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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verschlechterungsdiagnosesystem
für einen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
zur linearen Erhöhung
oder Senkung einer Ausgabe in Übereinstimmung
mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis
eines Verbrennungsmotors.
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Bei
einem Verschlechterungsdiagnosesystem für einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor,
das bei einem Verbrennungsmotor mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
zum Messen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
eines Emissionsgases angewandt wird, umfasst das in der
japanischen Offenlegungsschrift
Nr. 2003-20989 offenbarte System Folgendes: eine Kraftstoffwiedergewinnungsbetätigungs-Erfassungseinrichtung
zum Erfassen, dass sich der Motor nach der Kraftstoffunterbrechungsbetätigung in
einem Kraftstoffwiedergewinnungszustand befindet; eine Veränderungsberechnungseinrichtung
zum Berechnen einer Veränderung
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
während
einer vorgegebenen Veränderungsberechnungsdauer
auf der Grundlage einer Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors
bei jeder Kraftstoffwiedergewinnungsbetätigung; eine Veränderungswertbestimmungseinrichtung
zum Vergleichen eines Maximalwerts mehrerer wie oben beschrieben
berechneter Veränderungen
mit einem vorbestimmten Beurteilungsreferenzwert und zum Bestimmen
der Abnormalität,
wenn der Maximalwert kleiner als der vorbestimmte Beurteilungsreferenzwert
ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Da
sich die Ausgabeveränderung
des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors
in Übereinstimmung
mit Zeiten der Dauer der Kraftstoffunterbrechung ändert, ist
es leicht, die Abnormalitätsdiagnose
des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors
mit hoher Genauigkeit durchzuführen,
falls es möglich
ist, eine ausreichend lange Kraftstoffunterbrechungszeit zu nehmen.
Wenn jedoch eine Betätigung
mit geringer Geschwindigkeit und leichter Last eines Verbrennungsmotors über eine
lange Zeit anhält,
wird, da die Dauer der langen Kraftstoffunterbrechung nicht genommen
wird, die Abnormalitätsdiagnose
für den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
mit hoher Genauigkeit schwierig. Bei dem üblichen Verfahren gibt es in dieser
Hinsicht ein Problem.
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Deshalb
konzentriert die vorliegende Erfindung ihre Aufmerksamkeit nicht
auf die Ausgabeveränderung
des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors während der
Wiedergewinnung nach der Kraftstoffunterbrechung, und die vorliegende
Erfindung beabsichtigt, einen Verschlechterungszustand auf der Grundlage
der Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors
im Beharrungszustand zu diagnostizieren, wo die Motorgeschwindigkeit
und die Last nahezu konstant aufrechterhalten werden.
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Zur
Lösung
der obigen Aufgabe wird bei dem Verschlechterungsdiagnosesystem
zum Diagnostizieren eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, der an einem Abgasrohr eines
Verbrennungsmotor angebracht ist, um ein Mischungsverhältnis von
Luft und Kraftstoff zu bestimmen, die dem Verbrennungsmotor zugeführt werden,
bei der vorliegenden Erfindung das System wie folgt konfiguriert.
Das heißt,
das Verschlechterungsdiagnosesystem umfasst Folgendes: eine Einrichtung
zum Berechnen einer Neigung eines Ausgabesignals des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors;
eine Einrichtung zum Berechnen der Varianz der Neigung; und/oder
eine Einrichtung zum Bestimmen der Verschlechterung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors
auf der Grundlage der Varianz der Neigung.
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Außerdem wird
das folgende System anstelle des oben erwähnten Systems vorgeschlagen.
Das heißt,
das Verschlechterungsdiagnosesystem für einen Luft/Kraftstoff-Sensor
umfasst Folgendes: eine Einrichtung zum Berechnen einer Neigung
eines Ausgabesignals des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, eine Einrichtung
zum Berechnen der Varianz der Neigung; eine Einrichtung zum Berechnen
der Varianz des Ausgabesignals des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors;
eine Einrichtung zum Normalisieren der Varianz der Neigung durch
Verwendung der Varianz des Ausgabesignals des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors;
und/oder eine Einrichtung zum Bestimmen der Verschlechterung des
Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors
auf der Grundlage der normalisierten Varianz der Neigung.
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Ferner
ist es möglich,
bei zwei oben beschriebenen Verschlechterungsdiagnosesystemen für einen
Luft/Kraftstoff-Sensor die Genauigkeit der Diagnose mittels Folgendem
noch mehr zu verbessern: Korrigieren der Varianz oder der normalisierten Varianz
der Neigung des Luft/Kraftstoff-Sensor-Ausgabesignals in Übereinstimmung
mit einem Motorbetätigungszustand
jedes Mal, wenn die Varianz oder die normalisierte Varianz erhalten
wird; Summieren der korrigierten Varianzen oder der normalisierten Varianzen,
die zu vorgegebenen Zeiten erhalten werden; und Bestimmen der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor-Verschlechterung
auf der Grundlage der berechneten Summe.
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Die
vorliegende Erfindung konzentriert ihre Aufmerksamkeit auf einen
Gegenstand, bei dem die Varianz oder die normalisierte Varianz der
Neigung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor-Ausgabesignals
zu einer Rückkopplungsperiode
einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steue rung
umgekehrt korreliert ist. Sie ermöglicht, eine Diagnose der Verschlechterung für den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
zu verwirklichen, ohne das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur Diagnose der Verschlechterung
zu ändern.
Dementsprechend ist es möglich,
den Ausstoß von
schädlichen Substanzen
in einem Emissionsgas während
der Verschlechterungsdiagnose des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors
zu verringern.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Aufbauansicht eines Verbrennungsmotors in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel für
ein Signal eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors zeigt;
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3 ist
eine Aufbauansicht, die ein Beispiel für die vorliegende Erfindung
zeigt;
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4 ist
eine Ansicht, die den Einfluss auf die Neigungsamplitude eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensorsignals
durch eine Periode eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses erläutert;
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5 ist
eine Ansicht, die den Berechnungsbereich einer Neigungsvarianz des
Luft/Kraftstoff-Sensor-Ausgabesignals, nämlich der Varianz, die durch
eine Berechnungseinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung erhalten wird, erläutert;
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6 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel für eine
Verarbeitungsprozedur bei einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung erläutert;
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7 ist
ein Beispiel für
die Aufbauansicht bei der vorliegenden Erfindung;
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8 ist
eine Ansicht, die eine Verarbeitungsprozedur bei der vorliegenden
Erfindung erläutert;
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9 ist
eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen der Amplitude eines
Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor-Ausgabesignals
und Diagnoseparametern gemäß der vorliegenden
Erfindung erläutert;
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10 ist
eine Ansicht eines Aufbaubeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung;
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11 ist
eine Ansicht, die eine Verarbeitungsprozedur einer Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung erläutert;
und
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12 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel für ein
Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Nachstehend wird
eine Ausführungsform
erläutert.
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[Die erste Ausführungsform]
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1 ist
eine Aufbauansicht eines Verbrennungsmotors, bei dem ein System
einer Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung angebracht ist. Wie in 1 gezeigt,
geht Ansaugluft des Verbrennungsmotors durch einen Luftreiniger 1,
ein Luftansaugrohr 2, ein Drosselventil 3, ein
Sammelrohr 4 und einen Ansaugkrümmer 5 hindurch. Die
Ansaugluft wird mit Kraftstoff vermischt, der von jeder Kraftstoffeinspritzdüse 6 eingespritzt
wird, die in dem Ansaugkrüm mer 5 angebracht
ist. Das Gemisch mit einem vorgegebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird
in einen Zylinder 13 gegeben. Das Gemisch wird durch eine
an jedem Zylinder 13 angebrachte Zündkerze 8 gezündet und
verbrannt, um ein Drehmoment zu erzeugen. Nach der Verbrennung geht
Emissionsgas durch ein Abgasrohr 9 hindurch und wird nach
Reinigung schädlicher
Substanzen, wie etwa Kohlenoxid CO, Kohlenwasserstoff HC, Stickstoffoxiden
NOx und dergleichen, mit einem Drei-Wege-Katalysator 11 in
die Atmosphäre
ausgestoßen.
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Um
den Kraftstoff mit hohem Wirkungsgrad zu verbrennen und den Drei-Wege-Katalysator 11 zur Erhöhung des
Emissionsgas-Reinigungskoeffizienten zu aktivieren, ist es notwendig,
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
des Gemischs in einem stöchiometrischen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
von 1:14,7 aufrechtzuerhalten. Dementsprechend ist ein Ansaugluftströmungssensor 14 an
dem Luftansaugrohr 2 angebracht, um eine eingespritzte
Kraftstoffmenge auf der Grundlage einer Luftströmungsgeschwindigkeit zu berechnen.
Falls jedoch der Luftströmungssensor 14 und
die Kraftstoffeinspritzdüse 6 Fehler
aufweisen, unterscheidet sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Zielwert.
Daher wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs aus den
Emissionsgassubstanzen mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 gemessen, der
stromaufwärts
von dem Drei-Wege-Katalysator 11 angeordnet ist, und die
Motorsteuereinrichtung 7 führt eine Regelung an der Kraftstoffeinspritzmenge aus
der Kraftstoffeinspritzdüse 6 aus,
um das gemessene Luft/Kraftstoff-Verhältnis in das Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis umzukehren.
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Wenn
der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 aufgrund
von Rissen und einer fehlerhaften Verbindung, einer Verschlechterung
durch Zeitablauf und dergleichen davon dabei versagt, ein normales Signal
auszugeben, arbeitet ein Rückkopplungsmechanismus
der Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung nicht
richtig. Falls dieser Zustand so belassen wird, wird der Verbrennungsmotor
mit der Luft/Kraftstoffverhältnis-Abweichung
von dem Zielwert betrieben. Falls die eingespritzte Kraftstoffmenge
größer als
der Zielwert wird, wird Kohlenwasserstoff ausgestoßen, und
falls im Gegensatz dazu die eingespritzte Kraftstoffmenge kleiner
als der Zielwert wird, werden Stickstoffoxide ausgestoßen. Dies
ist nicht nur ein Nachteil für
die Bedienperson, sondern auch ein sozialer Nachteil, wie etwa Luftverschmutzung.
Deshalb verlangt eine Vorschrift in den Vereinigten Staaten von
Amerika die Diagnosefunktion des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 10 für die Motorsteuereinrichtung 7,
und die gleiche Vorschrift wird für Europa und Japan eingeführt werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verschlechterung
des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 12 hauptsächlich aufgrund
von Änderungen
durch Zeitablauf zu diagnostizieren.
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Wenn
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
bei der Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mager wird, wird die
Einspritzmenge des Kraftstoffs so gesteuert, dass sie erhöht wird,
und wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett wird, wird die Einspritzmenge
des Kraftstoffs so gesteuert, dass sie gesenkt wird. Aufgrund dessen
schwingt die Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 10 mit
einem stöchiometrischen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
von 14,7 als Mitte.
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Wenn
sich der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 verschlechtert,
spricht er weniger gut an, im Ergebnis wird die Periode der Rückkopplungsschleife
lang. Die Periode der Rückkopplungsschleife
kann als Schwingungsperiode des Ausgabesignals von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10,
d. h. als Schwingungsperiode des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ, erfasst
werden. Daher ist es eine Idee der vorliegenden Erfindung, einen
Index zu erhalten, der eine Korrelation zur Periode des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ aufweist,
und durch Verwendung dieses Indexes die Verschlechterung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 10 zu
diagnostizieren. Wenn beispielsweise ein Index ausgewählt ist,
der eine positive Korrelation zur Periode des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
aufweist, nimmt sein Wert mit der Steigerung der Schwingungsperiode
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ zu. Da das
System dementsprechend abschätzen
kann, dass die Periode der Schwingung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ zunimmt,
wenn der Wert des Indexes ansteigt, ist es imstande, zu diagnostizieren,
dass der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 verschlechtert
wird.
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Als
Index, der die Korrelation aufweist, werden beispielsweise die Folgenden
erhalten.
- (1) Neigungsvarianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ
- (2) Verhältnis
oder Differenz zwischen der Neigungsvarianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ und der
Varianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ
- (3) Verhältnis
oder Differenz zwischen der Neigungsvarianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ, die durch
Erhalten der Differenz in einem Zeitintervall berechnet wird, und
der Neigungsvarianz, die durch Erhalten der Differenz in einem anderen Zeitintervall
berechnet wird.
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Als
Beispiel für
den Index, der die Korrelation aufweist, ist in 3 ein
Beispiel für
den Aufbau der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei dem die Neigungsvarianz
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ von (1)
genommen wird. Die vorliegende Erfindung umfasst eine Neigungsberechnungseinrichtung 31 zum Erhalten
der Neigung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ, eine Berechnungseinrichtung 32 zum
Berech nen der Varianz s der Neigung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ und eine
Einrichtung 36 zum Bestimmen der Verschlechterung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors
auf der Grundlage der Neigungsvarianz s. In Abhängigkeit von der Beschaffenheit
des Motors können
eine Einrichtung 33 zum Treffen einer Ja/Nein-Entscheidung
zur Diagnose in Übereinstimmung
mit einem Motorbetriebszustand, eine Einrichtung 34 zum
Korrigieren der Varianz s in Übereinstimmung
mit einem Motorbetriebszustand und eine Einrichtung 35 zur
Mittelwertbildung der korrigierten Varianz durch den Motorbetriebszustand zum
Aufbau der vorliegenden Erfindung hinzugefügt sein, wie sie durch die
gestrichelten Linien in 3 eingekreist sind. Durch Hinzufügen dieser
Einrichtungen kann die Diagnosegenauigkeit noch weiter verbessert
werden. Da die vorliegende Erfindung durch Verwendung der Motorsteuereinrichtung 7 ausgeführt wird,
können
die Aufbauelemente 31 bis 36 als strukturelle
Elemente in der Motorsteuereinrichtung 7 betrachtet werden.
Außerdem
kann die vorliegende Erfindung unabhängig von der Motorsteuereinrichtung 7 hergestellt
werden, und eine CPU kann der Verschlechterungsdiagnose des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
oder einer fahrzeuginternen Motordiagnosefunktion, welche diese
einschließt,
zugeteilt sein.
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Unter
Verwendung der 4 wird der Betrieb der vorliegenden
Erfindung erläutert.
Durch ausgezogene Linien ausgedrückte
Wellenlinien in 4(a) und 4(b) zeigen eine Ausgabe eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors.
Die ausgezogene Linie der 4(a) zeigt
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis λ, wo die
Periode seiner Veränderung
klein ist, und 4(b) zeigt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis λ, wo die Veränderungsperiode
groß ist.
Wie mit der gestrichelten Linie in jeder von 4(a) und 4(b) gezeigt, wird die Neigung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ nicht so
verringert, wenn die Veränderungsperiode des
Luft/Kraftstoff-Sensors klein ist, und die Neigung desselben wird
klar verringert, wenn die Veränderungsperiode
des Luft/Kraftstoff-Verhält nis-Sensors groß ist. Sogar
falls die Amplituden des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ in 4(a) und 4(b) fast
gleich sind, wird die Neigungsamplitude des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ der großen Periode
(b) kleiner als diejenige der kleinen Periode (a).
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Wenn
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis λ zum Zeitpunkt
t unter Verwendung der Amplitude "a" und der
Periode T als Gleichung (1) ausgedrückt wird, wird die Neigung
durch Gleichung (2) erhalten. Λ = a × sin(2pt/T) (1) dλ/dt
= (2pt/T)a × cos(2pt/T) (2)
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Da
die Periode T der Veränderung
des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses λ groß ist, wird
die Amplitude der Neigung beträchtlich
verringert. Dies ist ein Grund, warum die Größe der Neigung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ klein wird,
wenn die Schwingungsperiode des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ groß wird.
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Deshalb
wird in dem Fall, in dem der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
verschlechtert wird, die Schwingungsperiode des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ im Vergleich
zu derjenigen im normalen Zustand des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors
groß, und
die Amplitude der Neigung des durch die Neigungsberechnungseinrichtung
berechneten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ wird klein,
und im Ergebnis wird die Varianz der Neigung klein. Deshalb kann
auf der Basis dieses Phänomens
das System bestimmen, dass der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor verschlechtert
wird, wenn die Neigungsvarianz kleiner als ein bestimmter Referenzwert
ist.
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Unter
Verwendung eines in 5 gezeigten Zeitdiagramms und
eines in 6 gezeigten Flussdiagramms wird
der Betrieb dieser Ausführungsform erläutert.
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Dieses
Programm startet gleichzeitig mit dem Motorstart und seine Ausführung wird
fortgesetzt, bis der Motor anhält.
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Bei
diesem Programm wird die Neigungsvarianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ in Zeitintervallen
von (zwei THRs × Steuerungsperiode)
berechnet, wie in 5 gezeigt. Das heißt, sie
wird durch Neigungen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ von zwei THRs berechnet. Die
Varianz s wird mit dem Motorbetriebszustand korrigiert, beispielsweise
korrigiert, indem sie durch die Luftströmungsgeschwindigkeit Qa geteilt
wird. Die korrigierte Varianz wird für jede Steuerungsperiode erhalten.
Wenn die Summe s der korrigierten Varianzen zu vorgegebenen Zeiten den
Schwellenwert THR s überschreitet,
wird der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
als Abnormalität
bestimmt. Die Neigungsvarianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ wird aus
Schritten 102 bis 105 in 6 erhalten
und nach der Korrektur mit dem Motorbetrieb bei einem Schritt 7 summiert.
Wenn die Summe der korrigierten Varianzen zu den vorgegebenen Zeiten
erhalten wird, wird für
die Summe bestimmt, ob die Summe den Schwellenwert THR s überschreitet oder
nicht. Als Ergebnis davon wird die Erfassung der Anwesenheit oder
Abwesenheit bezüglich
der Abnormalität
des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors
ausgeführt.
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Als
Nächstes
wird jeder Schritt des Flussdiagramms von 6 wie folgt
erläutert.
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Als
Erstes werden beim Starten des Motors die Gesamtzahl CNTs der Berechnung
für die
Varianzen der Neigung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor-Ausgabesignals
und der Summenwert SUMs der Varianzen initiiert (Schritt 101).
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Schritte 2 bis 5 sind
Teile zum Erhalten der Varianz. Die Neigung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ zu einem
bestimmten Zeitpunkt t wird mit einem Wert (λt – (λt – n)) gegeben, der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (λt – n) vor
einer Steuerungsperiode "n" von dem Wert λt des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ zu dem Zeitpunkt
t subtrahiert. Die Zahl "n" wird zweckmäßigerweise
im Voraus durch das Experiment bestimmt, um eine ausreichende Leistung
beim Diagnostizieren der Verschlechterung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors
zu erbringen. Die Varianz der Neigung (λt – (λt – n)) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ wird durch
die folgende Gleichung berechnet. Varianz = Mittelwert
von (λt – (λt – n))^2-{Mittelwert von
(λt – λt-n)}^2
=
Summe von (λt – (λt – n))^2/die
Anzahl der Daten
– {Summe
von (λt – (λt – n))/die
Anzahl der Daten}}
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Danach
werden bei einem Schritt 102 ein Summenwert EX der Neigungen,
eine Summe EX2 des Quadrats der Neigung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ und die
Anzahl der Daten CNT2 initialisiert.
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Bei
einem Schritt 103 wird für jede Steuerungsperiode die
augenblickliche Neigung (λt – (λt – n)) des
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ und das
Quadrat davon zu EX bzw. EX2 hinzugefügt, und "1" wird zu
dem Zähler
CNT2 der Anzahl der Daten hinzuaddiert. Bei einem Schritt 104 bestimmt
das System, ob die Anzahl der Daten eine vorgegebene Datenanzahl THR 2 erreicht
oder nicht, und falls sie erreicht ist, berechnet es bei einem Schritt 105 die
Varianz s, und falls nicht, wartet es bei einem Schritt 111 auf
die nächste
Steuerungsperiode und führt
einen Schritt 103 aus.
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Nach
der Berechnung der Varianz σ bei
einem Schritt 105 bestimmt das System bei einem Schritt 106,
ob die Diagnosebedingung erfüllt
ist oder nicht. Falls die Diagnosebedingung erfüllt ist, wird bei einem Schritt 107 die
Varianz s mit dem Motorbetriebszustand korrigiert und zu dem Summenwert SUMs
der korrigierten Varianzen hinzugefügt, und "1" wird
zu CNTs hinzuaddiert.
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Bei
einem Schritt 108 bestimmt das System, ob CNTs einen eingestellten
Wert THR erreicht oder nicht, und falls er erreicht ist, bestimmt
das System bei einem Schritt 109, ob der Summenwert SUMs den
Schwellenwert THRs überschreitet
oder nicht. Falls der Gesamtwert SUMs den Schwellenwert überschreitet,
bestimmt das System, dass der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
abnormal ist und meldet es. Falls er nicht überschritten wird, wartet das
System auf die nächste
Unterbrechung und kehrt zu einem Schritt 101 zurück.
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Wie
oben erläutert,
wird der Prozessablauf wie in 6 gezeigt
mit dem Verschlechterungsdiagnosesystem für einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
mit einem in 3 gezeigten Aufbau ausgeführt. Dadurch
ist das System fähig,
die Verschlechterung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors ohne Einfluss auf
das Emissionsgas zu diagnostizieren.
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[Die zweite Ausführungsform]
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Im Übrigen wird
gemäß dem oben
erwähnten Beispiel
für ein
Verschlechterungsdiagnosesystem des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
auf der Grundlage der Neigungsvarianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ eine richtige
Verschlechterungsdiagnose des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ durchgeführt, wenn
die Amplitude des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ mit einem
akzeptablen Niveau stabil ist. Jedoch wird berücksichtigt, dass die Amplitude
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ in Abhängigkeit
von der Motorgeschwindigkeit und -last variiert. In diesem Fall
ist es beim Korrigieren der Veränderung
der Amplitude des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ erwünscht, einen Index zu extra hieren,
der nur mit der Schwingungsperiode des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors
korreliert ist, wenn möglich.
Deshalb wird als Index, der die oben erwähnte Korrelation (2) aufweist, "Verhältnis oder
die Differenz zwischen der Neigungsvarianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ und der
Varianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ" ausgewählt. Dies
wird verwirklicht, indem eine Einrichtung 71 zum Berechnen
der Varianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ und eine Einrichtung 72 zum
Normalisieren durch Dividieren der Neigungsvarianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ durch die
Varianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ in den Aufbau
der in 3 gezeigten Ausführungsform hinzugefügt wird.
Dadurch ist es möglich,
die Verschlechterung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses aus der normalisierten
Neigungsvarianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ zu bestimmen.
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Die
Gültigkeit
des Korrigierens der Neigungsvarianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ mit der
Varianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ kann wie
nachstehend erläutert
werden.
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Wenn
ein Signal des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors als Gleichung
(3) angenommen wird, wird die Varianz s der Neigung von diesem als
Gleichung (4) erhalten. λ = a × sin(2pt/T) (3) s = ∫(2pt/T)2a2×cos2(2pt/T)dt
= (2pt/T)2a2∫cos2(2pt/T)dt (4)
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Die
Varianz des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses λ wird auch durch Gleichung (5)
erhalten. sλ = ∫a2 × sin2(2pt/T)dt = a2 × ∫sin2(2pt/T)dt (5)
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Gleichung
(6) wird aus Gleichung (3) bis (5) hergeleitet. ∫cos2(2pt/T)dt == ∫sin2(2pt/T)dt (6)
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Außerdem wird
ein normalisierter Wert snorm der Neigungsvarianz als Gleichung
(7) erhalten. snorm = (2pt/T)2 (7)
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Die
normalisierte Varianz snorm hängt
nicht von der Amplitude "a" des Sensorsignals
ab und ist umgekehrt proportional zum Quadrat der Periode des Sensorsignals.
Das heißt,
wenn der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
verschlechtert ist und seine Empfindlichkeit herabgesetzt wird,
wird die Rückkopplungsperiode
der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung
lang, und im Ergebnis wird die normalisierte Varianz klein. Deshalb
kann die Verschlechterung des Luft/Kraftstoff-Sensors durch die
folgenden Gleichungen (8) und (9) diagnostiziert werden. snorm = Schwellenwert normal (8) snorm < Schwellenwert → Verschlechterung (9)
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Ein
Flussdiagramm einer Ausführungsform, welche
die Neigungsvarianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durch die Varianz
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ korrigiert,
ist in 8 gezeigt. 8 entspricht
dem oben bei der in 5 gezeigten Ausführungsform
beschriebenen Flussdiagramm, und die Schritte sind mit Ausnahme
der Schritte 802, 803 und 805 die gleichen
wie diejenigen, die den Schritten in 5 entsprechen.
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Bei
den Schritten 802 bis 805 wird zusätzlich zu
der Varianz sdλ der
Neigung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ auch die
Varianz sλ des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ berechnet
und die Varianz sdλ des
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ wird mit der
Varianz sλ korrigiert.
Bei dem Schritt 802 werden zusätzlich zu der Summe EX von
sdλ und
der Summe im Quadrat EX2 eine Summe EY der Varianz sλ des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ und die
Summe im Quadrat EY2 initialisiert.
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Bei
dem Schritt 803 wird für
jede Steuerungsperiode die augenblickliche Neigung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
(λt – (λt – n)) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ und ihr
Quadrat zu EX und EX2 hinzugefügt,
und "1" wird zu dem Zähler CNT2
der Anzahl der Daten hinzuaddiert, und der augenblickliche Wert
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λt des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ und sein
Quadrat werden zu EY und EY2 hinzugefügt.
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Bei
dem Schritt 805 werden sowohl sdλ des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ und sλ des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ erhalten,
und die normalisierte Neigungsvarianz snorm des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ wird berechnet,
indem ein Verhältnis
von ihnen genommen wird.
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Danach
wird der in 5 gezeigte oben erwähnte Ablauf
ausgeführt.
Das heißt,
die normalisierte Neigungsvarianz snorm wird nach Bedarf mit dem Betriebszustand
des Motors korrigiert, danach erfolgt ein Summieren der vorgegebenen
Zeiten der korrigierten Neigungsvarianzen (Schritt 807),
wenn die Summe niedriger als der Schwellenwert ist, bestimmt das
System bei einem Schritt 809, dass der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
verschlechtert wird.
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Gemäß der oben
beschriebenen Weise ist es möglich,
die Verschlechterung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors ohne Einfluss
auf das Emissionsgas zu diagnostizieren.
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[Die dritte Ausführungsform]
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Bei
der zweiten Ausführungsform
wird die Neigungsvarianz mit der Varianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ normalisiert,
um den Einfluss auf die Amplitude des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ durch den
Motorbetriebszustand zu verhindern. Stattdessen verhindert die vorliegende
Ausführungsform
den Einfluss auf die Amplitude des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ auf eine
andere Weise.
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Die
Neigung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ wird durch
eine Differenz von λ in
einem bestimmten Zeitintervall erhalten. Jedoch wird die Amplitude
der Neigung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ durch Ändern des Zeitintervalls verändert, und
die Varianz der Neigung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ wird auch dementsprechend verändert.
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Das
Luft/Kraftstoff-Verhältnis λt zum Zeitpunkt
t wird durch Gleichung (10) unter Verwendung einer Amplitude "a" und einer Periode T ausgedrückt. λt
= a × sin(2pt/T) (10)
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Die
Neigung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ, die aus
einer Differenz von λ in
der Steuerungsperiode "m" erhalten wird, wird
durch die folgende Gleichung (11) ausgedrückt. dλ/dt(m)
= (λt – (λt – m))/mΔ
= [a × sin(2pt/T) – a × sin{2pt(t – m)/T}]/mΔ
= a × sin(pm/T) × cos{p(2t-m)/T}/mΔ (11)
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Die
Neigung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ, die aus
einer Differenz von λ in
der Steuerungsperiode "n" erhalten wird, wird
durch Gleichung (12) ausgedrückt. dλ/dt(n)
= (λt – (λt – n))/nΔ
= [a × sin(2pt/T) – a × sin{2pt(t – n)/T}]/nΔ
= a × sin(pn/T) × cos{p(2t – n)/T}/nΔ (12)
-
Dementsprechend
wird das Verhältnis
der Neigung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ, die durch die Differenz in
der Steuerungsperiode "m" erhalten wird, und
die Varianz der Neigung, die durch die Differenz in der Steuerungsperiode "n" erhalten wird, als Gleichung (13) gezeigt. [dλ/dt(m)]/[dλ/dt(n)] =
[sin(pm/T)]/[sin(pn/T)] × [cos{p(2t – m)/T}/cos{p(2t – n)/T} × n/m (13)
-
Falls
die Zeitintervalle "m" und "n" in ausreichender Weise kleiner als
die Periode "T" sind, kann es als
Gleichung (14) approximiert werden. [dλ/dt(m)]/[dλ/dt(n)] ®[sin(pm/T)]/[sin(pn/T)] × n/m (14)
-
Wenn
diese Gleichungen verwendet werden, wird die Beziehung zwischen
dem Varianzverhältnis bei
m = 1 n = 3 und der Periode des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ als 9 gezeigt.
Gemäß 9 wird
klar gefunden, dass ein Verhältnis
der Varianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ, die berechnet wird, indem
die Differenz in der Steuerungsperiode "m" erhalten
wird, und der Varianz der Neigung, die berechnet wird, indem die
Differenz in der Steuerungsperiode "n" erhalten
wird, eine negative Beziehung zu der Periode T des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ hat. Deshalb
ist, wenn das Verhältnis
kleiner als ein Schwellenwert ist, die Periode des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ größer als
ein gewisser Wert, und es kann fähig
sein, zu bestimmen, dass der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
verschlechtert ist.
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Auf
der Grundlage der obigen Idee wird ein Aufbau eines Verschlechterungsdiagnosesystems unter
Verwendung des Verhältnisses
der Neigungsvarianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ, die berechnet wird, indem
die Differenz im Zeitintervall "m" erhalten wird, und
der Neigungsvarianz des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses λ, die berechnet wird, indem die
Differenz im Zeitintervall "n" erhalten wird, in 10 gezeigt.
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Wie
in 7 bei dem System zum Diagnostizieren der Verschlechterung
unter Verwendung des durch die Varianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ normalisierten
Neigungsvarianzwertes des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ gezeigt, ist dies das Verschlechterungsdiagnosesystem,
bei dem die Neigungsberechnungseinrichtung 31 auf eine
Neigungsberechnungseinrichtung 76 begrenzt wird, bei der
die Differenz im Zeitintervall "m" erhalten wird, und
eine Neigungsberechnungseinrichtung 77 hinzugefügt wird,
bei der die Differenz im Zeitintervall "n" erhalten wird,
welche stromaufwärts
von einer Varianzberechnungseinrichtung 71 angeordnet sind.
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In 11 ist
ein Flussdiagramm der Ausführungsform
gezeigt. Schritte 1101 bis 1112 entsprechen den
Schritten 801 bis 812 der 8. Bei den Schritten 802 bis 805 werden
die Neigungsvarianz sdλ des
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ und die
Varianzen dλ des
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ erhalten. Im
Gegensatz dazu werden bei den Schritten 1102 bis 1105 der 11 die
Neigungsvarianz sdλm
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ, die durch
die Differenz im Zeitintervall "m" des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ erhalten
wird, und die Varianz sdλn
erhalten, die durch die Differenz im Zeitintervall "n" erhalten wird. Bezüglich des weiteren Prozessablaufs
ist 8, bei der die Verschlechterung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
unter Verwendung eines mit der Varianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ normalisierten
Wertes der Neigungsvarianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ diagnostiziert
wird, gleich der 11, bei der die Verschlechterung
des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors
unter Verwendung eines Verhältnisses der
Neigungsvarianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ, die berechnet
wird, indem die Differenz in der Steuerungsperiode "m" erhalten wird, und der Neigungsvarianz
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ, die berechnet
wird, indem die Differenz in der Steuerungsperiode "n" erhalten wird, diagnostiziert wird.
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Wie
oben erläutert,
kann unter Konzentration der Aufmerksamkeit darauf, dass das Verhältnis der Neigungsvarianz
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ, die berechnet
wird, indem die Differenz in der Steuerungsperiode "m" erhalten wird, und der Neigungsvarianz
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ in der Steuerungsperiode "n" eine negative Beziehung haben, das
System fähig
sein, die Verschlechterung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors
durch Vergleichen dieses Verhältnisses
mit einem Schwellenwert zu diagnostizieren.
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[Die vierte Ausführungsform]
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12 zeigt
ein Beispiel für
eine Weise zum Steuern der durch die Kraftstoffeinspritzdüse 6 eingespritzten
Kraftstoffmenge auf der Grundlage der Ausgabe eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ durch den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10.
Hier wird die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge λc durch eine
PID-Steuerung berechnet, um ein Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis λtar einzuhalten,
und eine durch einen Ansaugluftströmungssensor 14 gemessene
Ansaugluftströmungsgeschwindigkeit
Qa wird mit λc
multipliziert, um die Kraftstoffeinspritzmenge Tp zu berechnen.
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Falls
die PID-Steuerung nur eine Proportionalsteuerung mit dem Zuwachs
P ist, gilt die folgende Gleichung (15). Tp
= Qa × λc = Qa × [λtar + P(λtar – λ)] (15)
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Da
eine Veränderungsperiode
der Ansaugluftströmungsgeschwindigkeit
Qa, des Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λtar und des proportionalen Zuwachses
P im Vergleich zu der Schwingungsperiode des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ lang ist,
gilt die folgende Gleichung (16) zwischen der Neigungsvarianz σ(dTp) von
Tp und der Neigungsvarianz σ(dλ) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ. σ(dTp)
= (Qa × P)^2 × σ(dλ) (16)
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Dementsprechend
ist, sogar falls die Neigungsvarianz des Befehlswerts Tp für die Kraftstoffeinspritzdüse anstelle
der Neigungsvarianz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ verwendet wird, die erste Ausführungsform
in ausreichender Weise betriebsfähig.
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In
derselben Weise wie oben beschrieben sind die zweite und dritte
Ausführungsform
betriebsfähig,
sogar falls das Luft/Kraftstoff-Verhältnis λ durch einen Befehlswert Tp
für das
Kraftstoffeinspritzsystem ersetzt wird.
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Die
obigen Merkmale und Ausführungsformen
können
auf jede Art teilweise oder als Ganzes kombiniert sein.