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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Erfassen
einer Verschlechterung eines katalytischen Dreiwege-Wandlers (der nachstehend
auch einfach als der Katalysator bezeichnet wird), der in einem
Auslassrohr eines Brennkraftmaschinesystems angeordnet ist, auf
Grundlage von Luft-Kraftstoff-Verhältnissen, die an Stellen stromaufwärts bzw.
stromabwärts
des katalytischen Wandlers innerhalb des Auslassrohrs erfasst werden.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung
für eine
Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung derart verbessert ist,
dass eine fehlerhafte Erfassung eines verschlechterten Zustands
des Katalysators, der Veränderungen
des Betriebszustands davon zurechenbar ist, beispielsweise Veränderungen
der Umgebungsbedingungen, unterdrückt werden kann und somit eine
hohe Zuverlässigkeit
für die
Erfassung oder die Entscheidung hinsichtlich einer Verschlechterung
eines Katalysators sichergestellt werden kann. Ferner bezieht sich
die vorliegende Erfindung auf ein Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsverfahren,
welches eine wesentlich verbesserte Zuverlässigkeit sicherstellen kann, und
ein Aufzeichnungsmedium, welches das Verschlechterungserfassungsverfahren
in der Form eines Programms oder in der Form von Programmen speichert,
das/die mit einem Computer wie einem Mikrocomputer ausgeführt werden
kann/können.
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2. Stand der Technik
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Allgemein
ist in dem Kraftstoffeinspritz-Steuersystem für die Brennkraftmaschine eines
Motorfahrzeugs oder eines Autos bekannt, die Kraftstoffeinspritzmenge
auf Grundlage einer Basiskraftstoffeinspritzmenge zu steuern, die
in Abhängigkeit
von Betriebszustandsparametern der Maschine, wie eine Ansaugluftmenge,
eine Maschinendrehzahl (UpM) oder dergleichen, arithmetisch bestimmt
wird und die auf Grundlage eines Erfassungssignals (Erfassungssignale)
das (die) von wenigstens einem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor,
wie einem in dem Auslassrohr angeordneten O2-Sensor
zum Erfassen einer Konzentration des in dem Abgas enthaltenen Sauerstoffs,
ausgegeben wird (werden) korrigierend modifiziert sind, so dass
das Luft-Kraftstoffverhältnis
ultimativ auf einen gewünschten
oder stoichiometrischen Wert konvergieren kann.
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Durch
Steuern der Kraftstoffeinspritzmenge so, dass das stöichiometrische
Luft-Kraftstoffverhältnis
beim Betrieb der Brennkraftmaschine realisiert werden kann, kann
die Reinigungsfähigkeit
des katalytischen Dreiwege-Wandlers auf einem hohen Niveau gehalten
werden und somit können
CO (Kohlenmonoxid), NOx (Stickoxide) und
HC (Kohlenwasserstoff) in unschädliche
Komponenten bei einer Oxydations-Reduktionsreaktion
umgewandelt werden.
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Ferner
sind für
eine praktische Anwendung bislang eine Vielzahl von Vorgehensweisen
zum Erfassen einer Verschlechterung des Katalysators oder eines
verschlechterten Zustands vorgeschlagen und entwickelt worden, indem
Erfassungssignale verwendet werden, die von einem Paar von Luft-Kraftstoff-Verhältnissensoren
ausgegeben werden, die in dem Auslassrohr an Stellen stromaufwärts bzw. stromabwärts des
katalytischen Dreiwege-Wandlers angeordnet sind, wie zum Beispiel
in der
japanischen nicht geprüften Patentanmeldung
mit der Veröffentlichungsnummer
Nr. 98949/1993 (
japanisches
Patent Nr. 2611070 ) beschrieben ist.
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Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung wird zunächst die bislang bekannte herkömmliche
Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung beschrieben.
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6 ist
ein Blockschaltbild, welches allgemein eine Anordnung einer herkömmlichen
Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung
für eine Brennkraftmaschine
zeigt, die dafür
ausgelegt ist, eine Verschlechterung des Katalysators auf Grundlage
von Luft-Kraftstoffverhältnis-Erfassungssignalen zu
erfassen, die an stromaufwärts
bzw. stromabwärts liegenden
Seiten des Katalysators erhalten werden.
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Unter
Bezugnahme auf die Figur ist eine Maschine 1, die einen
Hauptteil des Brennkraftmaschinensystems bildet, mit einem Ansaugrohr 2 und
einem Auslassrohr 3 in einer an sich in dem technischen
Gebiet bekannten Anordnung vorgesehen.
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Das
Ansaugrohr 2 ist mit einem Kraftstoffeinspritzer (nicht
gezeigt) zum Laden eines Luft-Kraftstoffgemischs A in die Maschine 1 über das
Ansaugrohr 2 versehen. Das Abgas B, welches sich aus einer
Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemischs
in der Maschine 1 ergibt, wird über das Auslassrohr 3 abgegeben.
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Ein
katalytischer Dreiwege-Wandler 4 zum Reinigen des Abgases
B befindet sich in dem Auslassrohr 3. Üblicherweise ist der katalytische
Wandler 4 an einer Bodenebene der Fahrzeugkarosserie zusammen
mit dem Auslassrohr 3 angeordnet.
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Auf
dem Auslassrohr 3 sind ein Paar von Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensoren 5 und 6 an
Positionen stromaufwärts
bzw. stromabwärts
des katalytischen Wandlers 4 angeordnet. Erfassungssignale, die
von den Luft-Kraftstoff-Verhältnissensoren 5 und 6 ausgegeben
werden, sind jeweils mit Bezugszeichen D1 und D2 bezeichnet. Für den Zweck
einer Überwachung
oder Erfassung von Betriebszuständen
der Maschine 1 sind verschiedene Typen von Sensoren, die
zusammengenommen mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnet sind,
vorgesehen. Für
die Sensoren kann typischerweise ein Kurbelwinkelsensor, ein Maschinedrehzahlsensor,
ein Temperatursensor, ein Drosselöffnungsgradsensor und ein Ansaugluftmengensensor
erwähnt
werden, die alle in dem technischen Gebiet bekannt sind. Somit kann eine
Information über
die Betriebszustände
der Maschine 1 auf Grundlage der Ausgangssignale der erwähnten Sensoren
erhalten werden.
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Eine
ECU (elektronische Steuereinheit) 10, die von einem Mikrocomputer
gebildet sein kann, ist aus einer Verschlechterungsparameter-Arithmetikeinheit 11,
einer Entscheidungsreferenzwert-Einstelleinrichtung 12A und
einer Katalysatorverschlechterungs-Entscheidungseinrichtung 13A zusätzlich zu
einer Kraftstoffeinspritz-Steuerung und einer Zündsteuereinrichtung (nicht
gezeigt) gebildet, die in dem technischen Gebiet bekannt sind. Die ECU 10 empfängt als
Eingänge
daran die Luft-Kraftstoffverhältnis-Erfassungssignale
D1 und D2 und die Erfassungsinformation, die von den Ausgängen der verschiedenen
Sensoren 7 abgeleitet wird. Überdies können die verschiedenen oben
erwähnten
Einrichtungen in der Form eines Programms (oder in der Form von
Programmen), das (die) mit einem Computer ausgeführt werden kann (können), realisiert
werden.
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Die
Verschlechterungsparameter-Arithmetikeinheit 11 ist so
ausgelegt oder programmiert, dass sie arithmetisch einen Verschlechterungsparameter P
zum Treffen einer Entscheidung hinsichtlich eines Verschlechterungsgrads
des Katalysators auf Grundlage des Ergebnisses eines Vergleichs
der Luft-Kraftstoffverhältnis-Erfassungssignale
D1 und D2 bestimmt.
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Insbesondere
kann die Verschlechterungsparameter-Arithmetikeinheit 11 so ausgelegt
sein, dass sie arithmetisch eine Anzahl von Polaritätsinvertierungen
und die Wellenformflächen
(integrale Werte) der Erfassungssignale D1 bzw. D2 als Basiswerte
bestimmt und dann arithmetisch das Verhältnis zwischen diesen Basiswerten
als den Verschlechterungsparameter P (arithmetisch bestimmter Wert) bestimmt,
der den Verschlechterungsgrad des Katalysators anzeigt.
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Die
Entscheidungsreferenzwert-Einstelleinrichtung 12A ist so
ausgelegt oder programmiert, dass sie einen Entscheidungsreferenzwert β einstellt, der
als der Vergleichsreferenzwert für
den Verschlechterungsparameter P dient.
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Die
Katalysatorverschlechterungs-Entscheidungseinrichtung 13A ist
so ausgelegt oder programmiert, dass sie den Verschlechterungsparameter
P mit dem Entscheidungsreferenzwert β vergleicht, um dadurch ein
Abnormalitätssignal
E zu erzeugen, welches einen verschlechterten Zustand des Katalysators
anzeigt, wenn die Bedingung, dass der Verschlechterungsparameter
P größer als
der Entscheidungsreferenzwert β ist,
d. h. P größer β ist, erfüllt ist.
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Im
Ansprechen auf das Abnormalitätssignal E
wird eine Alarmeinrichtung (nicht gezeigt) betätigt, um den Betreiber oder
Fahrer über
den verschlechterten Zustand des Katalysators zu informieren und ihn
oder sie aufzufordern, den katalytischen Wandler 4 auszutauschen.
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Zudem
ist die Katalysatorverschlechterungs-Entscheidungseinrichtung 13A ausgelegt,
um den Verschlechterungsparameter P mit dem Referenzwert β zu vergleichen,
um dadurch eine Entscheidung hinsichtlich des verschlechterten Zustands
des Katalysators 4, jedes mal wenn die Erfassungssignale
D1 und D2 der ECU 10 eingegeben werden, zu treffen.
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An
dieser Stelle sei erwähnt,
dass die Reinigungsfunktion des Katalysators dazu neigt, von einer Veränderung
einer Umgebungs- oder Betriebsbedingung beeinflusst zu werden und
sich vorübergehend verschlechtern
kann, wenn die Temperatur absinkt. Wie voranstehend erwähnt ist
der Katalysator 4 auf der Bodenebene der Fahrzeugkarosserie
angeordnet. Demzufolge kann der katalytische Wandler 4 mit Wasser
von den Pfützen
auf den Strassen im Verlauf der Fahrt des Motorfahrzeugs oder des
Autos bespritzt werden, um dadurch vorübergehend gekühlt zu werden.
Unter diesen Umständen
ergibt sich die Möglichkeit,
dass die Katalysatorverschlechterungs-Entscheidungseinrichtung 13A eine
fehlerhafte Entscheidung hinsichtlich des verschlechterten Zustands
des Katalysators aufgrund von unerwarteten Faktoren wie eine Temperaturabsenkung
während
eines Betriebs der Brennkraftmaschine treffen kann.
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Aus
dem voranstehend Gesagten lässt
sich erkennen, dass bei der herkömmlichen
Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung
für die Brennkraftmaschine
ein Problem in nachteiliger Weise dahingehend besteht, dass der
verschlechterte Zustand des Katalysators in fehlerhafter Weise bestimmt
wird, wenn die Funktion des Katalysators z. B. aufgrund einer vorübergehenden
Temperaturabsenkung vorübergehend
verringert wird.
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Die
DE 693 06 511 T2 betrifft
eine Vorrichtung zum Feststellen der Verschlechterung eines Katalysators
einer Brennkraftmaschine. Zur Feststellung der Verschlechterung
eines Katalysators wird in
DE
693 06 511 T2 eine Einrichtung zum Berechnen eines Durchschnittswerts
des Ausgangswerts aus einem zweiten Abgaskomponenten-Konzentrationssensor
und eine Einrichtung zum Berechnen einer Ausgangsfluktuationsbreite
bezüglich
des Durchschnittswerts aufgrund des Ausgangswerts aus dem zweiten
Abgaskomponenten-Konzentrationssensors verwendet.
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Die
DE 692 04 250 T2 betrifft
eine Vorrichtung zur Bestimmung der Verschlechterung eines Katalysators
für eine
Brennkraftmaschine. Zur Bestimmung der Verschlechterung des Katalysators verwendet
die
DE 692 04 250
T2 die Länge
der Antwortkennlinie des Ausgangssignals des stromab angeordneten
Luft-Brennstoff-Verhältnissensors,
wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis der
Maschine durch die Rückkopplungsregelungseinrichtung
geregelt wird.
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Die
DE 38 30 515 A1 betrifft
ein Verfahren zur Überprüfung der
Funktion des Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine. Dazu wird
die Differenz der Sauerstoffgehalte des Abgases der Brennkraftmaschine
vor Eintritt in den Abgaskatalysator und nach Austritt aus dem Abgaskatalysator
gemessen. Sodann wird der Quotient aus dieser Sauerstoffgehaltsdifferenz
und dem Sauerstoffgehalt des Abgases vor Eintritt in den Abgaskatalysator
gebildet. Schließlich
wird dieser Quotient zur Angabe des Funktionszustandes des Abgaskatalysators
mit einem abgaskatalysatorspezifischen Sollwert verglichen.
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Die
DE 41 12 480 A1 betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Alterungszustandes
eines Katalysators. Zum Bestimmen des Alterungszustandes eines Katalysators
wird abgewartet, bis der zugehörige
Motor für
eine vorgegebene Mindestdauer im Schubbetrieb ohne Kraftstoffzufuhr
mit anschließendem
Leerlauf betrieben wird.
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Dann
wird auf Fettbetrieb umgeschaltet und die Zeitdauer bestimmt bis
der Lambdawert hinter dem Katalysator einen Schwellwert Richtung "Fett" unterschreitet.
Die Zeitdauer bezogen auf die in dieser Zeit erfasste Luftmasse
dient zur Beurteilung des Alterungszustands des Katalysators.
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Die
US 5,966,930 betrifft ein
System zur Bestimmung der Verschlechterung eines Katalysators für eine Brennkraftmaschine.
In der
US 5,966,930 basiert
die Bestimmung der Verschlechterung des Katalysators auf der erfassten
Sauerstoffspeicherkapazität
des Katalysators und gleitenden Mittelwerten dieser Kapazität.
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Die
US 5,579,637 betrifft eine
Vorrichtung zur Steuerung eines Verhältnisses der Verbrennungsluft
zu gasförmigen
Brennstoffen bei der Verbrennung in einer Brennkraftmaschine. Die
US 5,579,637 beschreibt
eine Einrichtung zur Erfassung der Verschlechterung eines Katalysators.
Die Beurteilung dieses Verschlechterungszustands basiert auf Korrekturparameter
für den
Verschlechterungszustand. Diese Verschlechterungsparameter werden erhöht, wenn
der Fluktuationszustand des Verhältnisses
der Verbrennungsluft zu gasförmigen
Brennstoffen kleiner als ein vorgegebener Parameter ist.
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3. Aufgaben, Lösungen, Vorteile der Erfindung
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Angesichts
des beschriebenen Standes der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung eine Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung
für eine
Brennkraftmaschine bereitzustellen, die eine hohe Zuverlässigkeit
im Hinblick auf eine Entscheidung über die Verschlechterung des
Katalysators sicherstellt, selbst bei Änderungen der Betriebsbedingungen
oder des Zustands des Motors.
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Es
ist weiter Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsverfahren
bereitzustellen, welches eine wesentlich erhöhte Zuverlässigkeit herstellen kann.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Aufzeichnungsmedium
bereitzustellen, welches das Katalysatorsverschlechterungs-Erfassungsverfahren
in der Form eines Programms oder in der Form von Programmen, das/die
mit einem Computer wie einem Mikrocomputer ausgeführt werden
kann/können,
speichert.
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Diese
Aufgaben werden gelöst
durch eine Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines
Katalysators nach Anspruch 1, durch ein Verfahren nach Anspruch
9 und ein Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 10.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann die Verschlechterungsparameter-Bestimmungseinrichtung
so ausgelegt werden, dass sie arithmetisch eine Anzahl von Polaritätsinvertierungen
und Wellenformflächen
der ersten und zweiten Erfassungssignale als erste bzw. zweite Werte
bestimmt und als Verschlechterungsparameter einen Wert bestimmt,
der durch Teilen des zweiten Werts, der von dem zweiten Erfassungssignal
abgeleitet wird, durch den ersten Wert, der von dem ersten Erfassungssignal
abgeleitet wird, erhalten wird.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Ereignishäufigkeits-Zähleinrichtung
so ausgelegt, dass ein gesamter Bereich von Verschlechterungsparameterwerten,
die sich von einem minimalen Wert zu einem maximalen Wert erstrecken,
in eine Vielzahl von Verteilungsfeldern bei einem im wesentlichen
gleichen Intervall geteilt sind, um dadurch die Anzahl von Auftrittsereignissen
des Verschlechterungsparameters unabhängig in jedem der Verteilungsfelder
zu zählen.
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In
noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
die Statistikwert-Bestimmungseinrichtung so ausgelegt, dass sie
den Ereignishäufigkeitswert,
der den maximalen Wert abdeckt, durch einen Ereignishäufigkeitswert
teilt, der den minimalen Wert abdeckt, um dadurch den statistischen Wert
zu erhalten.
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In
noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst
die Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung
für die
Brennkraftmaschine ferner eine Entscheidungsreferenzwert-Einstelleinrichtung
zum Einstellen eines Entscheidungsreferenzwerts, der zum Vergleich
mit dem statistischen Wert dient, wobei die Katalysatorverschlechterungs-Entscheidungseinrichtung
so ausgelegt ist, dass sie den statistischen Wert mit dem Entscheidungsreferenzwert
vergleicht und ein Abnormalitätssignal
erzeugt, welches eine Verschlechterung des Katalysators anzeigt,
wenn der statistische Wert den Entscheidungsreferenzwert übersteigt.
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Mit
dieser Anordnung kann eine fehlerhafte Entscheidung einer Verschlechterung
des Katalysators unterdrückt
werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung durchlaufen die Ereignishäufigkeitswerte eine Sicherungskopierung,
um dadurch die Häufigkeitsverteilungsdaten
sogar nach einem Ausschalten des Brennkraftmaschinensystems zu halten.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung
für das Brennkraftmaschinensystem
ferner eine Überlauf-Entscheidungseinrichtung
zum Erzeugen eines Überlauf-Entscheidungssignals,
wenn ein Überlauf der
Ereignishäufigkeitswerten
in wenigstens einem der Verteilungsfelder auftritt, und eine Datenkompressionseinrichtung
zum Komprimieren der Ereignishäufigkeitswerte
in sämtlichen
Verteilungsfeldern im Ansprechen auf das Überlauf-Entscheidungssignal. Hierdurch
wird eine hohe Zuverlässigkeit
der Katalysatorverschlechterungsentscheidung über eine längere Periode aufrecht erhalten.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung komprimiert die Datenkompressionseinrichtung die Ereignishäufigkeitswerte
in sämtlichen
Verteilungsfeldern auf 1/2n (n: eine natürliche Zahl)
im Ansprechen auf das Überlaufentscheidungssignal.
Hierdurch wird der Überlaufzustand
mit einer sehr einfachen Verarbeitung aufgehoben.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum
Erfassen einer Verschlechterung eines Katalysators, der in einem
Auslassrohr eines Brennkraftmaschinensystems angeordnet ist, vorgesehen,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erfassen eines ersten
Luft-Kraftstoffverhältnisses
an einer Stelle stromaufwärts
von dem Katalysator innerhalb des Auslassrohrs, Erfassen eines zweiten
Luft-Kraftstoffverhältnisses
an einer Stelle stromabwärts
von dem Katalysator innerhalb des Auslassrohrs, arithmetisches Bestimmen
eines Verschlechterungsparameters des Katalysators auf Grundlage
eines Vergleichs zwischen dem ersten Luft-Kraftstoffverhältnis und dem zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis, Zählen der
Auftrittsereignisse des Verschlechterungsparameters in jedem der
mehreren Verteilungsfelder, die in Abhängigkeit von Größen von
arithmetisch bestimmten Werten des Verschlechterungsparameters jeweils
als Ereignishäufigkeitswerte
erstellt sind, arithmetisches Bestimmen eines statistischen Werts
auf Grundlage der Ereignishäufigkeitswerte
in den Verteilungsfeldern, und Entscheiden, auf Grundlage eines
Vergleichs des statistischen Werts mit einem vorgegebenen Entscheidungs-Referenzwert,
ob sich der Katalysator verschlechtert hat oder nicht.
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Das
Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsverfahren kann automatisch
oder mit Hilfe eines Computers oder Mikrocomputers in vorteilhafter Weise
ausgeführt
werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Aufzeichnungsmedium
vorgesehen, welches in der Form eines von einem Computer ausführbaren
Programms ein Verfahren zum Erfassen einer Verschlechterung eines
Katalysators speichert, der in einem Auslassrohr eines Brennkraftmaschinensystems
vorgesehen ist, wobei das Programm Programmzeilen umfasst zum Erfassen
eines ersten Luft-Kraftstoffverhältnisses
an einer Stelle stromaufwärts
von dem Katalysator innerhalb des Auslassrohrs, Erfassen eines zweiten
Luft-Kraftstoffverhältnisses
an einer Stelle stromabwärts
von dem Katalysator innerhalb des Auslassrohrs, arithmetisches Bestimmen
eines Verschlechterungsparameters für eine Entscheidung hinsichtlich
einer Verschlechterung des Katalysators auf Grundlage des Vergleichs
zwischen dem ersten Luft-Kraftstoffverhältnis und dem zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis, Zählen von
Auftrittsereignissen des Verschlechterungsparameters in jedem von
mehreren Verteilungsfeldern, die in Abhängigkeit von Größen von arithmetisch
bestimmten Werten des Verschlechterungsparameters erstellt sind,
jeweils als Ereignishäufigkeitswerte,
arithmetisches Bestimmen eines statistischen Werts auf Grundlage
der Ereignishäufigkeitswerte
in den Verteilungsfeldern, und Entscheiden, auf Grundlage eines
Vergleichs des statistischen Werts mit einem vorgegebenen Entscheidungs-Referenzwert,
ob der Katalysator sich verschlechtert hat oder nicht. Hierdurch
kann die vorliegende Erfindung zum Beispiel in der Form eines Speicherchips
implementiert werden, der das Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsverfahren
als ein mit einem Computer ausführbares
Programm speichert, welches eine Umrüstung des existierenden Maschinensystems
mit der Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung erleichtern
kann.
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Die
genannten Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
finden Ausdruck in den bevorzugten Ausführungsformen gemäß den beiliegenden
Zeichnungen.
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4. Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild, welches schematisch eine Anordnung einer Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung
für eine
Brennkraftmaschine gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
Tabelle zum beispielhaften Erläutern
einer Häufigkeitsverteilung,
die von einer Ereignishäufigkeits-Zähleinrichtung
nach einer ersten Ausführungsform
der Erfindung erzeugt wird;
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3 ein
Flussdiagramm zum Darstellen eines Betriebs der Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung;
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4 ein
Blockschaltbild, welches schematisch eine Anordnung einer Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung
für eine
Brennkraftmaschine gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ein
Flussdiagramm zum Darstellen eines Betriebs der Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung; und
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6 ein
Blockschaltbild, welches eine Anordnung einer herkömmlichen
Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung
für eine Brennkraftmaschine
zeigt.
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5. Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen näher
beschrieben. In der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen
gleiche oder entsprechende Teile in allen Darstellungen.
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Ausführungsform
1
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1 ist
ein Funktionsblockschaltbild, welches schematisch eine Anordnung
einer Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschinensystem
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Figur sind gleiche Komponenten
wie diejenigen, die unter Bezugnahme auf 6 beschrieben wurden,
mit gleichen Bezugssymbolen bezeichnet.
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Die
Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung nach 1 umfasst
eine ECU (elektronische Steuereinheit) 10A, die wiederum
darin eine Ereignishäufigkeits-Zähleinrichtung 14 und eine
Statistikwert-Bestimmungseinrichtung 15 zusätzlich zu
der Verschlechterungsparameter-Bestimmungseinheit 11,
der Entscheidungsreferenzwert-Einstelleinrichtung,
die mit dem Bezugszeichen 12A in 1 bezeichnet
ist, und der Katalysatorverschlechterungs-Entscheidungseinrichtung, die mit 13A bezeichnet
ist, eingebaut hat. Diese Einrichtungen können in der Form eines Programms
(von Programmen) realisiert werden, das (die) mit dem Computer ausführbar ist/sind.
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Gemäß der Lehren
der Erfindung, so wie sie in der vorliegenden Ausführungsform
umgesetzt sind, ist die Verschlechterungsparameter-Bestimmungseinheit 11 so
ausgelegt, dass sie arithmetisch eine der Anzahl von Polaritätsinvertierungen
und der Wellenformflächen
der ersten und zweiten Erfassungssignale D1 und D2 als die ersten
bzw. zweiten Werte bestimmt und dann arithmetisch den Verschlechterungsparameter
P als ein Quotientenwert bestimmt, und zwar durch Teilen des zweiten
Werts, der von dem zweiten Erfassungssignal D2 abgeleitet wird,
durch den ersten Wert, der von dem ersten Erfassungssignal D1 abgeleitet
wird. Das erste Erfassungssignal D1 ist von dem Ausgang des Luft-Kraftstoffverhältnissensors
abgeleitet, der stromaufwärts von
dem katalytischen Wandler angeordnet ist. Das zweite Erfassungssignal
D2 ist von dem Ausgang des Luft-Kraftstoffverhältnissensors
abgeleitet, der stromabwärts
von dem katalytischen Wandler angeordnet ist.
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Die
Ereignishäufigkeits-Zähleinrichtung 14 ist
so ausgelegt oder programmiert, dass sie das Auftreten des Verschlechterungsparameters
P (d. h. das Ereignis) für
eine Registrierung oder eine Eingabe in jedes einer Vielzahl von
geteilten Bereichen oder Feldern in Abhängigkeit von einer Größe des arithmetisch
bestimmten Werts oder eines Quotientenwerts des Verschlechterungsparameters
P zählt,
um dadurch eine Ereignishäufigkeits-Verteilungstabelle
zu erzeugen, die z. B. zehn Ereignishäufigkeits-Zähldatenfelder N1 – N10 enthält (siehe 2).
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Die
Ereignishäufigkeits-Zähleinrichtung 14 ist
so ausgelegt, dass der gesamte Bereich, in den Werte des Verschlechterungsparameters
P fallen können,
d. h. der Bereich, der von einem minimalen Wert (in der Größenordnung
von 0%) des Verschlechterungsparameters P bis zu einem maximalen
Wert (100%) reicht, in zehn Felder in einem im wesentlichen gleichen
Intervall (ungefähr
jeweils 10% des maximalen Werts des Verschlechterungsparameters
P) aufgeteilt ist und die Ereignishäufigkeits-Zählwerte N1 bis N10 durch Zählen der
Auftrittsereignisse des Verschlechterungsparameters P (Ereignisse)
diskret in jedem der Felder in Abhängigkeit von dem Wert des Verschlechterungsparameters P
erzeugt sind.
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Obwohl
hier der Wertebereich des Verschlechterungsparameters P in zehn
Feldern aufgeteilt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf
irgendeine spezifische Anzahl der unterteilten Bereiche oder Felder
beschränkt.
Es versteht sich von selbst, dass der Bereich der Werte, die den
Verschlechterungsparameter P sicherstellen können, in eine gegebene Anzahl
von Feldern auf einer Einzelfallbasis aufgeteilt werden kann. Allgemein
kann die Anzahl der Felder (N) empirisch bestimmt werden.
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Die
Ergebnisse der Ereignishäufigkeits-Zähleinrichtung 14 sollten
mit einem Backup (Sicherungskopie) gesichert werden, damit die Ereignishäufigkeits-Verteilungsdaten
(Daten N1 bis N10) selbst nach einem Abschalten des Maschinensystems
aufrechterhalten oder gehalten werden können. In diesem Fall können die
Ereignishäufigkeitswerte, die
vor dem Abschalten erhalten werden, konsekutiv intakt verwendet
und aktualisiert werden, sobald das Maschinensystem wieder in Betrieb
genommen wird.
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Die
Statistikwert-Bestimmungseinrichtung 15 ist so ausgelegt,
dass sie einen statistischen Wert Q auf Grundlage der Ereignishäufigkeitsverteilung (Ereignishäufigkeitswerte
N1 bis N10), die von der Ereignishäufigkeits-Zähleinrichtung 14 erhalten
wird, berechnet. Beispielsweise kann die Statistikwert-Berechnungseinrichtung 15 so
ausgelegt werden, dass sie eine Summe der Ereignishäufigkeitswerte
in einer gegebenen Anzahl der Datenfelder einschließlich des
Maximalwertfelds (N10) durch eine Summe der Ereignishäufigkeits-Zähldaten
in den übrigen
Datenfeldern einschließlich
des Minimumwertfelds (N1) teilt, um dadurch den Quotientenwert,
der sich aus der Teilung ergibt, als den statistischen Wert Q einzustellen.
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Die
Entscheidungsreferenzwert-Einstelleinrichtung 12A kann
so ausgelegt oder programmiert werden, dass sie einen Entscheidungsreferenzwert β, der als
der Referenzwert zum Vergleich mit dem statistischen Wert Q dient,
einstellt.
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Schließlich kann
die Katalysatorverschlechterungs-Entscheidungseinrichtung 13A so
ausgelegt oder programmiert werden, dass sie eine Entscheidung hinsichtlich
der Verschlechterung des Katalysators auf Grundlage des statistischen
Werts Q trifft. Genauer gesagt vergleicht die Katalysatorverschlechterungs-Entscheidungseinrichtung 13A den statistischen
Wert Q mit dem Referenzwert β,
um dadurch ein Abnormalitätssignal
E zu erzeugen, welches eine Verschlechterung des Katalysators 4 anzeigt,
wenn der statistische Wert Q größer als
der Referenzwert β ist.
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2 zeigt
eine Ereignishäufigkeitsverteilung,
die von der Ereignishäufigkeits-Zähleinrichtung 14 erzeugt
wird. Wie sich der Figur entnehmen lässt, ist der Bereich, der sich
von dem minimalen Wert (z. B. in der Größenordnung von 0%) des Verschlechterungsparameters
P bis zu dem maximalen Wert (100%) erstreckt, in zehn Bereiche oder
Felder in dem Intervall von ungefähr 10% aufgeteilt, wobei zehn
Ereignishäufigkeits-Zähldaten
N1 bis N10 über die
zehn Felder verteilt sind.
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Gemäß dem Flussdiagramm
in 3 wird die arithmetische Bestimmung des Verschlechterungsparameters
P (Schritt S1 bis Schritt S101) periodisch im Ansprechen auf das
erste oder zweite Erfassungssignal D1 oder D2, die bei einem vorgegebenen
Intervall (jeweils 10 ms oder so ähnlich) abgetastet werden,
ausgeführt.
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Ferner
werden eine Statistikwert-Bestimmungsverarbeitung und eine Verschlechterungs-Entscheidungsverarbeitung
(Schritt S200 bis Schritt S203) durch Verwendung der Ereignishäufigkeitswerte
N1 bis N10, die akkumulativ über
eine stabile Betriebsperiode (z. B. 2 Sekunden) gespeichert werden,
was durch Berücksichtigung
der Manipulation eines Gaspedals des Motorfahrzeugs durch den Betreiber
oder Fahrer bestimmt wird, ausgeführt.
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Der
Verschlechterungsparameter P wird durch die Verschlechterungsparameter-Arithmetikeinrichtung 11 auf
Grundlage der ersten und zweiten Erfassungssignale D1 und D2 berechnet
(Schritt S1).
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Danach
entscheidet die Ereignishäufigkeits-Zähleinrichtung 14,
in welchem Feld der arithmetisch bestimmte Wert (der Quotientenwert)
des Verschlechterungsparameters P der von der Verschlechterungsparameter-Bestimmungseinrichtung 11 ausgegeben
wird, fällt
(Schritte S10, S20..., S90), um dadurch die Ereignishäufigkeitswerte
(siehe N1, N2, ... oder N10) in dem relevanten Feld (Schritte S11,
S21, S91, S101) zu inkrementieren.
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Insbesondere
wird im Schritt S10 eine Entscheidung dahingehend getroffen, ob
der arithmetische Wert des Verschlechterungsparameters P, der von
der Verschlechterungsparameter-Bestimmungseinrichtung 11 ausgegeben
wird, nicht größer als 10%
ist. Für
den Fall, dass die Bedingung P ≤ 10% erfüllt ist,
d. h. wenn der Entscheidungsschritt S10 zu einer Bestätigung "JA" führt, dann
wird der Ereignishäufigkeitswert
N1 in dem in 2 gezeigten Feld, das den Werten
in der Größenordnung
von 0% bis 10% (den Minimumwertfeld oder Bereich) des Verschlechterungsparameters
P entspricht, in dem Schritt 511 inkrementiert.
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Wenn
andererseits in dem Schritt S10 bestimmt wird, dass P > 10% ist (d. h. wenn
der Entscheidungsschritt S10 zu der Negation "NEIN" führt), dann
wird eine Entscheidung getroffen, ob der Wert des Verschlechterungsparameters
P nicht größer als 20%
ist (Schritt S20). Wenn die Entscheidung dazu führt, dass P < 20% ist (d. h.
wenn der Entscheidungsschritt S20 zu der Bestätigung "JA" führt), dann wird
der Ereignishäufigkeitswert
N2 in dem Feld, das den Werten in der Größenordnung von 10% bis 20% des
Verschlechterungsparameters P entspricht, inkrementiert (Schritt
S21).
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Danach
werden wiederholt ähnliche
Verarbeitungsschritte S30, S31, ..., Schritte S80; S81 (von der
Darstellung weggelassen) und Schritte S90; S91 und S101 ausgeführt, wodurch
die Ereignishäufigkeitswerte
N3 bis N10 in den übrigen
Feldern entsprechend inkrementiert werden.
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Wenn
die Ereignishäufigkeitsverteilung,
die z. B. 2 Sekunden abdeckt, nach Ausführung der Verarbeitungsschritte
S1 bis S101 erstellt worden ist, bestimmt die Statistikwert-Bestimmungseinrichtung 15 dann
den statistischen Wert Q gemäß dem folgenden Ausdruck
(1) in einem Schritt S200. Q = (N7
+ N8 + N9 + N10)/(N1 + N2 + N3 + ... + N10) (1)
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Der
gemäß dem Ausdruck
(1) bestimmte statistische Wert Q zeigt einen Anteil an, der die
summierten Ereignishäufigkeitswerte
N7 bis N10 (größer als
60% inklusive) zu sämtlichen
Ereignishäufigkeitswerten
in Bezug setzt.
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Der
statistische Wert Q soll zwar vorzugsweise gemäß dem erwähnten Ausdruck (1) berechnet werden.
Jedoch kann im allgemeinen der statistische Wert Q als das Verhältnis oder
der Quotient definiert werden, das/der durch Teilen der Ereignishäufigkeitswerte,
die diejenigen des Maximalwert-Datenfelds N10
abdecken, durch die Ereignishäufigkeitswerte, die
diejenigen des Minimumwert-Datenfelds N1 abdecken, erhalten wird.
Mit anderen Worten, irgendein gegebener Wert des voranstehend definierten
Verhältnisses
kann als der statistische Wert Q verwendet werden, vorausgesetzt,
dass die Bedingungen für
die Katalysatorverschlechterungsentscheidung erfüllt werden können. Allgemein
kann der statistische Wert Q empirisch auf Grundlage der erwähnten Definition bestimmt
werden.
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Die
Entscheidungsreferenzwert-Einstelleinrichtung 12A ist so
ausgelegt, dass sie den Entscheidungsreferenzwert β in Übereinstimmung
mit dem statistischen Wert Q so einstellt, dass der Entscheidungsreferenzwert β als der
Verschlechterungsentscheidungsreferenzwert mit hoher Zuverlässigkeit dienen
kann. Der Entscheidungsreferenzwert β kann auch empirisch bestimmt
werden.
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Die
Katalysatorverschlechterungs-Entscheidungseinrichtung 13A führt eine
Entscheidung dahingehend aus, ob der statistische Wert Q größer als
der Entscheidungsreferenzwert β ist
oder nicht in einem Schritt S201. Wenn entschieden wird, dass Q > β ist, d. h. wenn der Entscheidungsschritt
S201 zu einer Betätigung "JA" führt, dann
wird bestimmt, dass der Katalysator 4 sich in dem verschlechterten
Zustand (abnormalen Zustand) befindet, in dem Schritt S202, woraufhin
ein Abnormalitätssignal
E (1) erzeugt wird.
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Wenn
andererseits bestimmt wird, dass Q < β in
dem Schritt S201 ist, d. h. wenn der Entscheidungsschritt S201 zu
der Negation "NEIN" führt, dann
kann der Katalysator so angesehen werden, dass er in dem normalen
Zustand ist (Schritt S203). Somit kommt die in 3 dargestellte
Verarbeitungsroutine zu einem Ende.
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Danach
kann eine fehlerhafte Entscheidung bezüglich der Verschlechterung
des Katalysators 4, die wie oben erwähnt unerwarteten Veränderungen des
Betriebszustands im Zusammenhang mit der herkömmlichen Vorrichtung zugerechnet
werden kann, in positiver Weise verhindert werden, indem die Ereignishäufigkeitsverteilung
(Ereignishäufigkeitswerte
N1 bis N10) auf Grundlage des Verschlechterungsparameters P erstellt
wird, der von dem ersten und zweiten Erfassungssignalen D1 und D2
abgeleitet wird, die von Luft-Kraftstoffverhältnissen
ausgegeben werden, die stromaufwärts
und stromabwärts von
dem katalytischen Wandler 4 angeordnet sind, und indem
eine Entscheidung im Hinblick auf den verschlechterten Zustand des
Katalysators 4 auf Grundlage des statistischen Werts Q
getroffen wird, der wiederum arithmetisch auf Grundlage der Ereignishäufigkeitsverteilung
bestimmt wird.
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Ferner
kann die Häufigkeitsverteilung,
die von der Ereignishäufigkeits-Zähleinrichtung 14 bestimmt
wird, in Form eines Backups (Sicherungskopie) gehalten werden, um
selbst nach Ausschalten oder Öffnen
des Startschalters (Energiezuführungsschalter)
für die
Maschine 1 gültig
gehalten zu werden. Somit kann die Häufigkeitsverteilung oder Frequenzverteilung,
die vor Öffnen
des Startschalters bestimmt wird, unmittelbar nach Schließen des
Startschalters in dem nachfolgenden Betriebszyklus verwendet werden.
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Aufgrund
der Tatsache, dass die Ereignishäufigkeitswerte,
die bis zu dem Zeitpunkt des Öffnens
des Startschalters aktualisiert werden, in dem nachfolgenden Betriebszyklus
verwendet werden, kann irgendein ungünstiger Einfluss einer momentanen
oder vorübergehenden Änderung
des Verschlechterungsparameters P, die auf Schließen des Maschinenstartschalters
hin auftreten kann, ohne einen Fehler unterdrückt werden.
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Ausführungsform
2
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Für den Fall
der Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung wird ein Überlaufen
der Ereignishäufigkeitswerte,
die von der Ereignishäufigkeits-Zähleinrichtung 14 erzeugt
und gehalten werden, nicht berücksichtigt.
Das Auftreten eines Überlaufs
in irgendeinem der Felder mit den Ereignishäufigkeitswerten N1 bis N10
ist nicht wünschenswert. Demzufolge
ist die zweite Ausführungsform
der Erfindung auf die Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung
gerichtet, bei der dann, wenn ein Überlauf in irgendeinem der
Ereignishäufigkeitswerten
N1 bis N10 auftritt, sämtliche
Ereignishäufigkeitswerte
komprimiert werden, um dadurch zu ermöglichen, dass das Zählen kontinuierlich
ausgeführt
werden kann.
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Nachstehend
wird die Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung für die Brennkraftmaschine
gemäß der zweiten
Ausführungsform der
Erfindung beschrieben, bei der die Ereignishäufigkeitswerte bei Auftreten
eines Überlaufs
hin komprimiert werden. 4 ist ein Blockschaltbild, welches
schematisch eine Anordnung der Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt. In der 4 sind die
mit 1 übereinstimmenden Komponenten
mit gleichen Bezugssymbolen bezeichnet.
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Die
Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung nach 4 umfasst
eine ECU (elektronische Steuereinheit) 10B mit einer Überlaufentscheidungseinrichtung 16 und
einer Datenkompressionseinrichtung 17 zusätzlich zu
der Verschlechterungsparameter-Bestimmungseinrichtung 11,
der Entscheidungsreferenzwert-Einstelleinrichtung 12A, der
Katalysatorverschlechterungs-Entscheidungseinrichtung 13A,
der Ereignishäufigkeits-Zähleinrichtung 14 und
der Statistikwert-Bestimmungseinrichtung 15. Die erwähnten Einrichtungen
können
in der Form eines Programms (oder von Programmen), das (die) mit
dem Computer ausgeführt
werden kann (können),
realisiert sein.
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Die Überlaufentscheidungseinrichtung 16 ist vorgesehen,
um ein Überlaufentscheidungssignal
F zu erzeugen, wenn ein Überlauf
in wenigstens einem der Ereignishäufigkeits-Zähldatenwerte
N1 bis N10 auftritt. Andererseits erzeugt die Datenkompressionseinrichtung 17 ein
Datenkompressionssignal C im Ansprechen auf das Überlaufentscheidungssignal
F, wodurch sämtliche
Ereignishäufigkeits-Zähldaten
N1 bis N10 in sämtlichen
der Verteilungsfelder auf z. B. die Hälfte komprimiert werden.
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5 zeigt
das Flussdiagram des Betriebs der Katalysatorverschlechterungs-Erfassungsvorrichtung
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung. Schritte, die ähnlich
wie in 3 sind, wurden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Nach
der Ausführung
der Ereignishäufigkeitsverteilung
(Schritte S1 bis S101) trifft die Überlaufentscheidungseinrichtung 16 eine
Entscheidung dahingehend, ob ein Überlauf in irgendeinem der
Felder mit den Ereignishäufigkeitswerten
N1 bsi N10 auftritt oder nicht, indem sie überprüft, ob der Datenwert den maximalen
Zählwert erreicht
hat, z. B. "256" für die Feldkapazität eines
Bytes (Schritt S300).
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Wenn
entschieden wird, dass ein Überlauf
in irgendeinem Feld mit den Ereignishäufigkeitswerten N1 bis N10
aufgetreten ist (d. h. wenn der Entscheidungsschritt S300 zu einer
Bestätigung "JA" führt), werden
sämtliche
Ereignishäufigkeitswerte
N1 bis N10 auf die Hälfte
komprimiert (Schritt S301), woraufhin die Verarbeitung zu der voranstehend
erwähnten
Statistikwert-(Q)-Berechnung
in Schritt S200 voranschreitet.
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Wenn
andererseits bestimmt wird, dass ein Überlauf in irgendeinem Feld
der Ereignishäufigkeitswerte
N1 bis N10 nicht auftritt (d. h. wenn der Entscheidungsschritt S300
zu einer Negation "NEIN" führt), dann
geht die Verarbeitung zu dem Schritt S200 ohne Ausführung des
Datenkompressionsschritts S301.
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In
dieser Weise kann durch Komprimieren sämtlicher Ereignishäufigkeitswerte
auf die Hälfte
immer dann, wenn ein Überlauf
in wenigstens einem der in der Ereignishäufigkeits-Zähleinrichtung 14 gehaltenen
Ereignishäufigkeits-Zähldatenwerte aufgetreten ist,
ein Überlaufzustand
beseitigt werden. Somit kann die Häufigkeitsverteilung oder Frequenzverteilung
kontinuierlich über
einer verlängerten
Periode mit einer hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit unabhängig von
der Größe des maximalen
Zählwerts aufrecht
erhalten werden.
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Da
die Ereignishäufigkeitswerte
N1 bis N10 einfach auf die Hälfte
komprimiert werden, kann die Datenkompressionsverarbeitung leicht
ausgeführt werden,
indem lediglich um eine Stelle verschoben wird, wobei das minimale
binäre
Bit abgerundet wird. Natürlich
ist die Datenkompressionsrate zum Beseitigen des Überlaufs
niemals auf "die
Hälfte" beschränkt. Im
allgemeinen kann die Kompressionsrate durch 1/2n gegeben
werden, wobei n eine natürliche Zahl
darstellt.
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Überdies
kann der Verschlechterungsparameter P, der den Grad einer Verschlechterung
des Katalysators 4 anzeigt, arithmetisch gemäß P = PN2/PN1 × 100[%] (2)bestimmt
werden, wobei PN1 die Anzahl darstellt, wie oft die Polarität des ersten
Erfassungssignals D1 während
einer Einheitszeitperiode invertiert wird, und
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PN2
die Anzahl darstellt, wie oft die Polarität des zweiten Erfassungssignals
D2 während
einer Einheitszeitperiode invertiert wird.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit der Vorrichtung zum
Erfassen einer Verschlechterung des Katalysators beschrieben worden
ist, können
die Lehren der Erfindung als die Verfahren, die mit den Flussdiagrammen
in den 3 und 5 typifiziert sind, in der Form
eines Programms oder von Programmen, das/die mit dem Computer wie
einem Mikrocomputer ausgeführt
werden kann/können,
implementiert werden. Demzufolge sind derartige Verfahren, ein derartiges
Programm (derartige Programme) und ein Aufzeichnungsmedium, in dem
das Programm (die Programme) gespeichert ist (sind), von der vorliegenden
Erfindung abgedeckt.