DE10321918A1

DE10321918A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Fehlererfassung eines Abgassensors

Info

Publication number: DE10321918A1
Application number: DE10321918A
Authority: DE
Inventors: Yuji Yasui; Hiroshi Kitagawa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2003-11-27
Also published as: US20040010364A1; US6920751B2; JP3967630B2; JP2003328823A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen eines Fehlers eines Abgassensors (17), der stromab eines katalytischen Wandlers (25) in einer Auspuffleitung (14) angeordnet ist. Die Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit (5). Die Steuereinheit (5) bestimmt ein Verhältnis zwischen einem Amplitudenwert einer ersten Ausgabe (Vout) des Abgassensors (17) und einem Amplitudenwert einer zweiten Ausgabe (Kact) eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (16). Der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor (16) ist stromauf des katalytischen Wandlers (25) angeordnet. Die Steuereinheit (5) erfasst einen Fehler des Abgassensors (17) auf der Basis des Verhältnisses. In einer Ausführung wird auf das Verhältnis ein statistischer Prozess unter Verwendung einer sukzessiven Methode der kleinsten Quadrate angewendet. Die Steuereinheit erfasst einen Fehler des Abgassensors (17) auf der Basis des statistisch verarbeiteten Verhältnisses. In einer anderen Ausführung wird der statistische Prozess sowohl auf die Ausgabe (Vout) des Abgassensors (17) als auch die Ausgabe (Kact) des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (16) angewendet. Die Steuereinheit (5) erfasst einen Fehler des Abgassensors (17) auf der Basis des Verhältnisses zwischen den statistisch verarbeiteten Ausgaben des Abgassensors (17) und des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (16).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen eines Fehlers eines Abgassensors, der in einem Auspuffsystem eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist.
In einem Auspuffsystem eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs ist ein Katalysator vorgesehen, um die Abgase zu reinigen. Wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des in den Motor eingeführten Luft-Kraftstoff- Gemisches mager ist, oxidiert der Katalysator KW und CO mit überschüssigem Sauerstoff, der in dem Abgas enthalten ist. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist, reduziert der Katalysator Nox mit KW und CO. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoff-Verhältnisbereich ist, werden KW, CO und Nox gleichzeitig und effizient gereinigt.
Stromab des Katalysators ist ein Abgassensor vorgesehen. Der Abgassensor erfasst die Konzentration von Sauerstoff, der in dem Gas enthalten ist, das in das Auspuffsystem abgegeben wird. Der erfasste Wert des Abgassensors wird für verschiedene Regelungen des Verbrennungsmotors benutzt. Wenn die Antwort des Abgassensors schlechter wird, könnte der Verbrennungsmotor nicht richtig geregelt werden, was eine Verschlechterung im Betriebszustand des Motors hervorrufen kann.
Das japanische Patent Nr. 2812252 offenbart ein Verfahren zum Erfassen eines abnormalen Zustands eines Abgassensors auf der Basis des Differenzial der Ausgabe des Abgassensors. Wenn die Anzahl von Malen, zu denen das Differenzial einer Ausgabe des Abgassensors groß ist, kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, wird bestimmt, dass der Abgassensor in einem abnormalen Zustand ist. Das Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass das zeitliche Differenzial der Sensorausgabe häufig weit von null entfernt ist, wenn der Abgassensor normal ist, wohingegen das zeitliche Differenzial der Sensorausgabe immer in der Nähe von null liegt, wenn der Abgassensor fehlerhaft ist.
Da der Katalysator und der Abgassensor in Serie angeordnet sind, wird das zeitliche Differenzial der Ausgabe des Abgassensors durch Verzögerungscharakteristiken (Tiefpasscharakteristiken) des Katalysators beeinflusst. D. h. die Ausgabe des Abgassensors variiert entsprechend dem Verschlechterungsgrad des Katalysators. Das obige herkömmliche Schema der Analyse von Variationen in dem zeitlichen Differenzial der Ausgabe des Abgassensors ist es schwierig zu bestimmen, ob diese Variation durch Änderungen in den Ansprechcharakteristiken des Katalysators verursacht werden oder durch Änderungen der Ansprechcharakteristiken des Abgassensors.
Daher besteht Bedarf nach einer Vorrichtung und einem Verfahren, die bzw. das in der Lage ist, einen Fehler eines Abgassensors im Unterschied zur Verschlechterung des Katalysators zu erfassen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erfassen eines Fehlers eines Abgassensors angegeben, der stromab eines Katalysators in einem Auspuffkrümmer eines Motors vorgesehen ist. Die Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, um ein Verhältnis zwischen einem Amplitudenwert einer ersten Ausgabe des Abgassensors und einem Amplitudenwert einer zweiten Ausgabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors zu bestimmen. Der Luft-Kraftstoff- Verhältnissensor ist stromab des Katalysators angeordnet. Die Steuereinheit erfasst einen Fehler des Abgassensors auf der Basis des Verhältnisses.
Eine Ausgabe des Abgassensors variiert entsprechend dem Luft-Kraftstoff- Verhältnis, das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor erfasst wird. Da in der Erfindung ein Fehler des Abgassensors auf der Basis des Verhältnisses zwischen der Amplitude einer Ausgabe des Abgassensors und der Amplitude einer Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors erfasst wird, kann ein Fehler stabil erfasst werden, auch wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis variiert.
Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis braucht nicht zum Zwecke der Fehlererfassung des Abgassensors verstellt werden. Die Fehlererfassung kann erfolgen, ohne die Menge schädlicher Substanzen in dem Abgas zu erhöhen, die anderenfalls bei der Verstellung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses zum Zwecke der Fehlererfassung erzeugt würde.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine erste Ausgabe, die einen größeren Amplitudenwert als ein vorbestimmter Wert hat, aus den Ausgaben des Abgassensors gewählt. Eine zweite Ausgabe, die einen größeren Amplitudenwert als ein vorbestimmter Wert hat, wird aus den Ausgaben des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors gewählt. Ein Verhältnis zwischen dem Amplitudenwert der gewählten ersten Ausgabe und dem Amplitudenwert der gewählten zweiten Ausgabe wird bestimmt, um einen Fehler des Abgassensors zu erfassen. Erfindungsgemäß wird eine Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, mit der ein Fehler des Abgassensors signifikant erfasst werden kann, durch die Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor erfasst. Durch Auswerten der Ausgabe des Abgassensors entsprechend der erfassten Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kann der Zustand des Abgassensors mit besserer Genauigkeit bestimmt werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine erste Ausgabe, die einen lokalen maximalen Amplitudenwert hat, aus den Ausgaben des Abgassensors erfasst. Eine zweite Ausgabe, die einen lokalen maximalen Amplitudenwert hat, wird aus den Ausgaben des Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors gewählt. Ein Verhältnis zwischen dem lokalen maximalen Amplitudenwert, der für die erste Ausgabe gewählt ist, und dem lokalen maximalen Amplitudenwert, der für die zweite Ausgabe gewählt ist, wird bestimmt, um einen Fehler des Abgassensors zu erfassen. Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung werden Ausgaben des Abgassensors abgetastet. Eine erste Abtastung mit einem lokalen maximalen Amplitudenwert wird aus den vom Abgassensor erhaltenen Abtastungen identifiziert. Abtastungen in der Nähe der ersten Abtastung werden ebenfalls gewählt. Ein erster Satz enthält die erste Abtastung und die gewählten Abtastungen in der Nähe der ersten Abtastung. Ähnlich werden Ausgaben des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors abgetastet. Eine zweite Abtastung mit einem lokalen maximalen Amplitudenwert wird aus den vom Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor erhaltenen Abtastungen identifiziert. Abtastungen in der Nähe der zweiten Abtastung werden ebenfalls gewählt. Ein zweiter Satz enthält die zweite Abtastung und die gewählten Abtastungen in der Nähe der zweiten Abtastung. Ein Verhältnis wird auf der Basis der ersten und zweiten Sätzen der Abtastungen bestimmt.
Es besteht eine hohe Korrelation zwischen dem lokalen maximalen Amplitudenwert der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors und dem lokalen maximalen Amplitudenwert der Ausgabe des Abgassensors. Ein Fehler des Abgassensors kann auf der Basis eines Paars lokaler maximaler Amplitudenwerte erfasst werden. Indem Abtastungen in der Nähe der lokalen maximalen Amplitudenwerte gewählt werden, kann ein Fehler des Abtastsensors auf der Basis einiger Paare der Ausgabe des Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors und der Ausgabe des Abgassensors erfasst werden, die eine hohe Korrelation haben. Eine temporäre Korrelation zwischen der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors und der Ausgabe des Abgassensors wird durch den Betriebszustand des Motors beeinflusst. Die Korrelation sowohl der Ausgabe des Abgassensors als auch der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors können diesen Einfluss reduzieren.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein statistischer Prozess auf das Verhältnis zwischen dem Amplitudenwert der ersten Ausgabe des Abgassensors und dem Amplitudenwert der zweiten Ausgabe des Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors angewendet. Der statistische Prozess enthält eine sukzessive Methode der kleinsten Quadrate. Ein Fehler des Abgassensors wird auf der Basis des statistisch bearbeiteten Verhältnisses erfasst.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird der statistische Prozess sowohl auf die erste Ausgabe des Abgassensors als auch die zweite Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors angewendet. Der statistische Prozess enthält eine sukzessive Methode der kleinsten Quadrate. Ein Verhältnis zwischen der statistisch bearbeiteten ersten Ausgabe und der statistisch bearbeiteten zweiten Ausgabe wird bestimmt.
Ein Fehler des Abgassensors wird auf der Basis des Verhältnisses erfasst. Die Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors und die Ausgabe des Abgassensors werden durch Rauschen und den Betriebszustand des Motors beeinflusst. Durch Ausführung des statistischen Prozesses unter Verwendung der sukzessiven Methode der kleinsten Quadrate kann dieser Einfluss auf die Fehlererfassung reduziert werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung werden die erste Ausgabe des Abgassensors und die zweite Ausgabe des Luft-Kraftstoff- Verhältnissensors erfasst, wenn ein Fahrzeug mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit fährt. Die Verwendung der Sensorausgaben, die erhalten werden, wenn ein Fahrzeug, an dem der Motor angebracht ist, konstant fährt, verbessert die Genauigkeit der Fehlererfassung.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung werden die erste Ausgabe des Abgassensors und die zweite Ausgabe des Luft-Kraftstoff- Verhältnissensors erhalten, wenn der Motor in einem vorbestimmten Betriebszustand ist. Die Ausgabe des Abgassensors variiert entsprechend dem Betriebszustand des Motors. Durch Aufstellen einer Bedingung, dass die Fehlererfassung unter einem vorbestimmten Betriebszustand erfolgt, werden solche Variationen unterdrückt, um hierdurch die Genauigkeit der Fehlererfassung zu verbessern.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst die Vorrichtung zum Erfassen eines Fehlers des Abgassensors ferner einen Filter zum Filtern der ersten Ausgabe des Abgassensors und der zweiten Ausgabe des Kraftstoffverhältnissensors. Ein Verhältnis zwischen der gefilterten ersten Ausgabe und der gefilterten zweiten Ausgabe wird bestimmt. Ein Fehler des Abgassensors wird auf der Basis des Verhältnisses bestimmt. Da erfindungsgemäß der Filterprozess auf beide ersten und zweiten Ausgaben des Abgassensors und des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors angewendet wird, werden der Einfluss durch Rauschen und der Einfluss durch Verschlechterung des Katalysators auf die Sensorausgaben reduziert, um hierdurch die Genauigkeit der Fehlererfassung zu verbessern.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung erfolgt der Filterprozess unter Verwendung eines Bandpassfilters. Es ist bevorzugt, dass der Filterprozess unter Verwendung eines Filters ausgeführt wird, der Charakteristiken hat, solche Frequenzkomponenten durchzulassen, die durch die Verschlechterung des Abgassensors beeinflusst werden und die sich von den Frequenzkomponenten unterscheiden, die durch Verschlechterung des Katalysators beeinflusst werden. Somit werden Frequenzkomponenten, die durch die Verschlechterung des Katalysators beeinflusst werden, entfernt. Frequenzkomponenten, die durch die Verschlechterung des Abgassensors beeinflusst werden, werden durchgelassen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor und dessen Steuergerät gemäß einer Ausführung;
Fig. 2 zeigt die Auslegung eines Katalysators und eines Abgassensors gemäß einer Ausführung;
Fig. 3 zeigt ein Beispiel der Frequenzantwort einer Ausgabe eines Abgassensors;
Fig. 4 zeigt, dass eine Frequenzantwort einer Ausgabe eines Abgassensors entsprechend dem Verschlechterungsgrad eines Katalysators variiert;
Fig. 5 zeigt, dass eine Frequenzantwort einer gefilterten Ausgabe eines Abgassensors entsprechend dem Verschlechterungsgrad des Katalysators variiert;
Fig. 6 zeigt einen Zustand, in dem eine Ausgabe eines normalen/abnormalen Abgassensors entsprechend der Änderung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses variiert;
Fig. 7 zeigt Filtercharakteristiken eines Bandpassfilters gemäß einer Ausführung;
Fig. 8 zeigt ein Ergebnis der Filterung einer Luft-Kraftstoff- Verhältnissensorausgabe und der Abgassensorausgabe, in Fig. 6 gezeigt, gemäß einer Ausführung;
Fig. 9 zeigt Schwellenwerte für ein gefiltertes Luft-Kraftstoff-Verhältnis und eine gefilterte Abgassensorausgabe gemäß einer Ausführung;
Fig. 10 zeigt eine Korrelation zwischen einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einer Abgassensorausgabe, wenn der Abgassensor normal ist, und eine Korrelation zwischen einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einer Abgassensorausgabe, wenn der Abgassensor fehlerhaft ist, gemäß einer Ausführung;
Fig. 11 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer Fehlererfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführung;
Fig. 12 zeigt Abtastungen, die in Spitzenhalteprozessen extrahiert sind, für ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis und eine Abgassensorausgabe gemäß einer Ausführung;
Fig. 13 zeigt ein Funktionsblockdiagramm für eine Fehlererfassungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführung;
Fig. 14 zeigt ein Flussdiagramm einer Hauptroutine für einen Fehlererfassungsprozess gemäß einer Ausführung;
Fig. 15 zeigt ein Flussdiagramm einer Routine zum Extrahieren von fettseitigen Abtastungen gemäß einer Ausführung;
Fig. 16 zeigt ein Flussdiagramm einer Routine zum Extrahieren von magerseitigen Abtastungen gemäß einer Ausführung;
Fig. 17 zeigt ein Flussdiagramm einer Routine zur Berechnung eines fettseitigen Korrelationskoeffizienten gemäß einer Ausführung;
Fig. 18 zeigt ein Flussdiagramm einer Routine zur Berechnung eines magerseitigen Korrelationskoeffizienten gemäß einer Ausführung; und
Fig. 19 zeigt ein Flussdiagramm einer Fehlerbestimmungsroutine gemäß einer Ausführung.

Aufbau eines Verbrennungsmotors und eines Steuergeräts

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung werden in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuergerät eines Verbrennungsmotors (nachfolgend als Motor bezeichnet) gemäß einer Ausführung zeigt.
Eine elektronische Steuereinheit (nachfolgend als ECU bezeichnet) 5 umfasst eine Eingabeschnittstelle 5a zum Aufnehmen von Daten, die von jedem Teil des Motors 1 geschickt werden, eine CPU 5b zur Ausführung von Operationen zum Steuern/Regeln jedes Teils des Motors 1, eine Speichervorrichtung 5c, die einen Festwertspeicher (ROM) und einen Direktzugriffsspeicher (RAM) enthält, sowie eine Ausgabeschnittstelle 5d zum Schicken von Steuersignalen zu jedem Teil des Motors 1. Programme und verschiedene Daten zum Steuern/Regeln jedes Teils des Fahrzeugs sind in dem ROM gespeichert. Ein Programm zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Fehlererfassungsprozesses, Daten und Tabellen, die für Operationen des Programms verwendet werden, sind in dem ROM gespeichert. Das ROM kann ein überschreibbares ROM sein, wie etwa ein EEPROM. Das RAM bietet Arbeitsflächen für Operationen durch die CPU 5a, worin Daten, die von jedem Teil des Motors 1 geschickt werden, sowie Steuersignale, die zu jedem Teil des Motors 1 geschickt werden sollen, vorübergehend gespeichert werden.
Der Motor ist z. B. ein Vierzylindermotor. Ein Ansaugkrümmer 2 ist mit dem Motor 1 verbunden. Ein Drosselventil 3 ist stromauf des Ansaugkrümmers 2 angeordnet. Ein Drosselventilöffnungs (BTH)-Sensor 4, der mit dem Drosselventil 3 verbunden ist, gibt ein elektrisches Signal aus, das einem Öffnungswinkel des Drosselventils 3 entspricht, und schickt es zu der ECU 5.
Ein Bypass-Kanal 21 zum Umgehen des Drosselventils 3 ist in dem Ansaugkrümmer 2 vorgesehen. Ein Bypass-Ventil 22 zum Regeln der dem Motor 1 zuzuführenden Luftmenge ist in dem Bypass-Kanal 21 vorgesehen. Das Bypass-Ventil 22 wird entsprechend einem Steuersignal von der ECU 5 angetrieben.
Ein Kraftstoffeinspritzventil 6 ist für jeden Zylinder an einem zwischenliegenden Punkt in dem Ansaugkrümmer 2 zwischen dem Motor 1 und dem Drosselventil 3 vorgesehen. Das Kraftstoffeinspritzventil 6 ist mit einer Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) verbunden, um von einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) zugeführten Kraftstoff aufzunehmen. Das Kraftstoffeinspritzventil 6 wird entsprechend einem Steuersignal von der ECU 5 angetrieben.
Ein Ansaugkrümmerdruck (Pb)-Sensor 8 und ein Außenlufttemperatur (Ta)- Sensor 9 sind in dem Ansaugkrümmer 2 stromab des Drosselventils 3 angebracht. Der erfasste Ansaugkrümmerdruck Pb und die Außenlufttemperatur Ta werden zu der ECU 5 geschickt.
Ein Motorwassertemperatur (Tw)-Sensor 10 ist an der mit Kühlwasser gefüllten Zylindermantelwand des Zylinderblocks des Motors 1 angebracht. Die Temperatur des durch den Tw-Sensor erfassten Motorkühlwassers wird zu der ECU 5 geschickt.
Ein Drehzahl (Ne)-Sensor 13 ist am Umfang der Nockenwelle oder am Umfang der Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Motors 1 angebracht, und gibt einen CRK-Signalimpuls mit einem vorbestimmten Kurbelwinkelzyklus (z. B. 30 Grad-Zyklen) aus, der kürzer ist als ein OT-Signalimpulszyklus, der mit einem Kurbelwinkelzyklus ausgegeben wird, der einer OT-Stellung des Kolbens zugeordnet ist. Die CRK-Impulse werden durch die ECU 5 gezählt, um die Drehzahl Ne des Motors 1 zu bestimmen.
Ein Auslasskrümmer 14 ist mit dem Motor 1 verbunden. Der Motor 1 gibt Abgas durch den Auspuffkrümmer 14 ab. Ein Katalysator 15 entfernt schädliche Substanzen, wie etwa KW, CO und Nox, die in dem durch den Abgaskrümmer fließenden Abgas enthalten sind. Der katalytische Wandler 15 umfasst zwei Katalysatoren, einen stromaufwärtigen Katalysator und einen stromabwärtigen Katalysator.
Ein Vollbereich-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (LAF)-Sensor 16 ist stromauf des katalytischen Wandlers 15 angeordnet. Der LAF-Sensor 16 erfasst linear die Sauerstoffkonzentration, die in dem Abgas enthalten ist, über einen weiten Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich, von der fetten Zone, wo das Luft- Kraftstoff-Verhältnis fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff- Verhältnis ist, zu einer extrem mageren Zone. Die erfasste Sauerstoffkonzentration wird zu der ECU 5 geschickt.
Ein O2(Abgas)-Sensor 17 ist zwischen dem stromaufwärtigen Katalysator und dem stromabwärtigen Katalysator vorgesehen. Der O2-Sensor 17 ist ein Abgaskonzentrationssensor vom binären Typ. Der O2-Sensor gibt ein Hochpegelsignal aus, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und gibt ein Niedrigpegelsignal aus, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Das elektrische Signal wird zu der ECU 5 geschickt.
Ein Fahrzeuggeschwindigkeit (VP)-Sensor 23 zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit ist mit der ECU 5 verbunden. Das erfasste Fahrzeuggeschwindigkeitssignal wird zu der ECU 5 geschickt.
Signale, die zu der ECU 5 geschickt werden, werden zu der Eingabeschaltung 5a geleitet. Die Eingabeschnittstelle 5a wandelt analoge Signalwerte in digitale Signalwerte um. Die CPU 5 bearbeitet die resultierenden digitalen Signale, führt Operationen entsprechend den in dem ROM gespeicherten Programmen aus und erzeugt Steuersignale. Die Ausgabeschnittstelle 5d schickt diese Steuersignale zu Aktuatoren für ein Bypass-Ventil 22, Kraftstoffeinspritzventil 6 und andere mechanische Komponenten.
Fig. 2(a) zeigt eine Struktur des katalytischen Wandlers 15. Abgas, das in den Auspuffkrümmer 14 eingeleitet wird, tritt durch den stromaufwärtigen Katalysator 15 und dann durch den stromabwärtigen Katalysator 26. Es ist bekannt, dass es leichter ist, die Nox-Reinigungsrate auf einem optimalen Wert zu halten, indem die Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelung auf der Ausgabe eines O2-Sensors beruht, der zwischen den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Katalysatoren vorgesehen ist, im Vergleich zur Luft- Kraftstoff-Verhältnisregelung auf der Basis der Ausgabe eines O2-Sensors, der stromab des stromabwärtigen Katalysators vorgesehen ist. Daher ist in der vorliegenden Ausführung der O2-Sensor 17 zwischen den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Katalysatoren vorgesehen. Der O2- Sensor 17 erfasst die Sauerstoffkonzentration, die in dem Abgas nach dem Durchtritt durch den stromaufwärtigen Katalysator 25 enthalten ist.
Fig. 2(b) ist ein Blockdiagramm, das ein System von einem LAF-Sensor 16 zu dem O2-Sensor 17 zeigt, die in Fig. 2(a) gezeigt sind. Der LAF-Sensor 16 erfasst ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact des dem stromaufwärtigen Katalysator 25 zugeführten Abgases. Der O2-Sensor 17 gibt einen Spannung Vout aus, die die Sauerstoffkonzentration des Abgases nach der Reinigung durch den stromaufwärtigen Katalysator 25 repräsentiert.
Der stromaufwärtige Katalysator 25 und der O2-Sensor 17 sind seriell angeordnet. Es existiert eine Verzögerung und Totzeit des stromaufwärtigen Katalysators 25 und des O2-Sensor 17 zwischen einer Eingabe des Systems oder des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses Kact und einer Ausgabe des Systems oder der Ausgabe Vout des O2-Sensors 17.
Fig. 3 zeigt das Ergebnis einer Fourier-Transformation der O2 Sensorausgabe Vout. Wenn die Verschlechterung des Katalysators fortschreitet, nimmt das Leistungspektrum der Sensorausgabe Vout in der mit dem Pfeil 41 gezeigten Richtung zu. Wenn andererseits der Katalysator neu ist, nimmt das Leistungsspektrum der Sensorausgabe Vout in der mit dem Pfeil 42 gezeigten Richtung ab. Auf der Basis dieser Charakteristik kann die Verschlechterung des Katalysators bestimmt werden.
Wenn der O2-Sensor schlechter wird, nimmt eine Ansprechverzögerung des O2-Sensors zu. Wenn die Ansprechverzögerung zunimmt, nimmt das Leistungsspektrum der Sensorausgabe Vout in der mit dem Pfeil 42 gezeigten Richtung ab.
Wenn somit der O2-Sensor schlechter wird oder fehlerhaft ist, kann eine Verschlechterung des Katalysators nicht präzise erfasst werden, da das Leistungsspektrum der Sensorausgabe Vout abnimmt. In anderen Worten, ein Zustand, in dem der Katalysator neu ist, und ein Zustand, in dem der O2-Sensor schlechter geworden ist, kann durch das Leistungsspektrum der Sensorausgabe Vout nicht unterschieden werden.

Unterscheidung des Verschlechterung eines Katalysators von einem Fehler des O2-Sensors

Zum leichteren Verständnis der Erfindung wird das Unterscheidungsschema der Verschlechterung des Katalysators von einem Fehler des O2-Sensors beschrieben. Zuerst wird in Bezug auf die Fig. 4 und 5 das Erfassungschema der Verschlechterung des Katalysators beschrieben.
Fig. 4 zeigt ein Leistungsspektrum der O2-Sensorausgabe Vout, (a) wenn der Katalysator neu ist, (b) wenn die Reinigungsrate des Katalysators ausreichend ist und (c) wenn die Reinigungsrate des Katalysators ungenügend ist. In den Fig. 4(a) bis 4(c) variiert der Pegel des Leistungsspektrums der Sensorausgabe Vout im Frequenzbereich von 3 bis 7 Hz, was mit der Bezugszahl 45 angegeben ist.
Die Fig. 5(a) bis 5(c) zeigen ein Ergebnis der Filterung der Sensorausgabe Vout, wie in den Fig. 4(a) bis 4(c) gezeigt, mit einem jeweiligen Bandpassfilter. Das Leistungsspektrum der Sensorausgabe Vout in dem Frequenzbereich von 3 bis 7 Hz wird durch den Filter hervorgehoben. Wie mit der Bezugszahl 46 gezeigt, nimmt das Leistungsspektrum der Sensorausgabe Vout in den Frequenzbereichen von 3 bis 7 Hz zu, wenn der Katalysator schlechter wird. Durch Auswerten der Sensorausgabe Vout in dem Frequenzbereich von 3 bis 7 Hz kann daher bestimmt werden, ob der Katalysator in einem verschlechterten Zustand ist.
Nun wird das Erfassungsschema eines Fehlers des O2-Sensors beschrieben. Fig. 6(a) zeigt ein Beispiel von Variationen in dem Luft- Kraftstoff-Verhältnis Kact, das durch den LAF-Sensor erfasst wird. Fig. 6(b) zeigt die Ausgabe des O2-Sensors gemäß den Variationen des in Fig. 6(a) gezeigten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses Kact. Die Bezugszahl 51 bezeichnet die Ausgabe Vout von einem normalen O2-Sensor. Die Bezugszahl 52 bezeichnet die Ausgabe Vout von einem fehlerhaften O2- Sensor.
Deutlich ist eine Differenz zwischen dem normalen O2-Sensor und dem fehlerhaften O2-Sensor in der Sensorausgabe Vout entsprechend den Variationen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses Kact. Wenn, in Bezug auf die Periode von 50 bis 80, eine niederfrequente Variation großer Amplitude in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact auftritt, erscheint eine signifikante Differenz zwischen der Ausgabe des normalen O2-Sensors und der Ausgabe des fehlerhaften O2-Sensors. Die Ausgangsamplitude des normalen O2-Sensors ist größer als die Ausgangsamplitude des fehlerhaften O2-Sensors. Somit kann ein Fehler des O2-Sensors auf der Basis der Amplitude der O2-Sensorausgabe erfasst werden, wenn eine niederfrequente Variation großer Amplitude in dem Luft-Kraftstoff- Verhältnis auftritt.
Um eine starke niederfrequente Variation in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact deutlich zu extrahieren und um die Ausgabe von dem O2-Sensor entsprechend der großen niederfrequenten Variation des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses zu extrahieren, wie in den Fig. 6(a) und 6(b) gezeigt, wird ein Filterprozess durch einen Bandpassfilter auf das Luft-Kraftstoff- Verhältnis Kact und die Sensorausgabe Vout angewendet. Die Fig. 7(a) und 7(b) zeigen ein Beispiel von Charakteristiken des Bandpassfilters, der für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact verwendet wird. Die Fig. 7(c) und 7(d) zeigen ein Beispiel von Charakteristiken des Bandpassfilters, der für die Sensorausgabe Vout verwendet wird.
Der Filter für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist so ausgestaltet, dass er Frequenzkomponenten von 0,05 bis 1,0 (Hz) extrahiert. Der Filter für die Sensorausgabe Vout ist ausgestaltet, um Frequenzkomponenten von 0,1 bis 1,0 Hz zu extrahieren. Um einen Fehler des O2-Sensors noch genauer zu erfassen, haben in der Ausführung Filter, denen das Luft-Kraftstoff- Verhältnis Kact und die Sensorausgabe Vout unterzogen werden, unterschiedliche Charakteristiken.
Fig. 8(a) zeigt ein gefiltertes Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f, das durch Filtern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erhalten ist, wie in Fig. 6(a) gezeigt. Fig. 8(b) zeigt eine gefilterte Sensorausgabe Vout_f, die durch Filtern der Sensorausgabe 51 erhalten ist, wenn der in Fig. 6(b) gezeigte O2-Sensor normal ist. Fig. 8(c) zeigt eine gefilterte Sensorausgabe Vout_f, die durch Filtern der Sensorausgabe 52 erhalten wird, wenn der in Fig. 6(b) gezeigte O2-Sensor fehlerhaft ist. Wie aus dem Vergleich mit Fig. 6 ersichtlich, ermöglicht der Filterprozess, dass eine Korrelation zwischen Variationen in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f und Variationen in der Sensorausgabe Vout_f deutlich erscheint. Eine Amplitudendifferenz 55 zwischen der Ausgabe des normalen O2-Sensors und der Ausgabe des fehlerhaften O2-Sensors wird signifikant extrahiert, wenn eine große niederfrequente Variation in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f auftritt. Durch Auswerten der Amplitudendifferenz 55 kann bestimmt werden, ob der O2-Sensor normal oder fehlerhaft ist.
Fig. 9 zeigt Schwellenwerte, die etabliert sind, um eine starke niederfrequente Variation in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu extrahieren und um die Sensorausgabenamplitudendifferenz entsprechend der niederfrequenten Variation zu extrahieren. Wie in Fig. 9(a) gezeigt, werden ein Obergrenzwert Kact_f_H und ein Untergrenzwert Kact_f_L für das gefilterte Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f gesetzt. Wie in Fig. 9(b) gezeigt, werden ein Obergrenzwert Vout_f_H und ein Untergrenzwert Vout_f_L für die Sensorausgabe Vout gesetzt.
Fig. 10 zeigt eine Korrelation zwischen dem gefilterten Luft-Kraftstoff- Verhältnis Kact_f und der Sensorausgabe Vout_f. Ein Bereich, in dem das gefilterte Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f größer als null ist, ist ein fetter Bereich. Ein Bereich, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f kleiner als null ist, ist ein magerer Bereich.
Jeder der Punkte 61 zeigt eine gefilterte Sensorausgabe Vout_f, die entsprechend dem gefilterten Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f aufgetragen ist, das den Obergrenzwert Kact_f-H überschreitet, wenn der O2-Sensor normal ist. Jeder der Punkte 62 zeigt eine gefilterte Sensorausgabe Vout_f, die entsprechend dem gefilterten Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f aufgetragen ist, das niedriger als der Untergrenzwert Kact_f_L ist, wenn der O2-Sensor normal ist. Jeder der Punkte 63 zeigt eine gefilterte Sensorausgabe Vout_f, die entsprechend dem gefilterten Luft-Kraftstoff- Verhältnis Kact_f aufgetragen ist, das den Obergrenzwert Kact_f_H überschreitet, wenn der O2-Sensor fehlerhaft ist. Jeder der Punkte 64 zeigt eine gefilterte Sensorausgabe Vout_f, die entsprechend dem Luft- Kraftstoff-Verhältnis Kact_f aufgetragen ist, das niedriger als der Untergrenzwert Kact_f_L ist, wenn der O2-Sensor fehlerhaft ist.
Eine gerade Linie 66 kann auf der Basis der aufgetragenen Punkte 61 und 62 gezogen werden. Eine gerade Linie 67 kann auf der Basis der aufgetragenen Punkte 63 und 64 gezogen werden. Jede der geraden Linien 66 und 67 repräsentiert eine Korrelationsfunktion zwischen dem gefilterten Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f und der gefilterten Sensorausgabe Vout_f. Eine Steigung der Korrelationsfunktion repräsentiert ein Verhältnis zwischen den Variationsbeträgen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses Kact_f und den Variationsbeträgen der Sensorausgabe Vout_f. Die Steigung variiert entsprechend davon, ob der O2-Sensor normal oder fehlerhaft ist. Ein Fehler des O2-Sensors kann auf der Basis der Steigung der Korrelationsfunktion erfasst werden.
Die Korrelationsfunktionen für den fetten Bereich und den mageren Bereichsind in den folgenden Gleichungen (1) und (2) jeweils ausgedrückt. Ao2r und Ao2l bezeichnet die Steigung der Korrelationsfunktion in dem fetten Bereich bzw. die Steigung der Korrelationsfunktion in dem mageren Bereich. Ao2r und Ao2l bezeichnen einen fetten Korrelationskoeffizienten bzw. einen mageren Korrelationskoeffizienten. "d" bezeichnet einen Totzeit in sowohl dem stromaufwärtigen Katalysator als auch dem O2-Sensor. "k" bezeichnet einen Identifizierer zum Identifizieren eines Steuerzyklus. Auf der Basis der berechneten Korrelationskoeffizienten Ao2r und Ao2l wird bestimmt, ob der O2-Sensor normal oder fehlerhaft ist.

Vout_f(k) = Ao2r.Kact_f(k-d) (1)

Vout_f(k) = Ao2l.Kact_f(k-d) (2)
Da, wie oben beschrieben, die Verschlechterung des Katalysators die O2- Sensorausgabe in dem Frequenzbereich hauptsächlich von 3 bis 7 Hz beeinflusst, kann die Verschlechterung des Katalysators erfasst werden, indem die Sensorausgabe Vout in diesem Frequenzbereich ausgewertet wird. Andererseits kann die Verschlechterung des O2-Sensors durch Vergleich der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensorausgabe Kact mit der O2- Sensorausgabe Vout erfasst werden, wenn eine starke Variation des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses in einem Frequenzbereich auftritt, der niedriger als der Frequenzbereich ist, der für die Verschlechterungserfassung für den Katalysator verwendet wird. Da der Frequenzbereich, der für die Fehlererfassung für den O2-Sensor benutzt wird, von dem Frequenzbereich, der für die Verschlechterungserfassung des Katalysators benutzt wird, unterschiedlich ist, ist es möglich, klar zwischen einer Verschlechterung des Katalysators und einem Fehler des O2-Sensors zu unterscheiden.

Struktur der Fehlererfassungsvorrichtung

Fig. 11 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Vorrichtung zum Erfassen eines Fehlers des O2-Sensors gemäß einer Ausführung. Das Luft-Kraftstoff- Verhältnis Kact und die Sensorausgabe Vout, die jeweils von dem LAF- Sensor 16 und dem O2-Sensor 17 erfasst sind, werden auf Bandpassfilter angewendet, die die in Fig. 7 gezeigten Charakteristiken haben. Ein erster Bandpassfilter 71 filtert das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact gemäß der Gleichung (3). Ein zweiter Bandpassfilter 72 filtert die Sensorausgabe Vout gemäß der Gleichung (4). Hier sind ak1, ka2, . . ., akn, bk0, bk1, . . . bkm und av1, av2, . . . avn, bv0, bv1, . . .. bvm Filterkoeffizienten, die durch Simulation oder dgl. vorbestimmt sind.

Kact_f(k) = ak1.Kact_f(k-1) + ak2.Kact_f(k-2) +, . . ., + akn.Kact_f(k-n) + bk0.Kact(k) + bk1 Kact.(k-1) +, . . ., + bkm.Kact(k-m) (3)

Vout_f(k) = av1.Vout_f(k-1) + av2.Vout_f(k-2) +, . . ., + avn.Vout_f(k-n) + bv0.Vout(k) + bv1.Vout(k-1) +, . . ., + bvm.Vout(k-m) (4)
In der Ausführung werden Filter mit unterschiedlichen Durchlasscharakteristiken für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact und die Sensorausgabe Vout verwendet, wie in Bezug auf Fig. 7 beschrieben. Alternativ können Filter mit den gleichen Durchlasscharakteristiken benutzt werden. Anstelle des Bandpassfilters kann auch ein Tiefpassfilter verwendet werden. Da ein Bandpassfilter, der niederfrequente Komponenten durchlässt, zur Unstabilität neigt, kann ein Hochpassfilter in Serie mit einem Tiefpassfilter angewendet werden.
Ein erster Abtastabschnitt 73 vergleicht das gefilterte Luft-Kraftstoff- Verhältnis Kact_f mit dem Obergrenzwert Kact_f-H, um ein Luft-Kraftstoff- Verhältnis Kact_f abzutasten, das den oberen Grenzwert Kact_f_H überschreitet. Diese Abtastung wird als fettseitige Abtastung bezeichnet. Ähnlich vergleicht der erste Abtastabschnitt 73 das gefilterte Luft- Kraftstoff-Verhältnis Kact_f mit dem Untergrenzwert Kact_f-L, um ein Luft- Kraftstoff-Verhältnis Kact_f abzutasten, das niedriger ist als der Untergrenzwert Kact_f-L. Diese Abtastung wird als magerseitige Abtastung bezeichnet. Ein zweiter Abtastabschnitt 74 tastet eine Sensorausgabe Vout entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f ab, das durch den ersten Abtastabschnitt 73 abgetastet ist.
Ein erster Spitzenverarbeitungsabschnitt 75 extrahiert eine Abtastung mit dem maximalen Absolutwert von den fettseitigen Abtastungen Kact_f, die durch den ersten Abtastabschnitt 73 abgetastet sind, und hält diese dann als einen Spitzenwert (Spitzenhalteprozess). Der erste Spitzenverarbeitungsabschnitt 75 verwendet den Spitzenwert als Referenz, um Abtastungen in der Nähe des Spitzenwerts zu extrahieren.
Ähnlich extrahiert der erste Spitzenverarbeitungsabschnitt 75 eine Abtastung mit dem maximalen Absolutwert von den magerseitigen Abtastungen Kact_f, die durch den ersten Abtastabschnitt 73 abgetastet sind und hält diese als einen Spitzenwert (Spitzenhalteprozess). Der erste Spitzenverarbeitungsabschnitt 75 verwendet den Spitzenwert als Referenz, um Abtastungen in der Nähe des Spitzenwerts zu extrahieren.
Ein zweiter Spitzenverarbeitungsabschnitt 76 extrahiert eine Abtastung mit dem maximalen Absolutwert von den fettseitigen Abtastungen Vout_f, die durch den zweiten Abtastabschnitt 74 abgetastet werden, und hält diese als einen Spitzenwert (Spitzenhalteprozess). Der zweite Spitzenverarbeitungsabschnitt 76 verwendet den Spitzenwert als Referenz, um Abtastungen in der Nähe des Spitzenwerts zu extrahieren.
Ähnlich extrahiert der zweite Spitzenverarbeitungsabschnitt 76 eine Abtastung mit maximalen Absolutwert von den magerseitigen Abtastungen Vout_f, die durch den zweiten Abtastabschnitt 74 abgetastet werden, und hält sie als einen Spitzenwert (Spitzenhalteprozess). Der zweite Spitzenverarbeitungsabschnitt 76 verwendet den gehaltenen Spitzenwert als Referenz, um Abtastungen in der Nähe des Spitzenwerts zu extrahieren.
Nun wird in Bezug auf Fig. 12 der Spitzenhalteprozess beschrieben. Eine Kurve 81 zeigt ein Beispiel des gefilterten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses Kact_f in dem fetten Bereich. Eine Kurve 82 zeigt ein Beispiel der gefilterten Sensorausgabe Vout_f in dem fetten Bereich.
Die Abtastungen P1 bis P7, die den Obergrenzwert Kact_f_H überschreiten, werden durch den ersten Abtastabschnitt 73 abgetastet. Aus den Abtastungen P1 bis P7 hält der erste Spitzenverarbeitungsabschnitt 75 die Abtastung P4 mit der maximalen Amplitude als eine Spitzenwert Kact_f_peakr. Der erste Spitzenverarbeitungsabschnitt 75 extrahiert drei Abtastungen P1, P2 und P3 an der linken Seite der Abtastung 4 und drei Abtastungen PS, P6 und P7 an der rechten Seite der Abtastung P4.
Ein ähnlicher Prozess wird für die Sensorausgabe Vout ausgeführt. Abtastungen P11 bis P17 entsprechen den Abtastungen P1 bis P7 werden durch den zweiten Abtastabschnitt 74 abgetastet. Aus den Abtastungen P11 bis P17 wird die Abtastung P14 als ein Spitzenwert Vout_ fpeakrgehalten. Drei Abtastungen P11, P12 und P13 an der linken Seite der Abtastung P14 und drei Abtastungen P15, P16 und P17 an der rechten Seite der Abtastung P14 werden extrahiert.
Durch Ausführung des Spitzenhalteprozesses wird die Korrelation zwischen dem gefilterten Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f und der gefilterten Sensorausgabe Vout verbessert. D. h. durch Zuordnen des Spitzenwerts des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses Kact_f zu dem Spitzenwert der Sensorausgabe Vout_f werden andere Abtastungen Kact_f den anderen Abtastungen von Vout_f zeitlich geeignet zugeordnet. Somit werden (P1, P11), (P2, P12), (P3, P13), (PS, P15), (P6, P16) und (P7, P17) in Bezug auf ein Paar der Spitzenwerte (P4, P14) generiert. Durch Verbesserung der Korrelation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Sensorausgabe können die Korrelationskoeffizienten mit höherer Genauigkeit bestimmt werden.
Zurück zu Fig. 11. Ein statistischer Prozessorabschnitt 77 unterzieht die extrahierten Abtastungen einer sukzessiven Methode der kleinsten Quadrate, um die Korrelationskoeffizienten Ao2r und Ao2l zu berechnen. In den Gleichungen (5) bis (8) wird der fettseitige Korrelationskoeffizient Ao2r berechnet, indem die extrahierten fettseitigen Abtastungen der sukzessiven Methode der kleinsten Quadrate unterzogen werden.

Ao2r(k) = Ao2r(k-1) + K Pr(k).Eo2r(k) (5)
Ein in der Gleichung 5 gezeigter Fehler Eo2r(k) wird gemäß der folgenden Gleichung (6) berechnet. Ein Verstärkungskoeffizient KPr(k) wird gemäß der Gleichung (7) berechnet.
"Pr" in Gleichung (7) wird gemäß der Gleichung (8) berechnet.
Ähnlich wird der magerseitige Korrelationskoeffizient Ao2l berechnet, indem die extrahierten magerseitigen Abtastungen entsprechend den Gleichungen (9) bis (12) der sukzessiven Methode der kleinsten Quadrate unterzogen wird.

Ao2l(k) = Ao2l(k-1) + KP1(k).Eo2l(k) (9)
Ein in Gleichung (9) gezeigter Fehler Eo2l (k) wird gemäß Gleichung (10) berechnet. Ein Verstärkungskoeffizient KPI(k) wird gemäß Gleichung (11) berechnet.
"PI" in Gleichung (11) wird gemäß Gleichung (12) bestimmt.
Aufgrund von Rauschzuständen können in der Luft-Kraftstoff- Verhältnissensorausgabe und der O2-Sensorausgabe Variationen auftreten. Diese Sensorausgaben können auch entsprechend dem Betriebszustand des Fahrzeugs bzw. des Motors variieren. Das Anwenden der sukzessiven Methode der kleinsten Quadrate kann den durch diese Variationen hervorgerufenen Einfluss auf die Fehlererfassung minimieren.
Durch Ausführung der sukzessiven Methode der kleinsten Quadrate ist es nicht notwendig, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f und die Sensorausgabe Vout_f nach dem statistischen Prozess in jedem Zyklus zu halten, um hierdurch die Speichernutzung wirtschaftlicher zu machen.
Alternativ kann eine nicht sukzessive Methode der kleinsten Quadrate angewendet werden. Der Typ der Methode der kleinsten Quadrate wird durch die Werte von λ1 und λ2 in Gleichung (8) bestimmt. Z. B. in einer Methode mit festem Verstärkungsfaktor, λ1 = 1 und λ2 = 0. In einer Methode der kleinsten Quadrate, λ1 = 1 und λ2 = 1. In einer Methode mit abnehmendem Verstärkungsfaktor λ1 = 1 und λ2 = λ. In einer Methode der gewichteten kleinsten Quadrate, λ1 = λ und λ2 = 1.
Ein Fehlerbestimmungsabschnitt 78 bestimmt, ob der O2-Sensor normal oder fehlerhaft ist, auf der Basis der Korrelationskoeffizienten, die durch den statistischen Verarbeitungsabschnitt 77 erhalten sind. Wenn in dem fetten Bereich der Korrelationskoeffizient Ao2r kleiner als ein vorbestimmter Ao2r_BR ist, wird bestimmt, dass der O2-Sensor fehlerhaft ist. Wenn der Korrelationskoeffizient Ao2R gleich oder größer als der vorbestimmte Ao2r_BR ist, wird bestimmt, dass der O2-Sensor normal ist.
Ähnlich, wenn der Korrelationskoeffizient Ao2l kleiner als ein vorbestimmter Wert Ao2l_BR ist, bestimmt der Fehlerbestimmungsabschnitt 78, dass der O2-Sensor fehlerhaft ist. Wenn der Korrelationskoeffizient Ao2l gleich oder größer als der vorbestimmte Wert Ao2l_BR ist, bestimmt der Fehlerbestimmungsabschnitt 78, dass der O2-Sensor normal ist.
Wenn bestimmt wird, dass der O2-Sensor normal ist, wird ein Flag F_O2BR auf null gesetzt. Wenn bestimmt wird, dass der O2-Sensor fehlerhaft ist, wird das Flag F_O2BR auf eins gesetzt. Wenn der Wert des Flags F_O2BR eins ist, wird ein MIL (Warnlicht) eingeschaltet, um den Fahrer zu informieren, dass der O2-Sensor fehlerhaft ist.
Wenn, in einer anderen Ausführung, das Flag F_O2BR, entweder im fetten Bereich oder im mageren Bereich, auf eins gesetzt wird, bestimmt der Fehlerbestimmungsabschnitt 78, dass der O2-Sensor fehlerhaft ist. Alternativ kann der Korrelationskoeffizient entweder des fetten Bereichs oder des mageren Bereichs berechnet werden, um zu bestimmen, ob der O2-Sensor normal oder fehlerhaft ist.
Fig. 13 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Vorrichtung zum Erfassen eines Fehlers des O2-Sensors gemäß einer zweiten Ausführung. In der ersten Ausführung wird die in Fig. 10 gezeigte Steigung des Korrelationskoeffizienten einem statistischen Prozess unterzogen. In der zweiten Ausführung werden das gefilterte Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f und die gefilterte Sensorausgabe Vout_f dem statistischen Prozess unterzogen. Die Steigung der Korrelationsfunktion wird auf der Basis des statistisch verarbeiteten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses Kact_f und der Sensorausgabe Vout_berechnet.
Die ersten und zweiten Bandpassfilter 71 und 72, die ersten und zweiten Abtastabschnitte 73 und 74 sowie die ersten und zweiten Spitzenverarbeitungsabschnitte 75 und 76 arbeiten so ähnlich wie in der ersten Ausführung.
Der erste statistische Verarbeitungsabschnitt 91 unterzieht die fettseitigen Abtastungen Kact_f der sukzessiven Methode der kleinsten Quadrate, welche Abtastungen durch den ersten Spitzenverarbeitungsabschnitt 75 abgetastet sind, gemäß den Gleichungen (13) bis (16), um eine statistisch verarbeitete Abtastung Kact_f_LSH in dem fetten Bereich zu bestimmen.

Kact_f_LSH(k) = Kact_f_LSH(k-1) + KPkah(k).Ekah(k) (13)
Ein Fehler Ekah(k) wird gemäß Gleichung (14) berechnet. Ein Verstärkungskoeffizient KPkah(k) wird gemäß der Gleichung (15) berechnet.
"Pkah" in Gleichung (15) wird gemäß der Gleichung (16) bestimmt.
Ähnlich unterzieht der erste statistische Verarbeitungsabschnitt 91 die magerseitigen Abtastungen Kact_f der sukzessiven Methode der kleinsten Quadrate, welche Abtastungen durch den ersten Spitzenverarbeitungsabschnitt 75 extrahiert sind, gemäß den Gleichungen (17) bis (20), um eine statistisch verarbeitete Abtastung Kact_f_LSL in dem mageren Bereich zu bestimmen.

Kact_f_LSL(k) = Kact_f_LSL(k-1) + KPkal(k).Ekal(k) (17)
Ein in Gleichung (17) gezeigter Fehler Ekal(k) wird gemäß Gleichung (18) berechnet. Ein Verstärkungskoeffizient KPkal(k) wird gemäß Gleichung (19) berechnet.
"Pkal" in Gleichung (19) wird gemäß Gleichung (24) bestimmt.
Ein zweiter statistischer Verarbeitungsabschnitt 92 unterzieht die fettseitigen Abtastungen Vout_f der sukzessiven Methode der kleinsten Quadrate, welche Abtastungen durch den zweiten Spitzenverarbeitungsabschnitt 76 extrahiert sind, gemäß den Gleichungen (21) bis (24), um eine statistisch verarbeitete Abtastung Vout_f_LSH in dem fetten Bereich zu bestimmen.

Vout_f_LSH(k) = Vout_f_LSH(k-1) + KPo2h(k).Eo2h(k) (21)
Ein in der Gleichung (21) gezeigter Fehler Eo2h(k) wird gemäß der Gleichung (22) berechnet. Ein Verstärkungskoeffizient KPo2h(k) wird gemäß der Gleichung (23) berechnet.
"Pko2h" in Gleichung (22) wird gemäß Gleichung (24) berechnet.
Ähnlich unterzieht der zweite statistische Verarbeitungsabschnitt 92 die magerseitigen Abtastungen Vout_f der sukzessiven Methode der kleinsten Quadrate, welche Abtastungen durch den zweiten Spitzenverarbeitungsabschnitt 76 extrahiert sind, gemäß den Gleichungen (25) bis (28) zur Bestimmung, um eine statistisch verarbeitete Abtastung Vout_f_SLS in dem mageren Bereich zu bestimmen.

Vout_f_LSL(k) = Vout_f_LSL(k-1) + KPo2l(k).Eo2l(k) (25)
Ein Fehler Eo2l(k) in Gleichung (25) wird gemäß Gleichung (26) berechnet. Ein Verstärkungskoeffizient KPo2l(k) wird gemäß Gleichung (27) berechnet.
"Po2l" in Gleichung (27) wird gemäß Gleichung (28) berechnet.
Ein Fehlerbestimmungsabschnitt 93 bestimmt ein Verhältnis zwischen dem statistisch verarbeiteten Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f_LSH und der statistisch verarbeiteten Sensorausgabe Vout_f_LSH, die durch die ersten und zweiten statistischen Verarbeitungsabschnitte 91 und 92 berechnet sind, für den fetten Bereich. Wenn das Verhältnis Vout_f_LSH/Kact_f_LSH kleiner als der vorbestimmte Wert Ao2r_BR ist, wird bestimmt dass der O2- Sensor fehlerhaft ist. Wenn das Verhältnis Vout_f_LSH/Kact_f_LSH gleich oder größer als der vorbestimmte Wert Ao2r_BR ist, wird bestimmt, dass der O2-Sensor normal ist. Der vorbestimmte Wert Ao2r_BR ist der gleiche wie der, der in der ersten Ausführung verwendet wird.
Ähnlich bestimmt der Fehlerbestimmungsabschnitt 93 ein Verhältnis zwischen dem statistisch verarbeiteten Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f_LSL und der statistisch verarbeiteten Sensorausgabe Vout_f_LSL, die durch die ersten und zweiten statistischen Verarbeitungsabschnitte 91 und 92 für den mageren Bereich berechnet sind. Wenn das Verhältnis Vout_f_LSL/Kact_f_LSL kleiner als der vorbestimmte Wert Ao2r_BR ist, wird bestimmt, dass der O2-Sensor fehlerhaft ist. Wenn Vout_f_LSL/Kact_f_LSL gleich oder größer als der vorbestimmte Wert Ao2r_BR ist, wird bestimmt, dass der O2-Sensor normal ist.
Wenn bestimmt wird, dass der O2-Sensor normal ist, wird das Flag F_O2BR auf null gesetzt. Wenn bestimmt wird, dass der O2-Sensor fehlerhaft ist, wird das Flag F_O2BR auf eins gesetzt.

Flussdiagramm zum Erfassen eines Fehlers des O2-Sensors

Fig. 14 zeigt eine Hauptroutine zur Erfassung eines Fehlers eines O2- Sensors gemäß einer ersten Ausführung. In Schritt S101 wird bestimmt, ob der Wert eines Sensoraktivierungsflags eins ist. Das Sensoraktivierungsflag ist ein Flag, das auf eins zu setzen ist, wenn sowohl der O2-Sensor als auch der Luft-Kraftstoff-Verhältnis (LAF)-Sensor aktiviert sind. Wenn das Sensoraktivierungsflag null ist, wird ein Timer TMFLTST auf einen vorbestimmten Wert TMFSTWT gesetzt (S102). Der vorbestimmte Wert FMFSTWT wird auf eine Zeit (z. B. 1,0 Sekunden) gesetzt, die erforderlich ist, um die Ausgabe des Bandpassfilters zu stabilisieren. In den Schritten S103 und S104 werden Fortsetzungsflags F_CKactH und F_CKactL auf null initialisiert.
Wenn in Schritt S101 der Wert des Sensoraktivierungsflags eins ist, wird der Filterprozess auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact und die Sensorausgabe Vout gemäß den obigen Gleichungen (3) und (4) angewendet, um Kact_f(k) und Vout_f(k) zu bestimmen (S105). Um zu bestimmen, ob das Fahrzeug konstant fährt, wird in Schritt S106 ein Tiefpassfilterprozess auf die Fahrzeuggeschwindigkeit Vp gemäß der folgenden Gleichung (29) angewendet. Somit wird eine gefilterte Fahrzeuggeschwindigkeit Vflt bestimmt. Hier sind afl, . . ., afn und bf0, . . ., bfm Tiefpassfilterkoeffizienten. Als Tiefpassfilter kann ein Butterworthfilter oder dgl. verwendet werden.

Vflt(k) = afl.Vflt(k-1) +, . . ., + afn.Vflt(k-n) + bf0.Vp(k) +, . . . + bfm.Vp(k-m) (29)
In Schritt S107 wird bestimmt, ob der in Schritt S102 gesetzte Timer TMFLTST null anzeigt. Wenn der Timer null anzeigt, wird bestimmt, ob die O2-Rückkopplungsregelung ausgeführt wird (S108). Wenn die O2- Rückkopplungsregelung ausgeführt wird, geht der Prozess zu Schritt S109 weiter. Wenn somit die Ausgabe des Bandpassfilters stabilisiert ist und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch die O2-Rückkopplungsregelung geeignet geregelt ist, wird der Fehlererfassungsprozess für den O2-Sensor ausgeführt.
In Schritt S109 werden die gefilterte Fahrzeuggeschwindigkeit Vflt(k) in dem gegenwärtigen Zyklus und die gefilterte Fahrzeuggeschwindigkeit Vflt(k-1) im vorherigen Zyklus miteinander verglichen, um zu bestimmen, ob eine Änderung in der Fahrzeuggeschwindigkeit größer als ein vorbestimmter Wert ist. Wenn die Änderung in der Fahrzeuggeschwindigkeit größer als der vorbestimmte Wert XF_DVLM ist, zeigt dies an, dass der gegenwärtige Zustand zur Ausführung der Fehlererfassung für den O2-Sensor nicht geeignet ist, und es geht zu Schritt S103 weiter. In Schritt S110 wird bestimmt, ob die Motordrehzahl Ne innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt (zwischen einem Untergrenzwert XF_NEL und einem Obergrenzwert X_NEH). Wenn die Motordrehzahl Ne nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, zeigt dies an, dass der gegenwärtige Zustand zur Ausführung der Fehlererfassung für den O2-Sensor nicht geeignet ist und es geht zu Schritt S103 weiter. In Schritt S1 10 wird bestimmt, ob der Ansaugkrümmerdruck Pb innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt (zwischen einem Untergrenzwert X_PBL und einem Obergrenzwert X_PBH). Wenn der Ansaugkrümmerdruck Pb nicht in dem vorbestimmten Bereich liegt, zeigt dies an, dass der gegenwärtige Zustand zur Ausführung der Fehlererfassung für den O2-Sensor nicht geeignet ist, und es geht zu Schritt S103 weiter.
Wenn alle Antworten der Bestimmungsschritte S109 bis S111 "JA" sind, geht der Prozess zu Schritt S112 weiter, um den Fehlererfassungsprozess auszuführen. In Schritt S112 wird ein Prozess zum Erhalten von Abtastungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses Kact_f und der Sensorausgabe Vout_f in dem fetten Bereich ausgeführt (Fig. 15). In Schritt S113 wird ein Prozess zum Erhalten von Abtastungen des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses Kact_f und der Sensorausgabe Vout_f in dem mageren Bereich ausgeführt (Fig. 16). In Schritt S114 wird ein fettseitiger Korrelationskoeffizient Ao2R berechnet (Fig. 17). In Schritt S115 wird ein magerseitiger Korrelationskoeffizient Ao2l berechnet (Fig. 18). In Schritt S116 wird auf der Basis der Korrelationskoeffizienten Ao2R und Ao2l bestimmt, ob der O2-Sensor normal oder fehlerhaft ist (Fig. 19).
Fig. 15 zeigt ein Flussdiagramm eines in Schritt S112 ausgeführten Prozesses zum Erhalten fettseitiger Abtastungen. In Schritt S120 wird das gefilterte Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f(k-d) in dem gegenwärtigen Zyklus mit dem vorbestimmten Obergrenzwert Kact_f_H (siehe Fig. 9 und 10) verglichen. Wenn das gefilterte Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f(k-d) größer als der Obergrenzwert Kact_f-H ist, wird bestimmt, ob der Wert des Fortsetzungsflags F_CKactH eins ist (S121). Das Fortsetzungsflag F_CKactH ist ein Flag, das auf eins zu setzen ist, wenn der Prozess zum Extrahieren fettseitiger Abtastungen abgeschlossen ist.
Wenn in Schritt S121 das Fortsetzungsflag F_CKactH null ist, zeigt dies an, dass der Prozess zum Extrahieren fettseitiger Abtastungen in dem vorherigen Zyklus nicht ausgeführt worden ist, und es geht zu den Initialisierungsschritten S122 bis S130 weiter. In den Initialisierungsschritten werden Ringpuffer Kact_f_Br(j) und Vout_f_Br(j), die jeweils für Kact_f und Vout_f vorgesehen sind, gelöscht. In der Ausführung enthält jeder der Ringpuffer 20 Plätze.
In Schritt S127 werden IPKKAr, was die Puffernummer des Puffers anzeigt, in dem der Spitzenwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses Kact_f zu speichern ist, und IPKO2r, was eine Puffernummer des Puffers anzeigt, in der der Spitzenwert der Sensorausgabe Vout_f zu speichern ist, auf null initialisiert. In den Schritten S129 und S130 werden Kact_f_peakr, worin der Spitzenwert von Kact_f zu setzen ist, und Vout_f_peakr, worin der Spitzenwert von Vout zu setzen ist, auf null initialisiert.
Wenn in Schritt S121 das Fortsetzungsflag F_CKactH eins ist, zeigt dies an, dass der Prozess zum Extrahieren fettseitiger Proben in dem vorherigen Zyklus ausgeführt wurde. Der Prozess geht zu Schritt S131 weiter, worin "i" auf eins gesetzt wird. In den Schritten S132 und S133 werden die Ringpuffer für Kact_f und Vout_f um eins verschoben. D. h. das Kact_f, das in dem (i-1) Puffer Kact_f_Br(i-1) gespeichert ist, wird auf den i-ten Puffer Kact_f_Br(i) verschoben. Das Vout, das in dem (i-1)-ten Puffer Vout_f_Br(i_1) gespeichert ist, wird zu dem i-ten Puffer Vout_f_Br(i) verschoben. Der Schiebebetrieb wird wiederholt, bis i = 1 zu i = 20 wird (S137). Somit werden die 0-ten Puffer Kact_f_Br(0) und Vout_f_Br(0) geleert.
Da die Ringpuffer um eines verschoben werden, wird zu den Spitzenpuffernummern IPKKAr und IPKO2r eins addiert (S135 und S136). In den Schritten S138 und S139 werden Kact_f(k-d) und Vout_f(k-d) in dem gegenwärtigen Zyklus in die 0-ten Puffer gespeichert, die durch den Verschiebebetrieb geleert worden sind.
Wenn in Schritt S140 Kact_f(k-d) in dem gegenwärtigen Zyklus größer ist als der gegenwärtige Spitzenwert Kact_f_peakr, wird der Spitzenwert Kact_f_peakr durch Kact_f(k-d) aktualisiert (S141). Da der Spitzenwert in dem 0-ten Puffer gespeichert ist, wird die Spitzenpuffernummer IPKKAr auf null gesetzt (S142).
Wenn in Schritt S143 Vout_f(k-d) in dem gegenwärtigen Zyklus größer ist als der gegenwärtige Spitzenwert Vout_f_peakr, wird der Spitzenwert Vout_f_peakr durch Vout_f(k-d) aktualisiert (S144). Da der Spitzenwert in dem 0-ten Puffer gespeichert ist, wird die Spitzenpuffernummer IPKO2r auf null gesetzt (S145). Somit wird der Abtastextraktionsprozess in dem gegenwärtigen Zyklus abgeschlossen. Das Fortsetzungsflag F_CKactH wird auf eins gesetzt (S146).
Zurück zu Schritt S120. Wenn das gefilterte Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f(k-d) niedriger ist als der Obergrenzwert Kact_f_H, wird der Wert des Fortsetzungsflags F_CKactH geprüft (S147). Wenn der Wert des Fortsetzungsflags F_KactH eins ist, wird ein Zulässigkeitsflag F_AO2RLSGO auf eins gesetzt (S148) und wird das Fortsetzungsflag F_CKactH auf null gesetzt (S149), um den Korrelationskoeffizienten auf der Basis der in den vorherigen Zyklen abgetasteten fettseitigen Abtastungen zu berechnen. Wenn in Schritt S147 das Fortsetzungsflag F_KactH null ist, wird das Zulässigkeitsflag F_AO2RLSGO auf null gesetzt (S150).
Fig. 16 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses, der in Schritt S113 von Fig. 14 ausgeführt wird, um die magerseitigen Abtastungen zu erhalten. Da der Prozess zum Erhalten der magerseitigen Abtastungen so ähnlich ausgeführt wird wie der in Fig. 15 gezeigte Prozess zum Erhalten der fettseitigen Abtastungen, wird eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f(k-d) in dem gegenwärtigen Zyklus kleiner ist als der Untergrenzwert Kact_f_L (siehe Fig. 9 und 10) (S160) und das Fortsetzungsflag F_CKactL null ist (S161), werden die Initialisierungsschritte S162 bis S170 ausgeführt. Wenn in Schritt S161 das Fortsetzungsflag F_CKactL eins ist, zeigt dies an, dass der Prozess zum Extrahieren der magerseitigen Abtastung in dem vorherigen Zyklus ausgeführt wurde. In den Schritten S171 bis S177 werden Ringpuffer Kact_f_Bl(i) und Vout_f_Bl(i), die für die magerseitigen Abtastungen vorgesehen sind, um eins verschoben. In den Schritten S178 und S179 werden das gefilterte Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f(k-d) und die gefilterte Sensorausgabe Vout (k-d) in Puffern Kact_fBl(0) bzw. Vout_f_Bl(0) gespeichert. In den Schritten S180 bis S182 wird der magerseitige Spitzenwert Kact_f_peakl für das gefilterte Luft-Kraftstoff- Verhältnis Kact_f aktualisiert, und die Spitzenpuffernummer IPKKAI wird auf null gesetzt. In den Schritten S183 bis S185 wird der magerseitige Spitzenwert Vout_f_peakl für die gefilterte Sensorausgabe Vout_f aktualisiert, und die Spitzenpuffernummer IPKO21 wird auf null gesetzt. In Schritt S 186 wird das Fortsetzungsflag F_CKactL auf eines gesetzt.
Zurück zu Schritt S160. Wenn das gefilterte Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f(k-d) in dem gegenwärtigen Zyklus gleich oder größer als der Untergrenzwert Kact_f_L ist und das Fortsetzungsflag F_CKactL eins ist (S187), dann wird das Zulässigkeitsflag F_AO2LLSGO auf eins gesetzt (S188) und wird das Fortsetzungsflag F_CKactL auf null gesetzt (S189), um den Korrelationskoeffizienten auf der Basis der im vorherigen Zyklus extrahierten magerseitigen Abtastungen zu berechnen. Wenn in Schritt S187 das Fortsetzungsflag F_CKactL null ist, wird das Zulässigkeitsflag F_AO2LLSGO auf null gesetzt (S190).
Fig. 17 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses, der in Schritt S114 von Fig. 14 ausgeführt wird, um den fettseitigen Korrelationskoeffizienten Ao2R zu berechnen. In der Ausführung wird der Korrelationskoeffizient Ao2R auf der Basis von sieben Abtastungen berechnet. Eine ist eine Abtastung, die den Spitzenwert aufweist, und die anderen sind Abtastungen, die in der Nähe der Abtastung des Spitzenwerts vorliegen. Wenn der Wert des Zulässigkeitsflags F_AO2RLSGO eins ist, wird der Prozess gestartet (S201).
In Schritt S202 wird bestimmt, ob die Spitzenpuffernummern IPKKAr und IPKO2r drei oder mehr sind. Die Spitzenpuffernummern IPKKAr und IPKO2r bezeichnen Puffernummern der Puffer, in denen Spitzenwerte gespeichert sind. Wenn die Spitzenpuffernummer IPKKAr zwei oder kleiner ist, zeigt dies an, dass die Anzahl von Abtastungen für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kact_f fünf oder weniger ist. Ähnlich, wenn die Spitzenpuffernummer IPKO2r zwei oder weniger ist, zeigt dies an, dass die Anzahl der Abtastungen für die Sensorausgabe Vout_f fünf oder weniger ist. Wenn die Anzahl der Abtastungen zu klein ist, kann der statistische Prozess nicht geeignet ausgeführt werden. Wenn daher die Spitzenpuffernummer IPKKAr oder IPKO2r zwei oder weniger ist, verlässt der Prozess die Routine.
In Schritt S203 wird "k" auf null gesetzt. In den Schritten 5204 bis S207 wird der statistische Prozess unter Verwendung der sukzessiven Methode der kleinsten Quadrate ausgeführt. In Schritt S204 wird der Fehler Eo2r gemäß der Gleichung (6) bestimmt. Das in Schritt S204 gezeigte Ao2r bezeichnet den fettseitigen Korrelationskoeffizienten, der in dem vorherigen Zyklus berechnet ist. In Schritt S205 wird der Verstärkungskoeffizient KPr gemäß der Gleichung (7) bestimmt. Das in Schritt S205 gezeigte "Pr" ist in dem vorherigen Zyklus gemäß der Gleichung (8) berechnet worden. In Schritt S206 wird "Pr", das in dem nächsten Zyklus zu verwenden ist, berechnet. In Schritt S207 wird der fettseitige Korrelationskoeffizient Ao2r unter Verwendung des Fehlers Eo2r und des Verstärkungskoeffizienten Kpr berechnet, die in den Schritten S204 und S205 gemäß Gleichung (5) berechnet sind.
Die Berechnungsschritte S204 bis S207 werden ausgeführt, bis in Schritt S209k gleich sechs wird. Wenn z. B. der Spitzenwert in dem vierten Puffer gespeichert ist, werden die in den fünften bis siebten Puffern gespeicherten Abtastungen verarbeitet.
Fig. 18 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses, der in Schritt S115 von Fig. 14 ausgeführt wird, um den magerseitigen Korrelationskoeffizienten Ao2l zu berechnen. Da der Prozess zum Berechnen des magerseitigen Korrelationskoeffizienten so ähnlich ausgeführt wird wie der Prozess zur Berechnung des fettseitigen Korrelationskoeffizienten, wird eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen. Auf sieben Abtastungen wird die sukzessive Methode der kleinsten Quadrate angewendet. Eine ist eine Abtastung, die den Spitzenwert (den maximalen Absolutwert) aufweist, drei sind Abtastungen, die an der linken Seite des Spitzenwerts vorhanden sind, und drei sind Abtastungen, die an der rechten Seite des Spitzenwerts vorhanden sind. Somit wird der Korrelationskoeffizient Ao2l bestimmt.
Fig. 19 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zur Bestimmung eines Fehlers des O2-Sensors auf der Basis der Korrelationskoeffizienten Ao2r und Ao2l. Wenn in Schritt S251 der fettseitige Korrelationskoeffizient Ao2r kleiner als der vorbestimmte Wert Ao2r_BR ist, wird bestimmt, dass der O2-Sensor fehlerhaft ist. Wenn in Schritt S252 der magerseitige Korrelationskoeffizient Ao2l kleiner ist als der vorbestimmte Wert Ao2r_BR, wird bestimmt, dass der O2-Sensor fehlerhaft ist. Wenn bestimmt wird, dass der O2-Sensor wird, wird das Flag F_O2BR auf eins gesetzt. Wenn die Antworten der Bestimmungsschritte S251 und S252 "Nein" sind, wird bestimmt, dss der O2-Sensor normal ist. Wenn der O2-Sensor normal ist, verlässt der Prozess die Routine, ohne das Fehlerflag F_O2BR auf eins zu setzen.
Die Anfangswerte der Korrelationskoeffizienten Ao2r und Ao2l können null sein. Alternativ können Werte, die in einem Sicherungs-RAM dann gespeichert werden, wenn der Motor in dem vorherigen Fahrzyklus stoppt, als die Anfangswerte verwendet werden.
Die Erfindung kann auf einen Motor angewendet werden, der in einer Fahrzeug- bzw. Schiffsantriebsmaschine zu verwenden ist, wie etwa einem Außenbordmotor, in dem eine Kurbelwelle in der senkrechten Richtung angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen eines Fehlers eines Abgassensors 17, der stromab eines katalytischen Wandlers 25 in einer Auspuffleitung 14 angeordnet ist. Die Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit 5. Die Steuereinheit 5 bestimmt ein Verhältnis zwischen einem Amplitudenwert einer ersten Ausgabe Vout des Abgassensors 17 und einem Amplitudenwert einer zweiten Ausgabe Kact eines Luft- Kraftstoff-Verhältnissensor 16. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 16 ist stromauf des katalytischen Wandlers 25 angeordnet. Die Steuereinheit 5 erfasst einen Fehler des Abgassensors 17 auf der Basis des Verhältnisses. In einer Ausführung wird auf das Verhältnis eines statistischer Prozess unter Verwendung einer sukzessiven Methode der kleinsten Quadrate angewendet. Die Steuereinheit erfasst einen Fehler des Abgassensors 17 auf der Basis des statistisch verarbeiteten Verhältnisses. In einer anderen Ausführung wird der statistische Prozess sowohl auf die Ausgabe Vout des Abgassensors 17 als auch die Ausgabe Kact des Luft-Kraftstoff- Verhältnissensors 16 angewendet. Die Steuereinheit 5 erfasst einen Fehler des Abgassensors 17 auf der Basis des Verhältnisses zwischen den statistisch verarbeiteten Ausgaben des Abgassensors 17 und des Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors 16.

Claims

1. Vorrichtung zum Erfassen eines Fehlers eines Abgassensors (17), der stromab eines katalytischen Wandlers (25) in einer Auspuffleitung (14) eines Motors (1) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung eine Steuereinheit (5) aufweist, die konfiguriert ist zum:
Bestimmen eines Verhältnisses zwischen einem Amplitudenwert einer ersten Ausgabe (Vout, P14) des Abgassensors (17) und einem Amplitudenwert einer zweiten Ausgabe (Kact, P4) eines Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors (16), wobei der Luft-Kraftstoff- Verhältnissensor (16) stromauf des katalytischen Wandlers (25) angeordnet ist; und
Erfassen des Fehlers des Abgassensors (17) auf der Basis des Verhältnisses.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) ferner konfiguriert ist zum:
Wählen, aus Ausgaben (Vout) des Abgassensors (17), der ersten Ausgabe (P14), die einen größeren Amplitudenwert aufweist als ein vorbestimmter Wert (Vout_f_H); und
Wählen, aus Ausgaben (Kact) des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (17), der zweiten Ausgabe (P4), die einen größeren Amplitudenwert aufweist als ein vorbestimmter Wert (Kact_f_H),
wobei das Verhältnis als ein Verhältnis zwischen dem Amplitudenwert der gewählten ersten Ausgabe (P14) und dem Amplitudenwert der gewählten zweiten Ausgabe (P4) bestimmt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) ferner konfiguriert ist zum:
Wählen, aus Ausgaben (Vout) des Abgassensors (17), der ersten Ausgabe (P14), die einen lokalen maximalen Amplitudenwert aufweist; und
Wählen, aus Ausgaben (Kact) des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (16), der zweiten Ausgabe (P4), die einen lokalen maximalen Amplitudenwert aufweist,
wobei das Verhältnis als ein Verhältnis zwischen dem lokalen maximalen Amplitudenwert der ersten Ausgabe (P14) und dem lokalen maximalen Amplitudenwert der zweiten Ausgabe (P4) bestimmt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) ferner konfiguriert ist zum:
Abtasten von Ausgaben (Vout) des Abgassensors (17);
Identifizieren einer ersten Abtastung (P14), die einen lokalen maximalen Amplitudenwert aufweist, aus den von dem Abgassensor (17) erhaltenen Abtastungen;
Wählen von Abtastungen in der Nähe der ersten Abtastung (P14);
Abtasten von Ausgaben (Kact) des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (16);
Identifizieren einer zweiten Abtastung (P4), die einen lokalen maximalen Amplitudenwert aufweist, aus den von dem Luft- Kraftstoff-Verhältnissensor (16) erhaltenen Abtastungen; und
Wählen von Abtastungen in der Nähe der zweiten Abtastung (P4);
wobei das Verhältnis auf der Basis eines ersten Satzes von Abtastungen (P11-P17) und eines zweiten Satzes (P1-P7) von Abtastungen bestimmt wird, wobei der erste Satz von Abtastungen die erste Abtastung (P14) und die gewählten Abtastungen in der Nähe der ersten Abtastung (P14) enthält, wobei der zweite Satz von Abtastungen die zweite Abtastung (P4) und die gewählten Abtastungen in der Nähe der zweiten Abtastung (P4) enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ferner konfiguriert ist, um, unter Verwendung einer sukzessiven Methode der kleinsten Quadrate, auf das Verhältnis einen statistischen Prozess anzuwenden, wobei der Fehler des Abgassensors (17) auf der Basis des statistisch verarbeiteten Verhältnisses erfasst wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) ferner konfiguriert ist, um, unter Verwendung einer sukzessiven Methode der kleinsten Quadrate, einen statistischen Prozess sowohl auf die erste Ausgabe (Vout) des Abgassensors (17) als auch die zweite Ausgabe (Kact) des Luft-Kraftstoff- Verhältnissensors (16) anzuwenden, wobei das Verhältnis als ein Verhältnis zwischen der statistisch verarbeiteten ersten Ausgabe (Vout) und der statistisch verarbeiteten zweiten Ausgabe (Kact) bestimmt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausgabe (Vout) des Abgassensors (17) und die zweite Ausgabe (Kact) des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (16) erfasst werden, wenn ein Fahrzeug, an dem der Motor (1) angebracht ist, konstant fährt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausgabe (Vout) des Abgassensors (17) und die zweite Ausgabe (Kact) des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (16) erfasst werden, wenn der Motor (1) in einem vorbestimmten Betriebszustand ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Filter (71, 72) zum Filtern der ersten Ausgabe (Vout) des Abgassensors (17) und der zweiten Ausgabe (Kact) des Luft-Kraftstoff- Verhältnissensors (16), wobei das Verhältnis als ein Verhältnis zwischen der gefilterten ersten Ausgabe (Vout_f) und der gefilterten zweiten Ausgabe (Kact_f) bestimmt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter einen Bandpassfilter (71, 72) umfasst.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (71, 72) Charakteristiken hat, solche Frequenzkomponenten durchzulassen, die durch eine Verschlechterung des Abgassensors (17) beeinflusst werden und die sich von solchen Frequenzkomponenten unterscheiden, die durch eine Verschlechterung des katalytischen Wandlers (25) beinflusst werden.

12. Verfahren zum Erfassen eines Fehlers eines Abgassensors (17), der stromab eines katalytischen Wandlers (25) in einer Auspuffleitung (14) eines Motors (1) angeordnet ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Bestimmen eines Verhältnisses zwischen einem Amplitudenwert einer ersten Ausgabe (Vout, P14) des Abgassensors (17) und einem Amplitudenwert einer zweiten Ausgabe (Kact, P4) eines Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors (16), wobei der Luft-Kraftstoff- Verhältnissensor (16) stromauf des katalytischen Wandlers (25) angeordnet ist; und
Erfassen des Fehlers des Abgassensors (17) auf der Basis des Verhältnisses.

13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die Schritte:
Wählen, aus Ausgaben (Vout) des Abgassensors (17), der ersten Ausgabe (P14), die einen größeren Amplitudenwert aufweist als ein vorbestimmter Wert (Vout_f_H); und
Wählen, aus Ausgaben (Kact) des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (17), der zweiten Ausgabe (P4), die einen größeren Amplitudenwert aufweist als ein vorbestimmter Wert (Kact_f_H),
wobei das Verhältnis als ein Verhältnis zwischen dem Amplitudenwert der gewählten ersten Ausgabe (P14) und dem Amplitudenwert der gewählten zweiten Ausgabe (P4) bestimmt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die Schritte:
Wählen, aus Ausgaben (Vout) des Abgassensors (17), der ersten Ausgabe (P14), die einen lokalen maximalen Amplitudenwert aufweist; und
Wählen, aus Ausgaben (Kact) des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (16), der zweiten Ausgabe (P4), die einen lokalen maximalen Amplitudenwert aufweist,
wobei das Verhältnis als ein Verhältnis zwischen dem lokalen maximalen Amplitudenwert der ersten Ausgabe (P14) und dem lokalen maximalen Amplitudenwert der zweiten Ausgabe (P4) bestimmt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die Schritte:
Abtasten von Ausgaben (Vout) des Abgassensors (17);
Identifizieren einer ersten Abtastung (P14), die einen lokalen maximalen Amplitudenwert aufweist, aus den von dem Abgassensor (17) erhaltenen Abtastungen;
Wählen von Abtastungen in der Nähe der ersten Abtastung (P14);
Abtasten von Ausgaben (Kact) des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (16);
Identifizieren einer zweiten Abtastung (P4), die einen lokalen maximalen Amplitudenwert aufweist, aus den von dem Luft- Kraftstoff-Verhältnissensor (16) erhaltenen Abtastungen; und
Wählen von Abtastungen in der Nähe der zweiten Abtastung (P4);
wobei das Verhältnis auf der Basis eines ersten Satzes von Abtastungen (P11-P17) und eines zweiten Satzes (P1-P7) von Abtastungen bestimmt wird, wobei der erste Satz von Abtastungen die erste Abtastung (P14) und die gewählten Abtastungen in der Nähe der ersten Abtastung (P14) enthält, wobei der zweite Satz von Abtastungen die zweite Abtastung (P4) und die gewählten Abtastungen in der Nähe der zweiten Abtastung (P4) enthält.

16. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch den Schritt, unter Verwendung einer sukzessiven Methode der kleinsten Quadrate, auf das Verhältnis einen statistischen Prozess anzuwenden,
wobei der Fehler des Abgassensors (17) auf der Basis des statistisch verarbeiteten Verhältnisses erfasst wird.

17. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch den Schritt, unter Verwendung einer sukzessiven Methode der kleinsten Quadrate, einen statistischen Prozess sowohl auf die erste Ausgabe (Vout) des Abgassensors (17) als auch die zweite Ausgabe (Kact) des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (16) anzuwenden, wobei das Verhältnis als ein Verhältnis zwischen der statistisch verarbeiteten ersten Ausgabe (Vout) und der statistisch verarbeiteten zweiten Ausgabe (Kact) bestimmt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch den Schritt, die erste Ausgabe (Vout) des Abgassensors (17) und die zweite Ausgabe (Kact) des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (16) zu erfassen, wenn ein Fahrzeug, an dem der Motor (1) angebracht ist, konstant fährt.

19. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch den Schritt, die erste Ausgabe (Vout) des Abgassensors (17) und die zweite Ausgabe (Kact) des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (16) zu erfassen, wenn der Motor (1) in einem vorbestimmten Betriebszustand ist.

20. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch den Schritt des Filterns der ersten Ausgabe (Vout) des Abgassensors (17) und der zweiten Ausgabe (Kact) des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (16), wobei das Verhältnis als ein Verhältnis zwischen der gefilterten ersten Ausgabe (Vout_f) und der gefilterten zweiten Ausgabe (Kact_f) bestimmt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter einen Bandpassfilter (71, 72) enthält.

22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (71, 72) Charakteristiken hat, solche Frequenzkomponenten durchzulassen, die durch eine Verschlechterung des Abgassensors (17) beeinflusst werden und die sich von solchen Frequenzkomponenten unterscheiden, die durch eine Verschlechterung des katalytischen Wandlers (25) beinflusst werden.