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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Abgassensorverwaltungsvorrichtung
und ein Abgassensorverwaltungsverfahren zum Diagnostizieren eines
Ansprechverhaltens eines Abgassensors, der einen Gaszustand in einem
Abgasstromdurchlass einer Brennkraftmaschine erfasst, und zum Wiederherstellen
des Ansprechverhaltens.
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Herkömmlicherweise
sind Abgassensoren, wie etwa ein A/F-Sensor, ein NOx-Sensor, ein PM-Sensor
(PM: „particulate matter”, Partikelstoffe) und
ein Abgastemperatursensor als Abgassensoren bekannt, die in einem
Abgasstromdurchlass einer Brennkraftmaschine zum Erfassen eines
Zustandes in dem Abgasstromdurchlass bereitgestellt sind. Eine Maschinen-ECU
(ECU: „electronic control unit”, elektronische
Steuerungseinheit) steuert eine Kraftstoffeinspritzmenge und eine
EGR-Gasmenge (EGR: „exhaust gas recirculation”,
Abgasrückführung) basierend auf Ausgaben des Abgassensors,
um einen Maschinenbetriebszustand in einem geeigneten Zustand zu
steuern.
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Es
gibt einen Fall, in dem sich ein Ansprechverhalten der Ausgabe des
Abgassensors im Vergleich zu dem normalen Abgassensor verringert, wenn
die Partikelstoffe in dem Abgas an einer Sensorabdeckung (die das
Sensorelement eines Abgassensors davor bewahrt, durch Wasser nass
zu werden) des Abgassensors anhaften, so dass die Partikelstoffe
zumindest einen Teil von Belüftungslöchern der
Sensorabdeckung blockieren oder an dem Sensorelement anhaften.
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Eine
Verzögerung des Ansprechverhaltens des Abgassensors ist
unproblematisch, wenn der Maschinenbetriebszustand konstant ist
und sich die Ausgabe des Abgassensors nicht ändert. Wenn
sich jedoch der Maschinenbetriebszustand von einem stationären
Zustand zu einem vorübergehenden Zustand oder von dem vorübergehenden
Zustand zu dem stationären Zustand verschiebt, verzögert
sich der Maschinenbetriebszustand, der aus der Ausgabe des Abgassensors
mit verringertem Ansprechverhalten erfasst wird, von einem Zustand,
der mit dem normalen Abgassensor erfasst wird.
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In
diesem Fall, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge, die EGR-Gasmenge
und Ähnliches basierend auf einer Abweichung zwischen dem
Abgaszustand, der aus der Ausgabe des Abgassensors erhalten wird,
und einem Sollabgaszustand gesteuert werden, ohne die Verringerung
des Ansprechverhaltens des Abgassensors in Betracht zu ziehen, besteht eine
Möglichkeit, dass sich eine Emission verschlechtert und
ein Verbrennungsgeräusch zunimmt.
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Eine
in Patentdokument 1 (
JP-A-2007-309103 )
beschriebene Technologie schätzt einen Ausgabewert in dem
Fall, in dem sich ein Ansprechverhalten eines Sauerstoffkonzentrationssensors
als ein Abgassensor verringert hat und bestimmt eine Verringerung
eines Ansprechverhaltens des Sauerstoffkonzentrationssensors durch
Vergleichen der verringerten Schätzung (d. h., eine Schätzung
entsprechend einem verringertem Ansprechverhalten) und eines tatsächlichen
Ausgabewerts.
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Wenn
durch eine Nacheinspritzung, die mit einer Kraftstoffdüse
oder durch ein dediziertes Kraftstoffzugabeventil durchgeführt
wird, Kraftstoff in den Abgasstromdurchlass hinzugeführt
wird, um eine Abgasbehandlungsvorrichtung, wie etwa einen DPF (Dieselpartikelfilter)
zu regenerieren, erhöht sich eine Abgastemperatur in dem
Abgasstromdurchlass aufgrund einer Oxidationsreaktionswärme
des hinzugefügten Kraftstoffs. Zu diesem Zeitpunkt, wenn
eine Ursache der Verringerung des Ansprechverhaltens des Abgassensors,
wie etwa des Sauerstoffkonzentrationssensors, keine Verschlechterung
des Sensorelements, sondern das Anhaften der Partikelstoffe an dem
Sensor ist, gibt es einen Fall, in dem die Partikelstoffe, die an
dem Abgassensor anhaften, durch Erhöhen der Abgastemperatur
verbrannt und von dem Abgassensor entfernt werden können.
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Es
gibt jedoch einen Fall, in dem die Partikelstoffe an dem Abgassensor
anhaften, wenn ein Fahren unter geringer Last wiederholt wird, oder
wenn eine größere Menge der Partikelstoffe als
eine vorbestimmte Menge aufgrund einer Abnormalität des Sensors
oder eines Einspritzsystems ausgestoßen wird. In diesem
Fall besteht eine Möglichkeit, dass die Partikelstoffe,
die an dem Abgassensor anhaften, nur durch eine Regenerationsverarbeitung
des DPF und Ähnlichem nicht vollständig entfernt
werden können.
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Zusätzlich
ist eine Häufigkeit der Verarbeitung zur Regeneration der
Abgasbehandlungsvorrichtung, wie etwa dem DPF, durch Hinzufügen
des Kraftstoffs in den Abgasstromdurchlass gering. Deshalb besteht
eine Möglichkeit, dass die Regenerationsverarbeitung für
die Abgasbehandlungsvorrichtung nicht durchgeführt wird,
wenn sich das Ansprechverhalten des Abgassensors verringert hat und
die Maschinensteuerung wird basierend auf der Ausgabe des Abgassensors
mit dem verringerten Ansprechverhalten durchgeführt.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgassensorverwaltungsvorrichtung
und ein Abgassensorverwaltungsverfahren zum Durchführen
einer Wiederherstellungsverarbeitung zum Wiederherstellen eines
Ansprechverhaltens des Abgassensors, wenn sich das Ansprechverhalten
des Abgassensors verringert, bereitzustellen.
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Gemäß einem
ersten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung, wenn sich
ein Ansprechverhalten eines Abgassensors verringert, wird eine Ausführung
einer Wiederherstellungsverarbeitung zum Wiederherstellen des Ansprechverhaltens
des Abgassensors angewiesen.
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Somit,
wenn sich das Ansprechverhalten des Abgassensors verringert, wird
die Ausführung der Wiederherstellungsverarbeitung angewiesen,
um das Ansprechverhalten des Abgassensors wiederherzustellen. Deshalb
kann das Ansprechverhalten des Abgassensors zu einem so frühen
Zeitpunkt wie möglich wiederhergestellt werden.
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Gemäß einem
zweiten beispielhaften Aspekt der Erfindung erhöht ein
Wiederherstellungsverarbeitungsabschnitt eine Abgastemperatur in
einem Abgasstromdurchlass an einer Position, an der der Abgassensor
installiert ist, durch Durchführen der Wiederherstellungsverarbeitung.
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Somit,
wenn sich das Ansprechverhalten des Abgassensors verringert, wird
die Abgastemperatur in dem Abgasstromdurchlass an der Position,
an der der Abgassensor installiert ist, erhöht, um die
Partikelstoffe, die an dem Abgassensor anhaften, zu verbrennen und
zu entfernen. Somit kann das Ansprechverhalten des Abgassensors
wiederhergestellt werden.
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Es
wird angenommen, dass Partikelstoffe derart gebildet werden, dass
lösliche organische Bruchstücke mit vergleichbar
hoher Viskosität Ruß aufnehmen.
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Deshalb,
gemäß einem dritten beispielhaften Aspekt der
vorliegenden Erfindung, erhöht der Wiederherstellungsverarbeitungsabschnitt
eine Abgasstromgeschwindigkeit in dem Abgasstromdurchlass an der
Position, an der der Abgassensor installiert ist, durch Durchführen
der Wiederherstellungsverarbeitung zusätzlich zum Erhöhen
der Abgastemperatur an der Installationsposition des Abgassensors.
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Somit
werden SOF in den Partikelstoffen durch Erhöhen der Abgastemperatur
verbrannt. Dann kann der Ruß, der verbleibt, nachdem die
SOF verbrannt werden, durch Erhöhen der Abgasstromgeschwindigkeit
von dem Abgassensor weggeblasen und entfernt werden.
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Gemäß einem
vierten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein
Wiederherstellungsanweisungsabschnitt den Wiederherstellungsverarbeitungsabschnitt
an, die Wiederherstellungsverarbeitung in einer dedizierten Betriebsart
zum Wiederherstellen des Ansprechverhaltens des Abgassensors durchzuführen.
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Somit
wird die Wiederherstellungsverarbeitung des Abgassensors in der
dedizierten Betriebsart zum Wiederherstellen des Ansprechverhalten
des Abgassensors angewiesen, anstatt eine Regenerationsbetriebsart
einer Abgasbehandlungsvorrichtung, wie etwa einem DPF, zu verwenden.
Dementsprechend kann die optimale Wiederherstellungsverarbeitung
zum Wiederherstellen des Ansprechverhaltens des Abgassensors durchgeführt
werden.
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Wenn
die Wiederherstellungsverarbeitung des Ansprechverhaltens des Abgassensors
unabhängig von dem Maschinenbetriebszustand durchgeführt
wird, wenn diagnostiziert wird, dass sich das Ansprechverhalten
des Abgassensors verringert hat, während das Fahrzeug fährt,
gibt es einen Fall, in dem sich ein Verhalten des Fahrzeugs von
einem Verhalten unterscheidet, das von dem Fahrer beabsichtigt ist.
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Deshalb
wird gemäß einem fünften beispielhaften
Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Steuerungsvorrichtung an
dem Fahrzeug angebracht und umfasst den Wiederherstellungsverarbeitungsabschnitt.
Eine Diagnosevorrichtung umfasst den Wiederherstellungsanweisungsabschnitt
und ist mit dem Fahrzeug verbunden, um mit der Steuerungseinheit zu
kommunizieren, wenn der Abgassensor diagnostiziert wird. Der Ansprechverhaltendiagnoseabschnitt ist
in entweder der Steuerungsvorrichtung oder der Diagnosevorrichtung enthalten.
Der Wiederherstellungsanweisungsabschnitt der Diagnosevorrichtung weist
den Wiederherstellungsverarbeitungsabschnitt der Steuerungsvorrichtung
an, die Wiederherstellungsverarbeitung durchzuführen, durch
die Kommunikation zwischen der Steuerungsvorrichtung und der Diagnosevorrichtung,
wenn der Ansprechverhaltendiagnoseabschnitt bestimmt, dass sich
das Ansprechverhalten des Abgassensors verringert hat.
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Somit,
wenn sich das Ansprechverhalten des Abgassensors verringert hat,
wird die Diagnosevorrichtung über eine drahtgebundene Verbindung
oder eine drahtlose Verbindung bei einem Autohändler, in einer
Werkstatt oder Ähnlichem mit dem Fahrzeug verbunden. Somit
kann die Ausführung der Wiederherstellungsverarbeitung
an den Wiederherstellungsverarbeitungsabschnitt der Steuerungsvorrichtung, die
an dem Fahrzeug angebracht ist, von dem Wiederherstellungsanweisungsabschnitt
der Diagnosevorrichtung angewiesen werden. Als ein Ergebnis kann
unabhängig vom Verhalten des Fahrzeugs, verursacht durch
Durchführen der Wiederherstellungsverarbeitung des Abgassensors,
eine angemessene Wiederherstellungsverarbeitung zum Wiederherstellen
des Ansprechverhaltens des Abgassensors von der Diagnosevorrichtung
an die Steuerungsvorrichtung angewiesen werden.
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Jede
der Funktionen der mehreren Abschnitte gemäß der
vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung eines Hardware-Betriebsmittels
realisiert werden, dessen Funktion durch eine Konstruktion von diesem
spezifiziert ist, ein Hardware-Betriebsmittel, dessen Funktion durch
ein Programm spezifiziert ist, oder eine Kombination dieser Hardware-Betriebsmittel.
Die Funktionen der mehreren Abschnitte sind nicht auf diese beschränkt,
die unter Verwendung der Hardware-Betriebsmittel realisiert werden,
welche physikalisch voneinander unabhängig sind.
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Merkmale
und Vorteile eines Ausführungsbeispiels sowie Verfahren
eines Betriebs und die Funktion zugehöriger Teile werden
aus einer Studie der folgenden detaillierten Beschreibung, der anhängigen
Ansprüche und der Zeichnungen, die alle einen Teil dieser
Anmeldung bilden, ersichtlich. In den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm, das schematisch ein Abgasreinigungssystem gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2(A) eine perspektivische Ansicht, die einen
A/F-Sensor gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
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2(B) eine Teilquerschnittsansicht, die
einen Sensorabschnitt gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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3 ein
Zeitdiagramm, das eine Beziehung zwischen einer normalen Ausgabe
und einer tatsächlichen Ausgabe während einer
Kraftstoffabsperrung gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt; und
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4 ein
Ablaufdiagramm, das eine Wiederherstellungsverarbeitung eines Ansprechverhaltens eines
Abgassensors gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt.
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Nachstehend
wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt
ein Abgasreinigungssystem, auf das eine Abgassensorverwaltungsvorrichtung
gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
angewendet wird.
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(Abgasreinigungssystem 10)
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Das
Abgasreinigungssystem 10 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel ist ein System, das Abgas, das von
einer Vierzylinderdieselmaschine 2 (Maschine) ausgestoßen
wird, reinigt.
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Das
Abgasreinigungssystem 10 besitzt ein Drosselklappenventil 12,
ein EGR-Ventil 16, einen DOC 20 (DOC: „diesel
Oxidation catalyst”, Dieseloxidationskatalysator), einen
DPF 22 (Dieselpartikelfilter), einen AlF-Sensor (30),
eine ECU 40 und Ähnliches. Kraftstoff, der in
einer (nicht gezeigten) Sammelleitung („common rail”)
angehäuft wird, wird von einer Einspritzdüse 4 in
die Maschine 2 eingespritzt.
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Eine
Turbine 14 eines Turboladers, der in einem Abgasstromdurchlass 210 vorgesehen
ist, treibt einen (nicht gezeigten) Kompressor des Turboladers über
eine (nicht gezeigte) Welle an und dreht diesen. Einlassluft in
einem Einlassluftstromdurchlass 200, die durch den Kompressor
des Turboladers komprimiert wird, läuft durch einen (nicht
gezeigten) Zwischenkühler. Dann, nachdem eine Strömungsrate der
Einlassluft durch das Drosselklappenventil 12 angepasst
wird, wird die Einlassluft. in jeden Zylinder der Maschine 2 gesaugt.
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In
einem Niedriglastbetriebsbereich wird das Drosselklappenventil 12 verengt,
um eine EGR-Gasmenge zu erhöhen. In einem Hochlastbetriebsbereich
wird das Drosselklappenventil 12 in einem im Wesentlichen
vollständig geöffneten Zustand beibehalten, um
zum Beispiel eine Einlassluftmenge zu erhöhen und einen
Pumpverlust zu reduzieren. Die Strömungsrate der Einlassluft,
die in die Maschine 2 aufgenommen wird, wird mit einem
(nicht gezeigten) Einlassmengensensor erfasst.
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Das
EGR-Ventil 16 ist in einem EGR-Stromdurchlass 220 vorgesehen,
der den Einlassluftstromdurchlass 200 und den Abgasstromdurchlass 210 der
Maschine 2 verbindet. Das EGR-Ventil 16 steuert die
EGR-Gasmenge, die von der Abgasseite auf die Einlassluftseite zirkuliert.
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Der
DOC 20 besitzt eine Struktur, bei der ein Oxidationskatalysator,
wie etwa Platin, auf einer Wabenstruktur aufgebracht ist bzw. gehalten
wird. Der DOC 20 ist stromaufwärts des A/F-Sensors 30 und des
DPF 22 vorgesehen. Der DOC 20 als eine Abgastemperaturerhöhungsvorrichtung
verursacht eine Oxidationsreaktion des Kraftstoffs, der durch eine Nacheinspritzung
von der Einspritzdüse 4 in den Abgasstromdurchlass 210 zugegeben
wird. Aufgrund einer Reaktionswärme der Oxidationsreaktion
erhöht sich die Abgastemperatur in dem Abgasstromdurchlass 210 und
Partikelstoffe, die in dem DPF 22 gesammelt werden, verbrennen.
Anstelle von oder zusätzlich zur Verwendung der Nacheinspritzung
durch die Einspritzdüse 4 kann der Kraftstoff
von einem Kraftstoffzugabeventil zugegeben werden, das für den
Abgasstromdurchlass 210 stromaufwärts des DOC 20 vorgesehen
ist, und zur Regeneration des DPF 22 bestimmt ist.
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Der
DPF 22 besitzt eine Wabenstruktur, die durch Halten eines
Oxidationskatalysators, wie etwa Platin, auf poröser Keramik
gebildet wird. Abgasstromdurchlässe der Wabenstruktur des
DPF 22, die entlang einer Abgasstromrichtung gebildet sind,
werden abwechselnd auf eine Einlassseite oder eine Auslassseite
geblockt. Die Partikelstoffe in dem Abgas strömen in den
DPF 22 über die Abgasstromdurchlasse, die nicht
auf die Einlassseite blockiert werden, sondern auf die Auslassseite
blockiert werden. Wenn das Abgas durch Trennwände der Wabenstruktur
läuft, die die Abgasstromdurchlässe definieren,
werden die Partikelstoffe durch Poren der Teilungswände
gesammelt. Das Abgas strömt über die Abgasstromdurchlässe
aus dem DPF 22 heraus, die auf die Einlassseite blockiert
sind, aber nicht auf die Auslassseite blockiert sind.
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Der
A/F-Sensor 30 ist zwischen dem DOC 20 und dem
DPF 22 vorgesehen. Eine Sauerstoffkonzentration in dem
Abgasstromdurchlass 210 wird aus einer Ausgabe des A/F-Sensors 30 erfasst.
Die Ausgabe des A/F-Sensors 30 sollte vorzugsweise eine Charakteristik
aufweisen, die mit Bezug auf die Sauerstoffkonzentration so linear
wie möglich ist.
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Wie
bei dem A/F-Sensor 30 von 2 gezeigt,
bedeckt eine Abdeckung 34 in der Form eines Zylinders mit
einem Boden eine Umgebung des Sensorelements 32. Das Sensorelement 32 ist
ein Grenzstromsensorelement, das zum Beispiel Zirkonoxid verwendet.
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Die
Abdeckung 34 verhindert, dass das Sensorelement 32 durch
Kondenswasser oder Taukondenswasser, das in dem Abgasstromdurchlass 210 erzeugt
wird, nass wird. Mehrere Belüftungslöcher 36 sind
in der Abdeckung 34 gebildet, die sich durch eine Umfangswand
und eine Bodenwand der Abdeckung 34 erstrecken, und dadurch
erlauben, dass Abgas ins Innere der Abdeckung 34 strömt
und aus der Abdeckung 34 herausströmt.
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Die
ECU 40 wird hauptsächlich durch einen Mikrocomputer
mit einer CPU, einem RAM, einem ROM, einer überschreibbaren
nicht flüchtigen Speichervorrichtung, wie etwa einem Flash-Speicher,
einer Kommunikationsschnittstelle und Ähnlichem (nicht
gezeigt) gebildet. Die CPU führt Steuerungsprogramme aus,
die in der Speichervorrichtung, wie etwa dem ROM oder dem Flash-Speicher
der ECU 40 gespeichert sind, so dass die ECU 40 den
Maschinenbetriebszustand steuert und eine Verringerung des Ansprechverhaltens
des A/F-Sensors 30 diagnostiziert.
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Die
ECU 40 erhält den Maschinenbetriebszustand von
Ausgabesignalen der verschiedenen Sensoren, wie etwa dem A/F-Sensor 30,
einem Einlasslufttemperatursensor (Ta-Sensor), dem Einlassmengensensor
(Qa-Sensor), einem Maschinendrehzahlsensor (NE-Sensor) und einem
Beschleunigerpositionssensor (ACCP-Sensor), die in den Zeichnungen
mit Ausnahme des A/F-Sensors nicht dargestellt sind. Die ECU 40 steuert
einen Einspritzzeitpunkt und eine Einspritzmenge der Einspritzdüse 4 basierend
auf dem erhaltenen Maschinenbetriebszustand. Die ECU 40 führt
eine Mehrstufeneinspritzung durch, die aus einer Haupteinspritzung
zum Erzeugen eines Hauptteils eines Maschinendrehmoments, einer
Voreinspritzung vor der Haupteinspritzung, der Nacheinspritzung
nach der Haupteinspritzung und Ähnlichem besteht, basierend
auf dem Maschinenbetriebszustand.
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Die
Voreinspritzung wird durchgeführt, um die Luft und eine
kleine Menge des Kraftstoffs vor einer Zündung, die durch
die Haupteinspritzung verursacht wird, im Voraus zu vermischen.
Die Nacheinspritzung wird durchgeführt, um eine kleine
Menge des Kraftstoffs einzuspritzen, wodurch die in dem DPF 22 gesammelten
Partikelstoffe verbrannt werden.
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Die
ECU 40 führt, basierend auf dem Ausgabesignal
des A/F-Sensors 30, folgende Maschinensteuerung durch.
- (1) Die ECU 40 passt die EGR-Gasmenge
durch Anpassen eines Öffnungsgrades des EGR-Ventils 16 an,
um die Sauerstoffkonzentration an einen Sollwert anzugleichen.
- (2) Die ECU 40 lernt und korrigiert eine Abweichung
einer tatsächlichen Einspritzmenge von einer Anweisungseinspritzmenge
durch Vergleichen der Sauerstoffkonzentration, die aus der Einlassmenge
Qa und der Kraftstoffeinspritzmenge berechnet wird, und der Sauerstoffkonzentration,
die aus der Ausgabe des A/F-Sensors 30 erfasst wird.
- (3) Die ECU 40 stellt eine untere Grenze der Sauerstoffkonzentration,
die aus der Ausgabe des A/F-Sensors 30 erfasst wird, und
eine obere Grenze der Einspritzmenge über einen gesamten Lastbetriebsbereich
der Maschine 2 ein, um eine Beschädigung der Maschine 2 aufgrund
einer Abweichung zwischen der Anweisungseinspritzmenge und der tatsächlichen
Einspritzmenge zu vermeiden, und eine Erhöhung einer Ausstoßmenge der
Partikelstoffe zu vermeiden.
- (4) Die ECU 40 steuert die Menge des Kraftstoffs, der
durch die Nacheinspritzung oder durch das Kraftstoffzugabeventil
in den Abgasstromdurchlass 210 zugegeben wird, um den DPF 22 zu
regenerieren, basierend auf einer Sauerstoffkonzentration, die aus
einer Ausgabe des A/F-Sensors 30 erfasst wird.
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Ein
Diagnosewerkzeug 50 ist eine Vorrichtung, die nicht an
dem Fahrzeug angebracht ist und die mit dem Fahrzeug über
eine drahtlose Verbindung oder eine drahtgebundene Verbindung bei
einem Autohändler, in einer Werkstatt oder Ähnlichem verbunden
wird. Ähnlich wie die ECU 40 ist das Diagnosewerkzeug 50 hauptsächlich
durch einen Mikrocomputer mit einer CPU, einem RAM, einem ROM, einer überschreibbaren
nicht flüchtigen Speichervorrichtung, wie etwa einem Flash-Speicher,
einer Kommunikationsschnittstelle und Ähnlichem gebildet.
Die CPU des Diagnosewerkzeugs 50 führt ein Steuerungsprogramm
aus, das in der Speichervorrichtung, wie etwa dem ROM oder dem Flash-Speicher
gespeichert ist, so dass das Diagnosewerkzeug 50 die ECU 40 anweist,
die Wiederherstellungsverarbeitung des Ansprechverhaltens des A/F-Sensors 30 durchzuführen.
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(Ansprechverhalten des A/F-Sensors 30)
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Als
Nächstes wird das Ansprechverhalten des A/F-Sensors 30 erklärt.
Wenn zum Beispiel ein Beschleunigungspedal in einem Fahrzustand
einer konstanten Geschwindigkeit losgelassen wird und ein Verlangsamungsbetriebszustand
entsteht, sperrt die ECU 40 die Kraftstoffeinspritzung
von der Einspritzdüse 4, wie in Teil (A) von 3 gezeigt
ist. Wenn die Einspritzmenge 300 aufgrund der Kraftstoffabsperrung 0 wird,
tritt in dem Zylinder der Maschine 2 keine Verbrennung
auf. Deshalb erhöht sich die Sauerstoffkonzentration 310 in
dem Zylinder der Maschine 2 auf ein Äquivalent
einer Atomsphäre in der Weise einer Übergangsfunktion
und konvergiert zu dem Äquivalent der Atmosphäre
ohne eine Überschwingung, wie in Teilen (B) und (C) von 3 gezeigt
ist.
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Es
gibt eine Verzögerung, bis ein Gas in dem Zylinder den
A/F-Sensors 30 erreicht, aufgrund einer Leitungslänge
und Ähnlichem. Deshalb ändert sich die Sauerstoffkonzentration
an der Position, an der der A/F-Sensor 30 installiert ist,
mit Verzögerung zu der Änderung der Sauerstoffkonzentration 310 in dem
Zylinder. Die Verzögerung in der Änderung variiert
in Abhängigkeit einer Strömungsgeschwindigkeit des
Abgases. Die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases ändert sich
mit dem Maschinenbetriebszustand, der durch die Parameter wie etwa
die Maschinendrehzahl NE, die Kraftstoffeinspritzmenge und die Einlassmenge
Qa definiert ist. Deshalb kann die Verzögerung der Änderung
der Sauerstoffkonzentration, die an dem Installationspunkt des A/F-Sensors 30 mit
Verzögerung zu der Änderung der Sauerstoffkonzentration 310 in
dem Zylinder auftritt, berechnet und basierend auf dem Maschinenbetriebszustand geschätzt
werden.
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Wenn
das Ansprechverhalten des A/F-Sensors 30 normal ist, sollten
die normale Ausgabe 320, die basierend auf dem Maschinenbetriebszustand geschätzt
wird, und die tatsächliche Ausgabe 322 des A/F-Sensors 30 im
Wesentlichen das gleiche Ansprechverhalten auf die Sauerstoffkonzentration 310 in
dem Zylinder zeigen, wie in Teil (B) von 3 gezeigt
ist.
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Wenn
Partikelstoffe die Belüftungslöcher 36 des
A/F-Sensors 30 verstopfen oder an dem Sensorelement 32 anhaften,
fällt das Ansprechverhalten der tatsächlichen
Ausgabe 322 unter das Ansprechverhalten der normalen Ausgabe 320,
wie in Teil (C) von 3 gezeigt ist.
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Die
normale Ausgabe 320 wird unter Verwendung der Sauerstoffkonzentration
in dem Zylinder, der Zeit, die für das Abgas notwendig
ist, um von dem Zylinder zu der Installationsposition des A/F-Sensors
zu gelangen, und einer Ansprechverhaltencharakteristik des normalen
A/F-Sensors 30 als Parameter geschätzt. Die Sauerstoffkonzentration
in dem Zylinder wird basierend auf einer Einlassmenge Qa, der Einspritzmenge,
der EGR-Gasmenge und Ähnlichem berechnet.
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Die
ECU 40 diagnostiziert durch Vergleichen der normalen Ausgabe 320 und
der tatsächlichen Ausgabe 322, ob sich das Ansprechverhalten
des A/F-Sensors 30 verringert hat. Zusätzlich
zum Durchführen der Diagnose während der Kraftstoffabsperrung,
wie vorstehend erwähnt, kann eine schrittweise Änderung
der Einlassmenge Qa, der Kraftstoffeinspritzmenge oder der EGR-Gasmenge
verursacht werden, und es kann diagnostiziert werden, ob sich das
Ansprechverhalten des A/F-Sensors 30 verringert hat, durch
Vergleichen der normalen Ausgabe 320 und der tatsächlichen
Ausgabe 322 zu dieser Zeit. Es kann diagnostiziert werden,
ob sich das Ansprechverhalten des A/F-Sensors 30 verringert
hat, durch Vergleichen der tatsächlichen Ausgabe 322 mit einem
Schwellenwert, der im Voraus in der Speichervorrichtung in der ECU 40 gespeichert
wird, anstelle der normalen Ausgabe 320, die aus dem Maschinenbetriebszustand
geschätzt wird.
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(Ansprechverhaltenwiederherstellungsroutine)
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4 zeigt
eine Wiederherstellungsroutine des Ansprechverhaltens des A/F-Sensors 30 gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die Ansprechverhaltenwiederherstellungsroutine
von 4 wird unveränderlich ausgeführt.
Obwohl das Flussdiagramm von 4 derart
beschrieben wird, dass entsprechende Schritte der Ansprechverhaltenwiederherstellungsroutine
kontinuierlich durchgeführt werden, wird in dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel eine Verarbeitung von S400 bis S404
durchgeführt, während das Fahrzeug fährt,
und wird eine Verarbeitung von S406 bis S422 beim Autohändler,
in der Werkstatt oder Ähnlichem durchgeführt.
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In
S400 (S bedeutet „Schritt”) diagnostiziert die
ECU 40, ob sich das Ansprechverhalten des A/F-Sensors 30 verringert hat,
zum Beispiel durch Vergleichen der normalen Ausgabe 320 und
der tatsächlichen Ausgabe 322, wie vorstehend
beschrieben.
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Wenn
sich das Ansprechverhalten verringert hat (S400: JA), setzt die
ECU 40 einen Ansprechverhaltenabnormalitätsmarker
des A/F-Sensors auf AN und speichert den Ansprechverhaltenabnormalitätsmarker
in dem Backup-RAM, dem Flash-Speicher oder Ähnlichem in
S402. Dann erleuchtet die ECU 40 einen Abnormalitätsindikator
in einem Instrument einer Frontblende in S404. Zu dieser Zeit sollte
die ECU 40 vorzugsweise die Maschinensteuerung und das
Lernen unter Verwendung der Ausgabe des A/F-Sensors 30 aussetzen.
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Wenn
bestimmt ist, dass sich das Ansprechverhalten der tatsächlichen
Ausgabe 322 im Vergleich mit der normalen Ausgabe 320 verringert
hat, aber das Aufleuchten des Abnormalitätsindikators basierend
auf dem Vergleich zwischen der normalen Ausgabe 320 und
der tatsächlichen Ausgabe 322 unnötig
ist, kann die ECU 40 die Maschinensteuerung und das Lernen
unter Verwendung der Ausgabe des A/F-Sensors 30 aussetzen.
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Wenn
der Abnormalitätsindikator in dem Instrument leuchtet,
wird ein Fahrer bestimmen, dass in dem Fahrzeug eine Abnormalität
aufgetreten ist und wird das Fahrzeug zum Autohändler oder Ähnlichem
bringen. Beim Autohändler wird das Diagnosewerkzeug 50 durch
eine drahtlose Verbindung oder eine drahtgebundene Verbindung mit
dem Fahrzeug verbunden.
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Dann,
in S406, liest das Diagnosewerkzeug 50 den Ansprechverhaltenabnormalitätsmarker,
der ein Verringern des Ansprechverhaltens des A/F-Sensors 30 angibt,
aus der Speichereinrichtung der ECU 40 und bestimmt, ob
sich das Ansprechverhalten des A/F-Sensors 30 verringert
hat. Wenn der Ansprechverhaltenabnormalitätsmarker AUS
ist, und sich das Ansprechverhalten des A/F-Sensors 30 nicht
verringert hat (S406: NEIN), untersucht das Diagnosewerkzeug 50 andere
Ursachen des Aufleuchtens des Abnormalitätsindikators in
S408.
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Wenn
der Ansprechverhaltenabnormalitätsmarker AN ist, und sich
das Ansprechverhalten des A/F-Sensors 30 verringert hat
(S406: JA), weist das Diagnosewerkzeug 50 die ECU 40 in
S410 an, die Wiederherstellungsverarbeitung zum Wiederherstellen
des Ansprechverhaltens des A/F-Sensors 30 in einer dedizierten
Betriebsart durchzuführen.
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Die
ECU 40, die angewiesen ist, die Wiederherstellungsverarbeitung
durchzuführen, erhöht eine Haupteinspritzmenge
und führt die Nacheinspritzung in der dedizierten Betriebsart
zur Wiederherstellung des Ansprechverhaltens des A/F-Sensors 30 in
S412 durch. Somit wird eine Abgastemperatur in dem Abgasstromdurchlass 210 an
der Installationsposition des A/F-Sensors 30 erhöht
und wird die Maschinendrehzahl NE im Vergleich zur gewöhnlichen
Leerlaufdrehzahl erhöht, wodurch eine Abgasströmungsgeschwindigkeit
an der Installationsposition des A/F-Sensors 30 erhöht
wird.
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Durch
derartiges Durchführen der Wiederherstellungsverarbeitung
für eine vorbestimmte Periode erhöht sich die
Abgastemperatur auf z. B. 350°C oder höher, und
erhöht sich die Maschinendrehzahl NE auf z. B. 3000 rpm
oder höher. Wenn die Abgastemperatur auf 350°C
oder höher erhöht wird, werden lösliche
organische Bruchstücke (SOF) mit relativ hoher Viskosität
unter den Partikelstoffen verbrannt und entfernt. Deshalb, wenn
die Wiederherstellungsverarbeitung, die die Abgasströmungsgeschwindigkeit
durch Erhöhen der Maschinendrehzahl NE auf 3000 rpm oder
höher erhöht, zur gleichen Zeit oder nach der
Wiederherstellungsverarbeitung durchgeführt wird, die die
Abgastemperatur auf 350°C oder höher erhöht,
wird Ruß, der verbleibt, nachdem SOF verbrannt und entfernt
wird, durch die Abgasströmung von dem A/F-Sensor 30 weggeblasen
und entfernt. Die von dem A/F-Sensor 30 entfernten Partikelstoffe
werden durch den DPF 22, der stromabwärts des
A/F-Sensors 30 bereitgestellt ist, gesammelt.
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In
S414 vergleicht die ECU 40 die normale Ausgabe 320 und
die tatsächliche Ausgabe 322, um zu bestimmen,
ob das Ansprechverhalten des A/F-Sensors, 30 durch die
Wiederherstellungsverarbeitung, die in S412 durchgeführt
wird, wiederhergestellt wurde. Wenn das Ansprechverhalten des A/F-Sensors 30 wiederhergestellt
wird (S414: JA), verschiebt die ECU 40 die Verarbeitung
zu S422.
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Wenn
sich das Ansprechverhalten des A/F-Sensors 30 nicht wiederhergestellt
hat (S414: NEIN), bestimmt die ECU 40 in, S416, ob die
Ansprechverhaltenwiederherstellungsverarbeitung in S412 eine vorbestimmte
Anzahl oft oder mehr durchgeführt wurde. Wenn die Anzahl
der Ausführungen der Ansprechverhaltenwiederherstellungsverarbeitung
kleiner als die vorbestimmte Anzahl ist (S416: NEIN), verschiebt
die ECU 40 die Verarbeitung zu S410, um die Wiederherstellungsverarbeitung
des Ansprechverhaltens des A/F-Sensors 30 zu wiederholen.
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Wenn
das Ansprechverhalten des A/F-Sensors 30 nicht wiederhergestellt
wird, auch wenn die Ansprechverhaltenwiederherstellungsverarbeitung die
vorbestimmte Anzahl oft oder mehr durchgeführt wird (S414: NEIN,
S416: JA), bestimmt die ECU 40 in S418, dass der A/F-Sensor 30 abnormal
ist, da sich das Ansprechverhalten des A/F-Sensors 30 nicht wiederherstellt,
auch wenn die Wiederherstellungsverarbeitung die vorbestimmte Anzahl
oft oder mehr durchgeführt wird. In diesem Fall wird in
S420 eine Behandlung, wie etwa ein Austausch des A/F-Sensors 30 mit
einem normalen durchgeführt.
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Die
ECU 40 setzt in S422 den Ansprechverhaltenabnormalitätsmarker,
der die Verringerung des Ansprechverhaltens des A/F-Sensors 30 angibt,
auf AUS.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht die ECU 40 der
Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
die in dem Fahrzeug angebracht ist. Das Diagnosewerkzeug 50 entspricht
der Diagnosevorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die ECU 40 und das Diagnosewerkzeug 50 entsprechen
der Abgassensorverwaltungsvorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung. Der A/F-Sensor 30 entspricht dem
Abgassensor gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Verarbeitung von S400 in 4 entspricht
den Funktionen, die durch den Ansprechverhaltendiagnoseabschnitt
und den Ansprechverhaltenverhaltendiagnoseschritt gemäß der
vorliegenden Erfindung ausgeführt werden. Die Verarbeitung
von S410 entspricht den Funktionen, die durch den Wiederherstellungsanweisungsabschnitt
und den Wiederherstellungsanweisungsschritt gemäß der
vorliegenden Erfindung ausgeführt werden. Die Verarbeitung
von S412 entspricht den Funktionen, die durch den Wiederherstellungsverarbeitungsabschnitt
und den Wiederherstellungsverarbeitungsschritt gemäß der
vorliegenden Erfindung ausgeführt werden. In dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel dient die ECU 40 als der Ansprechverhaltendiagnoseabschnitt
und der Wiederherstellungsverarbeitungsabschnitt. Das Diagnosewerkzeug 50 dient
als der Wiederherstellungsanweisungsabschnitt.
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In
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, wenn
sich das Ansprechverhalten des A/F-Sensors 30 verringert
hat, wird die Wiederherstellungsverarbeitung zur Wiederherstellung
des Ansprechverhaltens des A/F-Sensors 30 in der dedizierten
Betriebsart durchgeführt, ohne auf die Regenerationsverarbeitung
des DPF 22 zu warten. Somit, wenn sich das Ansprechverhalten
des A/F-Sensors 30 verringert hat, kann das Ansprechverhalten
des A/F-Sensors 30 zu einem so frühen Zeitpunkt
wie möglich wiederhergestellt werden. Außerdem,
da die Wiederherstellungsverarbeitung in der dedizierten Betriebsart
durchgeführt wird, kann die optimale Verarbeitung zum Wiederherstellen
des Ansprechverhaltens des A/F-Sensors 30 durchgeführt
werden.
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Da
die Diagnose des Ansprechverhaltens während der Kraftstoffabsperrung
durchgeführt wird, kann ein Einfluss einer Störung
auf das Minimum niedrig gehalten werden. Weiterhin erhöht
sich die Sauerstoffkonzentration in dem Abgasstromdurchlass 210 auf
das Äquivalent der Atmosphäre in der Weise einer Übergangsfunktion
und konvergiert zu dem Äquivalent der Atmosphäre
ohne eine Überschwingung. Deshalb kann die normale Ausgabe 320 des
A/F-Sensors 30 mit hoher Genauigkeit geschätzt werden.
Als ein Ergebnis kann die Verringerung des Ansprechverhaltens des
A/F-Sensors 30 mit hoher Genauigkeit diagnostiziert werden.
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Wenn
der Zustand, in dem sich die Kraftstoffeinspritzmenge ändert
und der Gaszustand, der die Sauerstoffkonzentration umfasst, in
der Weise einer Übergangsfunktion ändert, durch
zwingendes Erhöhen oder Verringern der Kraftstoffeinspritzmenge
unabhängig von dem Maschinenbetriebszustand, wie bei der
Kraftstoffabsperrung, verursacht wird, wird eine Drehmomentschwankung
durch Erhöhen oder Verringern der Kraftstoffeinspritzmenge
in der Dieselmaschine 2 verursacht, was dem Fahrer ein
unangenehmes Gefühl gibt. Des Weiteren besteht die Möglichkeit,
dass ein Verbrennungsgeräusch erhöht und eine
Emission verschlechtert wird. Im Gegensatz dazu kann die Kraftstoffabsperrung,
die die Beschleunigeroperation begleitet, den Gaszustand, der die
Sauerstoffkonzentration umfasst, in der Weise einer Übergangsfunktion ändern,
ohne dem Fahrer ein unangenehmes Gefühl zu geben, ohne
das Verbrennungsgeräusch zu erhöhen, und ohne
die Emission zu verschlechtern.
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Während
der Kraftstoffabsperrung ist der Einfluss von Störungen
auf das Abgas klein und die Komponenten des Abgases können
als Äquivalente der Atmosphäre spezifiziert werden.
Deshalb können normale Ausgaben von anderen Abgassensoren
als dem A/F-Sensor 30 ebenso mit hoher Genauigkeit geschätzt
werden. Als ein Ergebnis können Verringerungsgrade von
Ansprechverhalten der Abgassensoren mit hoher Genauigkeit diagnostiziert
werden.
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Der
Gaszustand, der die Sauerstoffkonzentration in dem Abgasstromdurchlass 210 umfasst, wird
während der Kraftstoffabsperrung zum Äquivalent
zur Atmosphäre. Deshalb kann zum Beispiel die tatsächliche
Ausgabe 322 des A/F-Sensors 30 derart korrigiert
werden, dass die Sauerstoffkonzentration, äquivalent zur
Atmosphäre, und der Wert der tatsächlichen Ausgabe 322 miteinander übereinstimmen.
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Wenn
eine Erscheinung auftritt, die die Schwankung des Gaszustandes in
dem Abgasstromdurchlass 210 vergrößert,
wie nachstehend in Punkten ((a) bis (d)) dargestellt ist, wenn das
Ansprechverhalten des A/F-Sensors 30 in der Ansprechverhaltenwiederherstellungsroutine
diagnostiziert wird, wird bestimmt, dass die Diagnose der Verringerung
des Ansprechverhaltens des A/F-Sensors 30 schwierig ist,
und die Ausführung der Ansprechverhaltenwiederherstellungsroutine
wird gestoppt.
- (a) Verlangsamung oder Beschleunigung
von zwei oder mehreren Schritten wird durchgeführt.
- (b) Bremsoperation, Gangänderung oder Auskupplung wird
durchgeführt.
- (c) Ein Änderungsbetrag der Maschinendrehzahl NE oder
der Einlassmenge Qa ist gleich oder größer als
ein vorbestimmter Wert.
- (d) Eine Überschwingung oder Unterschwingung tritt
auf, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Fall, in dem das Ansprechverhalten
des A/F-Sensors 30 in einem vorübergehendem Zustand
außer der Kraftstoffabsperrung diagnostiziert wird, konvergiert.
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(Weitere Ausführungsbeispiele)
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In
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird
der A/F-Sensor 30 zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration
in dem Abgasstromdurchlass 210 als der Abgassensor verwendet.
Die Abgassensorverwaltungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung
kann zum Wiederherstellen des Ansprechverhaltens jeder Art von Abgassensor,
wie etwa einem NOx-Sensor zum Erfassen einer NOx-Konzentration in
dem Abgasstromdurchlass 210, einem Abgastemperatursensor
zum Erfassen der Abgastemperatur und einem PM-Sensor zum Erfassen
einer Menge von Partikelstoffen in dem Abgas zusätzlich
zu dem A/F-Sensor 30 verwendet werden, solange der Abgassensor
den Gaszustand in dem Abgasstromdurchlass 210 erfasst.
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Wenn
sich das Ansprechverhalten des A/F-Sensors 30 verringert,
kann die Wiederherstellungsverarbeitung des Ansprechverhaltens des A/F-Sensors 30 nicht
nur unter Verwendung der dedizierten Betriebsart, sondern auch unter
Verwendung der Regenerationsbetriebsart des DPF 220 durchgeführt
werden.
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In
dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird die Verringerung
des Ansprechverhaltens des A/F-Sensors 30 mit der ECU 40 diagnostiziert.
Alternativ kann eine Verringerung des Ansprechverhaltens des A/F-Sensors 30 mit
dem Diagnosewerkzeug 50 diagnostiziert werden, wenn das
Fahrzeug zum Autohändler zur regelmäßigen
Untersuchung oder Ähnlichem gebracht wird.
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Alternativ
kann die ECU 40 die Diagnose des Ansprechverhaltens des
Abgassensors, die Ausführungsanweisung der Wiederherstellungsverarbeitung
und die Ausführung der Wiederherstellungsverarbeitung durchführen,
ohne irgendein externes Werkzeug, wie etwa die Diagnosevorrichtung,
zu verwenden.
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In
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die
Verringerung des Ansprechverhaltens des A/F-Sensors 30 als
der Abgassensor basierend auf dem Gaszustand in dem Abgasstromdurchlass 210 während
einer Verlangsamungsoperation, die durch eine Kraftstoffabsperrung
verursacht wird, diagnostiziert. Alternativ kann die Verringerung des
Ansprechverhaltens des Abgassensors basierend auf dem Gaszustand
in dem Abgasstromdurchlass 210 während einer Beschleunigungsoperation diagnostiziert
werden.
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Die
Abgasbehandlungsvorrichtung kann nicht nur den DPF 22,
sondern auch einen Einschlussreduktions-NOx-Katalysator verwenden.
Die Abgassensorverwaltungsvorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung kann nicht nur für die Dieselmaschine
sondern jede Maschine, wie etwa eine Direkteinspritzbenzinmaschine,
verwendet werden, solange die Maschine Partikelstoffe ausstößt.
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In
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden
die Funktionen des Ansprechverhaltendiagnoseabschnitts, des Wiederherstellungsverarbeitungsabschnitts
und des Wiederherstellungsanweisungsabschnitts durch die ECU 40 und
das Diagnosewerkzeug 50 realisiert, deren Funktionen durch
Steuerungsprogramme spezifiziert sind. Alternativ kann zumindest
ein Teil der Funktionen der vorstehend beschriebenen mehreren Abschnitte
durch Hardware realisiert werden, deren Funktion durch deren Schaltungskonfiguration
spezifiziert ist.
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Die
vorliegende Erfindung sollte nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele
beschränkt werden, sondern kann auf viele verschiedene
Weisen implementiert werden, ohne sich vom Umfang der Erfindung,
wie in den anhängigen Ansprüchen definiert ist,
zu entfernen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2007-309103
A [0006]