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GRUNDLAGEN DER ERFINDUNG
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Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem und ein zugehöriges Abnormalitätsbestimmungsverfahren. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Abgasreinigungssystem zur Reinigung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, die in einem Fahrzeug eingebaut ist, sowie ein Verfahren zur Bestimmung einer Abnormalität desselben.
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Beschreibung des Standes der Technik
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In einem Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine, die in einem Fahrzeug angeordnet ist, ist ein Katalysator in einem Abgasrohr zum Reinigen des Abgases vorgesehen. Der Katalysator ist in der Lage, eine angemessene Menge an Sauerstoff aufzunehmen und zu speichern, und beinhaltet das Abgas unverbrannte Komponenten wie Kohlenwasserstoffe (HC) oder Kohlenmonoxid (CO), dann oxidiert der Katalysator derartige Komponenten unter Verwendung des gespeicherten Sauerstoffs. Enthält das Abgas Oxide wie Stickoxide (NOx), dann reduziert der Katalysator derartige Substanzen und nimmt den sich ergebenden Sauerstoff auf und speichert diesen.
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Der in dem Abgasrohr angeordnete Katalysator reinigt das Abgas auf diese Weise. Die Reinigungsfähigkeit des Katalysators hängt somit sehr von der Sauerstoffspeicherfähigkeit ab. Eine Verschlechterung der Reinigungsfähigkeit des Katalysators kann somit bestimmt werden durch die Maximalmenge an Sauerstoff, die aufgenommen und in dem Katalysator gespeichert werden kann, d. h. der Sauerstoffspeicherfähigkeit (Sauerstoffspeicherkapazität).
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In der Japanischen Offenlegungsschrift Nr.
2003-97334 ist eine Vorrichtung offenbart zur Erfassung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des in dem Abgasrohr angeordneten Katalysators durch eine zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung, bei der das Luft-Brennstoffverhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Brennstoffgemischs, das im Normalfall um das stochiometrische Luft-Brennstoffverhältnis eingestellt ist, zwingend auf den fetten oder mageren Bereich des Brennstoffs eingestellt wird.
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Die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung wird nachstehend beschrieben. Ist das Luft-Brennstoffverhältnis hinsichtlich des Brennstoffs fett, dann wird dem Katalysator ein Abgas mit wenig Sauerstoff zugeführt, wobei das Abgas unverbrannte Komponenten wie Kohlenwasserstoffe oder Kohlenmonoxid enthält. Wird ein derartiges Abgas zugeführt, dann gibt der Katalysator Sauerstoff ab, den er zuvor gespeichert hatte, um das Abgas zu reinigen. Dauert ein derartiger Zustand während einer längeren Zeitdauer an, dann gibt schließlich der Katalysator sämtlichen Sauerstoff ab und erreicht einen Zustand, bei dem die Oxidation der Kohlenwasserstoffe oder des Kohlenmonoxids nicht länger möglich ist. Nachfolgend wird dieser Zustand auch als „Zustand der minimalen Sauerstoffspeicherung” bezeichnet.
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Ist hingegen das Luft-Brennstoffverhältnis bezüglich des Brennstoffs mager, dann wird ein Abgas mit sehr hohem Sauerstoffanteil dem Katalysator zugeführt, wobei Stickoxide NOx enthalten sind. Wird ein derartiges Abgas zugeführt, dann nimmt der Katalysator in erheblichem Umfang von in dem Abgas enthaltenem Sauerstoff auf und speichert diesen, um das Abgas zu reinigen. Dauert ein derartiger Zustand während einer längeren Zeitdauer an, dann speichert schließlich der Katalysator Sauerstoff bis zu seiner vollen Kapazität bzw. Speicherfähigkeit, und erreicht einen Zustand, bei dem die Reinigung der Stickoxide NOx nicht länger möglich ist. Nachfolgend wird ein derartiger Zustand auch als „Zustand der maximalen Sauerstoffspeicherung” bezeichnet.
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Bei der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung wird das normalerweise um das stöchiometrische Luft-Brennstoffverhältnis angepasste Luft-Brennstoffverhältnis des Luft-Brennstoffgemischs derart gesteuert, dass der Zustand der minimalen Sauerstoffspeicherung und der Zustand der maximalen Sauerstoffspeicherung wiederholt verwirklicht werden. Die in dem Katalysator bei dem Ablauf des Übergangs von dem Zustand der minimalen Sauerstoffspeicherung zu dem Zustand der maximalen Sauerstoffspeicherung gespeicherte Sauerstoffmenge oder die durch den Katalysator in dem Ablauf des Übergangs in der entgegengesetzten Richtung abgegebene Sauerstoffmenge wird akkumuliert, um die Sauerstoffspeicherfähigkeit bzw. die Sauerstoffspeicherkapazität zu ermitteln. Ob nun der Katalysator sich in seinem normalen Betriebszustand oder einem verschlechterten Betriebszustand befindet, wird auf der Basis dessen bestimmt, ob die auf diese Weise ermittelte Sauerstoffspeicherkapazität größer als ein vorbestimmter Bestimmungswert ist oder nicht.
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Wird die vorstehend beschriebene zwingende Luft-Brennstoffsteuerung durchgeführt, dann ist es erforderlich, dass die Brennkraftmaschine vorbestimmte Betriebsbedingungen erfüllt. Wenn beispielsweise stabile Maschinenbetriebsbedingung kontinuierlich aufrechterhalten werden, wie in dem Fall des Fahrens auf einer Schnellstraße (Autobahn), dann kann die Luft-Brennstoffverhältnissteuerung ohne das Verursachen von Problemen durchgeführt werden.
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Gelangt die Maschinendrehzahl oder eine Ansaugluftmenge häufiger aus einem vorbestimmten Bereich heraus, wie dies üblicherweise bei einem Fahren durch eine Stadt auftritt, dann sind die Betriebsbedingungen der Maschine nicht stabil. Es ist daher nachteilig, die Bestimmung hinsichtlich dessen durchzuführen, ob der Katalysator des Abgasreinigungssystems normal oder verschlechtert ist, indem die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung durchgeführt wird.
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Bei einigen Fahrzeugen wird bei einer Fahrt auf einer Gefällestrecke zur Verminderung des Brennstoffverbrauchs (Brennstoffeinsparung) eine Brennstoffabschaltung in jüngster Zeit durchgeführt. Wird die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung während dieser Brennstoffabschaltung durchgeführt, dann kann die Verbesserung in Bezug auf einen Brennstoffverbrauch wieder verschlechtert werden.
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Wird somit die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung durchgeführt und tritt der Fall auf, dass die vorstehend beschriebenen Betriebsbedingungen nicht länger erfüllt sind, dann wird somit die zwingende Steuerung unterbrochen. Es wird auf diese Weise unmöglich, vollständig zu bestimmen, ob der Katalysator des Abgasreinigungssystems verschlechtert ist oder nicht.
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Auch wenn die vorstehend angegebenen Betriebsbedingungen erneut erfüllt sind und die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung nach der Unterbrechung wieder durchgeführt wird, ist es unbekannt, ob die vorbestimmten Betriebsbedingungen während der erforderlichen Zeitdauer beibehalten werden oder nicht, da der Übergang von dem Zustand der minimalen Sauerstoffspeicherung zu dem Zustand der maximalen Sauerstoffspeicherung, oder der Übergang von dem Zustand der maximalen Sauerstoffspeicherung zu dem Zustand der minimalen Sauerstoffspeicherung einige Zeit in Anspruch nehmen kann, beispielsweise 30 bis 40 Sekunden.
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Die Sauerstoffspeicherfähigkeit (Kapazität) des Katalysators wird unter Verwendung einer Ausgabe eines Sauerstoffsensors zur Erfassung des Sauerstoffs in dem Abgas nach dem Durchlaufen des Katalysators bestimmt. Fällt der Sauerstoffsensor aus (Fehlfunktion), dann kann nicht in genauer Weise bestimmt werden, ob der Katalysator verschlechtert ist. Es ist daher auch erforderlich, einen Fehler des Sauerstoffsensors als eine Abnormalität des Systems ebenfalls zu bestimmen.
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Die Druckschrift
DE 102 18 015 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose eines Katalysators, wobei ein Schwellenwert für die sauerstoffabhängige Katalysatorbelastung vom Signal einer Abgassonde hinter Kat abhängig gemacht wird.
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Weiterhin ist in der Druckschrift v. Basshuysen, R; Schäfer, F.: Handbuch Verbrennungsmotor; 2. Auflage, Vieweg, 2002, S. 599, 560 die Funktion einer Lambda-Regelung bei Dreiwegekatalysatoren offenbart.
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Die Druckschrift
DE 10 2004 009 615 A1 beschreibt ein kontinuierliches Erfassen der Sauerstoffspeicherkapazität, wobei diese Messwerte für einen OSC-(OSC – Oxygen-Storage-Capacity) basierten Diagnoseprozess verwendet werden können.
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Die Druckschrift
DE 103 26 736 A1 zeigt einen OSC-basierten Diagnoseprozess, mit dem verschiedene Fehlfunktionen diagnostiziert werden können.
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Weiterhin offenbart die Druckschrift
DE 103 31 334 A1 ein Verfahren zur Diagnose des Zustandes eines Katalysators einer Brennkraftmaschine, wobei eine Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC – Oxygen-Storage-Capacity) des Katalysators mittels aktiver Lambdaverstellung gemessen wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Abgasreinigungssystem derart auszugestalten, dass die Möglichkeit des erfolgreichen Abschließens einer Abnormalitätsbestimmung verbessert ist.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die vorstehend genannte Aufgabe durch ein Abgasreinigungssystem nach Patentanspruch 1 gelöst.
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Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer Abnormalität eines Abgasreinigungssystems nach Patentanspruch 4 bereit.
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Weitere Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen gezeigt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Möglichkeit des erfolgreichen Abschließens des Ablaufs zur Bestimmung, ob das Abgasreinigungssystem eine Abnormalität aufweist oder nicht, verbessert werden.
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Die vorstehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Figuren verständlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Es zeigen:
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1 eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der Anordnungen bei der und um die Brennkraftmaschine 10, bei der das Abgasreinigungssystem in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewendet wird,
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2 ein Ablaufdiagramm einer zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerungsroutine, die mittels einer elektronischen Steuerungseinheit ECU 42 durchgeführt wird, zur Erfassung der Sauerstoffspeicherkapazität OSC eines auf der stromaufliegenden Seite angeordneten Katalysators (stromaufseitigen Katalysator) 32 in Verbindung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel,
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3 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Betriebs, der mittels der elektronischen Steuerungseinheit ECU 42 verwirklicht wird, die die Routine gemäß 2 verarbeitet,
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4 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Steuerungsaufbaus eines mittels der elektronischen Steuerungseinheit ECU 42 durchzuführenden Programms zur Erfassung eines Fehlers des Sauerstoffsensors während der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung,
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5 beispielhafte Bedingungen, die eine Unterbrechung der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung bewirken,
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6 eine grafische Darstellung von Signalzeitverläufen (Wellenformen) zur Veranschaulichung einer Abnormalitätsbestimmung des Sauerstoffsensors, wenn die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung nicht unterbrochen wird,
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7 eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung eines Betriebs, wenn die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung unterbrochen wird, und
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8 eine grafische Darstellung von Signalzeitverläufen (Wellenformen) bezüglich der Schritte S19 und S20 gemäß der Darstellung in 4 zur Bestimmung, dass der Sauerstoffsensor normal arbeitet.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Einzelnen unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. In den Figuren werden gleiche oder gleichartige Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, sodass eine Beschreibung derselben nicht wiederholt wird.
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Anordnungen bei der und um die Brennkraftmaschine
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1 zeigt eine grafische Darstellung von Aufbauten bei der und um die Brennkraftmaschine 10, bei der das Abgasreinigungssystem in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
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Gemäß der Darstellung in 1 stehen ein Ansaugrohr (Einlassrohr) 12 und ein Abgasrohr 14 in Verbindung mit der Brennkraftmaschine 10. Das Ansaugrohr 12 umfasst ein Luftfilter 16 an dem stromaufseitigen Ende. Bei dem Luftfilter 16 ist ein Lufttemperatursensor 18 angebracht, und der Lufttemperatursensor 18 erfasst die Temperatur der Ansaugluft THA (d. h. die Außenlufttemperatur).
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Ein Luftströmungsmesser 20 ist stromab des Luftfilters 16 angeordnet. Der Luftströmungsmesser 20 ist ein Sensor zur Erfassung einer Ansaugluftmenge (Einlassluftmenge) GA, die in das Ansaugrohr 12 strömt. Auf der stromabliegenden Seite des Luftströmungsmessers 20 ist eine Drosselklappe bzw. ein Drosselventil 22 vorgesehen. In der Nähe der Drosselklappe 22 ist ein Drosselsensor 24 zur Erfassung der Drosselöffnungsposition TA vorgesehen, sowie ein Leerlaufschalter 26, der eingeschaltet wird, wenn die Drosselklappe vollständig geschlossen ist.
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Stromab der Drosselklappe 22 ist ein Druckausgleichstank 28 vorgesehen. Ferner ist stromab des Druckausgleichstanks ein Brennstoffeinspritzventil 30 zum Einspritzen des Brennstoffs in eine Ansaugöffnung der Brennkraftmaschine 10 angeordnet.
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In dem Abgasrohr 14 sind ein stromaufseitiger Katalysator 32 und ein stromabseitiger Katalysator 34 in Reihe zueinander angeordnet. Die Katalysatoren 32 und 34 sind in der Lage, Sauerstoff aufzunehmen und zu speichern, und enthält das Abgas unverbrannte Komponenten wie Kohlenwasserstoffe HC oder Kohlenmonoxid CO, dann werden derartige Komponenten unter Verwendung des in den Katalysatoren gespeicherten Sauerstoffs oxidiert, und beinhaltet das Abgas Oxidkomponenten wie Stickoxide NOx, dann werden derartige Komponenten reduziert und es wird der erzeugte Sauerstoff gespeichert. Das aus der Brennkraftmaschine 10 entladene bzw. austretende Abgas wird durch die Katalysatoren 32 und 34 verarbeitet und auf diese Weise gereinigt.
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In dem Abgasrohr 14 ist stromauf des stromaufseitigen Katalysators 32 ein Luft-Brennstoffverhaltnissensor 36 angeordnet, ist zwischen dem stromaufseitigen Katalysator 32 und dem stromabseitigen Katalysator 34 ein erster Sauerstoffsensor 38 angeordnet, und ist ein zweiter Sauerstoffsensor 40 stromab des stromabseitigen Katalysators 34 des Weiteren angeordnet.
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Der Luft-Brennstoffverhältnissensor 36 ist ein Sensor zur Erfassung der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas. Die Ausgabe bzw. das Ausgangssignal des ersten und zweiten Sauerstoffsensors 38 und 40 ändert sich in erheblichem Umfang vor und nach dem Zustand, bei dem die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Durch die Überwachung der Ausgabe des Luft-Brennstoffverhältnissensors 36 ist es möglich, das Luft-Brennstoffverhältnis des in der Brennkraftmaschine 10 einer Verbrennung unterworfenen Luft-Brennstoffgemischs auf der Basis der Sauerstoffkonzentration des in dem stromaufseitigen Katalysator 32 strömenden Abgases zu erfassen.
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Durch Überwachen der Ausgabe des ersten Sauerstoffsensors 38 in Bezug darauf, ob das durch den stromaufseitigen Katalysator 32 verarbeitete Abgas bezüglich des Brennstoffs fett ist (und Kohlenwasserstoffe HC und CO beinhaltet) oder mager ist (und damit Stickoxide NOx enthält), kann des Weiteren bestimmt werden.
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Durch Überwachen der Ausgabe des zweiten Sauerstoffsensors 40 bezüglich dessen, ob das Abgas, das den stromabseitigen Katalysator 34 durchlaufen hat, fett ist (Kohlenwasserstoffe HC und Kohlenmonoxid CO aufweist) oder mager ist (Stickoxide NOx aufweist), kann des Weiteren bestimmt werden.
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Das Abgasreinigungssystem in Verbindung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst eine elektronische Steuerungseinheit ECU 42. Mit der elektronischen Steuerungseinheit ECU 42 sind zusätzlich zu verschiedenen Sensoren und dem Brennstoffeinspritzventil 30 gemäß der vorstehenden Beschreibung ein Wassertemperatursensor 44 zur Erfassung der Temperatur des Kühlwassers THW der Brennkraftmaschine 10 und dergleichen verbunden.
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In dem in 1 gezeigten System wird Abgas von der Brennkraftmaschine 10 entladen und zuerst mittels des stromaufseitigen Katalysators 32 gereinigt. Der stromabseitige Katalysator 34 führt eine Reinigung des Abgases durch, das nicht vollständig durch den stromaufseitigen Katalysator 32 gereinigt werden konnte. Da der stromaufseitige Katalysator 32 bei einer Position in der Nähe der Brennkraftmaschine 10 angeordnet ist, steigt dessen Temperatur auf eine aktive Temperatur schnell nach dem Start des Betriebs der Brennkraftmaschine 10. Daher ist der stromaufseitige Katalysator 32 in der Lage, eine hohe Leistungsfähigkeit bezüglich der Reinigung von Abgasen unmittelbar nach dem Start des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 bereitzustellen. In dem vorliegenden System zum konstanten Erreichen einer angemessenen Abgasreinigungsfähigkeit ist es erforderlich, die Verschlechterung des stromaufseitigen Katalysators 32 in einem frühen Zustand zu erfassen.
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Der stromaufseitige Katalysator 32 gibt Sauerstoff an das fette Abgas ab und nimmt ubermäßigen Sauerstoff in dem mageren Abgas auf und speichert diesen, wodurch im Ergebnis das Abgas gereinigt wird. Die Reinigungsfähigkeit des stromaufseitigen Katalysators 32 vermindert sich bei der maximalen Sauerstoffmenge, die aufgenommen und in dem stromaufseitigen Katalysator 32 gespeichert werden kann, d. h. die Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC des stromaufseitigen Katalysators 32 vermindert sich.
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Die Katalysatorverschlechterungserfassungseinrichtung in Verbindung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel berechnet die Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC des stromaufseitigen Katalysators 32 und bestimmt, ob der stromaufseitige Katalysator 32 verschlechtert ist oder nicht, auf der Basis des berechneten Werts.
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Zur Erfassung der Verschlechterung des Katalysators ist es erforderlich, eine zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung durchzuführen. Sofern nicht die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung während einer Zeitdauer durchgeführt bzw. fortgesetzt wird, ist es unmöglich, die Bestimmung abzuschließen bzw. zu vollenden, ob das Abgasreinigungssystem in normaler Weise arbeitet oder nicht. Auch wenn die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung durch einen Ablauf wie eine Brennstoffabschaltung in der Mitte des Ablaufs unterbrochen wird, wird daher gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein bis zu dieser Zeit akkumulierter Parameter verwendet, wenn die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung wieder aufgenommen wird, sodass die Möglichkeit des Abschließens (Vollendens) der Bestimmung, ob das Abgasreinigungssystem normal arbeitet oder nicht, in einem Fahrzeugbetrieb verbessert werden kann.
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Nachstehend wird die grundsätzliche Anordnung des Abgasreinigungssystems in Verbindung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben. Das Abgasreinigungssystem umfasst: den Katalysator 32, der in dem Abgasrohr 14 der Brennkraftmaschine 10 angeordnet ist, den Sensor 38 zur Erfassung des Zustands des Abgases, das den Katalysator 32 durchlaufen bzw. durchströmt hat; und eine elektronische Steuerungseinheit ECU 42, die als eine Abnormalitätsbestimmungseinrichtung dient zur Bestimmung der Abnormalität des Systems durch Überwachen einer Ausgabe des Sensors 38 in einem Betriebszustand unter der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung, die durchgeführt wird, wenn die Brennkraftmaschine 10 vorbestimmte Bedingungen erfüllt, bei welchen das Luft-Brennstoffverhältnis der der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Ansaugluft zwingend herauf- und herabgesetzt wird. Wird der Betrieb unter der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung unterbrochen, bevor die Systemabnormalitätsbestimmung abgeschlossen ist, dann speichert die Abnormalitätsbestimmungseinrichtung einmal einen Parameter, der während des Betriebs unter der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung vor der Unterbrechung akkumuliert wurde, und erreicht die Brennkraftmaschine 10 erneut das Erfüllen der vorbestimmten Bedingungen, dann nimmt die Einrichtung den Betrieb unter der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung wieder auf und schließt die Bestmmung der Systemabnormalität unter Verwendung des gespeicherten Parameters sowie des nach der Wiederaufnahme des Betriebs unter der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung akkumulierten Parameters wieder auf.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt die Abnormalitätsbestimmungseinrichtung einen Parameterkorrekturablauf entsprechend der Unterbrechungsperiode des Betriebs unter der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung durch, und bewirkt eine Fortsetzung des Akkumulierens des Parameters nach der Wiederaufnahme des Betriebs unter der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel des Parameters die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators 32, die auf der Basis des Luft-Brennstoffverhältnisses und der Brennstoffeinspritzmenge akkumuliert wurde.
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Ferner ist der Sensor 38 ein Sauerstoffsensor zur Erfassung des Sauerstoffs in dem Abgas, und die Abnormalitätsbestimmungseinrichtung erfasst die Abnormalität des Systems durch Uberwachen der Ausgabe (Ausgangssignal) des Sauerstoffsensors, wenn die Sauerstoffspeichermenge einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Beschreibung des Betriebs unter zwingender Luft-Brennstoffverhältnissteuerung
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm, das mittels der elektronischen Steuerungseinheit ECU 42 zur Erfassung der Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC des stromaufseitigen Katalysators 32 durchgeführt wird.
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In der Routine gemäß der Darstellung in 3 wird zuerst in Schritt S1 bestimmt, ob ein Befehl zur Erfassung der Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC (Sauerstoffspeicherkapazität) ausgegeben wurde oder nicht.
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Wird bestimmt, dass der Befehl zur Erfassung der Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC nicht ausgegeben wurde, dann geht der Ablauf zu Schritt S7 ohne Durchführung eines Ablaufs über, und der gegenwärtige Zyklus endet. Wird hingegen bestimmt, dass der Befehl zur Erfassung der Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC ausgegeben wurde, dann geht der Ablauf über zu Schritt S2, in welchem bestimmt wird, ob eine Brennstoffmagermarke Xlean von dem ausgeschalteten Zustand (AUS) zu einem eingeschalteten Zustand (EIN) umgeschaltet wurde.
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Die Brennstoffmagermarke Xlean ist eine Marke, die sich im EIN-Zustand befindet, während der erste Sauerstoffsensor 38 eine Ausgabe erzeugt, die niedriger ist als ein Brennstoffmagerbestimmungswert (nachstehend auch als „Brennstoffmagerausgabe” bezeichnet). Die Bedingung des Schritts S2 ist somit erfüllt, wenn die Ausgabe des ersten Sauerstoffsensors 38 einen Übergang von einem Wert, der den Brennstoffmagerbestimmungswert überschreitet, zu einem Wert, der niedriger ist als der Bestimmungswert, von dem letzten Ablaufzyklus zu dem gegenwärtigen Ablaufzyklus (Verarbeitungszyklus) durchführt. Ist in der Routine gemäß der Darstellung in 2 diese Bedingung erfüllt, dann geht der Ablauf über zu Schritt S3, und es wird die Steuerung zum Festlegen des Luft-Brennstoffverhältnisses des Luft-Brennstoffgemischs auf einen vorbestimmten Wert auf der Brennstofffettseite durchgeführt.
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Wird in Schritt S2 bestimmt, dass die Brennstoffmagermarke Xlean noch nicht von dem AUS-Zustand zu dem EIN-Zustand umgeschaltet wurde, dann geht der Ablauf zu Schritt S4 über, in welchem bestimmt wird, ob eine Brennstofffettmarke Xrich von einem AUS-Zustand zu einem EIN-Zustand umgeschaltet wurde oder nicht.
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Die Brennstofffettmarke Xrich ist eine Marke, die sich in dem EIN-Zustand befindet, während der erste Sauerstoffsensor 38 eine Ausgabe erzeugt, die einen Brennstofffettbestimmungswert (nachstehend auch als „Brennstofffettausgabe” bezeichnet) überschreitet. Die Bedingung gemäß Schritt S4 ist erfüllt, wenn die Ausgabe des ersten Sauerstoffsensors 38 einen Übergang von einem Wert, der niedriger als der Brennstofffettbestimmungswert ist, zu einem Wert, der den Bestimmungswert überschreitet, von dem letzten Ablaufzyklus zu dem gegenwärtigen Ablaufzyklus durchführt. Ist gemäß der Routine von 2 diese Bedingung erfüllt, dann geht der Ablauf zu Schritt S5 über, und die Steuerung zum Festlegen des Luft-Brennstoffverhältnisses des Luft-Brennstoffgemischs auf einen vorbestimmten Wert auf der Brennstoffmagerseite wird durchgeführt.
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Wird hingegen in Schritt S4 bestimmt, dass die Fettmarke Xrich noch nicht von dem AUS-Zustand zu dem EIN-Zustand umgeschaltet wurde, dann wird die Brennstofffettfestlegungssteuerung oder die Brennstoffmagerfestlegungssteuerung zum Aufrechterhalten des Luft-Brennstoffverhältnisses durchgeführt, das zu jener Zeit benutzt wurde.
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Insbesondere wird gemäß Schritt S6 eine Steuerung durchgeführt zum Festlegen des Luft-Brennstoffverhältnisses auf einen vorbestimmten Wert auf der Brennstofffettseite, gemäß Schritt S3, wenn das Luft-Brennstoffverhältnis zu dieser Zeit fett eingestellt war. War das Luft-Brennstoffverhältnis zu dieser Zeit mager, dann wird eine Steuerung durchgeführt zum Festlegen des Luft-Brennstoffverhältnisses bei einem vorbestimmten Wert auf der Brennstoffmagerseite, gemäß Schritt S5.
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3 zeigt ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Betriebs, wie er mittels der elektronischen Steuerungseinheit ECU 42 verwirklicht wird in Verbindung mit der Durchführung der Routine gemäß der Darstellung in 2.
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Gemäß 3 bezeichnet ein Signal V36 eine Ausgabe des Luft-Brennstoffverhältnisses 36, während die Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC ermittelt wird. Ein Signal V38 bezeichnet eine Ausgabe des ersten Sauerstoffsensors 38 zu dieser Zeit.
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Es wird nun Bezug auf die 2 und 3 genommen. Wird der Befehl zum Erfassen der Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC ausgegeben, dann wird das Luft-Brennstoffverhältnis des Luft-Brennstoffgemischs auf einem vorbestimmten Wert auf der Brennstofffettseite oder der Brennstoffmagerseite mittels des Ablaufs gemäß dem nachfolgenden Schritt S6. 3 zeigt ein Beispiel, bei dem das Luft-Brennstoffverhältnis auf einen vorbestimmten Wert auf der Brennstofffettseite bis zu dem Zeitpunkt t0 festgelegt ist. Während das Luft-Brennstoffverhältnis des Luft-Brennstoffgemischs auf eine fette Einstellung festgelegt ist, wird das Ausgangssignal V36 des Luft-Brennstoffverhältnissensors 36 zu der Brennstofffettseite mit einer Vorspannung beaufschlagt (vorgespannt, bias). Der stromaufseitige Katalysator 32 gibt gespeicherten Sauerstoff an das Abgas ab, um auf diese Weise das Abgas zu reinigen.
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Ist der in dem stromaufseitigen Katalysator 32 gespeicherte Sauerstoff vollständig entladen, dann wird die Reinigung des Abgases in dem stromaufseitigen Katalysator 32 beendet, und ein Abgas mit wenig Sauerstoff, das Kohlenwasserstoffe HC oder Kohlenmonoxid CO enthält, strömt zu der stromabliegenden Seite. Beginnt das Abgas mit wenig Sauerstoff zu der stromabliegenden Seite des stromaufseitigen Katalysators 32 zu strömen, dann wird die Ausgabe des ersten Sauerstoffsensors 38 größer als der Brennstofffettbestimmungswert VR zur Angabe, dass das Abgas auf der Brennstofffettseite liegt.
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Durch Überwachen der Ausgabe des ersten Sauerstoffsensors 38 ist es somit möglich, die Zeit zu erfassen, wenn das Abgas mit wenig Sauerstoff zur stromabliegenden Seite des stromaufseitigen Katalysators 32 zu strömen beginnt, d. h. die Zeit, wenn der Sauerstoff in dem stromaufseitigen Katalysator 32 aufgebraucht ist. In 3 entspricht dieser Zeitpunkt dem Zeitpunkt t0.
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Wird die Ausgabe des ersten Sauerstoffsensors 38 größer als der Brennstofffettbestimmungswert VR, dann wird die Brennstofffettmarke Xrich auf EIN zu diesem Zeitpunkt umgeschaltet, und es wird der Ablauf gemäß Schritt S5, der in 2 veranschaulicht ist, durchgeführt bzw. verarbeitet. Im Ergebnis wird das Luft-Brennstoffverhältnis des Luft-Brennstoffgemischs auf einen vorbestimmten Wert auf der Brennstoffmagerseite gezwungen und dort festgelegt. Ist das Luft-Brennstoffverhältnis des Luft-Brennstoffgemischs bei dem vorbestimmten Wert auf der Brennstoffmagerseite festgelegt, dann gelangt die Ausgabe des Luft-Brennstoffverhältnissensors 36 nachfolgend zu einem Wert, der zu der Brennstoffmagerseite vorgespannt ist. Der Signalzeitverlauf bzw. die Wellenform gemäß der Darstellung in 3 zeigt einen Zustand, bei dem die Ausgabe zu dem Brennstoffmagerseitenwert zu einem Zeitpunkt t1 umgekehrt wird.
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Während die Ausgabe des Luft-Brennstoffverhältnissensors 36 auf der Brennstoffmagerseite liegt, d. h. während sauerstoffreiches Abgas zu dem stromaufseitigen Katalysator 32 strömt, nimmt der stromaufseitige Katalysator 32 in sehr großem Maße Sauerstoff aus dem Abgas zur Reinigung auf und speichert diesen. Dauert dieser Zustand an, dann erreicht der gespeicherte Sauerstoff schließlich die Grenze der Sauerstoffspeicherfähigkeit des stromaufseitigen Katalysators 32, und es kann sodann der stromaufseitige Katalysator 32 nicht länger das Abgas reinigen.
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Tritt eine derartige Situation auf, dann beginnt sauerstoffreiches Abgas zur stromabliegenden Seite des stromaufseitigen Katalysators 32 zu strömen. Beginnt das sauerstoffreiche Abgas zu der stromabliegenden Seite des stromaufseitigen Katalysators 32 zu strömen, dann wird die Ausgabe des ersten Sauerstoffsensors 38 kleiner als der Brennstofffettbestimmungswert VL zur Angabe, dass das Abgas bezüglich des Brennstoffs mager ist. Durch Überwachen der Ausgabe des ersten Sauerstoffsensors 38 ist es somit möglich, die Zeit zu erfassen, zu der das sauerstoffreiche Abgas zu der stromabliegenden Seite des stromaufseitigen Katalysators 32 zu strömen beginnt, d. h. es kann die Zeit ermittelt werden, zu der Sauerstoff bis zur Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC in dem stromaufseitigen Katalysator 32 gespeichert ist. In 3 entspricht dieser Zeitpunkt dem Zeitpunkt t2.
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Wird die Ausgabe des ersten Sauerstoffsensors 38 kleiner als der Brennstoffmagerbestimmungswert VL, dann wird die Brennstoffmagermarke zu dieser Zeit eingeschaltet, und es wird der Ablauf von Schritt S3 gemäß der Darstellung in 2 durchgeführt. Im Ergebnis wird das Luft-Brennstoffverhältnis des Luft-Brennstoffgemischs zu einem vorbestimmten Wert auf der Brennstofffettseite gezwungen und dort festgelegt. Ist das Luft-Brennstoffverhältnis des Luft-Brennstoffgemischs bei dem vorbestimmten Wert auf der Brennstofffettseite festgelegt, dann erreicht die Ausgabe des Luft-Brennstoffverhältnissensors 36 nachfolgend einen Wert, der zur Brennstofffettseite vorgespannt ist. Der Signalzeitverlauf bzw. die Wellenform gemäß der Darstellung in 3 zeigt einen Zustand, bei dem die Ausgabe zu einem Zeitpunkt t3 zu dem Brennstofffettseitewert umgekehrt (invertiert) wird.
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Die elektronische Steuerungseinheit ECU 42 hält das Luft-Brennstoffverhältnis des Luft-Brennstoffgemischs auf der Brennstofffettseite aufrecht, bis die Ausgabe des ersten Sauerstoffsensors erneut größer als der Brennstofffettbestimmungswert VR wird. Erreicht die Ausgabe des ersten Sauerstoffsensors 38 einen Wert größer als VR zu einer Zeit t4, dann wird der Ablaut nach dem Zeitpunkt t2, der vorstehend beschrieben wurde, wiederholt durchgeführt bzw. verarbeitet. Im Ergebnis werden der Zustand, in dem der stromabseitige Katalysator 32 vollständig den Sauerstoff abgegeben hat (Zustand der minimalen Sauerstoffspeicherung) und der Zustand, in welchem der stromaufseitige Katalysator 32 Sauerstoff bis zur Grenze der Sauerstoffspeicherfähigkeit aufgenommen hat (Zustand der maximalen Sauerstoffspeicherung), wiederholt verwirklicht.
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Die Sauerstoffmenge, die durch den stromaufseitigen Katalysator 32 je Zeiteinheit aufgenommen und gespeichert wurde, oder die Sauerstoffmenge, die durch den stromaufseitigen Katalysator 32 je Zeiteinheit entladen wurde, kann auf der Basis des Luft-Brennstoffverhältnisses des Abgases und der Ansaugluftmenge (Einlassluftmenge) GA berechnet werden. Im Folgenden werden beide Mengen als die Sauerstoffspeichermenge OSA bezeichnet, die positiv ist, wenn der Sauerstoff aufgenommen und gespeichert wird, und die negativ ist, wenn der Sauerstoff abgegeben bzw. entladen wird. Das Abgasreinigungssystem in Verbindung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel berechnet die Sauerstoffspeicherfähigkeit (Sauerstoffspeicherkapazität) OSC durch Akkumulieren der Sauerstoffspeichermenge OSA in dem Ablauf des Übergangs von dem Zustand der minimalen Sauerstoffspeicherung zu dem Zustand der maximalen Sauerstoffspeicherung, oder entsprechend eines Übergangs in die Gegenrichtung.
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Erfassung eines Sauerstoffsensorfehlers
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Steuerungsaufbaus eines Programms zur Durchführung mittels der elektronischen Steuerungseinheit ECU 42 zur Erfassung eines Fehlers des Sauerstoffsensors, während die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung durchgeführt wird. Der Ablauf des Ablaufdiagramms wird aus der Hauptroutine aufgerufen und nach jedem vorbestimmten Zeitintervall oder jedes Mal dann, wenn vorbestimmte Bedingungen erfüllt sind, durchgeführt.
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Wird der Ablauf (Prozess) gemäß der Darstellung in 4 gestartet, dann wird gemäß Schritt S11, nachdem der Fahrer den Zündschalter einschaltet und das Fahren beginnt, die Sauerstoffspeichermenge OSA lediglich einmal auf Null zurückgesetzt.
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In einem Schritt S12 wird bestimmt, ob die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung, wie sie in Verbindung und unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurde, gegenwärtig durchgeführt wird oder nicht. Wird die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung gegenwärtig gemäß Schritt S12 durchgeführt, dann geht der Ablauf über zu Schritt S13, und falls die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung nicht durchgeführt wird, dann geht der Ablauf zu Schritt S22 über.
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In einem Schritt S13 bestimmt die elektronische Steuerungseinheit ECU 42, ob die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung, die durchgeführt wird, unmittelbar nach einer Wiederaufnahme nach einer Unterbrechung steht oder nicht. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf spezifische Beispiele beschrieben, wie die Unterbrechung der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung auftritt.
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5 veranschaulicht Beispiele von Bedingungen, die die Unterbrechung der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung verursachen.
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5 zeigt Änderungen der Maschinendrehzahl Ne und der Ansaugluftmenge GA, sowie die Tatsache, ob ein Brennstoffabschaltzustand vorliegt oder nicht, in Zusammenhang mit der Zeit auf der Abszisse.
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Die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung wird durchgeführt, wenn der Betriebszustand der Maschine etwa bevorzugt zur Bestimmung der Verschlechterung des Katalysators ist. Beispielsweise wird die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung nicht durchgeführt, sofern nicht die Maschinendrehzahl innerhalb einer oberen Grenze NeU und einer unteren Grenze NeL liegt. Ferner wird die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung nicht durchgeführt, sofern nicht die Ansaugluftmenge GA zwischen einer oberen Grenze GAU und einer unteren Grenze GAL liegt. Hinsichtlich der Brennstoffzufuhr wird die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung nicht in dem Brennstoffabschaltzustand (fuel cut) durchgeführt.
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Unter Bezugnahme auf 5 kann somit die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung nicht in den Zeitbereichen bzw. Perioden T1, T2 und T3 durchgeführt werden. Aus dem Vorstehenden ist erkennbar, dass der Fall vorliegt, dass das Fahren zum Zeitpunkt t0 startet, die Durchführung der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung zu einem Zeitpunkt t1 startet, wenn die Maschinendrehzahl Ne und die Ansaugluftmenge GA beide in die vorbestimmten Bereiche eintreten, die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung zu einem Zeitpunkt t2 unterbrochen wird, wenn die Maschinendrehzahl Ne außerhalb des vorbestimmten Bereichs gelangt, und zu einem Zeitpunkt t3 nach dem Ende der Zeitperioden T1, T2 und T3 die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung wieder aufgenommen wird. Zu einem Zeitpunkt t4, wenn das Ansammeln (Akkumulation) der vorbestimmten Sauerstoffspeichermenge abgeschlossen ist und eine Bestimmung bezüglich der Verschlechterung des Katalysators oder einer Abnormalität des Sauerstoffsensors durchgeführt wurde, endet die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung.
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Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, und zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 gemäß 5 werden daher die Ablaufschritte S13 bis S21 gemäß 4 durchgeführt. Zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 werden die Ablaufschritte S22 bis S25 durchgeführt.
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Gemäß Schritt S13 von 4, falls unmittelbar nach der Wiederaufnahme der zwingenden Luft-Brennstoffverhaltnissteuerung (in dem Beispiel gemäß der Darstellung in 5, wenn die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung zu dem Zeitpunkt t3 wieder aufgenommen wird und Schritt S13 zum ersten Mal durchgeführt wird), geht der Ablauf zu Schritt S14 über, und andernfalls geht der Ablauf zu Schritt S16 über.
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In Schritt S14 berechnet die elektronische Steuerungseinheit ECU 42 einen Anfangswert der Sauerstoffspeichermenge OSA aus einem Akkumulationswert OSA(1), bis die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung unterbrochen wird, wie es nachstehend noch beschrieben wird, und ein Akkumulationswert OSA(2) während des Unterbrechens der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung. Der Ablauf geht sodann zu Schritt S15 über, und als die Sauerstoffspeichermenge OSA, die danach zu akkumulieren ist, wird der gemäß Schritt S14 berechnete Anfangswert eingegeben. Nach dem Ende des Schritts S15 geht der Ablauf zu Schritt S16 über.
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In Schritt S16 wird die Sauerstoffspeichermenge OSA akkumuliert. Die Akkumulation erfolgt in Übereinstimmung mit der nachstehenden Gleichung (1). OSA = OSA + ΔOSA (1)
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Hierbei kann ΔOSA in Abhängigkeit von einer nachstehenden Gleichung (2) berechnet werden, wobei ΔA/F die Differenz zwischen den tatsächlichen Luft-Brennstoffverhältnis und dem theoretischen Luft-Brennstoffverhältnis bezeichnet. ΔOSA = Brennstoffeinspritzmenge × ΔA/F × Luftsauerstoffkonzentration (2)
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Endet der Ablauf gemäß Schritt S16, dann wird gemäß Schritt S17 bestimmt, ob die Sauerstoffspeichermenge OSA nicht niedriger als ein Bestimmungsbezugswert ist. Der Bestimmungsbezugswert ist geringfügig hoher als die Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC des Katalysators, wie es in den 6 und 7 gezeigt ist. Falls die Bedingung „OSA ≥ Bestimmungsbezugswert” in Schritt S17 erfüllt ist, geht der Ablauf über zu Schritt S18, und andernfalls über zu Schritt S19.
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Geht der Ablauf zu Schritt S18 über, dann liegt der Fall vor, dass die Sauerstoffspeichermenge, die die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators übersteigt, ermittelt wurde, und dass daher Sauerstoff in dem Abgas erfasst werden muss, das den Katalysator durchströmt hat. Daher bestimmt die elektronische Steuerungseinheit ECU 42, ob der Sauerstoffsensor 38 zur Überwachung des Abgases abnormal ist oder nicht. Ist die Ausgabe des Sauerstoffsensors 38 abnormal, dann kann im Inneren eine Fehlermarke gesetzt werden, oder es kann eine Alarmlampe zum Alarmieren bzw. Informieren des Fahrers eingeschaltet werden. Nach dem Ende des Ablaufs von Schritt S18 geht der Ablauf über zu Schritt S26.
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Falls die Bedingung „OSA ≥ Bestimmungsbezugswert” in Schritt S17 nicht erfüllt ist, geht der Ablauf über zu Schritt S19. Es wird in Schritt S19 bestimmt, ob eine Vorgeschichte vorliegt, dass die Ausgabe des Sauerstoffsensors den Wert VR gemäß 3 überschritten hat. Liegt eine derartige Vorgeschichte vor, dann geht der Ablauf über zu Schritt S20, und andernfalls geht der Ablauf über zu Schritt S26.
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In Schritt S20 wird bestimmt, ob eine Vorgeschichte vorliegt, dass die Ausgabe des Sauerstoffsensors niedriger als VL gemäß 3 geworden ist oder nicht. Wird in Schritt S20 bestimmt, dass eine derartige Vorgeschichte vorliegt, dann geht der Ablauf zu Schritt S21 über, und es geht der Ablauf andernfalls zu Schritt S26 über.
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In Schritt S21 wird bestimmt, dass die Ausgabe des Sauerstoffsensors mit einer vorbestimmten Amplitude veränderlich ist, und es wird somit bestimmt, dass der Sauerstoffsensor in normaler Weise arbeitet. Der Ablauf geht sodann zu Schritt S26 über.
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Nachstehend wird der Ablauf beschrieben, wenn der Ablauf von Schritt S12 zu Schritt S22 übergeht. In dieser Situation wird die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung nicht durchgeführt.
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In Schritt S22 wird bestimmt, ob der Fall unmittelbar nach dem Unterbrechen der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung vorliegt oder nicht, die gerade durchgeführt wurde. Liegt die Situation unmittelbar nach der Unterbrechung vor (wenn die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung zu dem Zeitpunkt t2 von 5 unterbrochen wurde und der Ablauf des Ablaufdiagramms gemäß der Darstellung in 4 zum ersten Mal danach durchgeführt wird), dann geht der Ablauf zu Schritt S23 über, und befindet sich die Situation nicht unmittelbar nach der Unterbrechung, dann geht der Ablauf zu Schritt S25 über.
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In Schritt S23 wird in einer Speichereinrichtung der elektronischen Steuerungseinheit ECU 42 die in den Schritten S12, S13, S16, S16 und S19 akkumulierte Sauerstoffspeichermenge OSA zeitweilig als der Wert OSA(1) gespeichert, der verwendet wird zur Berechnung des Anfangswerts gemäß Schritt S14. Befindet man sich unmittelbar nach der Unterbrechung, dann wird in einem Schritt S24 der Wert OSA(2), der als ein Korrekturwert in Schritt S14 verwendet wird, auf O rückgesetzt. Nach dem Ende des Ablaufs von Schritt S24 geht der Ablauf zu Schritt S25 über.
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In Schritt S25 wird die Akkumulation des Korrekturwerts zum Korrigieren der Sauerstoffspeichermenge entsprechend der nachstehenden Gleichung (3) durchgeführt. Hierbei wird ΔOSA in Verbindung mit der vorstehenden Gleichung (2) berechnet. OSA(2) = OSA(2) + ΔOSA (3)
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Endet der Ablauf von Schritt S25, dann geht der Ablauf zu Schritt S26 über. In Schritt S26 erfolgt die Übergabe der Steuerung an eine vorbestimmte Hauptroutine.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Steuerung auf der Basis des Ablaufdiagramms von 4 beschrieben, in welchem die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung kontinuierlich ohne Unterbrechung durchgeführt wird, und in welchem die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung einmal unterbrochen wird.
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Gemäß der Darstellung in 6 ist ein Sauerstoffsensor 38 an der Ausgabeseite des Katalysators 32 gemäß der Darstellung in 1 vorgesehen, und ist die Sauerstoffkonzentration hoch, dann werden etwa 0 Volt ausgegeben, und ist die Sauerstoffkonzentration niedrig, dann sind die Ausgangssignale etwa 1 Volt. Das Luft-Brennstoffverhältnis A/F befindet sich um das theoretische Luft-Brennstoffverhältnis, und bis zu dem Zeitpunkt t11 wird eine normale Steuerung durchgeführt.
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Bei dem Zeitpunkt t11 startet die zwingende Steuerung, mittels der das Luft-Brennstoffverhältnis A/F zu der Brennstoffmagerseite (15.1) gezwungen und dort festgehalten wird. Wird die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung von t11 bis t12 nicht unterbrochen, dann wird jedes Mal die Akkumulation der Sauerstoffspeichermenge OSA über die Schritte S12, S13 und S16 von 4 durchgeführt, und die Sauerstoffspeichermenge OSA steigt allmählich um ΔOSA je Zeiteinheit an.
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Erreicht die Sauerstoffspeichermenge OSA die Grenze der Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC als Ergebnis zu dem Zeitpunkt t12, dann erfasst der Sauerstoffsensor bei dem Auslass des Katalysators den Sauerstoff, der aus dem Katalysator überströmt, und es ändert sich somit seine Ausgabe von 1 Volt auf 0 Volt.
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Zu der Zeit t13 erreicht die akkumulierte Sauerstoffspeichermenge OSA den Bestimmungsbezugswert, der geringfügig die Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC des Katalysators übersteigt, und durch Überwachen der Ausgabe des Sauerstoffsensors zu diesem Zeitpunkt wird eine Abnormalität des Sauerstoffsensors gemäß Schritt S18 von 4 bestimmt.
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Ändert sich die Ausgabe des Sauerstoffsensors von 1 Volt zu 0 Volt, dann wird gemäß dem Beispiel von 6 bestimmt, dass der Sensor normal arbeitet, und ist die Ausgabe des Sauerstoffsensors bei 1 Volt und unveränderlich, dann wird bestimmt, dass der Sauerstoffsensor abnormal ist.
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7 zeigt eine grafische Darstellung (Diagramm) der Betriebssignalverläufe (Wellenformen) zur Veranschaulichung eines Beispiels, bei dem die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung unterbrochen wird.
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Gemäß der Darstellung in 7 startet die zwingende Steuerung des Luft-Brennstoffverhältnisses zu einem Zeitpunkt t21, und es wird die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung zu einem Zeitpunkt t22 aus verschiedenen Gründen, wie dem Heraustreten der Maschinendrehzahl aus dem vorbestimmten Bereich, bis zu dem Zeitpunkt t23 unterbrochen.
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Zu dem Zeitpunkt t22 geht der Ablauf, da man sich unmittelbar nach der Unterbrechung der zwingenden Steuerung befindet, von dem Schritt S12 zu S22 in dem Ablaufdiagramm von 4 über, und es wird danach der Ablauf der Schritte S23 und S24 durchgeführt. Im Ergebnis wird die Sauerstoffspeichermenge OSA, die zu dieser Zeit akkumuliert wurde, als ein Speicherwert OSA(1) gespeichert.
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Zwischen den Zeitpunkten t22 und t23 wird der Ablauf der Schritte S22 bis S25 gemäß 4 durchgeführt, und im Ergebnis wird der Korrekturwert OSA(2) von OSA entsprechend der unterbrochenen Periode akkumuliert.
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Falls der Korrekturwert OSA(2) ein positiver Wert ist, wird die Akkumulation der Sauerstoffspeichermenge fortgesetzt, wie es durch die Wellenform W1 nach dem Zeitpunkt t23 dargestellt ist. In dem durch die Wellenform W1 dargestellten Beispiel überschreitet die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators die Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC des Katalysators zu einem Zeitpunkt t24, und in Reaktion hierauf ändert sich die Ausgabe des Sauerstoffsensors von 1 Volt zu 0 Volt, wie es durch die Wellenform (Signalzeitverlauf) X1 angegeben ist. Zu einem Zeitpunkt t25, wenn der Wert von OSA den vorbestimmten Bestimmungsbezugswert überschreitet, wird eine Abnormalitätsbestimmung für den Sauerstoffsensor gemäß Schritt S18 (Bestimmung 1) durchgeführt.
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Ist der Korrekturwert OSA(2) ein negativer Wert, dann wird die Akkumulation der Sauerstoffspeichermenge fortgesetzt, wie es durch die Wellenform W2 dargestellt ist. In dem durch die Wellenform W2 bezeichneten Beispiel wird die Akkumulation von OSA von dem Zeitpunkt t23 bis zu t26 fortgesetzt, und überschreitet der Wert von OSA die Sauerstoffspeicherfähigkeit SOC zu dem Zeitpunkt t26, dann ändert sich die Ausgabe des Sauerstoffsensors in entsprechender Weise von 1 Volt zu 0 Volt, wie es durch die Wellenform X2 angegeben ist.
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Zu dem Zeitpunkt t27, wenn die Wellenform W2 den Bestimmungsbezugswert erreicht, wird in Reaktion hierauf die Abnormalitätsbestimmung für den Sauerstoffsensor gemäß Schritt S18 (Bestimmung 2) durchgeführt.
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Obwohl die 7 lediglich ein Beispiel zeigt, in welchem die Ausgabe des Sauerstoffsensors normal veranderlich ist, verbleibt die Ausgabe des Sauerstoffsensors bei 1 Volt und verändert sich nicht, wie es in 6 gezeigt ist, wenn der Sauerstoffsensor abnormal ist. Durch die Bestimmung der Ausgabe des Sauerstoffsensors unter Verwendung eines vorbestimmten Schwellenwerts zwischen 0 Volt und 1 Volt kann daher bestimmt werden, ob der Sauerstoffsensor sich in einem akzeptablen oder einem fehlerhaften Zustand befindet.
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8 zeigt ein Diagramm der Betriebswellenform zur Veranschaulichung der Schritte S19 und S20 von 4 zur Bestimmung des Sauerstoffsensors als im normalen Betrieb.
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Gemäß 8 wird zwischen den Zeitpunkten t31 und t32 eine Steuerung durchgeführt, bei der das Luft-Brennstoffverhältnis A/F zu der Brennstoffmagerseite, d. h. zu 15.1 gezwungen und dort festgelegt wird. Zu dem Zeitpunkt t32 nach einer vorbestimmten Zeitperiode seit dem Start des Festlegens der Brennstoffmagerseite erfasst der an der Ausgangsseite des Katalysators angeordnete Sauerstoffsensor Sauerstoff, da der Katalysator nicht länger weiteren Sauerstoff speichern kann, und es ändert sich somit die Ausgabe des Sauerstoffsensors von 1 Volt zu 0 Volt.
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In Abhängigkeit von der Änderung der Ausgabe des Sauerstoffsensors zu dem Zeitpunkt t32 wird das Luft-Brennstoffverhältnis nun zu der Brennstofffettseite, d. h. zu 14.1 gezwungen und dort festgelegt. Zu dem Zeitpunkt t33 nach einer vorbestimmten Zeitperiode seit dem Start des Festlegens auf die Brennstofffettseite ändert sich die Ausgabe des Sauerstoffsensors von 0 Volt zu 1 Volt, und in Reaktion hierauf wird die zwingende Steuerung des Luft-Brennstoffverhältnisses beendet und es wird eine normale Steuerung wieder aufgenommen.
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Im Ergebnis der Durchführung dieser Zyklen der zwingenden Steuerung ergibt sich, dass die Ausgabe des Sauerstoffsensors sowohl den Zustand des Überschreitens des Brennstofffettbestimmungswerts VR und den Zustand niedriger als der Brennstoffmagerbestimmungswert VL annimmt, und es wird somit über die Schritte S19 und S20 gem Schritt S21 von 4 bestimmt, dass der Sauerstoffsensor normal ist.
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Wird gemäß der vorstehenden Beschreibung und dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Abnormalität eines auf der stromabliegenden Seite eines Katalysators angeordneten Sauerstoffsensors durch die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung ermittelt, auch wenn die Bedingungen zum Erlauben der Durchführung der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung nicht länger erfüllt sind und die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung unterbrochen wird, wird die in dem Katalysator akkumulierte Sauerstoffspeichermenge bis zu diesem Zeitpunkt nicht verschwendet sondern genutzt.
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Zusätzlich zu der Sauerstoffspeichermenge, die somit auf halbem Wege akkumuliert wurde, wird die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators während der Unterbrechung berechnet und für eine Korrektur verwendet. Daher kann die Zeit, bis eine Sauerstoffsensorabnormalität nach der Wiederaufnahme der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung bestimmt wird, vermindert werden, und es kann die Erfassung früher stattfinden. Es ist daher unnötig, den gesamten Ablauf erneut vollstandig zu starten, auch wenn die zwingende Luft-Brennstoffverhältnissteuerung unterbrochen wurde, und es kann daher ein unerwünschter Einfluss auf die Abgasemission vermindert werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung im Einzeln beschrieben und veranschaulicht wurde, ist es selbstverständlich, dass diese Darstellung lediglich der Veranschaulichung und als Beispiel dient und nicht einschränkend auszulegen ist, wobei der Bereich der vorliegenden Erfindung lediglich durch die zugehörigen Patentansprüche bestimmt ist.
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Das Abgasreinigungssystem umfasst somit einen Katalysator, der in einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine angeordnet ist; einen Sensor zur Erfassung eines Zustands des den Katalysator durchströmenden Abgases; und eine elektronische Steuerungseinheit ECU, die als eine Abnormalitätsbestimmungseinrichtung dient zur Bestimmung einer Abnormalität durch Überwachen der Ausgabe des Sensors in einem Betrieb unter einer zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung. Wird der Betrieb unter der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung unterbrochen, bevor die Bestimmung der Systemabnormalität abgeschlossen ist, dann speichert die Abnormalitätsbestimmungseinrichtung einmal einen Parameter, der während des Betriebs unter der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung zu der Zeit der Unterbrechung akkumuliert ist, und erreicht die Brennkraftmaschine erneut einen Zustand der Erfüllung der vorbestimmten Bedingung, dann wird der Betrieb unter der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung wieder aufgenommen und es erfolgt eine Vervollständigung bzw. ein Abschluss der Bestimmung der Systemabnormalität unter Verwendung des gespeicherten Parameters und des nach der Wiederaufnahme der zwingenden Luft-Brennstoffverhältnissteuerung akkumulierten Parameters.
