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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Diagnosevorrichtung für einen Abgassensor, die ein Ansprechen eines Abgassensors diagnostiziert, der an einem Abgasströmungsdurchgang einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist und der einen Gaszustand in dem Abgasströmungsdurchgang erfasst.
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2. Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik:
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Herkömmlicherweise sind Abgassensoren wie beispielsweise ein A/F Sensor, ein NOx Sensor, ein PM (Feststoff) Sensor und ein Abgastemperatursensor als Abgassensoren bekannt, die an einem Abgasströmungsdurchgang einer Brennkraftmaschine zum Erkennen eines Gaszustands in dem Abgasströmungsdurchgang vorgesehen sind. Eine Maschinen-ECU (elektronische Steuereinheit) steuert eine Kraftstoffeinspritzmenge und eine EGR(Abgasrückführungs-)Gasmenge basierend auf Ausgaben von den Abgassensoren und steuert einen Betriebszustand der Maschine in einen geeigneten Zustand.
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Es existiert ein Fall, bei dem sich ein Ansprechen der Ausgabe des Abgassensors verglichen mit dem normalen Abgassensor verringert, wenn zumindest ein Teil von Lüftungsöffnungen einer Sensorabdeckung des Abgassensors (die verhindert, dass das Sensorelement durch Wasser nass wird) durch Feststoffe versperrt ist oder wenn sich ein Sensorelement des Abgassensors beispielsweise verschlechtert.
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Eine Verzögerung des Ansprechens des Abgassensors ist nicht problematisch, wenn der Betriebszustand der Maschine konstant ist und sich die Ausgabe des Abgassensors nicht ändert. Jedoch verzögert sich dann, wenn der Betriebszustand der Maschine von einem stationären Zustand in einen Übergangszustand oder von dem Übergangszustand in den stationären Zustand wechselt, der Betriebszustand der Maschine, der durch die Ausgabe des Abgassensors erfasst wird, der das herabgesetzte Ansprechen aufweist, von einem Zustand, der mit dem normalen Abgassensor erfasst wird.
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In diesem Fall, wenn eine tatsächliche Ausgabe des Abgassensors basierend auf einer Abweichung zwischen einer geschätzten Ausgabe des Abgassensors, die aus dem Betriebszustand der Maschine geschätzt wird, und der tatsächlichen Ausgabe des Abgassensors ohne einem Berücksichtigen der Herabsetzung des Ansprechens des Abgassensors korrigiert wird, existiert die Möglichkeit, dass eine fälschliche Korrektur durchgeführt wird.
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Es existiert eine Möglichkeit, dass eine Verschlechterung einer Emission und eine Zunahme eines Verbrennungsgeräuschs einhergehen, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge, die EGR Gasmenge und dergleichen basierend auf einer Abweichung zwischen dem Zustand des Abgases, welcher aus der Ausgabe des Abgassensors mit dem herabgesetzten bzw. herabgesetzten Ansprechen oder aus der fälschlicherweise korrigierten Ausgabe des Abgassensors erhalten wird, und einem Sollzustand des Abgases gesteuert werden.
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Deshalb schätzt beispielsweise eine Technologie, die in Patentdokument 1 (
JP 2007-309 103 A ) beschrieben ist, einen Ausgabewert eines Sauerstoffkonzentrationssensors (als Abgassensor) zu der Zeit, wenn sich das Ansprechen des Sauerstoffkonzentrationssensors verringert hat. Die Technologie bestimmt die Herabsetzung des Ansprechens des Sauerstoffkonzentrationssensors durch Vergleichen der herabgesetzten Schätzung (d.h., einer Schätzung entsprechend dem herabgesetzten Ansprechen) mit einem tatsächlichen Ausgabewert.
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Die Technologie des Patentdokuments 1 kann ein Größenverhältnis zwischen der herabgesetzten Schätzung und dem tatsächlichen Ausgabewert des Sauerstoffkonzentrationssensors bestimmen, indem sie die herabgesetzte Schätzung und den tatsächlichen Ausgabewert des Sauerstoffkonzentrationssensors vergleicht. D.h., die Technologie kann bestimmen, ob das tatsächliche Ansprechen des Sauerstoffkonzentrationssensors schneller oder langsamer als die herabgesetzte Schätzung ist, und zwar indem sie die herabgesetzte Schätzung und den tatsächlichen Ausgabewert des Sauerstoffkonzentrationssensors vergleicht. Jedoch kann die Technologie nicht erkennen, ob das Ansprechen des Sauerstoffkonzentrationssensors sich signifikant oder leicht verringert hat. D.h., die Technologie kann einen Herabsetzungsgrad des Ansprechens nicht erkennen.
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DE 10 2005 015 998 A1 offenbart ein Katalysatordiagnoseverfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 mit den Schritten: wiederholt erfolgendes Messen einer Ist-Temperatur hinter einem Katalysatorvolumen, wiederholt erfolgendes Berechnen einer ersten Modell-Temperatur auf der Basis eines ersten Temperaturmodells und Beurteilen einer Konvertierungsfähigkeit des Katalysatorvolumens auf der Basis einer ersten Differenz, die von der Ist-Temperatur und der ersten Modell-Temperatur abhängt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zusätzlich eine zweite Modell-Temperatur auf der Basis eines zweiten Temperaturmodells berechnet wird, eine zweite Differenz gebildet wird, die von der zweiten Modell-Temperatur und der ersten Modell-Temperatur abhängt, und das Beurteilen der Konvertierungsfähigkeit auf der Basis eines von der ersten Differenz abhängigen Wertes erfolgt, der auf einen von der zweiten Differenz abhängigen Wert normiert wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Diagnosevorrichtung für einen Abgassensor vorzusehen, die einen Herabsetzungsgrad bzw. Herabsetzungsgrad eines Ansprechens eines Abgassensors erkennt.
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Die Aufgabe wird durch eine Diagnosevorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Beispielgesichtspunkt der Erfindung schätzt ein Abschnitt zum Schätzen einer normalen Ausgabe eine Normalausgabe eines Abgassensors, der ein normales Ansprechen aufweist, basierend auf einem Betriebszustand einer Brennkraftmaschine. Ein Abschnitt zum Schätzen einer herabgesetzten bzw. herabgesetzten Ausgabe schätzt eine herabgesetzte Ausgabe des Abgassensors, der das Ansprechen besitzt, das im Vergleich zu dem normalen Abgassensor um einen vorbestimmten Wert herabgesetzt ist. Ein Abschnitt zum Erfassen einer tatsächlichen Ausgabe erfasst eine tatsächliche Ausgabe des Abgassensors. Ein Diagnoseabschnitt diagnostiziert das Ansprechen des Abgassensors basierend auf der normalen Ausgabe, die durch den Abschnitt zum Schätzen der normal Ausgabe geschätzt wird, der herabgesetzten Ausgabe, die durch den Abschnitt zum Schätzen der herabgesetzten Ausgabe geschätzt wird, und der tatsächlichen Ausgabe, die durch den Abschnitt zum Erkennen der tatsächlichen Ausgabe erfasst wurde.
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Auf diese Weise kann die tatsächliche Ausgabe des Abgassensors mit den zwei Ausgaben verglichen werden, die das unterschiedliche Ansprechen aufweisen, d.h., die normale Ausgabe und die herabgesetzte Ausgabe. Entsprechend kann der Herabsetzungsgrad des Ansprechens des Abgassensors unterschiedlich zu dem Fall erkannt werden, bei dem die tatsächliche Ausgabe des Abgassensors mit einer von der normalen Ausgabe und der herabgesetzten Ausgabe verglichen wird. Infolgedessen kann eine geeignete Verarbeitung basierend auf dem Herabsetzungsgrad des Ansprechens des Abgassensors durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine Verarbeitung zum Korrigieren der tatsächlichen Ausgabe, wenn der Herabsetzungsgrad klein ist, und zum Verhindern der Maschinensteuerung basierend auf der tatsächlichen Ausgabe des Abgassensors wenn der Herabsetzungsgrad groß ist, durchgeführt werden.
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Anstelle eines Verwendens des festen Werts, wird die normale Ausgabe des Abgassensors, der das normale Ansprechen aufweist, basierend auf dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine geschätzt und wird die herabgesetzte Ausgabe des Abgassensors, der das Ansprechen aufweist, das im Vergleich zu dem normalen Abgassensor um den vorbestimmten Wert herabgesetzt ist, geschätzt. Deshalb können die normale Ausgabe und die herabgesetzte Ausgabe des Abgassensors unter Berücksichtigung des Ansprechens des Abgassensors geschätzt werden, das sich in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ändert. Somit kann das Ansprechen des Abgassensors mit hoher Genauigkeit entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine diagnostiziert werden.
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Gemäß einem zweiten Beispielgesichtspunkt der Erfindung schätzt der Schätzabschnitt zum Schätzen einer normalen Ausgabe die normale Ausgabe basierend auf einem Gaszustand in einem Zylinder, der aus dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, der Zeit, die erforderlich ist, dass das Abgas aus dem Zylinder den Abgassensor erreicht und einer Ansprechcharakteristik des normalen Abgassensors geschätzt wird.
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Die Zeit, die das Abgas benötigt, um von dem Zylinder zu dem Abgassensor zu gelangen, und die Ansprechcharakteristik des normalen Abgassensors ändern sich in Übereinstimmung mit der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases. Deshalb kann die normale Ausgabe unter Berücksichtigung der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch Verwenden der Zeit, die für das Abgas erforderlich ist, damit es von dem Zylinder zu dem Abgassensor gelangt, und der Ansprechcharakteristik des normalen Abgassensors als Parameter mit hoher Genauigkeit geschätzt werden, wenn die normale Ausgabe geschätzt wird.
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Gemäß einem dritten Beispielgesichtspunkt der Erfindung schätzt der Schätzabschnitt einer normalen Ausgabe die normale Ausgabe basierend auf Parametern einschließlich von zumindest einer Ansprechcharakteristik des normalen Abgassensors. Der Abschnitt zum Schätzen einer herabgesetzten Ausgabe schätzt die herabgesetzte Ausgabe basierend auf den Parametern, welche die gleichen wie die Parameter in dem Fall der Schätzung der normalen Ausgabe sind und die anstellte der Ansprechcharakteristik des normalen Abgassensors zumindest eine Ansprechcharakteristik des Abgassensors umfassen, der das Ansprechen aufweist, das verglichen zu dem Ansprechen des normalen Abgassensors um einen vorbestimmten Wert herabgesetzt ist.
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Die herabgesetzte Ausgabe wird durch Verwenden der gleichen Parameter wie bei dem Fall des Schätzens der normalen Ausgabe geschätzt, mit Ausnahme der Ansprechcharakteristik. Deshalb kann die herabgesetzte Ausgabe leicht geschätzt werden.
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Gemäß einem vierten Beispielgesichtspunkt der Erfindung schätzt der Schätzabschnitt zum Schätzen einer herabgesetzten Ausgabe die herabgesetzte Ausgabe durch Anwenden einer Verarbeitung mit einer Verzögerung erster Ordnung auf die normale Ausgabe, die durch den Abschnitt zum Schätzen einer normalen Ausgabe geschätzt ist.
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Dadurch kann die herabgesetzte Ausgabe einfach geschätzt werden, indem das Verarbeiten erster Ordnung auf die Normalausgabe angewandt wird.
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Gemäß der Erfindung berechnet ein Integrierabschnitt S1, welcher einen Integralwert einer Abweichung zwischen der normalen Ausgabe und der herabgesetzten Ausgabe darstellt, und S2, welcher einen Integrationswert einer Abweichung zwischen der tatsächlichen Ausgabe und der normalen Ausgabe oder der herabgesetzten Ausgabe darstellt. Der Diagnoseabschnitt diagnostiziert das Ansprechen des Abgassensors basierend auf S1 und S2.
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Somit kann selbst dann, wenn eine Ausgabeveränderung bei der normalen Ausgabe, der herabgesetzten Ausgabe und der tatsächlichen Ausgabe aufgrund von Störungen und dergleichen auftritt, der Einfluss der Ausgabeveränderung auf die Integrationswerte durch Integrieren der Abweichungen reduziert werden. Deshalb kann das Ansprechen des Abgassensors mit hoher Genauigkeit basierend auf den Integrationswerten S1, S2 erkannt werden.
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Gemäß der Erfindung beendet der Integrationsabschnitt die Berechnung von S1 und S2, wenn sich die normale Ausgabe, die herabgesetzte Ausgabe und die tatsächliche Ausgabe ändern, nachdem die Berechnung von S1 und S2 gestartet ist und zumindest eine von der herabgesetzten Ausgabe und der normalen Ausgabe danach konvergiert.
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Somit wird selbst bei dem Fall, bei dem das Ansprechen des Abgassensors sich signifikant verringert und es eine lange Zeit benötigt, bis die tatsächliche Ausgabe konvergiert, die Berechnung von S1 und S2 beendet, wenn zumindest eine von der normalen Ausgabe und der herabgesetzten Ausgabe konvergiert. Deshalb kann eine unnötige Verlängerung der Integrationszeit verhindert werden.
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Gemäß der Erfindung startet der Integrierabschnitt die Berechnung von S1 und S2 dann, wenn die normale Ausgabe, die herabgesetzte Ausgabe und die tatsächlich Ausgabe einander gleich sind.
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Somit wird die Berechnung von S1 und S2 dann gestartet, wenn die normale Ausgabe, die herabgesetzte Ausgabe und die tatsächlich Ausgabe einander gleich sind. Deshalb können Berechnungsfehler der Integrationswerte S1, S2 verringert werden.
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Wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine von dem stationären Zustand in den Übergangszustand wechselt, ändert sich zumindest eine von der normalen Ausgabe, der herabgesetzten Ausgabe und der tatsächlichen Ausgabe in dem Abgassensor zeitlich verzögert zu dem Wechsel innerhalb einer vorbestimmten Zeitverzögerung.
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Deshalb startet der integrierende Abschnitt die Berechnung von S1 und S2 dann, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine von einem stationären Zustand in einen Übergangszustand wechselt.
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Somit kann die Zeit des Ausführens der Integration in dem stationären Zustand, in dem die normale Ausgabe, die herabgesetzte Ausgabe und die tatsächliche Ausgabe sich nicht ändern, bevor der Betriebszustand der Brennkraftmaschine von dem stationären Zustand in den Übergangszustand wechselt, soweit wie möglich verkürzt werden.
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Wenn sich die Zeit verlängert, seitdem der Betriebszustand der Brennkraftmaschine in den Übergangszustand gewechselt ist, bis zumindest eine von der herabgesetzten Ausgabe und der normalen Ausgabe konvergiert, verlängert sich die Zeit des Berechnens der Integrationswerte S1, S2 in dem Zustand, bei dem die Störung in der normalen Ausgabe, der herabgesetzten Ausgabe und der tatsächlichen Ausgabe auftritt. Deshalb neigen Fehler dazu, in den Integrationswerten S1, S2 aufzutreten. Wenn der Herabsetzungsgrad des Ansprechens des Abgassensors basierend auf den Integrationswerten S1, S2 in solch einem Zustand diagnostiziert wird, existiert eine Möglichkeit, dass der Herabsetzungsgrad des Ansprechens des Abgassensors falsch diagnostiziert wird.
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Deshalb berechnet der Integrierabschnitt S1 und S2 ab dem Zeitpunkt, bei dem der Betriebszustand der Brennkraftmaschine von einem stationären Zustand in einen Übergangszustand wechselt, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem zumindest eine von der herabgesetzten Ausgabe und der normalen Ausgabe konvergiert. Der Diagnoseabschnitt stoppt die Diagnose des Ansprechens des Abgassensors wenn die Zeit, seitdem der Betriebszustand der Brennkraftmaschine von dem stationären Zustand in den Übergangszustand gewechselt ist, bis zumindest eine von der herabgesetzten Ausgabe und der normalen Ausgabe konvergiert, eine vorbestimmte Zeit übersteigt.
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Somit kann die Berechnung der Integrationswerte S1, S2 über die vorbestimmte Zeit in dem Zustand, bei dem die Störung in der normalen Ausgabe, der herabgesetzten Ausgabe und der tatsächlichen Ausgabe auftritt, verhindert werden. Deshalb kann die Diagnose des Herabsetzungsgrads des Ansprechens des Abgassensors basierend auf den Integrationswerten S1, S2, die die Fehler enthalten, verhindert werden. Infolgedessen kann eine fehlerhafte Diagnose des Ansprechens des Abgassensors verhindert werden.
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Gemäß der Erfindung berechnet der Integrierabschnitt S1 und S2 von dem Zeitpunkt, bei dem der Betriebszustand der Brennkraftmaschine von dem stationären Zustand in den Übergangszustand wechselt, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem zumindest eine von der herabgesetzten Ausgabe und der normalen Ausgabe konvergiert. Der Diagnoseabschnitt stoppt die Diagnose des Ansprechens des Abgassensors, wenn ein Änderungsbetrag von der konvergierten Ausgabe von der herabgesetzten Ausgabe und der normalen Ausgabe, der Änderungsbetrag, der während der Zeitdauer auftritt, seitdem der Betriebszustand der Brennkraftmaschine von dem stationären Zustand in den Übergangszustand gewechselt ist, bis zumindest eine Ausgabe von der herabgesetzten Ausgabe und der normalen Ausgabe konvergiert, kleiner als ein vorbestimmter Betrag ist.
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Dadurch wird die Diagnose des Ansprechens des Abgassensors basierend auf den Integrationswerten S1, S2 in dem Zustand verhindert, bei dem die Integrationswerte S1, S2 klein sind und für den Messfehler anfällig sind, weil die Änderungsbeträge der herabgesetzten Ausgabe und der normalen Ausgabe klein sind. Infolgedessen kann eine fälschliche Diagnose des Herabsetzungsgrads des Ansprechens des Abgassensors verhindert werden.
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Wenn sich das Ansprechen des Abgassensors ändert, ändert sich die Änderungsrate der Ausgabe des Abgassensors zu der gleichen Zeit.
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Deshalb erkennt der Diagnoseabschnitt das Ansprechen des Abgassensors basierend auf den Änderungsraten der normalen Ausgabe, der herabgesetzten Ausgabe und der tatsächlichen Ausgabe zu der gleichen Zeit.
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Somit kann der Herabsetzungsgrad des Ansprechens des Abgassensors auch basierend auf den Änderungsraten der normalen Ausgabe, der herabgesetzten Ausgabe und der tatsächlichen Ausgabe zu der gleichen Zeit erkannt werden.
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Wenn sich das Ansprechen des Abgassensors verringert, ändert sich der Zeitpunkt, bei dem die Änderungsrate von der Ausgabe des Abgassensors maximal ist.
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Deshalb erkennt gemäß einem ersten Beispielgesichtspunkt der Erfindung der Diagnoseabschnitt das Ansprechen des Abgassensors basierend auf den Zeitpunkten, bei denen die Änderungsraten der normalen Ausgabe, der herabgesetzten Ausgabe und der tatsächlichen Ausgabe jeweils maximiert sind.
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Somit kann der Herabsetzungsgrad des Ansprechens des Abgassensors auch basierend auf den Zeiten erkannt werden, bei denen die Änderungsraten der normalen Ausgabe, der herabgesetzten Ausgabe bzw. der tatsächlichen Ausgabe maximiert sind.
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Gemäß einem fünften Beispielgesichtspunkt der Erfindung erkennt der Diagnoseabschnitt das Ansprechen des Abgassensors dann, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine in einen Kraftstoffabsperrungszustand wechselt.
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Wenn die Kraftstoffeinspritzung abgeschaltet ist, werden der Zustand des Gases, das in den Zylinder strömt, der Zustand des Gases in dem Zylinder und der Zustand des Gases, das aus dem Zylinder ausgelassen wird, im Wesentlichen das gleiche Äquivalent der Atmosphäre. Des Weiteren ist der Einfluss der Störung auf den Betriebszustand der Brennkraftmaschine während des Kraftstoffabschaltens sehr klein. Deshalb können die normale Ausgabe und die herabgesetzte Ausgabe des Abgassensors mit hoher Genauigkeit geschätzt werden. Infolgedessen kann der Herabsetzungsgrad des Ansprechens des Abgassensors mit hoher Genauigkeit diagnostiziert werden.
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Gemäß einem sechsten Beispielgesichtspunkt der Erfindung korrigiert der Abschnitt zum Erfassen der tatsächlichen Ausgabe die tatsächliche Ausgabe basierend auf einem Zustand eines Gases in einem Zylinder während eines Kraftstoffabsperrens.
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Wie es vorstehend beschrieben wurde, werden dann, wenn die Kraftstoffeinspritzung abgeschaltet ist, der Zustand des Gases, das in den Zylinder strömt, der Zustand des Gases in dem Zylinder und der Zustand des Gases, das aus dem Zylinder ausgelassen wird, im Wesentlichen das gleiche Äquivalent der Atmosphäre. Deshalb kann der Gaszustand an der Stelle, an der der Abgassensor vorgesehen ist, mit hoher Genauigkeit geschätzt werden, und zwar basierend auf der Einlassmenge, der Abgastemperatur und dergleichen. Deshalb, wenn die tatsächlich Ausgabe des Abgassensors von dem normalen Wert aufgrund einer Offset-Abweichung oder einer Verstärkungsabweichung abweicht, kann die tatsächliche Ausgabe des Abgassensors derart korrigiert werden, dass sich die tatsächliche Ausgabe dem geschätzten Gaszustand mit hoher Genauigkeit anpasst.
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Wenn der Gaszustand in dem Zylinder der stationäre Zustand ist und der Abgassensor normal ist, sollten die Schätzungen der normalen Ausgabe und der herabgesetzten Ausgabe ohne Rücksicht auf den Unterschied bei den Ansprechverhalten mit dem erfassten Wert der tatsächlichen Ausgabe zusammenfallen.
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Deshalb, gemäß einem siebten Beispielgesichtspunkt der Erfindung, korrigieren der Abschnitt zum Schätzen einer normalen Ausgabe und der Abschnitt zum Schätzen einer herabgesetzten Ausgabe Abweichungen der normalen Ausgabe und der herabgesetzten Ausgabe von der tatsächlichen Ausgabe, wenn ein Gaszustand in dem Zylinder ein stationärer Zustand ist.
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Somit, wenn die Schätzungen der normalen Ausgabe und der herabgesetzten Ausgabe, die durch den Abschnitt zum Schätzen der normalen Ausgabe bzw. dem Abschnitt zum Schätzen der herabgesetzten Ausgabe geschätzt werden, von dem erfassten Wert der tatsächlichen Ausgabe abweichen, können der Abschnitt zum Schätzen der normalen Ausgabe und der Abschnitt zum Schätzen der herabgesetzten Ausgabe die Schätzungen von der normalen Ausgabe und der herabgesetzten Ausgabe auf den gleichen Wert wie den erfassten Wert der tatsächlichen Ausgabe korrigieren, wenn der Gaszustand in dem Zylinder der stationäre Zustand ist.
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Gemäß einem achten Beispielgesichtspunkt der Erfindung setzt der Diagnoseabschnitt die Diagnose des Ansprechens des Abgassensors aus, und zwar von einem Zeitpunkt, ab dem der Abgassensor aufgewärmt ist, bis eine vorbestimmte Zeit danach vergangen ist.
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Somit wird die Diagnose des Ansprechens des Abgassensors in dem Zustand verhindert, bei dem die Ausgabe des Abgassensors unbeständig ist, beispielsweise, während des Maschinenstarts. Infolgedessen kann eine fälschliche Diagnose des Herabsetzungsgrads des Ansprechens des Abgassensors verhindert werden.
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Jede der Funktionen der Abschnitte gemäß der Erfindung kann durch Verwenden einer Hardwareresource, die Funktionen aufweist, die durch deren Konstruktion bestimmt sind, eine Hardwareresource, die Funktionen aufweist, die durch ein Programm bestimmt sind, oder eine Kombination von derartigen Hardwareresourcen realisiert werden. Die Funktionen der Abschnitte sind nicht auf die Funktionen beschränkt, die durch Verwenden der physisch voneinander separaten Hardwareresourcen realisiert werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Merkmale und Vorteile eines Ausführungsbeispiels, ebenso wie die Verfahren eines Betriebs und die Funktion der zugehörigen Teile werden aus einem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung, der angehängten Ansprüche und der Zeichnungen erkannt werden, von denen alle einen Teil dieser Anmeldung bilden. Zu den Zeichnungen:
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1 ist eine Blockdarstellung, die ein Abgasreinigungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
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2A ist eine perspektivische Ansicht, die einen A/F Sensor gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
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2B ist eine Ansicht teilweise im Querschnitt, die einen Sensorabschnitt des A/F Sensors gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
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3 ist ein Zeitdiagramm, das eine Beziehung zwischen einer normalen Ausgabe und einer tatsächlichen Ausgabe während einer Kraftstoffabsperrung zeigt;
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4 ist ein Zeitdiagramm, das verschiedene Herabsetzungsgrade des Ansprechens einer tatsächlichen Ausgabe gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
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5 ist ein Zeitdiagramm, das eine Integration von Abweichungen bei einer normalen Ausgabe, einer herabgesetzten Ausgabe und der tatsächlichen Ausgabe zeigt;
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6 ist ein Flussdiagramm, das eine Ansprechdiagnose basierend auf der Integration der Abweichung zeigt;
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7 ist ein Zeitdiagramm, das Unterschiede zwischen Änderungsraten der normalen Ausgabe, der herabgesetzten Ausgabe und der tatsächlichen Ausgabe zeigt;
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8 ist ein Flussdiagramm, das eine Ansprechdiagnose basierend auf dem Unterschied bei den Änderungsraten zeigt;
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9 ist ein Zeitdiagramm, das die Unterschiede zwischen Zeitpunkten der maximalen Änderungsraten von der normalen Ausgabe, der herabgesetzten Ausgabe und der tatsächlichen Ausgabe gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt; und
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10 ist ein Flussdiagramm, das eine Ansprechdiagnose basierend auf dem Unterschied der Zeitpunkte der maximalen Änderungsraten gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt.
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Detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Ein Abgasreinigungssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 gezeigt.
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(Abgasreinigungssystem 10)
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Das Abgasreinigungssystem 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel ist ein System, das ein aus einer Dieselmaschine 2 mit vier Zylindern (Maschine) abgegebenes Abgas reinigt.
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Das Abgasreinigungssystem hat ein Drosselventil 12, ein EGR Ventil 16, einen DOC 20 (Dieseloxidationskatalysator), einen DPF 22 (Dieselpartikelfilter), einen A/F Sensor 30, eine ECU 40 und dergleichen. In einem Common rail (nicht gezeigt) gesammelter Kraftstoff wird von einem Injektor 4 in die Maschine 2 eingespritzt.
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Eine Turbine 14 eines Turboladers, der in einem Abgasströmungsdurchgang 210 vorgesehen ist, treibt einen Kompressor (nicht gezeigt) des Turboladers über eine Welle (nicht gezeigt) an bzw. dreht diesen. Einlassluft in einem Einlassluftströmungsdurchgang 200, die durch den Kompressor des Turboladers komprimiert wurde, tritt durch einen Zwischenkühler (nicht gezeigt). Dann wird eine Strömungsrate der Einlassluft durch das Drosselventil 12 eingestellt. Dann wird die Einlassluft in jeden Zylinder der Maschine 2 gesaugt.
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Das Drosselventil 12 wird verengt, um eine EGR Gasmenge in einem Schwachlastbetriebsbereich zu erhöhen. Das Drosselventil 12 wird in einem Schwerlastbetriebsbereich in einem im Wesentlichen vollkommen geöffneten Zustand gehalten, um die Einlassluftmenge zu erhöhen und beispielsweise einen Pumpverlust zu reduzieren. Die Strömungsrate der Einlassluft, die in die Maschine 2 eingesaugt wird, wird mit einem Einlassmengensensor (nicht gezeigt) erfasst.
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Das EGR Ventil 16 ist an einem EGR Strömungsdurchgang 220 vorgesehen, der den Einlassluftströmungsdurchgang 200 und den Abgasströmungsdurchgang 210 der Maschine 2 verbindet. Das EGR Ventil 16 steuert die EGR Menge, die von der Abgasseite zu der Einlassluftseite zirkuliert wird.
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Der DOC 20 hat einen Aufbau, bei dem ein Oxidationskatalysator, wie beispielsweise Platin, an einer Wabenstruktur gestützt ist. Der DOC 20 bewirkt eine Oxidationsreaktion des Kraftstoffs, der dem Abgasströmungsdurchgang 210 durch eine Nacheinspritzung aus dem Injektor 4 zugegeben wird. Aufgrund der Reaktionswärme der Oxidationsreaktion steigt die Abgastemperatur in dem Abgasströmungsdurchgang 210 und verbrennen Feststoffe, die sich in dem DPF 22 angesammelt haben. Anstelle eines Verwendens der Nacheinspritzung aus dem Injektor 4 kann der Kraftstoff aus einem Kraftstoffzugabeventil zugegeben werden, das in dem Abgasströmungsdurchgang 210 stromaufwärts des DOC 20 vorgesehen ist und für eine Regeneration des DPF 22 bestimmt ist.
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Der DPF 22 hat eine Wabenstruktur, die ausgebildet ist, in dem ein Oxidationskatalysator, wie beispielsweise das Platin, auf einer porösen Keramik gestützt wird. Abgasströmungsdurchgänge der Wabenstruktur des DPF 22, die entlang einer Abgasströmungsrichtung ausgeformt sind, werden wechselweise auf einer Einlassseite oder einer Auslassseite versperrt. Die Feststoffe in dem Abgas strömen über die Abgasströmungsdurchgänge, die nicht an der Einlassseite sondern an der Auslassseite versperrt sind, in den DPF 22. Wenn das Abgas durch die Trennwände der Wabenstruktur tritt, die Abgasströmungsdurchgänge bilden, werden die Feststoffe durch Poren der Trennwände gesammelt. Das Abgas strömt aus dem DPF 22 über die Abgasströmungsdurchgänge, die an der Einlassseite versperrt sind, jedoch an der Auslassseite nicht versperrt sind.
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Der A/F Sensor 30 ist zwischen dem DOC 20 und dem DPF 22 vorgesehen. Eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgasströmungsdurchgang 210 wird aus einer Ausgabe des A/F Sensors 30 erfasst. Die Ausgabe des A/F Sensors 30 sollte vorzugsweise hinsichtlich der Sauerstoffkonzentration eine so lineare Eigenschaft wie möglich haben.
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Wie es bei dem A/F Sensor 30 der 2A und 2B gezeigt ist, bedeckt eine Abdeckung 34 in der Form eines Zylinders, der eine Bodenfläche aufweist, einen Umfang eines Sensorelements 32. Das Sensorelement 32 ist ein Sensorelement der geschichteten Art, bei der beispielsweise plattenartige Festelektrolytkörper aufeinandergestapelt sind.
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Die Abdeckung 34 verhindert, dass das Sensorelement 32 von Kondenswasser oder Taubildungswasser nass wird, welches in dem Abgasströmungsdurchgang 210 erzeugt wird. Mehrere Belüftungslöcher 36 sind in der Abdeckung 34 ausgebildet, um durch eine Umfangswand und eine Bodenwand der Abdeckung 34 zu dringen, wodurch sie gestatten, dass das Abgas in das Innere der Abdeckung 34 strömt und aus der Abdeckung 34 herausströmt.
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Die ECU 40 ist hauptsächlich durch einen Mikrocomputer mit einer CPU, einem RAM, einem ROM, einer wiederbeschreibbaren Speichervorrichtung, wie beispielsweise einem Flash-Speicher und dergleichen (nicht gezeigt) gebildet. Die CPU führt Steuerprogramme aus, die in den Speichervorrichtungen, wie beispielsweise dem ROM und dem Flash-Speicher der ECU 40 gespeichert sind. Somit steuert die ECU 40 den Betriebszustand der Maschine und erkennt einen Grad einer Herabsetzung des Ansprechens des A/F Sensors 30.
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Die ECU 40 gewinnt einen Betriebszustand der Maschine aus Ausgangssignalen der verschiedenen Sensoren wie beispielsweise des A/F Sensors 30, eines Einlasslufttemperatursensors (Ta Sensor), des Einlassmengensensors (Qa Sensor), eines Maschinendrehzahlsensors (NE Sensor) und eines Beschleunigerpositionssensors (ACCP Sensor), die in den Zeichnungen nicht dargestellt sind. Die ECU 40 steuert eine Einspritzzeit und eine Einspritzmenge des Injektors 4 basierend auf dem gewonnenen Betriebszustand der Maschine. Die ECU 40 führt eine Mehrstufeneinspritzung durch, die aus einer Haupteinspritzung zum Erzeugen eines Hauptanteils eines Maschinenmoments, einer Voreinspritzung vor der Haupteinspritzung und einer Nacheinspritzung nach der Haupteinspritzung und dergleichen bestehen, und zwar basierend auf dem Betriebszustand der Maschine.
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Die Voreinspritzung wird durchgeführt, um die Luft und eine kleine Menge des Kraftstoffs vor einer Zündung vorzumischen, die durch die Haupteinspritzung bewirkt wird. Die Nacheinspritzung wird durchgeführt, um eine kleine Menge an Kraftstoff einzuspritzen, wodurch die in dem DPF 22 gesammelten Feststoffe verbrannt werden.
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(Ansprechen des A/F Sensors 30)
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Als nächstes wird das Ansprechen des A/F Sensors 30 erklärt. Wenn beispielsweise ein Beschleunigerpedal in einem Laufzustand mit konstanter Geschwindigkeit entlastet wird, um einen Verzögerungsbetriebszustand zu hervorzurufen, schaltet die ECU 40 die Kraftstoffeinspritzung aus dem Injektor 4 ab, wie es in Teil (A) von 3 gezeigt ist. Wenn die Kraftstoffmenge 300 aufgrund des Kraftstoffabschaltens 0 wird, tritt die Verbrennung in dem Zylinder der Maschine 2 nicht auf. Deshalb steigt die Sauerstoffkonzentration 310 in dem Zylinder der Maschine 2 auf ein Äquivalent der Atmosphäre in einer Art und Weise einer Sprungantwort und konvergiert zu dem Äquivalent der Atmosphäre ohne einem Überschwingen, wie es in den Teilen (B) und (C) von 3 gezeigt ist.
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Es existiert aufgrund einer Rohrlänge und dergleichen eine zeitliche Verzögerung bis das Gas in dem Zylinder den A/F Sensor 30 erreicht. Deshalb ändert sich die Sauerstoffkonzentration an der Stelle, an der der A/F Sensor 30 angeordnet ist, in zeitlicher Verzögerung zu der Änderung der Sauerstoffkonzentration 310 in dem Zylinder. Die zeitliche Verzögerung bei der Änderung variiert abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases. Die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases ändert sich mit dem Betriebszustand der Maschine, der durch die Parameter definiert ist, wie beispielsweise die Maschinendrehzahl NE, die Kraftstoffeinspritzmenge und die Einlassmenge Qa definiert ist. Deshalb kann die zeitliche Verzögerung bei der Änderung der Sauerstoffkonzentration, die an der Stelle, bei der der A/F Sensor 30 angeordnet ist, in zeitlicher Verzögerung zu der Änderung der Sauerstoffkonzentration 310 in dem Zylinder auftritt, basierend auf dem Betriebszustand der Maschine berechnet und geschätzt werden.
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Wenn das Ansprechen des A/F Sensors 30 normal ist, sollte die normale Ausgabe 320, die basierend auf dem Betriebszustand der Maschine und der tatsächlichen Ausgabe 322 des A/F Sensors 30 geschätzt wird, im Wesentlichen das gleiche Ansprechen auf die Sauerstoffkonzentration 310 in dem Zylinder zeigen, wie es in Teil (B) von 3 gezeigt ist.
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Wenn die Feststoffe die Belüftungslöcher 36 des A/F Sensors 30 verstopfen oder das Sensorelement 32 sich verschlechtert, fällt das Ansprechen der tatsächlichen Ausgabe 322 unter das Ansprechen der normalen Ausgabe 320, wie es in Teil (C) von 3 gezeigt ist.
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Wie es in 3 gezeigt ist, können eine Größenbeziehung zwischen der normalen Ausgabe 320 und der tatsächlichen Ausgabe 322 und eine Größe einer Abweichung zwischen diesen durch Vergleichen des Ansprechens der tatsächlichen Ausgabe 322 mit ausschließlich der normalen Ausgabe 320 erfasst werden. Jedoch, da die tatsächliche Ausgabe 322 mit nur dem einen Vergleichsobjekt verglichen wird, welches die normale Ausgabe 320 ist, kann ein Herabsetzungsgrad des Ansprechens der tatsächlichen Ausgabe 322 nicht bestimmt werden.
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Deshalb wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, um das Ansprechen des A/F Sensors 30 zu diagnostizieren, eine herabgesetzte Ausgabe 324 zusätzlich zu der normalen Ausgabe 320 geschätzt, wie es in 4 gezeigt ist.
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Die herabgesetzte bzw. herabgesetzte Ausgabe 324 ist als ein Ausgabewert definiert, der das Ansprechen aufweist, das von dem Ansprechen der normalen Ausgabe 320 um einen vorbestimmten Wert herabgesetzt bzw. verringert ist.
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Die normale Ausgabe 320 wird durch Verwenden der Sauerstoffkonzentration in dem Zylinder, der Zeit, die erforderlich ist, dass das Abgas aus dem Zylinder die Stelle erreicht, an der der A/F Sensor 30 angeordnet ist, und einer Antworteigenschaft des normalen A/F Sensors 30 als Parameter geschätzt. Die Sauerstoffkonzentration in dem Zylinder wird basierend auf der Einlassmenge Qa der Einspritzmenge, der EGR Gasmenge und dergleichen berechnet.
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Beispielsweise wird die herabgesetzte Ausgabe 324 geschätzt, indem die Ansprechcharakteristik des A/F Sensors, der das Ansprechen aufweist, das um einen vorbestimmten Wert herabgesetzt ist, anstelle der Ansprechcharakteristik des normalen A/F Sensors verwendet wird, die verwendet wird, wenn die normale Ausgabe 320 geschätzt wird. Beispielsweise wird die Verzögerung bei dem Ansprechen der herabgesetzten Ausgabe 324 eingestellt, um fünf Mal länger als die Verzögerung des Ansprechens der normalen Ausgabe 320 zu sein.
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Alternativ kann die herabgesetzte Ausgabe 324 durch ein Anwenden einer Verarbeitung mit einer Verzögerung erster Ordnung auf die normale Ausgabe 320 geschätzt werden.
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In dem Teil (B) von 4 ist die tatsächliche Ausgabe 322 im Wesentlichen gleich der normalen Ausgabe 320 und ist in Richtung der normalen Ausgabeseite weit von der herabgesetzten Ausgabe 324 getrennt. Deshalb kann erkannt werden, dass der Herabsetzungsgrad des Ansprechens der tatsächlichen Ausgabe 322 bezüglich der normalen Ausgabe 320 klein ist.
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In dem Teil (C) von 4 ist die tatsächliche Ausgabe 322 näher an der herabgesetzten Ausgabe 324 als an der normalen Ausgabe 320 und ist weit von der normalen Ausgabe 320 entfernt. Deshalb kann erkannt werden, dass der Herabsetzungsgrad des Ansprechens der tatsächlichen Ausgabe 322 bezüglich der normalen Ausgabe 320 groß ist.
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In dem Teil (D) von 4 hat sich das Ansprechen der tatsächlichen Ausgabe 322 weiter verringert als das Ansprechen der herabgesetzten Ausgabe 324. Es kann erkannt werden, dass der Herabsetzungsgrad des Ansprechens der tatsächlichen Ausgabe 322 signifikant groß (maximal) ist, und zwar hinsichtlich der normalen Ausgabe 320, und zwar basierend auf dem Grad der Trennung bzw. Entfernung der tatsächlichen 322 von beiden von der normalen Ausgabe 320 und der herabgesetzten Ausgabe 324.
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Somit kann der Herabsetzungsgrad des Ansprechens der tatsächlichen Ausgabe 322 hinsichtlich der normalen Ausgabe 320 durch Vergleichen der tatsächlichen Ausgabe 322 mit beiden von der normalen Ausgabe 320 und der herabgesetzten Ausgabe 324 diagnostiziert werden, im Gegensatz zu dem Fall, bei dem die tatsächliche Ausgabe 322 mit nur einer von der normalen Ausgabe 320 und der herabgesetzten Ausgabe 324 verglichen wird.
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(Diagnose basierend auf Integration)
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Als nächstes wird die Diagnose des Herabsetzungsgrads des Ansprechens der tatsächlichen Ausgabe 322 detaillierter erklärt.
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In 5 werden ein Integrationswert S1 der Abweichung zwischen der normalen Ausgabe 320 und der herabgesetzten Ausgabe 324 und ein Integrationswert S2 der Abweichung zwischen der normalen Ausgabe 320 und der tatsächlichen Ausgabe 322 jeweils berechnet, und zwar ab dem Zeitpunkt, ab dem der Betriebszustand der Maschine von dem stationären Zustand in den Übergangszustand wechselt, und zwar aufgrund des Kraftstoffabschaltens, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem die herabgesetzte Ausgabe 324 und die tatsächliche Ausgabe 322 konvergieren. Der Herabsetzungsgrad des Ansprechens der tatsächlichen Ausgabe 322 wird basierend auf einem Wert S2/S1 diagnostiziert. Alternativ kann ein Integrationswert einer Abweichung zwischen der herabgesetzten Ausgabe 324 und der tatsächlichen Ausgabe 322 als S2 berechnet werden, und zwar anstelle der Abweichung zwischen der normalen Ausgabe 320 und der tatsächlichen Ausgabe 322.
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Wenn das Ansprechen des A/F Sensors 30 normal ist und die tatsächliche Ausgabe 322 im Wesentlichen mit der normalen Ausgabe 320 zusammenfällt, ist S2 in etwa 0. Deshalb ist S2/S1 in etwa 0. Wenn die tatsächliche Ausgabe 320 in etwa gleich der herabgesetzten Ausgabe 324 ist, ist S2/S1 in etwa 1. Deshalb kann der Herabsetzungsgrad des A/F Sensors 30 basierend auf S2/S1 erkannt werden.
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(Erste Diagnostizierroutine)
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6 zeigt eine erste Ansprechdiagnoseroutine des A/F Sensors 30 basierend auf der Integration der Abweichung. Die erste Diagnoseroutine von 6 wird unveränderlicherweise durchgeführt.
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In S400 (S bedeutet "Schritt") bestimmt die ECU 40 ob eine Diagnosebedingung erfüllt ist. Wenn zumindest eine der folgenden Bedingungen (i) bis (iii) erfüllt ist (S400: NEIN), bestimmt die ECU 40, dass die Diagnosebedingung nicht erfüllt ist und führt die Ansprechdiagnose nicht durch.
- (i) der A/F Sensor 30 ist unnormal. Beispielsweise ist die Ausgabe des A/F Sensors 30 fest und ändert sich nicht.
- (ii) eine vorbestimmte Zeit nachdem der A/F Sensor 30 aufgewärmt ist, ist nicht vergangen, um die Ausgabe des A/F Sensors 30 ist unbeständig.
- (iii) die Nacheinspritzung wird durchgeführt oder die Kraftstoffzugabe aus dem Kraftstoffzugabeventil wird für die Regeneration des DPF 22 durchgeführt, wobei der Abgaszustand aufgrund der Oxidationsreaktion in dem DOC 20 unbeständig ist und eine Menge von unverbrannten Komponenten sich in dem Abgas ändert.
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Wenn die Diagnosebedingung erfüllt ist (S400: JA), bestimmt die ECU 40, ob die Sauerstoffkonzentration des Abgases konstant und beständig ist, d.h., ob der Betriebszustand der Maschine in dem stationären Zustand ist, in S402.
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Wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases konstant und beständig ist und der Betriebszustand der Maschine der stationäre Zustand ist (S402: JA), sollten die normale Ausgabe 320 und die herabgesetzte Ausgabe 324 mit der tatsächlichen Ausgabe 322 zusammen fallen. Deshalb, wenn der Betriebszustand der Maschine der stationäre Zustand ist (S402: JA), ist es wünschenswert, die Schätzungen der normalen Ausgabe 320 und der herabgesetzten Ausgabe 324 derart zu korrigieren, dass die Schätzungen mit dem Erfassungswert der tatsächlichen Ausgabe 322 zusammenfallen. Somit können die Abweichungen zwischen der normalen Ausgabe 320, der herabgesetzten Ausgabe 324 und der tatsächlichen Ausgabe 322 vor der Berechnung des Integrationswerts S1, S2 bei S406 entfernt werden, wobei die Integrationswerte S1, S2 mit hoher Genauigkeit berechnet werden können.
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Wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases beständig ist (S402: JA), bestimmt die ECU 40 bei S404, ob der Betriebszustand der Maschine in den Übergangszustand gewechselt ist. Diese Bestimmung wird beispielsweise basierend auf einer Änderung bei der Beschleunigerposition ACCP oder dergleichen durchgeführt.
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Wenn der Betriebszustand der Maschine in den Übergangszustand wechselt (S404: JA), berechnet die ECU 40 den Integrationswert S1 der Abweichung zwischen der normalen Ausgabe 320 und der herabgesetzten Ausgabe 324 und den Integrationswert S2 der Abweichung zwischen der normalen Ausgabe 320 und der tatsächlichen Ausgabe 322 bis der Betriebszustand der Maschine von dem Übergangszustand in den stationären Zustand wechselt und beide von der normalen Ausgabe 320 und der herabgesetzten Ausgabe 324 konvergieren.
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Die ECU 40 beendet die Berechnung der Integrationswerte S1, S2, wenn der Betriebszustand der Maschine von dem Übergangszustand in den stationären Zustand wechselt und beide von der normalen Ausgabe 320 und der herabgesetzten Ausgabe 324 konvergieren (S408: JA). Bei S410 bestimmt die ECU 40, ob ein Änderungsbetrag der normalen Ausgabe 320 oder der herabgesetzten Ausgabe 324, der während der Berechnung der Integrationswerte S1, S2 erzeugt wird, gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Betrag ist.
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Wenn der Änderungsbetrag der normalen Ausgabe 320 oder der herabgesetzten Ausgabe 324 kleiner als der vorbestimmte Betrag ist (S410: NEIN), bestimmt die ECU 40, dass die Integrationswerte S1, S2 klein sind und für Messfehler anfällig sind, da der Änderungsbetrag der normalen Ausgabe 320 oder der herabgesetzten Ausgabe 324 klein ist. Deshalb bestimmt die ECU 40, dass der Herabsetzungsgrad des Ansprechens des A/F Sensors 30 nicht basierend auf dem Integrationswert S1, S2 erkannt werden kann. In diesem Fall stoppt die ECU 40 die Diagnose des A/F Sensors 30 bei S420 und beendet die gegenwärtige Routine. Somit kann eine fälschliche Diagnose des Herabsetzungsgrads des Ansprechens A/F Sensors 30 verhindert werden.
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Beispielsweise wird bei S410 bestimmt, dass der Änderungsbetrag der normalen Ausgabe 320 oder der herabgesetzten Ausgabe 324 kleiner als der vorbestimmte Betrag ist, wenn aufgrund der Ausführung des Kraftstoffabschaltens bei dem Fall, bei dem die Werte der normalen Ausgabe 320 und der herabgesetzten Ausgabe 324 vor dem Kraftstoffabschalten nahe der Sauerstoffkonzentration der Atmosphäre waren, das Abgas das Äquivalent der Atmosphäre wird.
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Wenn der Änderungsbetrag der normalen Ausgabe 320 oder der herabgesetzten Ausgabe 324 gleich wie oder größer als der vorbestimmte Betrag ist (S410: JA), bestimmt die ECU 40 ob eine Integrationszeit gleich wie oder kürzer als eine vorbestimmte Zeit ist, und zwar bei S412. Bei dem Fall, bei dem die Integrationszeit länger als die vorbestimmte Zeit ist, neigt ein Fehler dazu, bei den Integrationswerten S1, S2 aufzutreten, wenn die Integrationswerte S1, S2 über die vorbestimmte Zeit in einem Zustand berechnet werden, bei dem eine Störung in der normalen Ausgabe 320, der herabgesetzten Ausgabe 324 und der tatsächlichen Ausgabe 322 hervorgerufen wird. Deshalb bestimmt in einem solchen Fall die ECU 40, dass der Herabsetzungsgrad des Ansprechens des A/F Sensors 30 nicht basierend auf solchen Integrationswerten S1, S2 diagnostiziert werden kann. Dann stoppt die ECU 40 die Diagnose des A/F Sensors 30 bei S420 und beendet die vorliegende Routine. Somit kann eine fälschliche Diagnose des Herabsetzungsgrads des Ansprechens des A/F Sensors 30 verhindert werden.
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Die Bedingung zum Stoppen der Diagnose des A/F Sensors 30 bei S410 oder S412 umfasst einen Fall, bei dem eine Zeit einer Einspritzmengenänderung (d.h., einer Verzögerung oder Beschleunigung) eine vorbestimmte Zeit übersteigt und einen Fall, bei dem eine Einspritzmengenänderungsrate gleich wie oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
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Wenn die Integrationszeit gleich wie oder kürzer als die vorbestimmte Zeit ist (S412: JA), vergleicht die ECU 40 den Wert S2/S1 mit einem vorbestimmten Wert, und zwar bei S414. Wie es vorstehend erwähnt ist, ist der Integrationswert S1 der Integrationswert der Abweichung zwischen der normalen Ausgabe 320 und der herabgesetzten Ausgabe 324. Der Integrationswert S2 ist der Integrationswert der Abweichung zwischen der normalen Ausgabe 320 und der tatsächlichen Ausgabe 322. Deshalb kann der Herabsetzungsgrad des Ansprechens der tatsächlichen Ausgabe 322 basierend auf dem Wert S2/S1 erkannt werden.
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Wenn der Wert S2/S1 kleiner als der vorbestimmte Wert ist (S414: JA), bestimmt die ECU 40, dass das Ansprechen des A/F Sensors 30 nicht unnormal ist und beendet die gegenwärtige Routine. Der vorbestimmte Wert, der mit dem Wert S2/S1 zu vergleichen ist, um zu bestimmen, ob das Ansprechen des A/F Sensors 30 unnormal ist, wird beispielsweise auf 1 gesetzt.
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Wenn der Wert S2/S1 kleiner als der vorbestimmte Wert ist (S414: JA) und die ECU 40 bestimmt, dass das Ansprechen des A/F Sensors 30 nicht unnormal ist und die gegenwärtige Routine beendet, führt die ECU 40 eine geeignete Maschinensteuerung in einer gewöhnlichen Maschinensteuerroutine basierend auf dem Wert S2/S1 durch, d.h., basierend auf dem Herabsetzungsgrad des Ansprechens des A/F Sensors 30.
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Wenn zum Beispiel der Herabsetzungsgrad des Ansprechens A/F Sensors 30 klein ist, wird die normale Ausgabe 320 basierend auf der Abweichung zwischen der normalen Ausgabe 320 und der tatsächlichen Ausgabe 322 korrigiert. Wenn der Wert S2/S1 kleiner als der vorbestimmte Wert, jedoch der Herabsetzungsgrad des Ansprechens des A/F Sensors 30 groß ist, wird die Zeit zum Korrigieren der normalen Ausgabe 320 basierend auf der Abweichung zwischen der normalen Ausgabe 320 und der tatsächlichen Ausgabe 322 auf die Zeit begrenzt, wenn der Betriebszustand der Maschine beständig ist.
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Wenn der Wert S2/S1 gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert ist (S414: NEIN), bestimmt die ECU 40, dass das Ansprechen des A/F Sensors 30 unnormal ist, und zwar bei S416. Dann führt die ECU 40 bei S418 eine geeignete Notlaufverarbeitung basierend auf dem Herabsetzungsgrad des Ansprechens durch und beendet dann die gegenwärtige Routine. Als die Notlaufverarbeitung in diesem Fall wird die Auffälligkeit des A/F Sensors 30 durch ein Warnlicht mitgeteilt oder wird beispielsweise die Maschinensteuerung basierend auf der Ausgabe des A/F Sensors 30 gestoppt.
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Gemäß der vorstehend beschriebenen Diagnose des Ansprechens basierend auf der Integration der Abweichung ist selbst wenn eine Störung in den Ausgaben der verschiedenen Sensoren zum Erkennen des Betriebszustands der Maschine oder selbst wenn eine Störung in der Ausgabe des A/F Sensors 30 auftritt, wenn die normale Ausgabe 320 und die herabgesetzte Ausgabe 324 basierend auf dem Betriebszustand der Maschine geschätzt werden, der Einfluss der Fehler in den Integrationswerten aufgrund der Störung klein. Deshalb kann der Herabsetzungsgrad des Ansprechens des A/F Sensors 30 mit hoher Genauigkeit basierend auf dem Wert S2/S1 durch Verwenden der berechneten Integrationswerte S1, S2 diagnostiziert bzw. erkannt werden.
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Ein Einfluss einer Störung kann durch Durchführen der Diagnose des Ansprechens basierend auf der Integration der Abweichung während des Kraftstoffabschaltens soweit wie möglich eliminiert werden. Ferner nimmt die Sauerstoffkonzentration in dem Abgasströmungsdurchgang 210 zu dem Äquivalent der Atmosphäre in der Art und Weise einer Sprungantwort zu und konvergiert mit dem Äquivalent der Atmosphäre ohne ein Überschwingen. Deshalb können die normale Ausgabe 320 und die herabgesetzte Ausgabe 324 des A/F Sensors 30 mit hoher Genauigkeit geschätzt werden. Infolgedessen, kann der Herabsetzungsgrad des Ansprechens des A/F Sensors 30 mit hoher Genauigkeit basierend auf dem Wert S2/S1 erkannt werden.
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Wenn der Zustand, bei dem sich die Kraftstoffeinspritzmenge ändert und sich der Gaszustand einschließlich der Sauerstoffkonzentration in einer Art und Weise einer Sprungantwort ändert, durch zwangsweises Erhöhen und Verringern der Kraftstoffeinspritzmenge unabhängig von dem Betriebszustand der Maschine bewirkt wird, die bei dem Kraftstoffabschalten hervorgerufen wird, wird eine Momentschwankung durch die Zunahme oder Abnahme der Kraftstoffeinspritzmenge in der Dieselmaschine 2 bewirkt, wodurch dem Fahrer eine Unannehmlichkeit entsteht. Des Weiteren gibt es eine Möglichkeit, dass eine Zunahme eines Verbrennungsgeräuschs und eine Verschlechterung der Emission hervorgerufen werden. Im Gegensatz dazu kann das Kraftstoffabsperren, das die Beschleunigerbetätigung begleitet, den Gaszustand einschließlich der Sauerstoffkonzentration in der Art und Weise einer Sprungantwort ändern, ohne dass der Fahrer eine Unbehaglichkeit empfindet und ohne dass die Zunahme des Verbrennungsgeräuschs und die Verschlechterung der Emission hervorgerufen werden.
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Während des Kraftstoffabschaltens ist der Einfluss der Störung auf das Abgas klein und können die Komponenten des Abgases als Äquivalente der Atmosphäre genau beschrieben werden. Deshalb können normale Ausgaben und herabgesetzte Ausgaben von anderen Abgassensoren als dem A/F Sensor 30 auch mit hoher Genauigkeit geschätzt werden. Infolgedessen können Herabsetzungsgrade von Ansprechverhalten der Abgassensoren mit hoher Genauigkeit erkannt bzw. diagnostiziert werden.
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Der Gaszustand einschließlich der Sauerstoffkonzentration in dem Abgasströmungsdurchgang 210 wird während des Kraftstoffabschaltens zum Äquivalent der Atmosphäre. Deshalb, was beispielsweise den A/F Sensor 30 anbelangt, kann die tatsächliche Ausgabe 322 derart korrigiert werden, dass die Sauerstoffkonzentration, die äquivalent zu der Atmosphäre ist, und der Erfassungswert der tatsächlichen Ausgabe 322 miteinander zusammenfallen.
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Wenn ein Phänomen auftritt, das die Schwankung des Gaszustands in dem Abgasströmungsdurchgang 210 vergrößert, wie es nachstehend dargestellt ist ((a) bis (d)), und zwar während des Ausführens der ersten Diagnoseroutine, wird bestimmt, dass die Diagnose des Herabsetzungsgrads des Ansprechens des A/F Sensors 30 schwierig ist und wird die Ausführung der ersten Diagnoseroutine gestoppt. Dies ist auch bei der zweiten und der dritten Diagnoseroutine, die später beschrieben werden, gleich.
- (a) Die Verzögerung oder die Beschleunigung von 2 oder mehreren Stufen wird durchgeführt.
- (b) Eine Bremsbetätigung, eine Schaltänderung oder ein Lösen der Kupplung wird durchgeführt.
- (c) Der Änderungsbetrag der Maschinendrehzahl NE oder der Einlassmenge Qa ist gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert.
- (d) Ein Überschwingen oder Unterschwingen tritt auf, wenn die Sauerstoffkonzentration bei dem Fall konvergiert, bei dem das Ansprechen des A/F Sensors 30 in einem Übergangszustand, der ein anderer als das Kraftstoffabschalten ist, erkannt bzw. diagnostiziert wird.
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(Diagnose basierend auf einer Änderungsrate)
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Anstelle der Diagnose, die auf der Integration basiert, werden in 7 die Änderungsraten der normalen Ausgabe 320, der herabgesetzten Ausgabe 324 und der tatsächlichen Ausgabe 322 bei einer vorbestimmten Zeit 330 berechnet. Der Herabsetzungsgrad des Ansprechens der tatsächlichen Ausgabe 322 wird durch Vergleichen der Änderungsraten erkannt.
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Wenn das Ansprechen des A/F Sensors 30 normal ist und das Ansprechen der tatsächlichen Ausgabe 322 im Wesentlichen mit dem Ansprechen der normalen Ausgabe 320 zusammen fällt, fällt die Änderungsrate der tatsächlichen Ausgabe 322 im Wesentlichen mit der Änderungsrate der normalen Ausgabe 320 bei einer vorbestimmten Zeit in dem Übergangszustand zusammen. Wenn das Ansprechen der tatsächlichen Ausgabe 322 verglichen mit dem Ansprechen der normalen Ausgabe 320 verringert ist, sind die Änderungsraten der normalen Ausgabe 320, der herabgesetzten Ausgabe 324 und der tatsächlichen Ausgabe 322 bei einer vorbestimmten Zeit in dem Übergangszustand unterschiedlich.
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Die Änderungsrate der Ausgabe ändert sich während des Übergangszustands. Deshalb ist die Größenbeziehung zwischen den Änderungsraten der normalen Ausgabe 320, der herabgesetzten Ausgabe 324 und der tatsächlichen Ausgabe 322 die unterschiedliche Ansprechverhalten aufweisen, nicht bei allen Zeitpunkten während des Übergangszustands die gleiche. Jedoch kann der Herabsetzungsgrad des Ansprechens des A/F Sensors 30 durch Vergleichen der Größenbeziehungen der Änderungsraten der normalen Ausgabe 320, der herabgesetzten Ausgabe 324 und der tatsächlichen Ausgabe 322 erkannt werden.
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(Zweite Diagnoseroutine)
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8 zeigt die zweite Ansprechdiagnoseroutine des A/F Sensors 30 basierend auf der Änderungsrate. Die zweite Diagnoseroutine von 8 wird unveränderlich ausgeführt. Eine Verarbeitung von S430 bis S434 von 8 ist im Wesentlichen die gleiche Verarbeitung wie die Verarbeitung von S400 bis S404 von 6.
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Wenn eine vorbestimmte Zeit vergangen ist, nachdem die Maschine 2 den Übergangsbetrieb begonnen hat (S436: JA), berechnet die ECU 40 die Änderungsraten der normalen Ausgabe 320, der herabgesetzten Ausgabe 324 und der tatsächlichen Ausgabe 322 bei einer vorbestimmten Zeit, wenn die vorbestimmte Zeit vergangen ist, und zwar in S438. Die ECU 40 berechnet einen zulässigen Bereich der Änderungsrate der tatsächlichen Ausgabe 322, in dem das Ansprechen des A/F Sensors 30 als normal bestimmt werden kann, und zwar aus den Änderungsraten der normalen Ausgabe 320 und der herabgesetzten Ausgabe 324.
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Wenn die Änderungsrate der tatsächlichen Ausgabe 322 außerhalb des zulässigen Bereichs ist (S440: NEIN), bestimmt die ECU 40, dass das Ansprechen des A/F Sensors 30 unnormal ist, und zwar bei S442. Dann führt die ECU 40 bei S444 eine geeignete Notlaufverarbeitung basierend auf den Änderungsraten der normalen Ausgabe 320 der herabgesetzten Ausgabe 324 und der tatsächlichen Ausgabe 322 durch, d.h., basierend auf dem Herabsetzungsgrad des Ansprechens. Dann beendet die ECU 40 die gegenwärtige Routine.
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Wenn die Änderungsrate der tatsächlichen Ausgabe innerhalb des zulässigen Bereichs ist (S440: JA), bestimmt die ECU 40, dass das Ansprechen des A/F Sensors 30 normal ist und beendet die gegenwärtige Routine. In diesem Fall führt die ECU 40 eine geeignete Maschinensteuerung in der gewöhnlichen Maschinensteuerungsroutine basierend auf den Änderungsraten der normalen Ausgabe 320, der herabgesetzten Ausgabe 324 und der tatsächlichen Ausgabe 322 durch, d.h., basierend auf dem Herabsetzungsgrad des Ansprechens des A/F Sensors 30.
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(Diagnose basierend auf einer maximalen Änderungsrate)
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Anstelle der Diagnose basierend auf der Integration, werden Zeiten, wenn die Änderungsraten der normalen Ausgabe 320, der herabgesetzten Ausgabe 324 und der tatsächlichen Ausgabe 322 maximiert sind (d.h., die Punkte 332 in 9), in 9 erfasst. Der Herabsetzungsgrad des Ansprechens der tatsächlichen Ausgabe 322 wird durch Vergleichen der Zeitpunkte, bei denen die Änderungsraten maximal sind, erkannt. Wie es in 9 gezeigt ist, wird der Zeitpunkt, wenn die Änderungsrate maximal ist, weiter hinausgezögert wenn sich das Ansprechen verringert. Deshalb kann der Herabsetzungsgrad des Ansprechens des A/F Sensors 30 durch Vergleichen der Zeitpunkte erkannt werden, wenn die Änderungsraten der normalen Ausgabe 320, der herabgesetzten Ausgabe 324 und der tatsächlichen Ausgabe 322 maximal sind.
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(Dritte Diagnoseroutine)
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10 zeigt die dritte Ansprechdiagnoseroutine des A/F Sensors 30 basierend auf der Zeit, bei der die Änderungsrate maximiert ist. Die dritte Diagnoseroutine von 10 wird unveränderlich ausgeführt. Eine Verarbeitung von S450 bis S454 von 10 ist im Wesentlichen die gleiche wie die Verarbeitung von S400 bis S404 von 6.
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Wenn die Maschine 2 den Übergangsbetrieb beginnt (S454: JA), erfasst die ECU 40 die Zeitpunkte, bei denen die Änderungsraten der normalen Ausgabe 320, der herabgesetzten Ausgabe 324 und der tatsächlichen Ausgabe 322 maximiert sind, und zwar bei S456. Bei S458 berechnet die ECU 40 eine zulässige Zeit der Maximierungszeit der Änderungsrate der tatsächlichen Ausgabe 322 aus den Maximierungszeiten der Änderungsraten der normalen Ausgabe 320 und der herabgesetzten Ausgabe 324. Die zulässige Zeit ist die Zeit, bei der das Ansprechen des A/F Sensors 30 als normal bestimmt werden kann.
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Wenn die ECU 40 bei S460 bestimmt, dass die Maximierungszeit der Änderungsrate der tatsächlichen Ausgabe 322 später als der zulässige Zeit liegt (S460: JA), bestimmt die ECU 40, dass das Ansprechen des A/F Sensors 30 unnormal ist, und zwar bei S462. Dann führt die ECU 40 eine geeignete Notlaufverarbeitung durch, und zwar bei S464, basierend auf den Maximierungszeiten der Änderungsraten der normalen Ausgabe 320, der herabgesetzten Ausgabe 324 und der tatsächlichen Ausgabe 322, d.h., basierend auf dem Herabsetzungsgrad des Ansprechens. Dann beendet die ECU 40 die gegenwärtige Routine.
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Wenn die Maximierungszeit der Änderungsrate der tatsächlichen Ausgabe 322 gleich wie oder vor der zulässigen Zeit ist (S460: NEIN), bestimmt die ECU 40, dass das Ansprechen des A/F Sensors 30 unnormal ist und beendet die gegenwärtige Routine. In diesem Fall führt die ECU 40 eine geeignete Maschinensteuerung der gewöhnlichen Maschinensteuerungsroutine basierend auf den Maximierungszeiten der Änderungsraten der normalen Ausgabe 320, der herabgesetzten Ausgabe 324 und der tatsächlichen Ausgabe 322 durch, d.h., basierend auf dem Herabsetzungsgrad des Ansprechens des A/F Sensors 30.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht die ECU 40 der Diagnosevorrichtung für den Abgassensor der vorliegenden Erfindung und entspricht der A/F Sensor 30 dem Abgassensor. Die Verarbeitung von S406 von 6 entspricht den Funktionen des Abschnitts zum Schätzen der normalen Ausgabe, des Abschnitts zum Schätzen der herabgesetzten Ausgabe und des Abschnitts zum Erfassen der tatsächlichen Ausgabe der vorliegenden Erfindung. Die Verarbeitung von S404 bis S408 entspricht der Funktion des Integrierabschnitts. Die Verarbeitung von S400, S410 bis S416 und S420 entspricht der Funktion des Diagnoseabschnitts.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht S438 von 8 den Funktionen des Abschnitts zum Schätzen der normalen Ausgabe, des Abschnitts zum Schätzen der herabgesetzten Ausgabe, des Abschnitts zum Erfassen der tatsächlichen Ausgabe und des Abschnitts zum Berechnen der Änderungsrate der vorliegenden Erfindung. Die Verarbeitung von S430 und S438 bis S442 entspricht der Funktion des Diagnoseabschnitts.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht S456 von 10 den Funktionen des Abschnitts zum Schätzen der normalen Ausgabe, des Abschnitts zum Schätzen der herabgesetzten Ausgabe, des Abschnitts zum Erfassen der tatsächlichen Ausgabe und des Abschnitts zum Berechnen der Zeit der vorliegenden Erfindung. Die Verarbeitung von S450 und S458 bis S462 entspricht der Funktion des Diagnoseabschnitts.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die normale Ausgabe 320 des A/F Sensors 30, der das normale Ansprechen aufweist, die herabgesetzte Ausgabe 324, die das Ansprechen aufweist, das verglichen mit der normalen Ausgabe 320 um den vorbestimmten Wert verringert ist, und die tatsächliche Ausgabe 322 des A/F Sensors 30 miteinander verglichen. Somit kann nicht nur die Größenbeziehung zwischen jedem von der normalen Ausgabe 320 und der herabgesetzten Ausgabe 324 und der tatsächlichen Ausgabe 322 erkannt werden, sondern auch der Herabsetzungsgrad des Ansprechens des A/F Sensors 30.
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(Weitere Ausführungsbeispiele)
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der A/F Sensor 30 zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration in dem Abgasströmungsdurchgang 210 als der Abgassensor verwendet. Die Abgassensordiagnosevorrichtung der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, um das Ansprechen von jeder Art von Abgassensor, wie beispielsweise einem NOx Sensor zum Erfassen einer NOx Konzentration in dem Abgasströmungsdurchgang 210, einem Abgastemperatursensor zum Erfassen einer Abgastemperatur und einem PM Sensor zum Erfassen einer Menge der Feststoffe in dem Abgas zusätzlich zu dem A/F Sensor 30 erkannt werden, wenn der Abgassensor den Gaszustand in dem Abgasströmungsdurchgang 210 erfasst.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Herabsetzungsgrad des Ansprechens des A/F Sensors 30 als dem Abgassensor basierend auf dem Gaszustand in dem Abgasströmungsdurchgang 210 während des Verzögerungsbetriebs, der durch das Kraftstoffabschalten hervorgerufen wird, erkannt bzw. diagnostiziert. Alternativ kann der Herabsetzungsgrad des Ansprechens des Abgassensors basierend auf dem Gaszustand in dem Abgasströmungsdurchgang 210 während des Beschleunigungsbetriebs erkannt bzw. diagnostiziert werden.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Funktionen des Abschnitts zum Schätzen der normalen Ausgabe, des Abschnitts zum Schätzen der herabgesetzten Ausgabe, des Abschnitts zum Erfassen der tatsächlichen Ausgabe, des Diagnoseabschnitts, des Integrationsabschnitts, des Abschnitts zum Berechnen der Änderungsrate und des Abschnitts zum Berechnen eines Zeitpunkts durch die ECU 40 realisiert, deren Funktion durch die Steuerprogramme festgelegt wird. Alternativ kann zumindest ein Teil der Funktionen der vorstehend beschriebenen mehreren Abschnitte durch Hardware realisiert werden, deren Funktion durch ihren Schaltkreisaufbau festgelegt ist.
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Die vorliegende Erfindung sollte nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt werden, sondern kann in vielen anderen Arten realisiert werden, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist.
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In einem Übergangszustand, der durch ein Kraftstoffabschalten hervorgerufen wird, werden eine normale Ausgabe eines A/F Sensors (30), der ein normales Ansprechen aufweist, und eine herabgesetzte Ausgabe, die ein Ansprechen aufweist, das verglichen mit der normalen Ausgabe um einen vorbestimmten Wert verringert ist, geschätzt und wird eine tatsächliche Ausgabe des A/F Sensors (30) erfasst. S1 als ein Integrationswert einer Abweichung zwischen der normalen Ausgabe und der herabgesetzten Ausgabe und S2 als ein Integrationswert einer Abweichung zwischen der normalen Ausgabe und der tatsächlichen Ausgabe werden jeweils berechnet, bis die normale Ausgabe und die herabgesetzte Ausgabe sich einer Sauerstoffkonzentration annähern, die einer Atmosphäre äquivalent ist. S2 ändert sich in Übereinstimmung mit einem Herabsetzungsgrad des Ansprechens der tatsächlichen Ausgabe. Deshalb kann der Herabsetzungsgrad des Ansprechens des A/F Sensors (30) basierend auf S2/S1 erkannt werden.
