückführkanal 35 zur stromaufwärts liegenden Seite der Katalysatorvorrichtung 21 strömt.
Die zweite Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 wird durch eine Membran betätigt, die mit negativem Druck arbeitet, und steht über Zuleitungsrohre 371, 372, um der Einheit 24 einen negativen Druck zuzuführen, mit einer Einlaßleitung 362, die das erste Magnetventil 27 mit dem Aus gleichbehälter 53 verbindet, in Verbindung. Zwischen den Zuleitungsrohren 371 und 372 ist ein zweites Magnetventil 28 angebracht.
Die Steuereinrichtung 41 weist einen Mikrorechner 40 und ein Steuerprogramm auf, das in 3 gezeigt ist, und nimmt Signale vom Motor 51 und vom Temperatursensor 15 auf, um das Öffnen und Schließen der Magnetventile 27, 28 entsprechend dem Betriebszuständen zu steuern, damit die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheiten 23, 24 gesteuert werden.
Die Fehlerdiagnosevorrichtung 10 weist den Mikrorechner 40 und ein Fehlerdiagnoseprogramm, das in 3 gezeigt ist, auf.
Als nächstes wird der Betrieb der Fehlerdiagnoseeinheit 10 unter Bezugnahme auf die 1 und das Flußdiagramm in 3 beschrieben.
In Schritt 601 wird in 3 vom Programmablauf bestätigt, daß der Motor gestartet wurde (der Zündschalter (IG) wurde eingeschaltet); dieser geht dann zu Schritt 602. In Schritt 602 wird ein Signal vom Temperatursensor 15 aufgenommen und der Wert einer Temperatur T, der im Signal enthalten ist, geprüft, um zu bestimmen, ob die Adsorptionsvorrichtung 22 zur Adsorption bereit ist.
Beim Kaltstart des Motors ist die Adsorptionsvorrichtung 22 kalt; wenn die Temperatur T (°C) gleich einer Adsorptionstemperatur (die Temperatur aktiviert das Adsorptionsmittel) T_a (°C) oder niedriger ist, geht der Programmablauf zu einem Adsorptionsprozeß, der mit Schritt 603 startet. In Schritt 603 wird das erste Magnetventil 27 geöffnet, um die Verbindung der Zuleitungsrohre 361, 362 miteinander zu gestatten. Das bewirkt, daß ein negativer Druck im Ausgleichbehälter 53 über die Zuleitungsrohre 362, 361 auf die Betätigungseinrichtung 231 wirkt, um die Welle 232 zu ziehen, wodurch die erste Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 in die Position gebracht wird, die durch die gestrichelte Linie in 1 gezeigt ist (die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 wird geschlossen).
Unmittelbar nach den Kaltstart des Motors 51 ist die Temperatur des Abgases gering; der Motor 51 gibt ein Abgas ab, das eine große Menge an kaltem KW enthält. Während die Abgastemperatur niedrig ist, erreicht die Katalysatorvorrichtung 21 nicht ihre Aktivierungstemperatur; somit strömt praktisch kalter KW durch den ersten Hauptkanal 31, ohne daß eine Reinigung durch die Katalysatorvorrichtung 21 stattfindet.
Dieser Abgasstrom geht von einer Schicht 229 ohne Adsorptionsmittel in der Adsorptionsvorrichtung 22, die kein Zeolith trägt (2), in eine Schicht 220 mit Adsorptionsmittel, die Zeolith trägt, wo der kalte KW durch das Adsorptionsmittel adsorbiert wird. Das Abgas, das von kaltem KW frei ist, wird dann über den Auslaßkanal 34 an die Atmosphäre abgegeben.
Gleichzeitig richtet die Ausrichtplatte 225 den Strom von Abgas aus, so daß das Abgas eine gleichmäßige Strömungsverteilung hat, wenn dieses durch die Adsorptionsvorrichtung 22 strömt.
Während der kalte KW adsorbiert wird, wie es vorstehend beschrieben ist, wird die Adsorptionsvorrichtung 22 durch das Abgas aufgeheizt. Wenn der Leckstrom Q_a von der Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 anwächst, wie es in 4 gezeigt ist, verringert sich an diesem Punkt die Menge an Abgas, die in die Adsorptionsvorrichtung 22 strömt, woraus sich eine geringe Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_t des Abgases ergibt.
Als Ergebnis ist die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_t in der Adsorptionsvorrichtung 22 kleiner, als wenn kein Leckstrom Q_a auftritt, wie es in 5 gezeigt ist.
Die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_t kann aus einem Signal vom Temperatursensor 15 berechnet werden. Der Leck-Strom Q_a erhöht sich, wenn die Betätigungseinrichtung 231, die Welle 232 oder der Flügel 230 beschädigt ist; wenn dieser seinen gestatteten Wert Q_a0 übersteigt, wird die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_t in der Adsorptionsvorrichtung 22 gleich ihrem gestatteten Wert V_t0 oder kleiner.
Die Menge an adsorbiertem kalten KW verringert sich somit, um das gesamte Reinigungsverhalten zu verschlechtern. Dieser Fehler kann bestimmt werden, indem erfaßt wird, wenn V_t kleiner als V_t0 wird, wie es in 5 gezeigt ist.
Das heißt, daß, wenn in Schritt 604 die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_t gleich V_t0 oder kleiner ist, bestimmt wird, daß die Abgasreinigungsvorrichtung 1 versagt. In Schritt 605 wird das erste Magnetventil 27 geschlossen, um einen zweiten Betriebszustand auszulösen (einen normalen und stabilen Betriebszustand). In Schritt 606 wird eine Fehlerinformation ausgegeben.
Mit dem vorstehenden Programmablauf wird die Bestimmung möglich, ob die Vorrichtung während eines Adsorptionsprozesses von giftigem Gas versagt.
Wenn der Motor 51 erwärmt ist und wenn die Temperatur T die Temperatur T_a zur Adsorption von KW für die Adsorptionsvorrichtung 22 in Schritt 602 übersteigt, geht der Programmablauf zu Schritt 610 um das erste Magnetventil 27 zu schließen.
Das blockiert die Zufuhr eines negativen Drucks zur Betätigungseinrichtung 231, die dann durch die elastische Kraft ihrer eingebauten Feder bedingt die Welle 232 drückt.
Die erste Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 wird dann in die durch die Vollinie gezeigte Position gebracht (in der die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 geöffnet ist). Der Kanal für das Abgas wird dann geschaltet; es beginnt der Strom des Abgases durch den zweiten Hauptkanal 32, der keine Adsorptionsvorrichtung 22 aufweist.
Zu diesem Zeitpunkt hat die Katalysatorvorrichtung 21 ihre Aktivierungstemperatur erreicht. Der KW im Abgas wird somit durch die Katalysatorvorrichtung 21 gereinigt; Abgas, in dem praktisch kein KW enthalten ist, wird vom zweiten Hauptkanal 32 über den Auslaßkanal 34 an die Atmosphäre abgegeben.
Von Schritt 611 bis 613 wird die Folge der Operation ausgeführt, bis daß die Temperatur T der Adsorptionsvorrichtung 22 eine Desorptionsendtemperatur T_d übersteigt.
Das heißt, daß der Prozeß unmittelbar nach dem Schließen des ersten Magnetventils 27 mit dem Lesen eines Wertes vom Temperatursensor 15 beginnt, um die Temperatur T der Adsorptionsvorrichtung 22 zu überwachen. In Schritt 611 geht, wenn die Temperatur T gleich T_d oder kleiner ist, der Programmablauf zu Schritt 612, um das zweite Magnetventil 28 zu öffnen.
Damit wird wiederum verursacht, daß die Zuleitungsrohre 371 und 372 miteinander in Verbindung stehen, um vom Ausgleichbehälter 53 einen negativen Druck zur zweiten Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 zu führen; dadurch wird die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 geöffnet.
An einer Seite der Adsorptionsvorrichtung 22 strömt das Abgas, das bereits sehr heiß geworden ist, durch den zweiten Hauptkanal 32. Das Abgas mit einer solchen Temperatur berührt die Schicht 220 mit Adsorptionsmittel der Adsorptionsvorrichtung 22 durch eine Öffnung 224 in der Trennwand 223, die in 2 gezeigt ist.
Diese Anordnung dient dazu, die Wärme des Abgases zur Schicht 220 mit Adsorptionsmittel in geeigneter Weise zu übertragen, um die Temperatur des Adsorptionsmittels zu erhöhen, wodurch die Desorption von KW erleichtert wird.
An diesem Punkt werden, da die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 geöffnet ist, Abgasimpulse, die in der Abgassammelleitung 52 erzeugt werden, über den Rückführkanal 35 zum Einwegventil 25 übertragen, das intermittierend geöffnet wird.
Das bewirkt, daß KW, der vom Adsorptionsmittel der Schicht 220 mit Adsorptionsmittel der Adsorptionsvorrichtung 22 desorbiert ist, durch den Rückführkanal 35 in die Abgassammelleitung 52 strömt. Der KW wird dann zusammen mit dem KW im Abgas vom Motor 51 durch die Katalysatorvorrichtung 21 gereinigt.
Wenn der Leckstrom Q_d (4) von der Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 gleich einem gestatteten Wert Q_d0 oder größer ist, wie in 6 gezeigt ist, ist die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_td der Adsorptionsvorrichtung 22 gleich einem gestatteten Wert V_t1 oder größer.
Das heißt, daß bei beschädigter Betätigungseinrichtung 231, beschädigter Welle 232 und beschädigtem Flügel 230 der Leckstrom Q_d seinen gestatteten Wert Q_d0 übersteigt; Abgas strömt in einer größeren Menge als gewöhnlich durch den Auslaßkanal 34.
Außerdem verringert sich die Menge von KW, die zur Katalysatorvorrichtung 21 zurückgeführt wird, um das gesamte Reinigungsverhalten zu verschlechtern. Das kann bestimmt werden, indem erfaßt wird, wenn V_td gleich V_t1 oder größer ist, wie es in 6 gezeigt ist. Das heißt, daß bestimmt werden kann, daß die Vorrichtung versagt, wenn das Resultat der Bestimmung in Schritt 613 negativ ist.
Selbst wenn die Betätigungseinrichtung 231, die Welle 232 und der Flügel 230 in der Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 korrekt betrieben werden, verringert sich außerdem der Strom Q_r an Abgas (4), der zur Katalysatorvorrichtung 21 zurückgeführt wird, wenn im Membranventil 26 ein Fehler auftritt.
Die Wärmeübertragung zur Adsorptionsvorrichtung 22 verschlechtert sich dann, woraus sich eine Verringerung von V_td ergibt.
Das heißt, daß, wenn der Rückführstrom Q_r gleich seinem gestattetem Wert Q_r0 oder kleiner wird, die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_td gleich ihren gestatteten Wert V_t2 oder kleiner wird, wie es in 7 gezeigt ist. Folglich kann ein Fehler im Membranventil 26 bestimmt werden, indem erfaßt wird, wenn V_td gleich V_t2 oder kleiner wird.
Das heißt, daß, wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 613 negativ ist, in Schritt 614 das zweite Magnetventil 28 geschlossen wird, um den regulären Zustand herzustellen; in Schritt 606 werden Informationen über den Fehler in der Vorrichtung ausgegeben.
Wenn die in Schritt 613 vorgegebenen Bedingungen konstant bleiben, nachdem die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 in ihre geöffnete Position (die durch die Vollinie gezeigt ist) geschaltet wurde, um den KW-Desorptions-und-Reinigungsprozeß auszulösen, erreicht die Temperatur in Schritt 611 bald einen Wert T_d, bei dem die Desorption und Reinigung von KW abgeschlossen ist (T > T_d). In Schritt 615 werden das zweite Magnetventil 28 und die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 geschlossen, um den regulären Betriebszustand herzustellen.
Gemäß Vorbeschreibung verhindert die Abgasreinigungsvorrichtung 1 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel, bevor der Katalysator seine Aktivierungstemperatur erreicht, daß kalter KW selbst bei kaltem Motor ausgestoßen wird. Sowohl beim Adsorbieren von kaltem KW durch das Adsorptionsmittel als auch beim Desorbieren und Reinigen des kalten KW kann diese Vorrichtung 1 der Fehlerdiagnosevorrichtung 10 gestatten, daß diese die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_t der Adsorptionsvorrichtung 22 überwacht, um die Selbstdiagnose von Fehlern in der Vorrichtung auszuführen.
Gemäß Vorbeschreibung kann dieses Ausführungsbeispiels eine Abgasreinigungsvorrichtung 1 vorsehen, die eine Selbstdiagnosefunktion und gute Abgasreinigungseigenschaften hat.
Das zweite Ausführungsbeispiel gleicht dem Ausführungsbeispiel 1 mit der Ausnahme, daß die Fehlerdiagnosevorrichtung 11 durch das zweite Ausführungsbeispiel ersetzt wurde, wie es in den 8 und 9 gezeigt ist.
Das heißt, daß wie es in 8 gezeigt ist, die Fehlerdiagnosevorrichtung 11 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel ein Differentialdruckmeßgerät 16 zum Messen der Differenz zwischen dem Druck vor der Adsorptionsvorrichtung 22 und dem Druck hinter der Vorrichtung 22 aufweist. Das Differentialdruckmeßgerät 16 wird verwendet, um den Strom Q_t, der durch die Adsorptionsvorrichtung 22 geht, zu messen, um Fehler in der Abgasreinigungsvorrichtung 11 entsprechend dem in 9 gezeigten Flußdiagramm zur Fehlerdiagnose zu diagnostizieren.
Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf die Differenz zwischen dem Ausführungsbeispiel 1 und diesem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf das Blockschaltbild des Systems in 8 und das Flußdiagramm in 9.
Ein Manometer (ein Differentialdruckmeßgerät) 16 befindet sich in der Adsorptionsvorrichtung 22, um die Druckdifferenz des Abgases zu überwachen, das durch die Durchgangslöcher 221 (2) in der Adsorptionsvorrichtung 22 strömt.
Als erstes wird in Schritt 601 der Motor 51 gestartet (IG ein). Die Steuereinrichtung 41 nimmt dann Signale von einem Motorwassertemperatursensor und einem Abgastemperatursensor (nicht gezeigt) auf, um zu bestimmen, ob die Adsorptionsvorrichtung 22 zur Adsorption bereit ist.
In Schritt 621 geht, wenn der Wert T_w (°C) des Wassertemperatursensors gleich einer Adsortionstemperatur T_wa (°C) oder kleiner ist, der Programmablauf zu Schritt 603.
In Schritt 603 wird das erste Magnetventil 27 geöffnet, um den Strom von Abgas durch die Adsorptionsvorrichtung 22 zu bewirken, in der der kalte KW im Abgas adsorbiert wird.
Im nachfolgenden Schritt 623 wird die Zeitdauer (t) die nach dem Start des Motors vergangen ist, geprüft; wenn eine vorgegebene Zeitdauer (ta) vergangen ist, wurde der Adsorptionsprozeß beendet; der Programmablauf geht zu Schritt 610. Dann bewirkt ein Signal von der Steuereinrichtung 41 das Schließen des ersten Magnetventils 27, um die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 in die reguläre Position zu schalten, die in der Figur durch die Vollinie gezeigt ist. Das Abgas, dessen KW durch die Katalysatorvorrichtung 21 gereinigt wurde, die bereits durch die Wärme aktiviert wurde, beginnt dann, durch den zweiten Hauptkanal 32 zu strömen. Wenn jedoch in Schritt 623 bestimmt wurde, daß die vorgegebene Zeitdauer (ta) nicht vergangen ist, setzt sich der Adsorptionsprozeß fort. Das Manometer 16 zeigt eine Druckdifferenz an, da Abgas durch die Adsorptionsvorrichtung 22 strömt, während kalter KW adsorbiert wird.
Da diese Druckdifferenz eine bestimmte Beziehung zum Abgasstrom Q_t hat, der durch die Adsorptionsvorrichtung 22 gegangen ist, kann diese verwendet werden, um den Strom Q_t zu bestimmen.
Wenn der Leckstrom Q_a (4) von der Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 anwächst, verringert sich Q_t wie es in 10 gezeigt ist. Der Grund dafür liegt darin, daß der Gesamtbetrag des Abgases vom Motor Q_E(Q_t + Q_a) ist.
Wenn die Betätigungseinrichtung 231, die Welle 232 oder der Flügel 230 beschädigt ist, wird Q_a gleich seinem gestatteten Wert Q_a0 oder größer. Q_t wird gleich Q₀ oder kleiner, wie es in 10 gezeigt ist; die Menge an adsorbiertem kalten KW verringert sich, um das gesamte Reinigungsverhalten zu verschlechtern. Das heißt, daß, wenn die für Schritt 624 vorgegebenen Bedingungen vorliegen, bestimmt wird, daß die Abgasreinigungsvorrichtung 1 versagt.
Wenn die Bedingungen, die für Schritt 624 vorgegeben sind, erfüllt sind, geht der Programmablauf zu Schritt 605, um das erste Magnetventil 27 zu schließen, damit der reguläre Zustand hergestellt wird. In Schritt 606 werden Informationen über den Fehler in der Vorrichtung ausgegeben.
In Schritt 623 hat sich jedoch der Motor erwärmt, wenn die vorgegebene Zeitdauer (ta) vergangen ist, seit der Motor gestartet wurde, wie es vorstehend beschrieben ist; der Programmablauf geht zu Schritt 610, um das erste Magnetven til 27 zu schließen, damit der Desorptionsprozeß gemäß Vorbeschreibung ausgelöst wird.
Im nachfolgenden Schritt 612 öffnet die Steuereinrichtung 41 das zweite Magnetventil 28.
Als Ergebnis wird wie in Ausführungsbeispiel 1 die zweite Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 geöffnet und das Einwegeventil 25 intermittierend geöffnet, wodurch verursacht wird, daß vom Adsorptionsmittel desorbierter KW in die Abgassammelleitung 52 strömt, in der der KW zusammen mit dem KW im Abgas vom Motor 51 durch die Katalysatorvorrichtung 21 gereinigt wird.
Als nächstes wird in Schritt 632 die Zeitdauer (t) die seit dem Auslösen des Betriebes vergangen ist, erneut geprüft. Wenn seit dem Öffnen des zweiten Magnetventils 28 die Zeit (ta + td), die zum vollständigen Desorbieren und Reinigen des KW erforderlich ist, vergangen ist, geht der Programmablauf zu Schritt 615, in dem das zweite Magnetventil 28 durch ein Steuersignal von der Steuereinrichtung 51 geschlossen wird. Das wiederum verursacht das Schließen der ersten Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24, um die Sequenz der Reinigungsschritte zu beenden; der reguläre Betriebszustand ist dann hergestellt.
Während des KW-Desorptions-und-Reinigungsprozesses (somit, wenn t ≤ ta + td ist) zeigt das Manometer 16 eine Druckdifferenz an, da das Rücklaufabgas durch die Adsorptionsvorrichtung 22 strömt. Diese Druckdifferenz hat einen Wert, der zum Abgasstrom Q_td durch die Adsorptionsvorrichtung 22 proportional ist. Wenn der Leckstrom Q_d (4) von der Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 anwächst, erhöht sich der Strom Q_td, wie es in 11 gezeigt ist.
Wenn die Betätigungseinrichtung 231, die Welle 232 oder der Flügel 230 beschädigt ist, wird Q_d gleich seinem ge statteten Wert Q_d0 oder größer; somit wird der Strom Q_td gleich Q₁ oder größer, wie es in 11 gezeigt ist.
Die Menge an KW, die durch den Rückführkanal 35 zurückgeführt wird, verringert sich, wodurch sich das gesamte Reinigungsverhalten verschlechtert.
Fehler in der Adsorptionsvorrichtung 22 können somit durch das Überwachen der Druckdifferenz in der Vorrichtung 22 diagnostiziert werden.
Das heißt, daß, wenn in Schritt 633 der Durchtrittsstrom Q_td während des Desorptionsprozesses gleich Q₁ oder größer ist, das zweite Magnetventil (die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24) in Schritt 614 geschlossen wird; in Schritt 606 werden Informationen über den Fehler in der Vorrichtung ausgegeben.
Selbst wenn die Betätigungseinrichtung 231, die Welle 232 und der Flügel 230 korrekt arbeiten, verringert sich ein Abgasstrom Q_r (4), der vom Rückführkanal 35 zur Katalysatorvorrichtung 21 zurückgeführt wird, wenn im Membranventil 26 ein Fehler auftritt.
Wenn der Abgasstrom Q_td durch die Adsorptionsvorrichtung 22 nahezu gleich dem Rücklaufstrom Q_r ist und wenn Q_td kleiner seinem gestatteten Wert Q₂ oder gleich diesem ist, wie es in 12 gezeigt ist, verzögert sich andererseits der Anstieg der Temperatur der Adsorptionsvorrichtung 22. Folglich ist die Desorption oder Reinigung nicht beendet, selbst nachdem eine vorgegebene Zeitdauer (ta + td) zum Desorbieren und Reinigen von KW vergangen ist.
Somit können Fehler im Membranventil 26 ebenfalls bestimmt werden, indem erfaßt wird, wenn der Durchtrittsstrom Q_td gleich dem eingestellten Wert Q₂ oder kleiner wird.
Das heißt, daß, wenn in Schritt 633 der Durchtrittsstrom Q_td gleich Q₂ oder kleiner ist, der Programmablauf zu den Schritten 614, 606 geht, um Informationen über den Fehler in der Vorrichtung auszugeben.
Da dieses Ausführungsbeispiel den Strom, der durch die Adsorptionsvorrichtung 22 geht, mißt, kann die Leckage von der Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 während sowohl des KW-Adsorptionsprozesses als auch des KW-Desorptions-und-Reinigungs-Prozesses genau erfaßt werden. Durch die Fähigkeit zur Erfassung von Fehlern im Membranventil 26 bedingt kann dieses Ausführungsbeispiel die Fehlerdiagnose genauer als das Ausführungsbeispiel 1 ausführen.
Andere entscheidende Punkte sind die gleichen wie im Ausführungsbeispiel 1.
Das dritte Ausführungsbeispiel ist mit der Ausnahme gleich dem Ausführungsbeispiel 1, das die Fehlerdiagnosevorrichtung 12 entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel, wie es in den 13 und 14 gezeigt ist, ersetzt wurde.
Das heißt, daß die Fehlerdiagnosevorrichtung 12 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel wie es in 13 gezeigt ist, einen KW-Sensor 17 verwendet, um die Konzentration von KW im Auslaßkanal zu erfassen, damit entsprechend dem Flußdiagramm zur Fehlerdiagnose, das in 14 gezeigt ist, Fehler in der Abgasreinigungsvorrichtung 1 diagnostiziert werden.
In Schritt 601 wird der Motor 51 gestartet (= IG Ein); der Programmablauf geht zu Schritt 621. Die Steuereinrichtung 41 nimmt dann Signale von einem Motorwassertemperatursensor und einem Abgastemperatursensor (nicht gezeigt) auf, um zu bestimmen, ob die Adsorptionsvorrichtung 22 zur Adsorption bereit ist.
Wenn zum Beispiel der Wert des Wassertemperatursensors T_w (°C) gleich der Adsorptionstemperatur T_wa (°C) oder kleiner ist, bestimmt der Programmablauf, daß ein KW-Adsorptionsprozeß gestartet werden soll und geht dann zu Schritt 603, um das erste Magnetventil 27 zu öffnen. Abgas beginnt dann durch die Adsorptionsvorrichtung 22 zu strömen, in der kalter KW im Abgas adsorbiert wird.
Während der kalte KW adsorbiert wird, wird in Schritt 641 die KW-Konzentration C des Abgases durch den KW-Sensor 17 gemessen und durch die Fehlerdiagnosevorrichtung 12 überwacht.
Ein Beispiel für Änderungen bei der Konzentration C ist in 15 gezeigt. Die KW-Konzentration C beginnt unmittelbar nach dem Start des Motors 51 durch die Adsorption durch die Adsorptionsvorrichtung 22 bedingt mit einer Verringerung. Der Wert der Konzentration C ist unter Normalbedingungen immer kleiner als ihr gestatteter Wert C_a.
Wenn sich jedoch der Leckagestrom von der ersten Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 erhöht oder wenn Abgas aus der Öffnung 224, die in 2 gezeigt ist, durch die Beschädigung der Adsorptionsvorrichtung 22 bedingt leckt, verringert sich die Menge an adsorbiertem kalten KW; C wird der gestattete Wert C_a oder größer.
Somit wird in Schritt 641 die Konzentration C, die durch den KW-Sensor 17 erfaßt wird, geprüft, um zu bestimmen, ob diese kleiner als der eingestellte Wert C_a ist.
Wenn die KW-Konzentration C gleich C_a oder größer ist, geht der Programmablauf zu den Schritten 605, 606, um wie in den Ausführungsbeispielen 1 und 2 Informationen über den Fehler in der Vorrichtung auszugeben.
Das heißt, daß, wenn in der Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 ein Fehler aufgetreten ist, ein Fehler in der Vorrichtung durch die Überwachung der KW-Konzentration C in Schritt 641 gemäß Vorbeschreibung erfaßt werden kann.
Wenn jedoch in Schritt 641 die Konzentration von KW einen normalen Wert (C < C_a) hat, geht der Programmablauf zu Schritt 623, um die Zeitdauer (t) zu prüfen, die seit dem Start des Motors vergangen ist. Wenn diese innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer (ta) liegt (t ≤ ta), wird nach Schritt 603 das Prüfprogramm für die KW-Konzentration C fortgeführt (Schritt 641). Die Adsorption von KW sollte über die vorgegebene Zeitdauer (ta) fortgeführt werden.
Wenn in Schritt 623 die vorgegebene Zeitdauer (ta) nach dem Start des Motors vergangen ist, geht der Programmablauf zu Schritt 610, um im Ansprechen auf ein Signal von der Steuereinrichtung 41 das erste Magnetventil 27 zu schließen, wodurch die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 in die durch die Vollinie in 13 gezeigte Position geschaltet wird.
Somit wird das Abgas durch die Katalysatorvorrichtung 21, die durch die Wärme bedingt bereits aktiviert ist, von seinem KW gereinigt und strömt dann durch den zweiten Hauptkanal 32.
In Schritt 612 wird die zweite Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 geöffnet.
Folglich wird das Einwegventil 25 intermittierend geöffnet; KW, der von der Adsorptionsvorrichtung 22 desorbiert ist, strömt in die Abgassammelleitung 52, in der der KW zusammen mit dem KW im Abgas von Motor 51 durch die Katalysatorvorrichtung 21 gereinigt wird.
In Schritt 645 wird die KW-Konzentration C während des KW-Desorptionsprozesses geprüft.
Die KW-Konzentration C hat während eines KW-Desorptionsprozesses unter normalen Bedingungen einen sehr kleinen Wert, wie es in 16 gezeigt ist.
Somit ist, wenn die KW-Konzentration C gleich dem eingestellten Wert C_d oder größer ist, die Vorrichtung in abnormen Zuständen; der Programmablauf geht zu den Schritten 614, 606, um die zweite Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 zu schließen, wodurch der reguläre Zustand hergestellt wird und Informationen über den Fehler in der Vorrichtung ausgegeben werden. Der eingestellte Wert C_d ist kleiner als der eingestellte Wert C_a.
Aufgrund des Anstiegs des Leckstroms Q_d von der Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23, durch die Leckage von Abgas aus der Öffnung 224 (2), die durch Beschädigung der Adsorptionsvorrichtung 22 verursacht wird, oder die Leckage von KW von der stromaufwärts liegenden Seite der Adsorptionsvorrichtung 22 zum zweiten Hauptkanal 32, die durch die Blockierung das Rückführkanals 35 verursacht wird, wird die KW-Konzentration C gleich dem eingestellten Wert C_d oder größer.
Gemäß Vorbeschreibung kann die Fehlerdiagnosevorrichtung 12 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel Fehler in der Vorrichtung, wie zum Beispiel Fehler in der Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 oder der Adsorptionsvorrichtung 22 oder die Blockierung des Rückführkanals 35 erfassen.
Wenn jedoch die KW-Konzentration C in Schritt 645 im Normalzustand verbleibt und wenn die Periode, die für einen Desorptionsprozeß vorgegeben wurde, (ta + td) in Schritt 646 vergangen ist, geht der Programmablauf zu Schritt 615, um das Fehlerdiagnoseprogramm wie beim regulären Betrieb (keine Fehler) zu beenden, während die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 geschlossen wird, ohne daß eine Fehlerinformation ausgegeben werden.
Da dieses Ausführungsbeispiel die KW-Konzentration hinter der Adsorptionsvorrichtung 22 direkt mißt, kann dieses die Fehlerdiagnose genauer als Ausführungsbeispiel 1 ausführen, indem die Leckage von KW sowohl während des Adsorptionsprozesses als auch während des Desorptions-und-Reinigungsprozesses genau erfaßt werden.
Andere entscheidende Punkte sind die gleichen wie in Ausführungsbeispiel 1.
Das vierte Ausführungsbeispiel ist mit der Ausnahme das gleiche wie das Ausführungsbeispiel 1, daß die Fehlerdiagnosevorrichtung 13 entsprechend dem vierten Ausführungsbeispiel, wie es in den 17 und 18 gezeigt ist, ersetzt wurde.
Das heißt, daß die Fehlerdiagnosevorrichtung 13 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel, wie es in 17 gezeigt ist, einen KW-Sensor 18 zum Erfassen der KW-Konzentration im Rückführkanal 35 hat, um die Selbstdiagnose von Fehlern in der Abgasreinigungsvorrichtung 1 entsprechend dem in 18 gezeigten Fehlerdiagnose-Programmablauf auszuführen.
Obwohl sich der KW-Sensor 18 in 17 nahe der Adsorptionsvorrichtung 22 im Rückführkanal 35 befindet, kann dieser nahe dem Motor 51 im Rückführkanal 35 positioniert sein.
In Schritt 601 wird der Motor 51 gestartet. Die Steuereinrichtung 51 nimmt dann Signale von einem Motorwassertemperatursensor und einem Abgastemperatursensor (nicht ge zeigt) auf, um zu bestimmen, ob die Adsorptionsvorrichtung 22 zur Adsorption bereit ist.
Das heißt, daß, wenn in Schritt 621 der Wert T_w (°C) gleich der Adsorptionstemperatur T_wa (°C) oder kleiner ist, in Schritt 603 das erste Magnetventil geöffnet wird, um zu bewirken, daß Abgas durch die Adsorptionsvorrichtung 22 strömt, in der der kalte KW im Abgas adsorbiert wird.
Wenn im nachfolgenden Schritt 623 die vorgegebene Zeitdauer (ta) nach dem Starten des Motors vergangen ist, wird in Schritt 610 im Ansprechen auf ein Signal von der Steuereinrichtung 41 das erste Magnetventil 27 geschlossen, wodurch die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 in die Position, die in 17 durch die Vollinie gezeigt ist, geschaltet wird.
Das Abgas ist somit durch die Katalysatorvorrichtung 21, die bereits durch die Wärme aktiviert ist, von seinem KW gereinigt und strömt dann zum zweiten Hauptkanal 32.
Nach dem Erwärmen des Motors 51 und dem Schließen des ersten Magnetventils 27 öffnet gemäß Vorbeschreibung in Schritt 612 die Steuereinrichtung 41 das Magnetventil 28.
Wie im Ausführungsbeispiel 1 wird die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 geöffnet und das Einwegventil 25 intermittierend geöffnet, wodurch verursacht wird, daß der KW, der von der Adsorptionsvorrichtung 22 desorbiert wurde, in die Abgassammelleitung 52 strömt, in der der KW zusammen mit dem KW im Abgas vom Motor 51 durch die Katalysatorvorrichtung 21 gereinigt wird.
Nachdem in Schritt 646 die Zeitdauer, die zum vollständigen Desorbieren und Reinigen von KW erforderlich ist, vergangen ist [t > (ta + tb)], wird das zweite Magnetventil 28 in Schritt 615 im Ansprechen auf ein Signal von der Steuereinrichtung 41 geschlossen; somit wird die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 geschlossen, um die Sequenz der Reinigungsschritte zu beenden.
Während KW desorbiert und gereinigt wird, strömt Abgas, das rückgeführt werden soll, durch den Rückführkanal 35, der den KW-Sensor 18 aufweist. Der KW wird dann aus der Adsorptionsvorrichtung 22 desorbiert.
Mit zunehmender Zeit wächst zum Anfang die KW-Konzentration C bei wachsender Temperatur der Adsorptionsvorrichtung 22, wie es in 19 gezeigt ist. Wenn der gesamte adsorbierte KW desorbiert wurde, wird der Wert der Konzentration C wie in KW, der durch den zweiten Hauptkanal 32 strömt, sehr klein.
Wenn sich die Vorrichtung in Normalzuständen befindet, ist die KW-Konzentration C, die mit dem Rückführstrom Q_r multipliziert wird und dann einer Integration über der Zeit unterzogen wird, das heißt die Gesamtmenge W an Rücklauf-KW, gleich einem gestatteten Wert W₀ oder größer, während KW desorbiert und gereinigt wird [ta < t < (ta + td)] (20).
In der Fehlerdiagnosevorrichtung 13 ist ein mathematisches Betriebsprogramm (eine Stromberechnungseinheit) vorgesehen, das aus dem Betriebszustand des Motors 51 den Rücklaufstrom Q_r durch den Rückführkanal 35 berechnen kann. Eine Summiereinheit berechnet die Gesamtmenge W von KW aus Q_r und C.
Wenn sich der Leckstrom von der Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 erhöht oder wenn in 2 durch eine Beschädigung der Adsorptionsvorrichtung 22 bedingt Abgas aus der Öffnung 224 leckt, verringert sich die Menge an rücklaufendem KW und W überschreitet nicht W₀.
Das tritt ebenfalls auf, wenn im Membranventil 26 ein Fehler auftritt, der das Zurücklaufen von KW verhindert, woraus sich eine Verringerung der Menge von KW ergibt.
Wenn die Betätigungseinrichtung 231, die Welle 232, der Flügel 230, die Adsorptionsvorrichtung 22 oder das Membranventil 26 beschädigt ist, kann somit der Fehler in der Vorrichtung durch das Überwachen der KW-Konzentration C, die zurückgeführt wird, in Schritt 650 diagnostiziert werden, wie es vorstehend beschrieben ist.
Wenn in Schritt 650 die Menge an rücklaufendem KW gleich W₀ oder kleiner ist, geht der Programmablauf zu Schritt 606, um eine Fehlerinformation auszugeben.
Andere entscheidende Punkte gleichen denen in Ausführungsbeispiel 1.
Das fünfte Ausführungsbeispiel ist ein weiteres Ausführungsbeispiel, das die Fehlerdiagnosevorrichtung 10 in eine modifizierte Fehlerdiagnosevorrichtung 14, wie diese in den 21 und 22 gezeigt ist, abändert.
Das heißt, daß, wie es in 21 gezeigt ist, die Fehlerdiagnosevorrichtung 14 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel stromabwärts von der Adsorptionsvorrichtung 22 bzw. im Rückführkanal 35 Temperatursensoren 190 und 191 hat. Dadurch werden die Abgastemperatur T_ri an der Adsorptionsvorrichtung 22 bzw. T_re am Rückführkanal 35 gemessen.
Die Abgastemperatur T_ri an der Adsorptionsvorrichtung 22 und die Abgastemperatur T_re am Rückführkanal 35 haben im normalen Betriebszustand des Einwegventils 25, des Zuleitungsventils 26 und der Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 für das Einwegventil 25 eine starke Korrelation, wie es in 23 gezeigt ist. Im Gegensatz dazu wird im Falle des Auftretens eines Fehlers, zum Beispiel am Zuleitungsventil 26, die Korrelation zwischen dem Abgastemperaturen T_ri und T_re unterbrochen, wie es in 24 gezeigt ist. Zum Beispiel verringert sich in dem Fall, in dem das Einwegventil versagt und Rücklauf verursacht wird und die Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 im Rückführkanal 35 versagt, um sich im normal geschlossenen Zustand zu befinden, der Korrelationskoeffizient D zwischen den Abgastemperaturen T_ri und T_re stark, wie es in 25 gezeigt ist. Daher wird der Fehler in der Vorrichtung auf der Korrelation basierend bestimmt, die durch die Korrelationsberechnungseinheit berechnet wird.
Fehler in der Abgasreinigungsvorrichtung 1 werden entsprechend dem Flußdiagramm in 22 diagnostiziert.
Als erstes wird in Schritt 601 der Motor 51 gestartet (IG Ein). Es wird zu Schritt 652 gegangen. In Schritt 652 nimmt die Steuereinrichtung 51 Signale von T_ri vom Temperatursensor 190 auf und prüft und bestimmt, ob die Adsorptionsvorrichtung zum Adsorbieren bereit ist. Wenn in Schritt 652 der Wert T_ri der Abgastemperatur gleich einem Wert T_ria, der eine Temperatur für die Adsorptionsvorrichtung, die Adsorption gestattet, oder kleiner ist, geht der Programmablauf zu Schritt 603.
In Schritt 603 wird das erste Magnetventil 27 geöffnet und die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 in die durch die gestrichelte Linie in 21 angezeigte Position geschaltet. Abgas strömt durch die Adsorptionsvorrichtung 22; der kalte KW im Abgas wird adsorbiert.
Während der Adsorption von kaltem KW wird in Schritt 654 beim Abgasleckagestrom Q_a von der Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 bestimmt, welche Leckagemenge groß oder klein ist. Diese Bestimmung des Leckstroms Q_a wird im Ansprechen auf die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit ähnlich Schritt 604 im Ausführungsbeispiel 1 vorgenommen. Im Aus führungsbeispiel 1 wird die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_t der Adsorptionsvorrichtung bestimmt; in diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_t', die eine Temperaturanstiegsgeschwindigkeit des Abgases ist, das stromabwärts von der Adsorptionsvorrichtung strömt, bestimmt. Die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_t' wird eine vorgegebene Zeitdauer (4–5 Sekunden) später als das Schließen der Einheit 23 in Schritt 603 gemessen und bestimmt. Folglich wird, wenn die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_t' kleiner als ein gestatteter Wert V_t0' ist, die Einheit 23, d. h. die Abgasreinigungsvorrichtung 1, als fehlerbehaftet bestimmt; dann wird in Schritt 605 das erste Magnetventil 27 geschlossen. Ferner werden in Schritt 606 die Fehlerinformation ausgegeben.
Wenn andererseits in Schritt 652 nach dem Erwärmen des Motors 51 der Wert T_ri größer als der Wert T_ria ist, geht der Programmablauf zu Schritt 610. In Schritt 610 wird das erste Magnetventil 27 geschlossen und die erste Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 dann in die durch die Vollinie gezeigte Position gebracht (in der die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 geöffnet ist). Der Kanal für Abgas wird dann geschaltet; das Abgas beginnt durch den zweiten Hauptkanal 32 zu strömen, der keine Adsorptionsvorrichtung 22 aufweist.
Von den Schritten 656 bis 659 wird der folgende Betrieb ausgeführt, bis das die Temperatur T_ri der Adsorptionsvorrichtung 22 eine Desorptionsendtemperatur T_rid übersteigt.
Das heißt, daß der Programmablauf unmittelbar nach dem dem Schließen des ersten Magnetventils 27 mit dem Lesen eines Wertes von Temperatursensor 190 beginnt, um die Temperatur T_ri der Adsorptionsvorrichtung 22 zu überwachen. Wenn in Schritt 656 die Temperatur T_ri gleich T_rid oder kleiner ist, geht der Programmablauf zu Schritt 612, um das zweite Magnetventil 28 zu öffnen.
Ähnlich dem Ausführungsbeispiel 1 werden, da die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 geöffnet ist, Abgasimpulse, die in der Abgassammelleitung 52 erzeugt werden, über den Rückführkanal 35 zum Einwegventil 25 übertragen, das intermittierend geöffnet wird. Dadurch wird verursacht, daß KW, der vom Adsorptionsmittel der Schicht 220 mit Adsorptionsmittel der Adsorptionsvorrichtung 22 desorbiert wurde, durch den Rückführkanal 35 in die Abgassammelleitung 52 strömt. Der KW wird dann zusammen mit dem KW im Abgas vom Motor 51 durch die Katalysatorvorrichtung 21 gereinigt.
Im anschließenden Schritt 657 wird die Menge an Leck-Strom Q_d von der Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 bestimmt. Bei dieser Bestimmung wird ähnlich dem Ausführungsbeispiel 1 ebenfalls eine Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_td' verwendet, die eine Abgastemperatur stromabwärts von der Adsorptionsvorrichtung 22 ist. Wenn die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_td' größer als ein gestatteter Wert V_t1' ist, kann bestimmt werden, daß die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 (die Vorrichtung 1) versagt; in Schritt 614 wird das zweite Magnetventil 28 geschlossen, um den regulären Zustand herzustellen, und in Schritt 606 eine Fehlerinformation über die Vorrichtung ausgegeben.
Im Gegensatz dazu wird, wenn in Schritt 657 die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit V_td' kleiner als ein gestatteter Wert V_ti' ist, die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 als normal bestimmt; es wird zu Schritt 658 gegangen. In Schritt 658 messen die Temperatursensoren 190 bzw. 191 gleichzeitig die Temperaturen T_re des Abgases, das im Rückführkanal 35 strömt, bzw. die Temperatur T_ri.
Der Mikrorechner 40 speichert ein Programm, das den Korrelationskoeffizienten D zwischen den Temperaturen T_re und T_ri berechnet. Und zwar wird der Korrelationskoeffizient D auf der folgenden Gleichung basierend berechnet, indem n Objekte der Temperaturen T_re und T_ri zu jedem Abtastzeitpunkt T_s gesammelt werden und der Mittelwert von diesen, die Standardabweichung K und die Kovarianz Co berechnet werden: D = Co(Tri, Tre)/{K(Tri) × K(Tre)}mit Co(Tri, Tre) = [Σ[{Tri(i) – Tri(av)} × {Tre(i) – Tre(av)}]]/n K(Tri) = [[Σ{Tri(i) – Tri(av)}2]/n] × 0.5 K(Tre) = [[Σ(Tre(i) – Tre(av)}2]/n] × 0.5, wobei

T_ri(i): die i-ten Daten von T_ri sind,
T_re(i): die i-ten Daten von T_re sind,
T_ri(av): der Mittelwert der n Objekte von T_ri ist und
T_re(av): der Mittelwert der n Objekte von T_re ist.

Genauer gesagt ist die Abtastperiode T_s 0.5 Sekunden und n gleich 100.
Wenn das Einwegventil 25 versagt, die zweite Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 beim Öffnen versagt oder durch die Verschlechterung des Abdichtverhaltens des Zuleitungsventils 26 Abgas entgegenströmt, verringert sich der Rücklaufstrom Q_r für das Rückführabgas (4).
Wenn die zweite Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 ein Öffnen nicht ermöglicht, wird der Rücklaufstrom Q_r Null. Selbst wenn die Temperatur T_ri, die einer Einlaßtemperatur des Rücklaufabgases entspricht, durch die Temperatur des Abgases, daß im zweiten Hauptkanal 32 strömt, beeinflußt wird und schwankt, schwankt dadurch die Temperatur T_re in der Mitte des Rückführkanals 35 nicht (oder schwankt ein wenig), was durch den nicht vorhandenen Abgasstrom im Rückführkanal 35 bedingt ist. Daher wird die Korrelation zwischen den Temperaturen T_ri und T_re sehr klein; der Kor relationskoeffizient D übersteigt nicht den eingestellten Wert.
Daher wird, wie es in Schritt 659 gezeigt ist, durch den Wert des Korrelationskoeffizienten bedingt ein Fehler der zweiten Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 bestimmt. Wenn ein Fehler bestimmt wird, geht der Programmablauf zu Schritt 614, das zweite Magnetventil 28 wird geschlossen und in Schritt 606 eine Fehlerinformation ausgegeben.
Wenn der Rücklauf des Abgases durch die Verschlechterung des Abdichtverhaltens des Einwegventils verursacht wird, verringert sich der Rücklaufstrom Q_r. Abgas strömt durch die Abgassammelleitung 52 und den Rückführkanal 35 zur Adsorptionsvorrichtung 22 entgegen. Daher wird die Temperatur T_re, die einer Temperatur in der Mitte des Rücklaufkanals 35 entspricht, nicht nur durch die Temperaturschwankung am Einlaßabschnitt für das Rücklaufabgas sondern das Rücklaufabgas beeinflußt. Da die Temperaturschwankung des Rücklaufabgases nicht mit der Temperaturschwankung des Abgases synchronisiert ist, das im zweiten Hauptkanal 32 strömt, hat die Temperatur T_re in der Mitte des Rückführkanals 35 eine geringe Korrelation mit der Temperatur T_ri; der Korrelationskoeffizient D übersteigt nicht den eingestellten Wert.
Daher wird in Schritt 659 der Fehler des Zuleitungsventils 26 durch einen Wert des Korrelationskoeffizienten bestimmt. In dem Fall, in dem der Fehler bestimmt wird, wird in Schritt 614 das zweite Magnetventil 28 geschlossen und im Schritt 606 eine Fehlerinformation ausgegeben.
Die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 wird in eine geöffnete Position, wie es in der Figur durch die Vollinie gezeigt ist, geschaltet und der KW-Desorptionsprozeß begonnen. Im Fall des normalen Ablaufs der Schritte 612 bis 659 erreicht die Temperatur die Temperatur T_rid, wobei die Desorption und Reinigung in Schritt 656 abgeschlossen wird und zu Schritt 615 gegangen wird. Dann werden das zweite Magnetventil 28 und die Kanal-Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 geschlossen und mit dem Normalbetrieb begonnen.
Ähnlich dem vorstehend gesagten kann entsprechend diesem Ausführungsbeispiel eine Abgasreinigungsvorrichtung 1 mit Selbstdiagnosefunktion vorgesehen werden, um eine vortreffliche Abgasreinigungseigenschaft zu erhalten.
Eine Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend einem sechsten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 26 bis 32 beschrieben.
Dieses Ausführungsbeispiel ist eine Abgasreinigungsvorrichtung 1 für einen Motor, die aufweist: eine Katalysatorvorrichtung 11, die sich in einem ersten Hauptkanal 31 an der stromaufwärts liegenden Seite eines Auslaßkanals 30 eines Motors 51 befindet, zur Steuerung der Emission eines Abgases, eine Adsorptionsvorrichtung 22, die sich an der stromabwärts liegenden Seite des ersten Hauptkanals 31 befindet, zur Adsorption der giftigen Komponenten des Abgases, einen Rückführkanal 35 zum Verbinden der stromabwärts liegenden Seite der Adsorptionsvorrichtung 22 mit dem ersten Hauptkanal 31, einen zweiten Hauptkanal 32, der gestattet, daß die stromabwärts liegende Seite des ersten Hauptkanals 31 mit einem Abgasanschluß direkt in Verbindung steht, ohne daß durch die Adsorptionsvorrichtung 22 gegangen wird, einen Adsorptionskanal 33, der gestattet, daß die stromabwärts liegende Seite der Katalysatorvorrichtung 11 über die Adsorptionsvorrichtung 22 mit dem Abgasanschluß in Verbindung steht, und eine Schalteinheit, die bewirkt, daß das Abgas durch den Adsorptionskanal 33 geht, wenn die Temperatur des Abgases einen vorgegebenen Wert hat oder kleiner ist, und daß das Abgas durch den zweiten Hauptkanal 32 geht und der Rückführkanal 35 geöffnet wird, wenn die Temperatur des Abgases den vorgegebenen Wert übersteigt.
Der Rückführkanal 35 und der Abgaskanal an der stromaufwärts liegenden Seite der Adsorptionsvorrichtung 22 weisen jeweils einen Sauerstoffkonzentrationssensor 121, 122 zum Erfassen von O₂ auf, der die Gaskomponente eines Abgases ist, die sich entsprechend dem Betrieb der Adsorptionsvorrichtung 22 ändert.
Dieses Ausführungsbeispiel hat ebenfalls eine Zeitmeßeinrichtung 41 zum Aufnehmen von Signalen, die durch die Sauerstoffkonzentrationssensoren 121, 122 ausgegeben werden, und zum Messen des Zeitraumes te vom Zeitpunkt unmittelbar nach dem Öffnen des Rückführkanals 35 an bis zum Anpassen der Ausgänge der Sauerstoffkonzentrationssensoren, und eine Fehlerbestimmungseinheit 42, die bestimmt, daß die Vorrichtung versagt, wenn die gemessene Zeitdauer te außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt.
Jede Komponente wird nachstehend beschrieben.
Wie es in 26 gezeigt ist, befindet sich eine Katalysatorvorrichtung 11 unmittelbar hinter einer Abgassammelleitung 52 in einem ersten Hauptkanals 31 eines Motors 51. Ein Abschnitt 300 mit großem Durchmesser befindet sich an der stromabwärts liegenden Seite der Katalysatorvorrichtung 11 im ersten Hauptkanal 31; ein Adsorptionskanal 33, in dem die Adsorptionsvorrichtung 12 untergebracht ist, und ein zweiter Hauptkanal 32 sind im Abschnitt 300 mit großem Durchmesser ausgebildet.
Die Adsorptionsvorrichtung 22 weist rostfreien Stahl oder Keramik, wie z. B. Cordierit, auf und hat die Form eines Halbzylinders, der in die Form des Abschnitts 300 mit großem Durchmesser paßt. Die Adsorptionsvorrichtung 22 hat eine große Anzahl an parallelen Durchgangslöchern 221; eine Schicht 220 mit Adsorptionsmittel, die sich am hinteren Ende der Adsorptionsvorrichtung befindet, trägt ein Zeolith- Adsorptionsmittel, wie es in 2 gezeigt ist, während eine Schicht 229 ohne Adsorptionsmittel, die sich am vorderen Ende der Adsorptionsvorrichtung befindet, kein Adsorptionsmittel trägt.
Die Adsorptionsvorrichtung 22 kann in Abhängigkeit von der Form des Abschnitts 300 mit großem Durchmesser elliptisch oder rechteckig sein.
Eine erste Öffnungs-und-Schließ-Einheit 13, die eine Schalteinheit bildet, befindet sich unmittelbar hinter dem hinteren Ende der Adsorptionsvorrichtung 22, wie es in 26 gezeigt ist.
Der Abstand zwischen der Katalysatorvorrichtung 11 und der Adsorptionsvorrichtung 22 ist so eingestellt, daß die Zeitdauer, die von der Katalysatorvorrichtung 11 gebraucht wird, bevor bei Heizen durch ein Abgas die Aktivierungstemperatur erreicht ist, an die Zeitdauer angepaßt ist, die von einem durch die Adsorptionsvorrichtung 22 getragenen Adsorptionsmittel benötigt wird, bevor bei Erwärmung seine Adsorptionsfunktion verlorengeht.
Die Adsorptionsvorrichtung 22 ist vom zweiten Hauptkanal 32 durch eine Trennwand 223 getrennt und wird durch die Trennwand 223 ebenfalls gehalten. Eine Öffnung 224 ist in der Trennwand 223 ausgebildet, wie es in 2 gezeigt ist.
Außerdem befindet sich an der stromaufwärts liegenden Seite der Adsorptionsvorrichtung 22 eine Ausrichtplatte 225, damit die Stromverteilung eines Abgases, das durch die Adsorptionsvorrichtung 22 strömt, gleichmäßig gestaltet wird, um die Adsorptionseffektivität zu verbessern.
Die Trennwand 223 und die Ausrichtplatte 225 können einstückig ausgeführt sein, wie es in 2 gezeigt ist, oder können voneinander getrennt sein.
Ein Rückführkanal 35 zweigt vom hinteren Ende des Kanals 32 ab und weist ein Zuleitungsventil 26 auf, in dem ein Einwegventil 25 zum Begrenzen des Stromes von Abgas im Rohr in eine Richtung und eine zweite Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24, die eine Schalteinheit bildet, einstückig ausgeführt sind. Der Rückführkanal 35 steht mit der Abgassammelleitung 52 in Verbindung.
Der erste Sauerstoffkonzentrationssensor 121 ist an der stromaufwärts liegenden Seite des Zuleitungsventils 26 im Rückführkanal 35 angebracht.
Ein Betätigungselement 14 zum Betätigen der ersten Öffnungs-und-Schließ-Einheit ist auf einem Sockel 140 am hinteren Ende der Adsorptionsvorrichtung 22 vorgesehen. Die erste Öffnungs-und-Schließ-Einheit 13 ist über eine Welle 141, einen Schwinger 142 und eine Drehwelle und einen Arm 144 mit einem beweglichen Stück 145 des Betätigungselements 14 verbunden.
Da das Betätigungselement 14 vom Adsorptionselement 22 durch den Sockel 140 getrennt ist, ist die Wärme des Abgases nicht direkt auf das Betätigungselement 14 gerichtet. Es wird nur eine geringe Menge an Wärme über die Welle 141 oder den Sockel 140 zum Betätigungselement 14 übertragen; es ist unwahrscheinlich, daß ein Fehler in diesem auftritt, da die Neigung zur Kühlung durch die Atmosphäre besteht.
Das Betätigungselement 14 steht über Zuleitungsrohre 361, 362 mit einem Ausgleichbehälter 53 im stromaufwärts liegenden Abschnitt des Motors 51 in Verbindung, um vom Behälter einen negativen Druck zur Aktivierung zu erhalten.
Am Grenzabschnitt zwischen den Zuleitungsrohren 361 und 362 befindet sich ein erstes Magnetventil 27.
Das Einwegventil 25 im Rückführkanal 35 gestattet nur den Durchgang eines Abgases, das von der stromabwärts liegenden Seite der Adsorptionsvorrichtung 22 zur stromaufwärts liegenden Seite der Katalysatorvorrichtung 11 strömt.
Die zweite Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 wird durch eine Membran betätigt, die auf einen negativen Druck anspricht. Die zweite Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 steht über Zuleitungsrohre 371, 372 mit dem Zuleitungsrohr 362 in Verbindung, das zum Ausgleichbehälter 53 führt, um der Membran einen negativen Druck zuzuführen. Zwischen den Zuleitungsrohren 371 und 372 ist ein zweites Magnetventil 28 angebracht.
Die Ausgänge der Sauerstoffkonzentrationssensoren 121, 122 entsprechen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases und erhöhen sich im fetten Bereich (in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis klein ist) schnell.
Ein Temperatursensor 53 zum Erfassen der Temperatur des Abgases ist angebracht und sendet zu einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 40 zum Betätigen der Schalteinheit Ausgangssignale aus.
Die Zeitmeßeinheit 41 und die Fehlererfassungseinheit 42 sind in der elektronischen Steuereinheit (ECU) 40 mit einem eingebauten Mikrorechner ausgebildet. Die ECU nimmt von den Sauerstoffkonzentrationssensoren 121, 122 und dem Temperatursensor 43 Signale aus, um das erste und zweite Magnetventil 27, 28 zu betätigen und die erste und zweite Öffnungs-und-Schließ-Einheit 13, 24 zu steuern.
Als nächstes wird der Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung 1 unter Bezugnahme auf das Blockschaltbild des Sy stems in 26 und das Flußdiagramm, das in 28 gezeigt ist, beschrieben.
In Schritt 701 wird der Motor 51 gestartet (ein Zündschalter wird eingeschaltet). In Schritt 702 öffnet die ECU 40 das erste Magnetventil 27, um die Verbindung der Zuleitungsrohre 361, 362 zu ermöglichen.
Als Ergebnis wirkt der negative Druck vom Ausgleichbehälter 53 auf das Betätigungselement 14, um an der Welle 141 zu ziehen, wodurch die erste Öffnungs-und-Schließ-Einheit 13 in die durch die gestrichelten Linien gezeigte Position gebracht wird (eine Schließoperation).
Unmittelbar nach dem Start des Motors 51 ist die Temperatur des Abgases gering; der Motor 51 gibt ein Abgas ab, das eine große Menge an kaltem KW enthält. Während die Temperatur des Abgases gering ist, hat der Katalysator die Aktivierungstemperatur nicht erreicht; der kalte KW strömt im wesentlichen durch den zweiten Kanal, ohne daß dieser durch die Katalysatorvorrichtung 11 gereinigt wird.
Die Temperatur des Abgases wird durch den Temperatursensor 43 überwacht.
Bei niedrigen Temperaturen strömt das Abgas von der Schicht 229 ohne Adsorptionsmittel (2) der Adsorptionsvorrichtung 22 in ihre Schicht 220 mit Adsorptionsmittel (Zeolith) und wird durch das Adsorptionsmittel adsorbiert.
Nach dem Durchgang durch die Adsorptionsvorrichtung 22 wird das Abgas ohne kalten KW über einen Schalldämpfer an die Atmosphäre abgegeben.
Da das Abgas, das durch die Adsorptionsvorrichtung 22 strömt, durch die Ausrichtplatte 225 ausgerichtet wird, wie es vorstehend beschrieben ist, geht dieses durch die Vorrichtung 22 mit einer gleichmäßigen Strömungsverteilung.
Gleichzeitig zählt die ECU 40 die Zeit (t) nach der Aktivierung des ersten Magnetventils 27, wie es in dem Schritt 703 gezeigt ist. Wie es in dem Schritt 704 gezeigt ist, erwärmt sich der Motor 51. Wenn die vorgegebene Zeitdauer ta, die vom Abgas benötigt wird, damit dieses die Betriebstemperatur des Adsorptionsmittel überschreitet, (t > ta) vergangen ist, schließt die ECU 40 in Schritt 705 das erste Magnetventil 27.
Das stoppt die Zufuhr von negativen Druck zum Betätigungselement 14; die Spannkraft der Feder 149 verursacht das Herausdrücken der Welle 141. Als Ergebnis nimmt in Schritt 705 die erste Öffnungs-und-Schließ-Einheit 23 die durch die Vollinie in 26 gezeigte Position ein, um den zweiten Hauptkanal 32 zu öffnen und den Adsorptionskanal 33 zu schließen.
Zum Zeitpunkt (t > ta) erreicht die Katalysatorvorrichtung 11 in Schritt 705 die Aktivierungstemperatur, wie es vorstehend beschrieben ist. Der KW im Abgas wird dann durch die Katalysatorvorrichtung 11 gereinigt und das Abgas, das nahezu frei von KW ist, wird über den zweiten Hauptkanal 32 an die Atmosphäre abgegeben.
Auf diese Weise kann die Abgasreinigungsvorrichtung 1 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel die Abgabe von KW wesentlich verringern.
Nachdem in Schritt 705 das erste Magnetventil 27 geschlossen wurde, wird das Magnetventil 28 geöffnet, wie es in Schritt 706 gezeigt ist. Das Zuleitungsrohr 371 wird mit dem Ausgleichsbehälter 53 in Verbindung gebracht, der dann der Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 einen negativen Druck zuführt. Die zweite Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 ist somit geöffnet.
Der Timer beginnt dann mit dem erneuten Zählen, wie es in Schritt 708 gezeigt ist.
An der Seite der Adsorptionsvorrichtung strömt das Abgas, das bereits heiß geworden ist, durch den zweiten Hauptkanal 32 und berührt die Schicht 220 mit Adsorptionsmittel über die Öffnung der Trennwand 223, die in 2 gezeigt ist.
Die Wärme des Abgases wird somit sehr gut zur Schicht 220 mit Adsorptionsmittel übertragen, woraus sich eine Erhöhung der Temperatur des Adsorptionsmittels ergibt, um die Desorption von KW zu erleichtern.
An diesem Punkt wird, da die zweite Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 bereits geöffnet ist, wie es vorstehend beschrieben ist, durch Abgasimpulse, die in der Abgassammelleitung 52 erzeugt werden, das intermittierende Öffnen des Einwegventils 25 bewirkt.
Dadurch wird bewirkt, daß KW, der vom Adsorptionsmittel in der Schicht 220 mit Adsorptionsmittel der Adsorptionsvorrichtung 22 desorbiert ist, über den Rückführkanal 35 in die Abgassammelleitung 52 strömt. Die Ausgänge der Sauerstoffkonzentrationssensoren sind viel größer, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis groß ist (mager), als wenn dieses Verhältnis klein ist (fett), wie es in 27 gezeigt ist.
Folglich hat der Ausgang (Vex) des Sauerstoffkonzentrationssensors 121, der im Rückführkanal 35 angebracht ist, konstant einen größeren Wert als der Ausgang (Vin) des Sauerstoffkonzentrationssensors 122, der an der stromaufwärts liegenden Seite der Adsorptionsvorrichtung 22 angebracht ist, da eine Erhöhung des desorbierten KW eine Verringerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verursacht.
Wenn sich das Verhältnis von der fetten Seite zur mageren Seite verschiebt, verändert sich der Ausgang Vex langsamer als der Ausgang Vin, woraus sich eine wesentliche Differenz zwischen den Ausgängen von beiden Sauerstoffkonzentrationssensoren ergibt (29). In den 29 bis 32 zeigen die Vollinien und die gestrichelten Linien Vin bzw. Vex; der Berg und das Tal zeigen fette bzw. magere Perioden (siehe 27).
Desorbierter KW wird zusammen mit dem KW, der vom Motor 51 abgegeben wird, durch die Katalysatorvorrichtung 11 gereinigt.
Der Vergleich der Ausgänge (Vex, Vin) von den Sauerstoffkonzentrationssensoren 121, 122 wird fortgeführt, bis das Vex > Vin nicht erfüllt ist, wie es in Schritt 709 gezeigt ist. Nachdem die KW-Desorptionszeit vergangen ist, wird die Konzentration des Abgases an der stromaufwärts liegenden Seite der Adsorptionsvorrichtung 22 nahezu die gleiche wie die des Abgases im Rückführkanal 35.
Wenn die Ausgänge der Sauerstoffkonzentrationssensoren 121, 122 gleich werden, geht der Programmablauf zu Schritt 710, um das Zählen des Timers anzuhalten und den Summenwert (t) des Timers als gemessene Zeitdauer te zu setzen.
Im nächsten Schritt 711 wird bestimmt, ob die gemessene Zeitdauer te innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt.
Es wird im wesentlichen angenommen, daß die Zeitdauer, die erforderlich ist, um das Gas aus der Adsorptionsvorrichtung vollständig zu desorbieren, innerhalb eines vorgegebenen Zeitbereiches (tb – α) bis (tb + α) liegt, wobei tb ein Mittenwert ist. Wenn die gemessene Zeitdauer innerhalb dieses Zeitbereiches liegt, bestimmt somit die Fehlerbestimmungseinheit 42, daß die Vorrichtung normal arbeitet; der Programmablauf geht zu Schritt 713.
Der Grund für das Messen der Zeitdauer te liegt im folgendem:
Wenn die Vorrichtung normal arbeitet, wird die Gaskomponente, die von der Adsorptionsvorrichtung desorbiert ist, dem Abgas im Kanal von der Rücklaufeinrichtung zugeführt, woraus sich ein größerer Ausgang des ersten Gassensors im Vergleich zum zweiten Gassensor ergibt, während die Gaskomponente von der Adsorptionsvorrichtung desorbiert wird (siehe 29). Nach der Beendigung der Desorption des adsorbierten Gases sind die Ausgänge vom ersten und zweiten Gassensor angepaßt (siehe 30). Wenn die Vorrichtung angemessen arbeitet, fällt somit die Zeitdauer te, die durch die Zeitmeßeinrichtung gemessen wird, in den vorgegebenen Wertebereich, der den Betriebszuständen des Motors entspricht.
Die Fehlerbestimmungseinrichtung kann somit bestimmen, ob die Zeitdauer te innerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt, um angemessen zu bestimmen, daß ein bestimmter Fehler, z. B. in der Adsorptionsvorrichtung oder der Schalteinrichtung, auftritt, wenn dieser auftritt. Das verhindert, daß die Abgasreinigungsvorrichtung für eine lange Zeitdauer mit nicht korrigiertem Fehler arbeitet.
In Schritt 713 wird das zweite Magnetventil 28 geschlossen, um den Rückführkanal 35 zu schließen (die zweite Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 wird geschlossen).
Wenn jedoch in Schritt 711 die gemessene Zeitdauer te nicht innerhalb des Zeitbereiches (tb – α) bis (tb + α) liegt, bestimmt die Fehlerbestimmungseinheit 42, daß die Vorrichtung versagt, und setzt in Schritt 712 ein Fehler flag und sendet ein Fehlersignal zu den entscheidenden Abschnitten.
Der Programmablauf geht anschließend zu Schritt 713, um den Rückführkanal 35 zu schließen.
Ursachen dafür, daß die gemessene Zeitdauer te außerhalb des vorgegebenen Zeitbereiches liegt, schließen einen Fehler in den Magnetventilen 27, 28 oder den Öffnungs-und-Schließ-Einheiten 13, 24, die die Schalteinheit bilden, eine Verschlechterung der Adsorptionsvorrichtung 22 und das Zusetzen des Rückführkanals 35 ein.
Wenn die Abgasreinigungsvorrichtung 1 normal arbeitet, ist die Desorption des KW abgeschlossen und liegt die Zeitdauer te, die zum Anpassen von Vex und Vin erforderlich ist, innerhalb des vorgegebenen Bereiches (tb ± α), wie es in 31 gezeigt ist.
Wenn jedoch die Abgasreinigungsvorrichtung versagt und die Menge an adsorbiertem KW Null ist, besteht zwischen den Ausgängen der Sauerstoffkonzentrationssensoren 121, 122 keine Differenz.
Wenn die Desorptionsmenge von der Adsorptionsvorrichtung 22 kleiner als während des Normalbetriebes ist, wird außerdem die Differenz zwischen den Ausgängen von den Sauerstoffkonzentrationssensoren beseitigt, bevor (tb – α) vergangen ist.
Wenn ferner durch das Zusetzen des Rückführkanals 35 bedingt die Desorption von der Adsorptionsvorrichtung 22 eine größere Zeitspanne als bei Normalbetrieb erfordert, ist die gemessene Zeitdauer te größer als (tb + α).
Gemäß Vorbeschreibung kann dieses Ausführungsbeispiel die Abgasreinigungsvorrichtung 1 vorsehen, die die Emission von giftigen Komponenten eines Abgases effektiv steuern kann und einen Fehler in der Vorrichtung angemessen bestimmen kann.
Das siebente Ausführungsbeispiel ist ein weiteres Beispiel des Ausführungsbeispiels 6, bei dem statt der Sauerstoffkonzentrationssensoren 121, 122 ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor verwendet wird.
Im wesentlichen ändert sich statt der schnellen Änderung innerhalb eines kleinen Bereiches, wie in den in 27 gezeigten Sauerstoffkonzentrationssensoren 121, 122, der Ausgang des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors bezüglich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, wie es in 33 gezeigt ist, langsam.
Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor kann somit einen breiten Bereich an Luft-Kraftstoff-Verhältnissen erfassen und das Verhältnis identifizieren, selbst wenn sich durch eine schnelle Beschleunigung bedingt sein Änderungsbereich stark ändert, wodurch eine sehr genaue Fehlerdiagnose ermöglicht wird.
Die anderen entscheidenden Punkte sind ähnlich denen im Ausführungsbeispiel 6.
Das achte Ausführungsbeispiel ist ein weiteres Beispiel von Ausführungsbeispiel 6, bei dem statt der Sauerstoffkonzentrationssensoren 121, 122 ein KW-Konzentrationssensor zum Erfassen der Konzentration von KW verwendet wird.
Der Ausgang des KW-Konzentrationssensors ändert sich entsprechend der Konzentration von KW in einem Abgas, wie es in 34 gezeigt ist. Der KW-Konzentrationssensor überwacht somit die Konzentration von KW direkt, ohne daß eine Beeinflussung durch die Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses besteht, und kann Fehler in der Vorrichtung genauer als in den Ausführungsbeispielen 1 und 2 diagnostizieren.
Die anderen entscheidenden Punkte sind denen in Ausführungsbeispiel 6 ähnlich.
Das neunte Ausführungsbeispiel ist eine Abgasreinigungsvorrichtung 1 entsprechend einem Ausführungsbeispiel des zweiten Ausführungsbeispiels. Dieses Ausführungsbeispiel ist ein weiteres Beispiel von Ausführungsbeispiel 6, bei dem statt der Zeitmeßeinheit 41 und der Fehlerbestimmungseinheit 42 eine Korrelationsberechnungseinheit 45 und eine Fehlerbestimmungseinheit 46 vorgesehen sind.
Die ECU 40 nimmt die Ausgänge des ersten und zweiten Sauerstoffkonzentrationssensors 121 und 122 auf; die Korrelationsberechnungseinheit 45 berechnet einen Korrelationskoeffizienten D für die Sauerstoffkonzentrationssensoren 121, 122 nach dem Öffnen des Rückführkanals 35. Die Fehlerbestimmungseinheit 46 bestimmt, ob die Vorrichtung versagt, indem bestimmt wird, ob der Korrelationskoeffizient D, der durch die Korrelationsberechnungseinheit 45 innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer berechnet wurde, einen vorgegebenen Wert übersteigt.
Der Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung 1 dieses Ausführungsbeispiels, die die Korrelationsberechnungseinheit 45 und die Fehlerbestimmungseinheit 46 aufweist, ist unter Bezugnahme auf die 35 und 36 durch die Konzentration auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel 6 beschrieben.
Im Flußdiagramm in 36 ist der Programmablauf vor dem Schritt 706, in dem der Rückführkanal 35 aktiviert wird, gleich dem in Ausführungsbeispiel 6 (28), so daß die Beschreibung unterlassen wird.
Im nächsten Schritt 708 beginnt der Timer mit dem Zählen, nachdem der Rückführkanal 35 aktiviert wurde.
Als nächstes berechnet in Schritt 720 die Korrelationsberechnungseinheit 45 einen Korrelationskoeffizienten D für die Ausgänge Vex, Vin vom ersten und zweiten Sauerstoffkonzentrationssensor 121 und 122, nachdem der Timer aktiviert wurde.
Der Korrelationskoeffizient D kann z. B. als Verhältnis des Mittelwertes der Produkte der Ausgänge von den Sensoren 121, 122 zum Mittelwert der Quadrate Vin² des Ausgangs vom zweiten Sauerstoffkonzentrationssensors 122 wie folgt einfach berechnet werden: D = (Vin × Vex)(Vin × Vin)–1.
Die Berechnung des Korrelationskoeffizienten D wird fortgeführt, bis daß eine vorgegebene Zeitdauer ts vergangen ist und die Desorption von der Adsorptionsvorrichtung 22 beendet ist.
Wenn die Zeitdauer ts in Schritt 721 vergangen ist, geht der Programmablauf zu Schritt 722.
In Schritt 722 wird bestimmt, ob der Korrelationskoeffizient D, der erhalten wird, bevor die Zeitdauer ts vergangen ist, einen vorgegebenen Wert übersteigt, z. B. 0,5. Wenn das Ergebnis der Bestimmung negativ ist, wird in Schritt 712 das Fehlerflag gesetzt und in Schritt 713 der Rückführkanal 35 geschlossen und das Steuerprogramm abgeschlossen.
Wenn im Schritt 722 der Korrelationskoeffizient D den vorgegebenen Wert übersteigt, wird bestimmt, daß zwischen den Ausgängen des ersten und zweiten Sauerstoffkonzentrationssensors 121 und 122 eine vorgegebene Korrelation besteht und daß die Vorrichtung im Normalzustand ist. Daher wird in Schritt 713 der Rückführkanal 35 geschlossen und das Steuerprogramm abgeschlossen, ohne daß das Fehlerflag gesetzt ist.
Die Tatsache, daß sich bei einem Fehler der Abgasreinigungsvorrichtung 1 der Korrelationskoeffizient D wesentlich verringert, d. h., daß eine Verringerung des Korrelationskoeffizienten D mit einem Fehler in der Vorrichtung in enger Verbindung steht, ist auf der Grundlage der gemessenen Ist-Werte gezeigt.
37 zeigt ein tatsächliches Beispiel des Korrelationskoeffizienten D im Normalmodus und in zwei Fehlermodi des Zuleitungsventils 26.
Der Korrelationskoeffizient D ist im Normalmodus 0,7, also viel größer als der vorgegebene Wert von 0,5, wohingegen sich dieser auf 0,16 verringert, wenn das Zuleitungsventil offen bleibt (durch ein Brechen des Ventilabschnitts bedingt) und auf 0,41 verringert, wenn das Ventil geschlossen bleibt (durch ein Festklemmen des Ventilabschnitts bedingt).
Das heißt, daß, wenn der Ventilabschnitt des Zuleitungsventils 27 gebrochen ist, um ein Offenbleiben des Rückführkanals 35 zu verursachen, der vorherrschende Strom im Normalmodus entgegengesetzt zur Rückführung eines Abgases gerichtet ist, d. h. von der Abgassammelleitung 52 des Motors zur stromabwärts liegenden Seite der Adsorptionsvorrichtung 22. Der Ausgang Vex vom ersten Sauerstoffkonzentrationssensor wird somit von der Sauerstoffkonzentration an der stromabwärts liegenden Seite der Katalysatorvorrichtung 11 getrennt und Vex > Vin dauert an, jedoch verringert sich der Korrelationskoeffizient D stark.
Wenn zum Beispiel die zweite Öffnungs-und-Schließ-Einheit 24 des Zuleitungsventils 26 vollständig geöffnet bleibt, wird außerdem der Strom von Abgas vom Rückführkanal 35 aus gestoppt; der erste Sauerstoffkonzentrationssensor 121 erfaßt die Sauerstoffkonzentration eines Abgases, das von der Adsorptionsvorrichtung 22 diffundiert wird. Der Korrelationskoeffizient D für den Ausgang Vex und den Ausgang Vin vom zweiten Sauerstoffkonzentrationssensor 122 verringert sich somit (D = 0,41).
Gemäß Vorbeschreibung kann ein Fehler in der Vorrichtung angemessen bestimmt werden, indem der Korrelationskoeffizient D überwacht wird.
Andere entscheidende Punkte sind denen in Ausführungsbeispiel 6 ähnlich.
Gemäß Vorbeschreibung kann dieses Ausführungsbeispiel die Abgasreinigungsvorrichtung 1 vorsehen, die den Auslaß von giftigen Komponenten eines Abgases während des Normalmodus wirksam steuern und einen Fehler in der Vorrichtung angemessen bestimmen kann.
Obwohl in diesen Ausführungsbeispielen die vorgegebene Zeitdauer ts in Schritt 721 im Flußdiagramm die Zeitdauer ist, die zum Beenden der Desorption von der Adsorptionsvorrichtung 22 erforderlich ist, kann die Zeitdauer ts kürzer sein. Zum Beispiel kann die Zeitdauer ts 10 Sekunden sein und der Korrelationskoeffizient in Schritt 722 alle 10 Sekunden geprüft werden. In diesem Fall kann, wenn die erforderlichen Bedingungen erfüllt sind, das Fehlerflag sofort gesetzt werden, um eine Fehlerinformation vorzusehen (anzuzeigen).
Es wird somit eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einer Fehlerdiagnosefunktion vorgesehen. Eine Fehlerdiagnosevorrichtung bestimmt, daß die Vorrichtung versagt, wenn die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit einer Adsorptionsvorrichtung während eines Gasadsorptionsprozesses gleich einem eingestellten Wert oder kleiner ist, und wenn die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit während eines Gasdesorptionsprozesses gleich einer oberen Grenze oder größer oder gleich einer unteren Grenze oder kleiner ist. Ferner überwacht eine andere Fehlerdiagnosevorrichtung in ähnlicher Weise den Strom, der durch die Adsorptionsvorrichtung geht. Eine andere Fehlerdiagnosevorrichtung bestimmt, daß die Vorrichtung versagt, wenn die Konzentration des Auslaßgases in einem Auslaßkanal gleich einem eingestellten Wert oder größer als dieser ist. Ferner mißt eine andere Fehlerdiagnosevorrichtung die Konzentration eines Auslaßgases, das durch einen Rückführkanal strömt, um die Menge an Auslaßgas zu summieren, damit bestimmt wird, daß die Vorrichtung versagt, wenn der summierte Wert gleich einem eingestellten Wert oder kleiner ist. Abgassensoren sind im Rückführkanal bzw. an der stromaufwärts liegenden Seite der Adsorptionsvorrichtung angebracht; die Zeitdauer te von der Aktivierung des Rückführkanals bis zum Anpassen der Ausgänge der Abgassensoren oder ein Korrelationskoeffizient für diese Ausgänge wird gemessen, um Fehler in der Vorrichtung zu diagnostizieren.

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung zum Reinigen giftiger Substanzen im Abgas, die von einem Motor abgegeben werden, die aufweist: einen Abgaskanal (31), der sich stromabwärts vom Motor (51) befindet, um Abgas vom Motor abzugeben, eine Katalysatorvorrichtung (11), die sich an der stromaufwärts liegenden Seite des Abgaskanals (31) im Abgaskanal (31) befindet, zum Reinigen der giftigen Substanzen, einen Hauptkanal (32), der sich stromabwärts vom Abgaskanal (31) befindet, einen Adsorptionskanal (33), der sich stromabwärts vom Abgaskanal (31) und parallel zum Hauptkanal (32) befindet, einen Auslaßkanal (30), der sich stromabwärts vom Hauptkanal (32) und vom Adsorptionskanal (33) befindet, eine Adsorptionsvorrichtung (22), die sich im Adsorptionskanal (33) befindet, zum Adsorbieren der giftigen Substanzen im Abgas, einen Rückführkanal (35), der vom Adsorptionskanal (33) abzweigt und mit der stromaufwärts liegenden Seite der Katalysatorvorrichtung (11) verbunden ist, eine Schalteinheit (13) zum auswählenden Schalten des Hauptkanals (32) oder des Adsorptionskanals (33), wobei die Schalteinheit (13) Abgas in den Adsorptionskanal (33) führt, wenn die Temperatur des Abgases einen vorgegebenen Wert hat oder niedriger ist, und Abgas in den Hauptkanal (32) führt und den Rückführkanal (35) öffnet, wenn die Temperatur des Abgases den vorgegebenen Wert übersteigt, Abgassensoren (121, 122), die sich im Rückführkanal (35) und im Abgaskanal (31) stromaufwärts von der Adsorptionsvorrichtung (22) befinden, zum Erfassen von Gaskomponenten des Abgases, die sich entsprechend dem Betrieb der Adsorptionsvorrichtung (22) ändern, eine Zeitmeßeinheit, die Ausgangssignale von den Abgassensoren aufnimmt und eine Zeitdauer vom Öffnen des Rückführkanals (35), das durch Ausgangssignale von den Abgassensoren (121, 122) verursacht wird, bis zur Übereinstimmung der Ausgangssignale mißt, eine Fehlerbestimmungseinheit zum Bestimmen, daß die Vorrichtung versagt, wenn die gemessene Zeitdauer außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt.
Abgasreinigungsvorrichtung zum Reinigen giftiger Substanzen im Abgas, das von einem Motor abgegeben wird, die aufweist: einen Abgaskanal (31), der sich stromabwärts vom Motor (51) befindet, um Abgas vom Motor abzugeben, eine Katalysatorvorrichtung (11), die sich an der stromaufwärts liegenden Seite vom Abgaskanal (31) im Abgaskanal (31) befindet, zum Reinigen der giftigen Substanzen, einen Hauptkanal (32), der sich stromabwärts vom Abgaskanal (31) befindet, einen Adsorptionskanal (33), der sich stromabwärts vom Abgaskanal (31) und parallel zum Hauptkanal (32) befindet, einen Auslaßkanal (30), der sich stromabwärts vom Hauptkanal (32) und vom Adsorptionskanal (33) befindet, eine Adsorptionsvorrichtung (22), die sich im Adsorptionskanal (33) befindet, zum Adsorbieren der giftigen Substanzen im Abgas, einen Rückführkanal (35), der vom Adsorptionskanal (33) abzweigt und mit der stromaufwärts liegenden Seite der Katalysatorvorrichtung (11) verbunden ist, eine Schalteinheit (13) zum auswählenden Schalten des Hauptkanals (32) oder des Adsorptionskanals (33), wobei die Schalteinheit (13) Abgas in den Adsorptionskanal (33) führt, wenn die Temperatur des Abgases einen vorgegebenen Wert hat oder kleiner ist, und Abgas in den Hauptkanal (32) führt und den Rückführkanal (35) öffnet, wenn die Temperatur des Abgases den vorgegebenen Wert übersteigt, Abgassensoren (121, 122), die sich im Rückführkanal (35) und im Abgaskanal (31) stromaufwärts von der Adsorptionsvorrichtung (22) befinden, zum Erfassen von Gaskomponenten des Abgases, die sich entsprechend dem Betrieb der Adsorptionsvorrichtung (22) ändern, eine Zeitmeßeinheit, die Signale, die von den Abgassensoren abgegeben werden, aufnimmt und eine Zeitdauer vom Öffnen des Rückführkanals (35), das durch Ausgangssignale von den Abgassensoren (121, 122) verursacht wird, bis zur Übereinstimmung der Ausgangssignale mißt, eine Fehlerbestimmungseinheit zum Bestimmen, daß die Vorrichtung versagt, wenn die gemessene Zeitdauer außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt, eine Korrelationsberechnungseinheit, die Ausgangssignale von den Abgassensoren aufnimmt und den Grad der Korrelation zwischen den Ausgangssignalen von den Abgassensoren innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer berechnet, nachdem der Rückführkanal (35) geöffnet wurde, eine Fehlerbestimmungseinheit, die bestimmt, daß die Vorrichtung versagt, wenn der Grad der Korrelation geringer als ein vorgegebenes Niveau ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Korrelationsberechnungseinheit den Grad der Korrelation unter Verwendung eines Korrelationskoeffizienten berechnet.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Korrelationsberechnungseinheit den Grad der Korrelation während eines Leerlaufzustandes des Motors berechnet.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Korrelationsberechnungseinheit den Grad der Korrelation während eines Verlangsamungszustandes eines Fahrzeugs berechnet.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Abgassensoren Sauerstoffsensoren sind.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Abgassensoren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren sind.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Abgassensoren Kohlenwasserstoffsensoren sind.