DE10326736A1

DE10326736A1 - System und Verfahren zur Erfassung einer Fehlfunktion eines Sauerstoffsensors

Info

Publication number: DE10326736A1
Application number: DE10326736A
Authority: DE
Inventors: Kazutaka Toyota Hattori
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2004-01-08
Also published as: US20040226282A1; JP2004019542A; FR2840954A1

Abstract

Ein Luft-Kraftstoff-Sensor (26) ist auf einer stromaufwärts gelegenen Seite eines Katalysators (24) angeordnet, und ein Sauerstoffsensor (28) ist auf einer stromabwärts gelegenen Seite des Katalysators (24) angeordnet. Eine Sauerstoffspeicherkapazität Cmax des Katalysators (24) erhält man, indem man während einer Zeitspanne, in der ein Sauerstoffsensor ein einem fetten Gemisch entsprechendes Ausgangssignal liefert (Schritt S108) und der Luft-Kraftstoff-Sensor ein einem mageren Gemisch entsprechendes Ausgangssignal liefert (Schritt S110), eine Sauerstoffmenge bestimmt, die in den Katalysator strömt (Schritt S108). Wenn die theoretische Sauerstoffspeichermenge Cmax eine maximale Sauerstoffspeichermenge alpha des Katalysators (24) überschritten hat (Schritt S116), wird eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors erfasst (Schritt S118). Demzufolge ist es in kurzer Zeit möglich, eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors zu erfassen, der stromabwärts von dem Katalysator angeordnet ist, unabhängig von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Erfassung einer Fehlfunktion eines Sauerstoffsensors. Die Erfindung betrifft insbesondere ein System und ein Verfahren, das eine Fehlfunktion eines Sauerstoffsensors erfasst, der auf der stromabwärts gelegenen Seite eines Katalysators zur Reinigung von Abgasen angeordnet ist.

Wie es in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 06-273371 offenbart ist, ist ein System bekannt, das einen Sauerstoffsensor auf der stromabwärts gelegenen Seite eines Katalysators zur Reinigung von Abgasen umfasst, die von einem Verbrennungsmotor abgegeben werden. Dieses System stellt ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, welches dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, fett ein, wenn der Sauerstoffsensor ein "einem mageren Gemisch entsprechendes Ausgangssignal" (d. h. ein Signal, das einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch entspricht) liefert, und erfasst dann eine Fehlfunktion des Sensors, wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne in ein "einem fetten Gemisch entsprechendes Ausgangssignal" invertiert wird.

Wenn das System das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches fett einstellt, strömen Abgase, die unverbrannte Komponenten wie HC oder CO enthalten, d. h. sauerstoffarmes Abgas, in den Katalysator. Wenn zu vor Sauerstoff in dem Katalysator gespeichert worden ist, wird dieser Sauerstoff freigesetzt, und HC und CO werden dadurch in dem Katalysator oxidiert. Folglich werden gereinigte Abgase, die kein HC bzw. CO enthalten, stromabwärts von dem Katalysator freigesetzt.

Wenn das Luft-Brennkraft-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches auf einem "fetten Wert" gehalten wird, wird der Sauerstoff in dem Katalysator mit der Zeit vollständig verbraucht, und die HC und CO enthaltenden Abgase, d. h. das sauerstoffarme Gas, strömt stromabwärts von dem Katalysator. Ein ordnungsgemäß funktionierender Sauerstoffsensor kehrt sein Ausgangssignal zu einem einem fetten Gemisch entsprechenden Ausgangssignal um, wenn er mit solchen Abgasen in Berührung kommt. Das oben genannte herkömmliche System erfasst eine Fehlfunktion des Sensors, wenn das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor selbst dann nicht umgekehrt bzw. invertiert worden ist, wenn seit dem Zeitpunkt, zu dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches fett eingestellt wurde, eine Zeitspanne verstrichen ist, die üblicherweise ausreichend ist, um den Sauerstoff in dem Katalysator vollständig zu verbrauchen. Gemäß einem solchen Verfahren ist es möglich, eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors genau zu erfassen.

Die Zeit, die erforderlich ist, um den Sauerstoff in dem Katalysator vollständig zu verbrauchen, variiert je nach Strömungsmenge der in den Katalysator strömenden Abgase. Ebenso variiert die Strömungsmenge der in den Katalysator strömenden Abgase je nach Betriebszustand des Verbrennungsmotors. Demzufolge variiert bei dem herkömmlichen System die Zeit, die ausreicht, um den Sauerstoff in dem Katalysator vollständig zu verbrauchen, nachdem das Luft-Kraftstoff-Gemisch fett eingestellt worden ist, je nach Betriebszustand des Verbrennungsmotors und dergleichen.

Um eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors zu jedem Zeitpunkt genau erfassen zu können, ist es notwendig, die vorbestimmte Zeit, d. h. die Zeit von der Fett-Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis, d. h. der Herstellung eines fetten Luft-Kraftstoff-Gemisches, bis zur Umkehrung des Ausgangssignals von dem Sensor, basierend auf der Annahme einzustellen, dass die Strömungsmenge der Abgase minimal ist. Daher kann es bei dem herkömmlichen System, wenn eine große Abgasmenge erzeugt wird, eine unnötig lange Zeit dauern, bis nach der Fett-Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luft-Kraftstoff-Gemisches eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors erfasst wird.

Kurzdarstellung der Erfindung

Die Erfindung ist gemacht, um das oben beschriebene Problem zu lösen. Demzufolge ist es ein Ziel der Erfindung, ein System zur Erfassung einer Fehlfunktion, kurz Fehlfunktionserfassungssystem, bereitzustellen, das eine Fehlfunktion eines Sauerstoffsensors, der auf der stromabwärts gelegenen Seite eines Katalysators angeordnet ist, unabhängig von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors in kürzester Zeit erfassen kann.

Um das oben genannte Ziel zu erreichen, wird gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Fehlfunktionserfassungssystem bereitgestellt, das eine Fehlfunktion eines Sauerstoffsensors erfasst, der auf der stromaufwärts gelegenen Seite eines Katalysators zur Reinigung von Abgasen angeordnet ist. Das Fehlfunktionserfassungssystem umfasst einen stromaufwärtsseitigen Sensor, der auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Katalysators angeordnet ist und der ein Ausgangssignal liefert, das einem Abgas-Luft- Kraftstoff-Verhältnis (d. h. einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgase) entspricht, wenigstens entweder ein Mittel zur Berechnung der Speicherzeitkapazität umfasst, um eine theoretische Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators zu erhalten, indem eine Sauerstoffmenge der Abgase bestimmt wird, die während einer Zeitspanne, in der der Sauerstoffsensor ein einem fetten Gemisch entsprechendes Ausgangssignal erzeugt und der stromaufwärtsseitige Sensor ein einem mageren Gemisch entsprechendes Ausgangssignal liefert, in den Katalysator strömen, oder ein Mittel zur Berechnung der Abgabezeitkapazität, um die theoretische Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators zu erhalten, indem die Höhe des Sauerstoffmangels in den Abgasen bestimmt wird, die während der Zeitspanne, in der der Sauerstoffsensor das magere Ausgangssignal erzeugt und der stromaufwärtsseitige Sensor das fette Ausgangssignal liefert, in den Katalysator strömen, oder ein Mittel zur Erfassung einer Fehlfunktion, um eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors zu erfassen, wenn die theoretische Sauerstoffspeicherkapazität die maximale Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators überschritten hat.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Erfassung einer Fehlfunktion bereitgestellt. Dieses Verfahren dient der Erfassung einer Fehlfunktion des Sauerstoffsensors, der auf der stromabwärts gelegenen Seite des Katalysators zur Reinigung der Abgase angeordnet ist, die von dem Verbrennungsmotor abgegeben werden. Dieses Fehlfunktionserfassungsverfahren umfasst die folgenden Schritte:
Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Abgase stromaufwärts von dem Katalysator;
Erhalten einer theoretischen Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators, indem eine Sauerstoffmenge in den Abgasen bestimmt wird, die während einer Zeitspanne in den Katalysator strömen, in der der Sauerstoffsensor ein einem fetten Gemisch entsprechendes Ausgangssignal erzeugt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgase mager ist; oder
Erhalten einer theoretischen Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators, indem die Höhe des Sauerstoffmangels in den Abgasen bestimmt wird, die während einer Zeitspanne in den Katalysator strömen, in der der Sauerstoffsensor ein einem mageren Gemisch entsprechendes Ausgangssignal liefert und erfasst wird, dass das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromaufwärts von dem Katalysator fett ist; und
Erfassen einer Fehlfunktion des Sauerstoffsensors, wenn die theoretische Sauerstoffspeicherkapazität die maximale Sauerstoffspeicherkapaziät des Katalysators überschritten hat.

Gemäß dem Fehlfunktionserfassungssystem und dem Fehlfunktionserfassungsverfahren ist es möglich, die theoretische Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators mit Hilfe einer der nachstehend genannten Verfahren zu erhalten:

1. Das Fehlfunktionserfassungssystem akkumuliert die Sauerstoffmenge in den Abgasen während der Zeitspanne, in der der Sauerstoffsensor das fette Ausgangssignal und der stromaufwärtsseitige Sensor das magere Ausgangssignal liefert. Insbesondere akkumuliert das Fehlfunktionserfassungssystem die Sauerstoffmenge in den Abgasen, die in den Katalysator strömen (die in dem Katalysator gespeicherte Sauerstoffmenge) während der Zeitspanne, in der die Abgase, die Sauerstoff enthalten, in den Kataly sator und die gereinigten Abgase aus dem Katalysator strömen.
2. Das Fehlfunktionserfassungssystem erhöht den Sauerstoffmangel in dem Abgas während der Zeitspanne, in der der Sauerstoffsensor das magere Ausgangssignal erzeugt und der stromaufwärtsseitige Sensor das fette Ausgangssignal erzeugt. Insbesondere erhöht das Fehlfunktionserfassungssystem den Sauerstoffmangel in den Abgasen, die während der Zeitspanne, in der das sauerstoffverarmte Abgas in den Katalysator und das gereinigte Abgas aus dem Katalysator strömt, in den Katalysator strömen (die Sauerstoffmenge, die von dem Katalysator abgegeben wird).

Dann ist es möglich, eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors zu erfassen, wenn die so gewonnene theoretische Sauerstoffspeicherkapazität die maximale Sauerstoffspeichermenge des Katalysators überschritten hat. Folglich ist es möglich, unabhängig von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors, in kurzer Zeit eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors zu erfassen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bei dem Fehlfunktionserfassungssystem der stromaufwärtsseitige Sensor vorzugsweise ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor zur Erfassung des Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, und das Fehlfunktionserfassungssystem umfasst vorzugsweise ein Mittel zur Berechnung einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Differenz, um eine Differenz ΔA/F zwischen einem von dem stromaufwärtsseitigen Sensor erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erhalten, und ein Mittel zur Erfassung der Kraftstoffzuführmenge, um eine Kraftstoffmenge, die dem Verbrennungsmotor zugeführt wird zu erfassen, wobei das Mittel zur Berechnung der Speicherzeitkapazität ein Sauerstoffmengen-Berechungsmittel zur Berech nung einer Sauerstoffmenge in dem Abgas auf der Grundlage des ΔA/F und der Kraftstoffzuführmenge umfassen sollte, und das Mittel zur Berechnung der Abgabezeitkapazität ein Sauerstoffmangelberechnungsmittel zur Berechnung der Höhe eines Sauerstoffmangels auf der Grundlage der Differenz ΔA/F und der Kraftstoffzuführmenge umfassen sollte.

Ferner ist für dieses System ein Fehlfunktionserfassungsverfahren wünschenswert.

Gemäß dem Fehlfunktionserfassungssystem und dem Fehlfunktionserfassungsverfahren ist es möglich, die Sauerstoffmenge und die Höhe des Sauerstoffmangels in den Abgasen auf der Grundlage der Differenz ΔA/F zwischen dem von dem stromaufwärtsseitigen Sensor erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis (dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis der in den Katalysator strömenden Abgase) und dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, sowie der dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffmenge genau zu berechnen.

Darüber hinaus umfasst das Fehlfunktionserfassungssystem gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung vorzugsweise wenigstens entweder ein Mittel zur Einstellung eines mageren Gemisches, das in Verbindung mit dem Mittel zur Berechnung der Speicherzeitkapazität verwendet wird, und ein Mittel zur Einstellung eines fetten Gemisches, das in Verbindung mit dem Mittel zur Berechnung der Abgabezeitkapazität verwendet wird, wobei das Mittel zur Einstellung eines mageren Gemisches dazu dient, ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältniss des dem Verbrennungsmotor zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches mager einzustellen, während der Sauerstoffsensor das fette Ausgangssignal liefert, und das Mittel zur Einstellung eines fetten Gemisches dazu dient, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches Fett einzustellen, während der Sauerstoffsensor das magere Ausgangssignal liefert.

Gemäß dem Fehlfunktionserfassungssystem und dem Fehlfunktionserfassungsverfahren ist es möglich, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches mager einzutellen, während der Sauerstoffsensor das fette Ausgangssignal erzeugt, um bei dem Prozess, bei dem der Katalysator Sauerstoff speichert, die theoretische Sauerstoffspeicherkapazität zu erhalten. In diesem Fall ist es möglich, dafür zu sorgen, dass die Abgase, die in den Katalysator strömen, die Abgase sind, die Sauerstoff enthalten. Darüber hinaus ist es möglich, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches fett einzustellen, während der Sauerstoffsensor das magere Ausgangssignal liefert, um bei dem Prozess, bei dem der Katalysator den Sauerstoff abgibt, die theoretische Sauerstoffspeicherkapazität zu erhalten. In diesem Fall ist es möglich, dafür zu sorgen, dass die in den Katalysator einströmenden Abgase sauerstoffarme Abgase sind.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Fehlfunktionserfassungssystem vorzugsweise sowohl das Mittel zur Einstellung eines mageren Gemisches als auch das Mittel zur Einstellung eines fetten Gemisches, und umfasst vorzugsweise ein Umkehrungssteuerungsmittel, um das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses jedesmal dann zwischen fett und mager zu alternieren bzw. umzukehren, wenn das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor umgekehrt wird, indem das Mittel zur Einstellung eines mageren Gemisches und das Mittel zur Einstellung eines fetten Gemisches so gesteuert werden, dass sie alternierend arbeiten.

Gemäß dem Fehlfunktionserfassungssystem und dem Fehlfunktionserfassungsverfahren ist es möglich, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen fett und mager jedesmal jedesmal dann umzukehren, wenn das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor umgekehrt wird. Demzufolge ist es möglich, im Wechsel einen Zustand zu erzeugen, in dem Sauerstoff vollständig in dem Katalysator gespeichert ist, und einen Zustand, in dem der Sauerstoff vollständig von dem Katalysator abgegeben ist. Es ist möglich, in dem Prozess, in dem diese Zustände erzeugt werden, die theoretische Sauerstoffspeicherkapazität genau zu berechnen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Fehlfunktionserfassungssystem vorzugsweise darüber hinaus ein Zwangseinstellungs-Unterdrückungsmittel zur Unterdrückung der Einstellung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch das Mittel zur Einstellung eines mageren Gemisches und der Einstellung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch das Mittel zur Einstellung eines fetten Gemisches, wenn eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors erfasst wird.

Gemäß dem Fehlfunktionserfassungssystem und dem Fehlfunktionserfassungsverfahren ist es möglich, die Ausführungs einer Verarbeitung zu unterdrücken, bei der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches fett oder mager eingestellt wird, wenn eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors erfasst wird. Es ist daher gemäß der Erfindung möglich, zu verhindern, dass die ungerei nigten Abgase kontinuierlich zur stromabwärts gelegenen Seite des Katalysators strömen, wenn eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors vorliegt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die genannten sowie weitere Ziele, Merkmale, Vorteile, technische und industrielle Bedeutungen dieser Erfindung sind besser aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verständlich, in denen:

1 eine schematische Darstellung ist, die einen Aufbau einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

2 eine schematische Darstellung ist, die einen Aufbau eines Sauerstoffsensors zeigt, der in einem System gemäß der ersten Ausführungsform enthalten ist;

3 ein Ablaufdiagramm ist, das einen Betrieb des Systems gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, wenn in einem Zustand, in dem der Sauerstoffsensor ordnungsgemäß funktioniert, eine aktive Steuerung ausgeführt wird;

4 ein Ablaufdiagramm ist, das einen Betrieb des Systems gemäß der ersten Ausführungsform beschreibt, wenn in einem Zustand, in dem eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors vorliegt, die aktive Steuerung ausgeführt wird;

5A und 5B Flussdiagramme einer Steuerungsroutine sind, die von dem System gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird; und

6 ein Diagramm ist, das eine Ausgangscharakteristik des in dem System gemäß der ersten Ausführungsform enthaltenen Sauerstoffsensors beschreibt.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Nachfolgend sind beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die gleichen Bezugszahlen bezeichnen in den Zeichnungen gleiche oder entsprechende Elemente, und auf eine sich überschneidende Beschreibung wird verzichtet.
1 ist eine schematische Darstellung, die einen Aufbau einer ersten Ausführungsform eines Systems gemäß der Erfindung zeigt. Das in 1 gezeigte System umfasst einen Verbrennungsmotor 10, und eine Ansaugdurchführung 12 und eine Abgasdurchführung 14 sind mit dem Verbrennungsmotor 10 verbunden.
Ein Luftmengenmesser 18 ist auf der stromabwärts gelegenen Seite eines Luftfilters 16, in der Ansaugdurchführung 12 angeordnet. Der Luftmengenmesser 18 ist ein Sensor zur Erfassung einer Menge Ga der Ansaugluft (im Folgenden als "Ansaugluftmenge Ga" bezeichnet), die durch die Ansaugdurchführung 12 strömt. Ein Drosselventil 20 ist auf einer stromabwärts gelegenen Seite des Luftmengenmessers 18 angeordnet. Außerdem ist in der Ansaugdurchführung 12 ein Einspritzventil 22 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Ansaugkanal des Verbrennungsmotors 10 angeordnet.
Ein Katalysator 24 ist mit der Abgasdurchführung 14 verbunden. Der Katalysator 24 kann eine bestimmte Menge an Sauerstoff speichern. Wenn NO_x in dem Abgas enthalten ist, reinigt der Katalysator 24 das Abgas durch Reduzie rung des NO_x. Darüber hinaus kann der Katalysator 24 den beim Reduktionsprozess abgegebenen Sauerstoff speichern. Wenn in den Abgasen eine unverbrannte Komponente wie etwa HC und/oder CO enthalten ist, kann der Katalysator 24 die Abgase reinigen, indem er die unverbrannten Komponenten oxidiert, wobei er den gespeicherten Sauerstoff abgibt. Der Begriff "Speicherung" bedeutet hierin eine Zurückhaltung oder ein Festhalten einer Substanz (Feststoff, Flüssigkeit, Gasmoleküle) in Form von wenigstens entweder Adsorption, Adhäsion, Absorption, Einfang, Einschluss, oder anderem.
Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 ist auf einer stromaufwärts gelegenen Seite des Katalysators 24, und ein Sauerstoffsensor 28 ist auf einer stromabwärts gelegenen Seite des Katalysators 24 in der Abgasdurchführung 14 angeordnet. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 ist ein Sensor, der ein Ausgangssignal erzeugt, das einem Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht. Durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 ist es möglich, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgase zu erfassen, die gerade von dem Verbrennungsmotor 10 abgegeben wurde, d. h. ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgase vor deren Reinigung durch den Katalysator 24.
Der Sauerstoffsensor 28 ist ein Sensor, dessen Ausgangssignal sich in Abhängigkeit von dem Vorhandensein oder dem Fehlen von Sauerstoff in den Abgasen stark verändert. Daher ist es durch den Sauerstoffsensor 28 möglich, das Vorhandensein oder das Fehlen von Sauerstoff in den stromabwärts von dem Katalysator 24 strömenden Abgasen genau zu erfassen.
2 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau des Sauerstoffsensors 28 zeigt. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der Sauerstoffsensor 28 einen Heizkör per 30 und ein Schichtelement 32. Das Schichtelement 32 ist so ausgebildet, dass es den Heizkörper 30 umgibt. Eine Elektrode 34, die so geformt ist, dass sie einen Endabschnitt des Heizkörpers 30 umgibt, ist in dem Schichtelement 32 eingebettet. Ferner ist ein Luftraum 36, der mit Luft versorgt wird, innerhalb des Schichtelements 32 ausgebildet. Außerdem ist eine Messgaskammer 40, die von einer Abdeckung 38 umgeben ist, außerhalb der Schichtelement 32 ausgebildet.
Die Elektrode 34 erzeugt elektromotorische Kräfte, deren Größe von dem Vorhandensein oder dem Fehlen von Sauerstoff auf einer ihrer Oberflächen, die der Luftkammer 36 gegenüberliegt, und auf einer ihrer Oberflächen, die der Messgaskammer 40 gegenüberliegt, abhängt. Der Sauerstoffsensor 28 erzeugt als Ausgangssignal eine Differenz zwischen diesen elektromotorischen Kräften. Wenn die Abgase, die Sauerstoff enthalten, in die Messgaskammer 40 eingeleitet werden, erzeugt die Elektrode 34 eine elektromotorische Kraft, die dem Vorhandensein von Sauerstoff auf deren Oberfläche, die der Luftkammer 36 gegenüberliegt, und deren Oberfläche, die der Messgaskammer 40 gegenüberliegt, entspricht. In diesem Fall erzeugt der Sauerstoffsensor ein Ausgangssignal, das im wesentlichen gleich 0 V beträgt.
Wenn hingegen die Abgase, die keinen Sauerstoff enthalten, in die Messgaskammer 40 eingeführt werden, erzeugt die Elektrode 34 eine elektromotorische Kraft, die dem Vorhandensein von Sauerstoff auf der Oberfläche von ihr entspricht, die der Luftkammer 36 gegenüberliegt, und erzeugt eine elektromotorische Kraft, die dem Fehlen von Sauerstoff auf der Oberfläche von ihr entspricht, die der Messgaskammer 40 gegenüberliegt. In diesem Fall erzeugt der Sauerstoffsensor ein Ausgangssignal von ungefähr 1 V.
Wie bisher beschrieben, ändert der Sauerstoffsensor 28 stark sein Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem Vorhandensein und dem Fehlen von Sauerstoff in den stromabwärts von dem Katalysator 24 strömenden Abgasen. Es ist daher gemäß dem Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 möglich, genau zu erfassen, ob die stromabwärts von dem Katalysator 24 strömenden Abgase Sauerstoff enthalten.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst das System gemäß dieser Ausführungsform eine elektronische Steuereinheit (Electronic Control Unit; ECU) 50. Die ECU 50 ist eine Einheit zur Steuerung bzw. Regelung des Systems gemäß dieser Ausführungsform. Ausgangssignale von den verschiedenen Sensoren werden der ECU 50 zugeführt, und das Einspritzventil 22 ist mit der ECU 50 verbunden. Die ECU 50 kann die Einspritzmenge auf der Grundlage der Ausgangssignale von den Sensoren steuern bzw. regeln.
Nachfolgend ist der Betrieb des Systems gemäß der Ausführungsform beschrieben. Bei der Ausführungsform führt die ECU 50 während des normalen Betriebs eine stöchiometrische Steuerung bzw. Regelung durch. Bei der stöchiometrischen Steuerung wird die Einspritzmenge so gesteuert, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbrennungsmotor 10 zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Umgebung des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gehalten wird. Insbesondere wird die Einspritzmenge so gesteuert, dass das von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 erfasste Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb eines kleinen Bereichs um das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis abwechselnd fett und mager wird.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch mager ist, strömen Abgase, die NO_x enthalten, in den Katalysator 24. In die sem Fall reinigt der Katalysator 24 die Abgase, indem er den NO_x-Anteil reduziert, und speichert den so erzeugten Sauerstoff. wenn demzufolge das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist, neigt die Menge des in dem Katalysator 24 gespeicherten Sauerstoffs dazu, zuzunehmen. Wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgekehrt wird, strömen Abgase, die HC und CO enthalten, in den Katalysator 24. In diesem Fall oxidiert der Katalysator 24 den HC und das CO, wobei der gespeicherte Sauerstoff abgegeben wird. Folglich strömt stromabwärts von dem Katalysator gereinigtes Abgas.
Somit wird von dem Katalysator 24 abwechselnd Sauerstoff gespeichert und abgegeben, wenn die ECU 50 die stöchiometrische Steuerung durchführt. Daher strömen stromabwärts von dem Katalysator 24 kontinuierlich gereinigte Abgase. Folglich ist es gemäß dem System der Ausführungsform möglich, während des normalen Betriebs eine gute Charakteristik der Abgasemission zu realisieren.
Die ECU 50 führt eine aktive Steuerung aus, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist. Bei der aktiven Steuerung wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches jedes Mal, wenn das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 umgekehrt wird, zwischen einem vorbestimmten fetten Sollwert (zum Beispiel 14,1) und einem vorbestimmten mageren Sollwert (zum Beispiel 15,1) umgekehrt.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb des Systems zeigt, wenn die aktive Steuerung bei ordnungsgemäßem Funktionieren des Sauerstoffsensors 28 ausgeführt wird. Insbesondere zeigt die Kennlinie (A) in 3 eine Änderung (Wellenform (1)) des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und eine Änderung (Wellenform (2)) des von dem Luft-Kraftstoff-Sensor 26 während der aktiven Steuerung erfassten Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F. Kennlinie (B) in 3 zeigt eine Änderung (Wellenform (3)) des Ausgangssignals von dem Sauerstoffsensor 28.
Das in 3 gezeigte Ablaufdiagramm zeigt ein Beispiel für den Fall, dass die stöchiometrische Steuerung bis zu einem Zeitpunkt t1 ausgeführt wird. Anschließend wird die aktive Steuerung gestartet. In dem gezeigten Beispiel wird zum Zeitpunkt t1 das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 von dem einem fetten Gemisch entsprechenden Ausgangssignal zu dem einem mageren Gemisch entsprechenden Ausgangssignal umgekehrt, und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird zum Startzeitpunkt der aktiven Steuerung vom stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem fetten Sollwert geändert.
Nachdem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem fetten Sollwert geändert worden ist, erhöht die ECU 50 allmählich die Einspritzmenge, bis das von dem Luft-Kraftstoff-Sensor 26 erfasste Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F den fetten Sollwert erreicht. Folglich nimmt das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F nach einer bestimmten zeitlichen Verzögerung ab dem Zeitpunkt t1 einen Wert in der Umgebung des fetten Sollwertes an.
Während das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F bei einem fetten Wert gehalten wird, strömen die fetten Abgase, das heißt die sauerstoffverarmten Abgase, die HC und CO enthalten, in den Katalysator 24. Wenn solche sauerstoffverarmten Abgase in den Katalysator 24 strömen, der den gespeicherten Sauerstoff zurückhält, wird der Sauerstoff in dem Katalysator 24 abgegeben, und HC und Co werden oxidiert (gereinigt). In diesem Fall strömen die gereinigten Abgase, die Sauerstoff enthalten, stromabwärts von dem Katalysator 24. Demnach wird das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28, der auf der stromabwärts gelegenen Seite des Katalysators 24 angeordnet ist, auf einem mageren Wert gehalten, während der Katalysator 24 den gespeicherten Sauerstoff zurückhält.
In 3 zeigt der Zeitpunkt t2 den Zeitpunkt an, zu dem der gespeicherte Sauerstoff im Katalysator 24 vollständig abgegeben worden ist. Wenn der gespeicherte Sauerstoff in dem Katalysator 24 vollständig abgegeben worden ist, verliert der Katalysator 24 seine Fähigkeit, Sauerstoff an die Abgase abzugeben. Folglich beginnen in einem solchen Fall, die sauerstoffverarmten Abgase, die HC und CO enthalten, stromabwärts von dem Katalysator 24 zu strömen. Folglich wird zu dem Zeitpunkt t2 das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 von dem einem mageren Gemisch entsprechenden Ausgangssignal zu dem einem fetten Gemisch entsprechenden Ausgangssignal umgekehrt.
Die ECU 50 kann bestimmen, dass der Katalysator 24 den gespeicherten Sauerstoff vollständig abgegeben hat, wenn das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 umgekehrt wird. Wenn bei der aktiven Steuerung das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 auf eine solche weise umgekehrt wurde, wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu diesem Zeitpunkt (t2) zu dem mageren Sollwert umgekehrt.
Nachdem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Zeitpunkt t2 zu dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert worden ist, erhöht die ECU 50 solange allmählich die Einspritzmenge, bis das von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 erfasste Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F den mageren Sollwert erreicht hat. Folglich nimmt das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F nach einer zeitlichen Verzögerung von dem Zeitpunkt t2 einen Wert in der Umgebung des mageren Sollwertes an.
Während das Abgas-Luft-Sauerstoff-Verhältnis A/F auf einem mageren wert gehalten wird, strömen die mageren Abgase, das heißt die sauerstoffüberschüssigen Gase, die NO_x enthalten, in den Katalysator 24. Wenn die Abgase, die NO_x enthalten, in den Katalysator 24 strömen, der eine Reservekapazität zur Speicherung von Sauerstoff aufweist, reduziert der Katalysator 24 den Anteil an NO_x, während er den so erzeugten Sauerstoff speichert. In diesem Fall strömen die gereinigten Abgase, die keinen Sauerstoff enthalten, stromabwärts von dem Katalysator 24. Daher wird das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28, der auf dessen stromabwärts gelegenen Seite angeordnet ist, auf einem fetten Wert gehalten, wenn der Katalysator 24 die Reservekapazität zur Speicherung von Sauerstoff hat.
Der Zeitpunkt t3 in 3 zeigt den Zeitpunkt, wenn der Katalysator 24 Sauerstoff bis zu seiner maximalen Aufnahmefähigkeit gespeichert hat. Nachdem der Katalysator 24 Sauerstoff bis zu seiner maximalen Aufnahmefähigkeit gespeichert hat, beginnt der in den Abgasen enthaltene Sauerstoff stromabwärts von dem Katalysator 24 zu strömen. Folglich wird zum Zeitpunkt t3 das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 von dem einem fetten Gemisch entsprechenden Ausgangssignal zu dem einem mageren Gemisch entsprechenden Ausgangssignal umgekehrt.
Die ECU 50 kann bestimmen, dass der Katalysator 24 Sauerstoff bis zu seiner maximalen Aufnahmefähigkeit gespeichert hat, wenn das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 umgekehrt wird. Wenn bei der aktiven Steuerung das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 auf eine solche Weise umgekehrt wird, wird zu diesem Zeitpunkt (t3) das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem fetten Sollwert umgekehrt. Während der aktiven Steuerung wird der Prozess ausgeführt, bei dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis jedes Mal, wenn das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 umgekehrt wird (z. B. bei t4 und t5), abwechselnd zwischen dem fetten Sollwert und dem mageren Sollwert umgekehrt wird.
Wie bisher beschrieben, werden während der aktiven Steuerung ein Zustand, in dem der Katalysator 24 Sauerstoff bis zu seiner maximalen Aufnahmefähigkeit gespeichert hat, und einem Zustand, in dem der Katalysator 24 den gespeicherten Sauerstoff vollständig abgegeben hat, entsprechend der Umkehrung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abwechselnd hergestellt. Die schraffierten Bereiche der Kennlinie (A) der 3 zeigen eine Zeitspanne zwischen einem Zeitpunkt, zu dem der Katalysator 24 leer ist, und einem Zeitpunkt, zu dem der Katalysator 24 Sauerstoff bis zu seiner maximalen Aufnahmefähigkeit gespeichert hat, oder eine Zeitspanne zwischen einem Zeitpunkt, zu dem der Katalysator 24 Sauerstoff bis zu seiner maximalen Aufnahmefähigkeit gespeichert hat, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem der Katalysator 24 leer ist, bei dem Prozess, bei dem die oben genannten zwei Zustände umgekehrt werden. Daher ist es möglich, eine Sauerstoffspeicherkapazität Cmax des Katalysators 24 zu berechnen, indem in den jeweiligen Zeitspannen die Sauerstoffmenge, die (zur Speicherungszeit) in den Katalysator 24 strömt, akkumuliert oder der Sauerstoffmangel in den in den Katalysator 24 strömenden Abgasen (zur Abgabezeit) erhöht wird. Ein bestimmtes Verfahren zur Berechnung von Cmax ist weiter unten beschrieben.
Wie bisher beschrieben, ist es gemäß dem System der Ausführungsform möglich, eine Sauerstoffspeicherkapazität Cmax des Katalysators 24 zu erhalten, indem die aktive Steuerung ausgeführt wird, wenn der Sauerstoffsensor 28 ordnungsgemäß funktioniert. Die Sauerstoffspeicherkapazi tät Cmax hat die Tendenz, mit einer Verschlechterung des Katalysators 24 abzunehmen. Bei der Ausführungsform kann die ECU 50 ein Ausmaß der Verschlechterung auf der Grundlage der Sauerstoffspeicherkapazität Cmax erfassen, welche nach dem oben genannten Verfahren berechnet wurde.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb des Systems beschreibt, wenn die aktive Steuerung im Falle einer Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 ausgeführt wird. Die in 4 gezeigten Wellenformen (1) bis (3) zeigen die Änderung (Wellenform (1)) des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die Änderung (Wellenform (2)) des mit dem Luft-Kraftstoff-Sensor 26 erfassten Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F bzw. die Änderung (Wellenform (3)) des Ausgangssignals des Sauerstoffsensors 28, wie es in 3 gezeigt ist. Das Ablaufdiagramm der 4 zeigt ein Beispiel für den Fall, in dem die stöchiometrische Steuerung bis zu dem Zeitpunkt t1 durchgeführt wird. Ab dem Zeitpunkt t1 wird die aktive Steuerung durchgeführt. In diesem Beispiel wird zu dem Zeitpunkt t1 (dem Startzeitpunkt der aktiven Steuerung) das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem fetten Sollwert geändert.
Nachdem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem fetten Sollwert geändert worden ist, erhöht die ECU 50 solange allmählich die Einspritzmenge, bis das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F den fetten Sollwert erreicht. Folglich nimmt das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F nach einer zeitlichen Verzögerung ab dem Zeitpunkt t1 einen Wert in der Umgebung des fetten Sollwertes an. Während das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F bei einem fetten Wert gehalten wird, strömen die sauerstoffarmen Abgase, die HC und CO enthalten, in den Katalysator 24. während gespeicherter Sauerstoff in dem Kata lysator 24 verbleibt, werden HC und CO oxidiert (gereinigt), und die gereinigten Abgase, die Sauerstoff enthalten, strömen stromabwärts von dem Katalysator 24. Nachdem der Sauerstoff in dem Katalysator 24 vollständig verbraucht worden ist, beginnen sauerstoffarme Abgase, die HC und CO enthalten, stromabwärts von dem Katalysator 24 zu strömen (Zeitpunkt t2).
Wie oben mit Bezug auf 3 beschrieben, wird das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 zum Zeitpunkt t2 umgekehrt, wenn der Sauerstoffsensor 28 ordnungsgemäß funktioniert. wenn hingegen sogar nachdem die sauerstoffarmen Abgase stromabwärts von dem Katalysator 24 zu fließen beginnen, eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 vorliegt, wird das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 nicht umgekehrt, und das magere Ausgangssignal wird aufrechterhalten, wie es in Kennlinie (B) in 4 gezeigt ist.
Wenn während der aktiven Steuerung das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 umgekehrt wird, wird ein Befehl zur Umkehrung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgegeben. Demzufolge wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufrechterhalten, wenn das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 nicht umgekehrt wird, wie es in Kennlinie (A) in 4 gezeigt ist. Eine schraffierte Fläche der 4 dargestellten Kennlinie (A) zeigt eine Zeitspanne, in der die ECU 50 versucht, die Sauerstoffspeicherkapazität Cmax des Katalysators 24 zu berechnen, indem sie den Sauerstoffmangel in den Abgasen erhöht, die in den Katalysator 24 strömen. Da in diesem Fall die Erhöhung über eine unnötig lange Zeit ausgeführt wird, nimmt die theoretische Sauerstoffspeicherkapazität Cmax einen unnötig großen Wert an. Daher erfasst die ECU 50 gemäß der Ausführungsform eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 und stoppt zu diesem Zeitpunkt die aktive Steuerung, wenn der berechnete Wert der Sauerstoffspeicherkapazität Cmax aufgrund der aktiven Steuerung einen unnötig großen Wert annimmt.
5 (5A und 5B) zeigt ein Flussdiagramm einer von der ECU 50 gemäß der Ausführungsform ausgeführte Steuerungsroutine, um die genannte Funktion umzusetzen. Bei der in 5 gezeigten Routine wird bestimmt, ob die Erfassung einer Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 abgeschlossen ist (Schritt 100).
Wenn bestimmt wird, dass die Erfassung einer Fehlfunktion abgeschlossen ist, endet der vorliegende Verarbeitungszyklus sofort. Wenn hingegen bestimmt wird, dass die Erfassung einer Fehlfunktion noch nicht abgeschlossen ist, wird bestimmt, ob eine Bedingung zur Durchführung der aktiven Steuerung erfüllt ist (Schritt 102).
Wenn als Ergebnis bestimmt wird, dass die Bedingung zur Durchführung der aktiven Steuerung nicht erfüllt ist, endet der vorliegende Verarbeitungszyklus sofort. Wenn hingegen bestimmt wird, dass die Bedingung erfüllt ist, wird bestimmt, ob das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor von dem vorhergehenden Verarbeitungszyklus zu dem momentanen Verarbeitungszyklus umgekehrt worden ist (Schritt 104).
Wenn bestimmt wird, dass das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 umgekehrt worden ist, kann bestimmt werden, dass der Sauerstoffsensor 28 ordnungsgemäß funktioniert. Demzufolge endet in dem Fall, in dem eine solche Bestimmung gemacht wird, der momentane Verarbeitungszyklus nachdem bestimmt wird, dass der Sauerstoffsensor ordnungsgemäß funktioniert (Schritt 106). Wenn bei Schritt 106 bestimmt wird, dass der Sauerstoffsensor 28 ordnungsgemäß funktioniert, wird bestimmt, dass die Er fassung einer Fehlfunktion zu diesem Zeitpunkt abgeschlossen ist. Demzufolge wird bei Schritt S100 bestimmt, ob die Erfassung einer Fehlfunktion abgeschlossen worden ist, wenn die Routine nachdem Schritt 106 ausgeführt worden ist, erneut gestartet wird.
Wenn bei Schritt 104 bestimmt wird, dass das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 nicht umgekehrt worden ist, wird bestimmt, ob das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 ein einem fetten Gemisch entsprechendes Ausgangssignal ist (Schritt 108). Insbesondere wird bestimmt, ob ein zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t3 gezeigter Zustand oder ein zwischen dem Zeitpunkt t4 und dem Zeitpunkt t5 gezeigter Zustand hergestellt worden ist, wenn das Ablaufdiagramm der 3 als Beispiel genommen wird.
Wenn bestimmt wird, dass das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 ein einem fetten Gemisch entsprechendes Ausgangssignal ist, wird darüber hinaus bestimmt, ob das Ausgangssignal von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 mager ist (Schritt S110). Insbesondere wird bestimmt, ob ein durch die schraffierte Zeitspanne in 3 gezeigter Zustand weiterhin während der Zeitspanne hergestellt ist, wobei die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t3 oder die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt t4 und dem Zeitpunkt t5 als Beispiel genommen wird.
Wenn als ein Ergebnis bestimmt wird, dass die Bedingung in Schritt S110 nicht erfüllt worden ist, kann bestimmt werden, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der in den Katalysator 24 strömenden Abgase noch nicht mager geworden ist, obwohl das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem mageren Sollwert umgekehrt worden ist. In diesem Fall wird der wert der Speicherzeit Cmax auf einen Anfangswert zurückgesetzt (Schritt 112).
Es ist zu beachten, dass die "Speicherzeit Cmax" die Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators 24 ist, die berechnet wird, indem bei dem Prozess, bei dem der Katalysator 24 Sauerstoff speichert, die Sauerstoffmenge, die in den Katalysator 24 strömt, akkumuliert wird.
Wenn hingegen bei Schritt S110 bestimmt wird, dass das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F mager ist, kann bestimmt werden, dass das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem mageren Sollwert umgekehrt worden ist, und ferner, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator 24 strömenden Abgases mager geworden ist. In diesem Fall wird die Speicherzeit Cmax gemäß der folgenden Gleichung berechnet (Schritt S114): Cmax = CmaxO + 0,23 × ΔA/F × Kraftstoffmenge
Es ist zu beachten, dass CmaxO ein Anfangswert (0) von Cmax oder der zuletzt berechnete Wert von Cmax, und 0,23 ein Sauerstoffverhältnis in der Luft ist. Ferner ist ΔA/F der Wert, den man durch Subtraktion des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem durch den Luft-Kraftstoff-Sensor 26 erfassten Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F erhält. Ferner ist die Kraftstoffmenge die Menge des Kraftstoffs, der während der wiederholungs- bzw. Takt-Zeitspanne (z. B. 65 ms) der Routine dem Verbrennungsmotor 10 zugeführt wird. In diesem Fall erfasst die ECU 50 die Kraftstoffmenge auf der Grundlage der in einer weiteren Routine berechneten Einspritzmenge.
In der Gleichung entspricht "ΔA/F × Kraftstoffmenge" der Menge an unverbrannter Luft, die während der Wiederholungszeitspanne der Routine in den Katalysator 24 strömt. Der Wert, den man erhält, indem man den oben genannten Wert mit 0,23 multipliziert, entspricht der Menge des unverbrannten Sauerstoffs. Daher ist es gemäß der Gleichung möglich, einen akkumulierten Wert der Sauerstoffmenge zu erhalten, die während der Wiederholungszeitspanne der Routine immer dann in den Katalysator 24 strömt (darin gespeichert wird), wenn Schritt S114 ausgeführt wird.
Bei der in 5 gezeigten Routine wird bestimmt, ob die bei der Verarbeitung des Schrittes S114 berechnete Speicherzeit Cmax größer als ein Referenzwert α ist (S116). Der Referenzwert α ist der Anfangswert der Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators 24, das heißt der Wert, der der Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators 24 zum Zeitpunkt der Werksauslieferung entspricht. Zwar kann die Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators 24 im Laufe der Zeit abnehmen, doch nimmt sie nicht zu. Wenn demzufolge eine Speicherzeit Cmax berechnet wird, die α überschreitet, kann bestimmt werden, dass das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 über eine unnötig lange Zeit nicht umgekehrt worden ist, das heißt, es liegt eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 vor.
Wenn bei Schritt S116 bestimmt wird, dass Cmax > α nicht hergestellt worden ist, kann nicht bestimmt werden, ob eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 vorliegt. In diesem Fall endet der momentane Verarbeitungszyklus, wobei eine Bestimmung des Vorhandenseins oder Fehlens einer Fehlfunktion aufgeschoben wird.
Wenn hingegen bei Schritt S116 bestimmt wird, dass Cmax > α hergestellt worden ist, wird bestimmt, dass eine Fett-Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 vorliegt (Schritt S118). Wenn bei Schritt S118 bestimmt wird, dass eine "Fett-Fehlfunktion" des Sauerstoffsensors 28 vor liegt, wird bestimmt, dass die Erfassung einer Fehlfunktion zu diesem Zeitpunkt abgeschlossen worden ist. Eine "Fett-Fehlfunktion" des Sauerstoffsensors 28 ist eine Fehlfunktion, bei der das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 auf der fetten Seite bleibt und das magere Ausgangssignal nicht erzeugt werden kann. Wenn demzufolge die Routine erneut gestartet wird, nachdem Schritt S118 durchgeführt worden ist, wird bei Schritt S100 bestimmt, dass die Erfassung einer Fehlfunktion abgeschlossen worden ist.
Nachdem bestimmt worden ist, dass eine Fett-Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 vorliegt, wird der Befehl zum Abbrechen der aktiven Steuerung ausgegeben (Schritt S120), was den momentanen Verarbeitungszyklus beendet.
Wenn bei Schritt S108 in der Routine in 5 bestimmt wird, dass das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 nicht das fette Ausgangssignal ist, kann bestimmt werden, dass das Ausgangssignal das magere Ausgangssignal ist. Nimmt man das Ablaufdiagramm in 3 als Beispiel, so kann bestimmt werden, dass der zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 gezeigte Zustand oder der zwischen dem Zeitpunkt t3 und dem Zeitpunkt t4 gezeigte Zustand hergestellt worden ist.
Wenn die genannte Bestimmung gemacht ist, wird bestimmt, ob das Ausgangssignal von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 fett ist (Schritt S122). Insbesondere wird, indem als Beispiel die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt t3 und dem Zeitpunkt t4 in 3 genommen wird, bestimmt, ob der Zustand der schraffierten Zeitspanne in 3 weiterhin während der Zeitspanne hergestellt ist. wenn als Ergebnis bestimmt wird, dass eine Bedingung bei Schritt S122 nicht erfüllt ist, kann bestimmt werden, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der in den Katalysator 24 strömenden Abgase noch nicht fett geworden ist, obwohl das Soll-Luft-Abgas-Verhältnis zu dem fetten Sollwert umgekehrt worden ist. In diesem Fall wird der Wert der Abgabezeit Cmax auf den Anfangswert rückgesetzt (Schritt S124). Der Ausdruck "Abgabezeit Cmax" ist die Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators 24, die berechnet wird, indem die Höhe des Sauerstoffmangels in dem in den Katalysator 24 strömenden Abgas in dem Prozess, in dem der Katalysator 24 Sauerstoff abgibt, akkumuliert wird.
Wenn hingegen bei Schritt S122 bestimmt wird, dass da Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F fett ist, kann bestimmt werden, dass das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem fetten Sollwert umgekehrt worden ist, und dass ferner das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der in den Katalysator 24 strömenden Abgase fett geworden ist. Die Abgabezeit Cmax wird mit Hilfe derselben Gleichung (Cmax = Cmax0 + 0,23 × ΔA/F × Kraftstoffmenge) berechnet wie im Falle des Schrittes S114 (Schritt S126). Jedoch ist der bei Schritt S126 berechnete Ausdruck "ΔA/F × Kraftstoffmenge" die Sauerstoffmenge, die erforderlich ist, um die unverbrannten Komponenten (HC, CO) in den Abgasen zu verbrennen, das heißt die Höhe des Sauerstoffmangels in den Abgasen. Gemäß der Verarbeitung bei Schritt S126 ist es möglich, den akkumulierten Wert des von dem Katalysator 24 während der Wiederholungszeitspanne der Routine abgegebenen Sauerstoffs zu erhalten.
Bei der in 5 gezeigten Routine wird bestimmt, ob die bei der Verarbeitung bei Schritt S126 berechnete Abgabezeit Cmax größer als der Referenzwert α ist (Schritt S128). Wie oben erwähnt, ist der Referenzwert α der Anfangswert der Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators 24.
Wenn bei Schritt S128 bestimmt wird, dass Cmax > α nicht erfüllt ist, kann nicht bestimmt werden, ob eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 vorliegt. In diesem Fall endet der momentane Verarbeitungszyklus, wobei eine Erfassung einer Fehlfunktion aufgeschoben wird.
Wenn hingegen bei Schritt S128 bestimmt wird, dass Cmax > α erfüllt ist, wird bestimmt, dass eine Mager-Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 vorliegt (Schritt S130). Wenn bei der Verarbeitung bei Schritt S130 bestimmt wird, dass eine Mager-Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 vorliegt, wird bestimmt, dass die Erfassung einer Fehlfunktion zu diesem Zeitpunkt abgeschlossen worden ist. wenn demzufolge die Routine neu gestartet wird, nachdem Schritt S130 ausgeführt worden ist, wird bei Schritt S100 bestimmt, dass die Erfassung einer Fehlfunktion abgeschlossen worden ist. Der Ausdruck "Mager-Fehlfunktion" des Sauerstoffsensors 28 ist eine Fehlfunktion, bei der das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 auf der mageren Seite bleibt und das fette Ausgangssignal nicht erzeugt werden kann.
Wenn bestimmt wird, dass eine Mager-Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 vorliegt, endet der vorliegende Verarbeitungszyklus nachdem der Schritt S120 ausgeführt ist, um die aktive Steuerung zu unterbrechen.
Wie oben beschrieben ist, kann gemäß der in 5 gezeigten Routine die Speicherzeit Cmax in dem Zustand berechnet werden, in dem der Katalysator 24 während der aktiven Steuerung Sauerstoff speichern muss (der Zustand, in dem das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 fett ist und das Ausgangssignal von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 mager ist). Dann, die theoretische Speicherzeit Cmax hat den Anfangswert der Sauerstoffspeicherkapazität überschritten, ist es möglich, sofort eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 zu erfassen und ferner die aktive Steuerung zu unterbrechen.
Gemäß der in 5 gezeigten Routine kann die Abgabezeit Cmax in einem Zustand berechnet werden, in dem der Katalysator 24 während der aktiven Steuerung die Abgabe von Sauerstoff benötigt (ein Zustand, in dem das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 mager ist und das Ausgangssignal von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 fett ist). Wenn der theoretische Cmax den Anfangswert der Sauerstoffspeicherkapazität überschritten hat, ist es möglich, sofort eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 zu erfassen und die aktive Steuerung zu unterbrechen.
Gemäß dem genannten Verfahren ist es möglich, eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 entsprechend dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 10, das heißt entsprechend der Strömungsmenge der Abgase, in kürzester Zeit in allen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors zu erfassen. Ferner ist es möglich, die Menge an ungereinigten Abgasen, die in die Luft abgegebenen werden, zu minimieren, indem die aktive Steuerung sofort unterbrochen wird, nachdem eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 erfasst wird. Wenn daher bei gemäß dem System der Ausführungsform eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 vorliegt, ist es möglich, in kurzer Zeit die Fehlfunktion zu erfassen und eine Verschlechterung der Emissionscharakteristik entsprechend zu unterdrücken.
Eine Fehlfunktion aufgrund eines Risses in einem Element zusätzlich zu einer Fehlfunktion aufgrund eines Kurzschlusses oder einer Trennung bzw. Unterbrechung kann bei dem Sauerstoffsensor 28 hervorgerufen werden, der bei der Ausführungsform verwendet wird. Im Falle einer Fehlfunktion aufgrund eines Kurzschlusses oder einer Trennung, ist es möglich, das Vorhandensein oder das Fehlen einer Fehlfunktion zu erfassen, indem überprüft wird, ob eine Änderung in dem Ausgangssignal von dem Sensor hervorgerufen wurde, da das Ausgangssignal von dem Sensor auf einer der Ausgangssignalseiten bleibt. Hingegen ist es nicht möglich, das Vorhandensein oder das Fehlen einer Fehlfunktion aufgrund eines Risses in dem Element durch ein solches Verfahren zu erfassen.
Die Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 aufgrund eines Risses in dem Element ist eine Fehlfunktion, bei der ein Riss in dem in 2 gezeigten Schichtelement 32 hervorgerufen wird. Wenn diese Fehlfunktion auftritt, wird es möglich, dass die in den Luftraum 36 eingeleitete Luft durch einen Riss in die Messgaskammer 40 eindringt. 6 ist ein Diagramm, das eine normale Ausgangscharakteristik (durchgezogene Linie) zeigt, sowie eine Ausgangscharakteristik (gestrichelte Linie), für den Fall, dass das Element des Sauerstoffsensors 28 einen Riss aufweist. Wie in diesem Diagramm gezeigt ist, erzeugt der Sauerstoffsensor 28, der einen Riss in dem Element aufweist, ein niedriges Ausgangssignal, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgase fett oder mager ist, und erzeugt ein hohes Ausgangssignal, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch der Abgase in der Umgebung des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses liegt.
Wenn die Charakteristik des Ausgangssignals des Sauerstoffsensors 28 so ist, wie es durch die gestrichelte Linie in 6 dargestellt ist, ist es nicht möglich, das Vorhandensein oder das Fehlen der Fehlfunktion in Abhängigkeit davon zu erfassen, ob eine Änderung der Ausgangsleistung von dem Sensor vorliegt. Da der Sauerstoffsensor 28 auf der stromabwärts gelegenen Seite des Katalysators 24 angeordnet ist, kann auf der Grundlage des Ausgangssignals von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 nicht bestimmt werden, ob die den Katalysator 24 umströmenden Abgase tatsächlich fett oder mager ist. Demzufolge ist es nicht möglich, das Vorhandensein oder das Fehlen der Fehlfunktion aufgrund eines Risses in dem Element einfach dadurch zu erfassen, dass das Ausgangssignal von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 mit dem Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 verglichen wird.
Wenn hingegen gemäß dem bei der Ausführungsform verwendeten Verfahren in dem Fall, in dem das fette Abgas den Sauerstoffsensor 28 umströmt, der Sauerstoffsensor 28 weiterhin ein Ausgangssignal erzeugt, das in der Nähe von 0 V liegt, wird eine Fehlfunktion des Sensors sofort erfasst. Demzufolge kann das System in der Ausführungsform das Vorhandensein oder Fehlen einer Fehlfunktion aufgrund eines Risses in dem Element des Sauerstoffsensors 28 in kurzer Zeit erfassen.
Bei der ersten Ausführungsform wird die aktive Steuerung, bei der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wiederholt umgekehrt wird, so ausgeführt, dass das Vorhandensein oder Fehlen einer Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 erfasst wird. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Insbesondere ist es zur Erfassung einer Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 nicht notwendig, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen dem fetten Sollwert und dem mageren Sollwert umzukehren. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann entweder auf den fetten Sollwert oder den mageren Sollwert eingestellt werden, bis das Vorhandensein oder Fehlen einer Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 bestimmt ist.
Bei der ersten Ausführungsform wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett oder mager eingestellt, indem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf den fetten Sollwert oder den mageren Sollwert eingestellt wird, um das Vor handensein oder das Fehlen einer Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 zu bestimmen. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Insbesondere kann das Vorhandensein oder das Fehlen einer Fehlfunktion des Sauerstoffsensors 28 bestimmt werden, indem die Zeitspanne verwendet wird, in der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis notwendigerweise auf der fetten oder auf der mageren Seite liegt, wie etwa die Zeitspanne, während der der Kraftstofffluss unterbrochen ist.
Bei der ersten Ausführungsform werden die in den Katalysator 24 strömende Sauerstoffmenge und die Höhe des Sauerstoffmangels in dem in den Katalysator 24 strömenden Abgas auf der Grundlage der Differenz ΔA/F zwischen dem durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 erfassten Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F und dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet, und der Menge des dem Verbrennungsmotor 10 zugeführten Kraftstoffs. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Insbesondere kann die Menge des Sauerstoffs und die Höhe des Sauerstoffmangels auf der Grundlage der von dem Luftmengenmessgerät 18 erfassten Ansaugluftmenge und der Kraftstoffzuführmenge (die zugeführte Kraftstoffmenge) berechnet werden, ohne ΔA/F zu verwenden.
Wenn ein solches Berechnungsverfahren angewandt wird, ist es nicht nötig, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F stromaufwärts von dem Katalysator 24 zu messen, wie es bei der ersten Ausführungsform der Fall ist. Wenn demzufolge dieses Berechnungsverfahren angewandt wird, kann der auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Katalysators 24 angeordnete Sensor ein Sauerstoffsensor statt ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor sein.
Bei der ersten Ausführungsform wird bestimmt, dass sich der Sauerstoffsensor 28 in einem normalen Zustand befindet, wenn bei der Durchführung der Routine in 5 (siehe Schritte S104, S106) einmal eine Umkehrung des Ausgangssignals von dem Sauerstoffsensor 28 bestimmt wird. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Insbesondere kann die Bestimmung, ob sich der Sauerstoffsensor 28 in einem normalen Zustand befindet, erst dann durchgeführt werden, wenn sowohl eine Umkehrung des einem fetten Gemisch entsprechenden Ausgangssignals zu dem einem mageren Gemisch entsprechenden Ausgangssignal, als auch eine Umkehrung des einem mageren Gemisch entsprechenden Ausgangssignals zu dem einem fetten Gemisch entsprechenden Ausgangssignal bestimmt sind.
Bei der ersten Ausführungsform entspricht der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 dem "stromaufwärtsseitigen" Sensor in dem ersten Aspekt der Erfindung. Außerdem wird das "Mittel zur Berechnung der Speicherzeitkapazität" in dem ersten Aspekt der Erfindung realisiert, wenn die ECU 50 die Verarbeitung des Schritts S114 ausführt, das "Mittel zur Berechnung der Abgabezeitkapazität" in dem ersten Aspekt der Erfindung wird realisiert, wenn die ECU 50 die Verarbeitung des Schritts S126 ausführt, und das "Fehlfunktions-Bestimmungsmittel" in dem ersten Aspekt der Erfindung wird realisiert, wenn die ECU 50 die Verarbeitung der Schritte S116, S118, S128 und S130 ausführt.
Bei der ersten Ausführungsform wird das "Mittel zur Berechnung einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Differenz" in dem zweiten Aspekt der Erfindung realisiert, wenn die ECU 50 durch Subtraktion des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei Schritt S114 oder S126 ΔA/F berechnet, und das "Mittel zur Erfassung der Kraftstoffzuführmenge" in dem zweiten Aspekt der Erfindung wird realisiert, wenn die ECU 50 die Kraftstoffmenge erfasst. Ferner wird das "Sauerstoffmengen-Berechnungsmittel" in dem zweiten Aspekt der Erfindung realisiert, wenn die ECU 50 bei Schritt S114 die Sauerstoffmenge in dem Abgas auf der Grundlage von ΔA/F und der Kraftstoffmenge berechnet, und das "Mittel zur Berechnung der Höhe des Sauerstoffmangels" in dem zweiten Aspekt der Erfindung wird realisiert, wenn die ECU 50 bei Schritt S126 die Höhe des Sauerstoffmangels auf der Grundlage von ΔA/F und der Kraftstoffmenge berechnet.
Bei der ersten Ausführungsform wird das "Mittel zur Einstellung eines mageren Gemisches" in dem dritten Aspekt der Erfindung realisiert, wenn die ECU 50 während der der aktiven Steuerung das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf den mageren Sollwert einstellt, und das "Mittel zur Einstellung eines fetten Gemisches" in dem dritten Aspekt der Erfindung wird realisiert, wenn die ECU 50 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der aktiven Steuerung auf den fetten Sollwert einstellt.
Darüber hinaus wird bei der ersten Ausführungsform das "Umkehrungssteuerungsmittel" in dem vierten Aspekt der Erfindung realisiert, wenn die ECU 50 während der aktiven Steuerung jedesmal, wenn das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor 28 umgekehrt wird, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen dem fetten Sollwert und dem mageren Sollwert umkehrt.
Bei der ersten Ausführungsform wird das "Einstellunterdrückungsmittel" in dem fünften Aspekt der Erfindung realisiert, wenn die ECU 50 die Verarbeitung des Schrittes S120 ausführt.
Die Steuereinheit (z. B. die ECU 50) der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsformen ist als programmierter Allzweckcomputer ausgeführt. Es ist selbstver ständlich für den Fachmann, dass die Steuereinheit implementiert werden kann, indem eine einzige anwendungsspezifische integrierte Schaltung (z. B. ein ASIC) verwendet wird, die einen Haupt- oder Zentralprozessorabschnitt zur Gesamtsteuerung auf Systemebene, und separate Abschnitte aufweist, die zur Ausführung verschiedener, unterschiedlicher und spezifischer Berechnungen, Funktionen oder weiterer, von dem Zentralprozessorabschnitt gesteuerter Prozesse bestimmt sind. Die Steuereinheit kann aus einer Mehrzahl von separaten dedizierten oder programmierbar integrierten oder anderen elektronischen Schaltkreisen und Bauelementen (z. B. festverdrahteten elektronischen oder logischen Schaltungen wie Schaltungen mit diskreten Bauelementen, oder Bauelementen mit programmierbarer Logik wie PLSs, PLAs, PALs oder dergleichen) bestehen. Die Steuereinheit kann implementiert sein, indem ein geeigneter programmierter Allzweckcomputer, z. B. ein Mikrocomputer, ein Mikrocontroller oder eine andere Prozessorvorrichtung (CPU oder MPU), entweder allein oder in Verbindung mit einem oder mehreren peripheren (z. B. einer integrierten Schaltung) Daten- oder Signalverarbeitungsvorrichtungen verwendet wird. Allgemein kann jede Vorrichtung oder Anordnung von Vorrichtungen verwendet werden, auf der eine Maschine endlicher Zustände die hierin beschriebenen Prozeduren implementieren kann. Eine verteilte Datenverarbeitungsarchitektur kann verwendet werden, um eine maximale Daten/Signal-Verarbeitungsfähigkeit und -Geschwindigkeit zu erreichen.
Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 ist auf einer stromaufwärts gelegenen Seite eines Katalysators angeordnet, und ein Sauerstoffsensor 28 ist auf einer stromabwärts gelegenen Seite des Katalysators angeordnet. Man erhält eine Sauerstoffspeicherkapazität Cmax des Katalysators, indem eine Sauerstoffmenge, die während einer Zeitspanne, in der ein Sauerstoffsensor ein einem fetten Gemisch entsprechendes Ausgangssignal erzeugt (Schritt S108) und der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor ein einem mageren Gemisch entsprechendes Ausgangssignal erzeugt (Schritt S110), in den Katalysator strömt (Schritt S114) bestimmt wird. Wenn die theoretische Sauerstoffspeichermenge Cmax eine maximale Sauerstoffspeichermenge α des Katalysators überschritten hat (Schritt S116), wird eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors erfasst (Schritt S118). Demzufolge wird es möglich, in kurzer Zeit eine Fehlfunktion eines Sauerstoffsensor zu erfassen, der auf der stromabwärts gelegenen Seite des Katalysators angeordnet ist, unabhängig von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors.

Claims

Fehlfunktionserfassungssystem zur Erfassung einer Fehlfunktion eines Sauerstoffsensors (28), der auf einer stromabwärts gelegenen Seite eines Katalysators (24) zur Reinigung von Abgasen angeordnet ist, die von einem Verbrennungsmotor (10) abgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: – einen stromaufwärtsseitigen Sensor (26), der auf einer stromaufwärts gelegenen Seite des Katalysators (24) angeordnet ist und ein Ausgangssignal erzeugt, das einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgase entspricht; – ein Mittel (50, S114) zur Berechnung der Speicherzeitkapazität, um eine theoretische Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators (24) durch Bestimmen einer Sauerstoffmenge in den Abgasen zu erhalten, die während einer Zeitspanne in den Katalysator (24) strömen, in der der Sauerstoffsensor (28) ein einem fetten Gemisch entsprechendes Ausgangssignal und der stromaufwärtsseitige Sensor (26) ein einem mageren Gemisch entsprechendes Ausgangssignal erzeugt; und – ein Mittel (S116, S118) zur Erfassung einer Fehlfunktion, um eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors (28) zu erfassen, wenn die theoretische Sauerstoffspeicherkapazität eine maximale Sauerstoffspeichermenge des Katalysators (24) überschritten hat.
System nach Anspruch 1, wobei der stromaufwärtsseitige Sensor (26) ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor zur Erfassung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgase ist, dadurch gekennzeichnet, dass das es ferner umfasst: – ein Mittel (50, S114) zur Berechnung einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Differenz, um eine Differenz ΔA/F zwischen einem durch den stromaufwärtsseitigen Sensor (26) erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erhalten; und – ein Mittel zur Erfassung einer Kraftstoffzuführmenge, um eine dem Verbrennungsmotor zugeführte Kraftstoffmenge zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (50, S114) zur Berechnung der Speicherzeitkapazität ein Sauerstoffmengen-Berechnungsmittel (50, S114) zur Berechnung einer Sauerstoffmenge in den Abgasen auf der Grundlage der Differenz ΔA/F und der Kraftstoffzuführmenge umfasst.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet das es ferner umfasst: – ein Mittel (50) zur Einstellung eines mageren Gemisches, das in Verbindung mit dem Mittel (50, S114) zur Berechnung der Speicherzeitkapazität verwendet wird, um ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das dem Verbrennungsmotor (10) zugeführt wird, mager einzustellen, während der Sauerstoffsensor (28) ein einem fetten Gemisch entsprechendes Ausgangssignal erzeugt.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner umfasst: – ein Mittel zur Einstellung eines fetten Gemisches, um ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, das dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, fett einzustellen, während der Sauerstoffsensor (28) ein einem mageren Gemisch entsprechendes Ausgangssignal erzeugt; und – ein Mittel (50) zur Steuerung einer Umkehrung, um das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen fett und mager umzukehren, indem das Mittel (50) zur Einstellung eines fetten Gemisches und das Mittel zur Einstellung eines mageren Gemisches so gesteuert werden, dass ihr jeweiliger Betrieb immer dann alterniert wird, wenn ein Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor umgekehrt wird.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner umfasst: – Einstellungsunterdrückungsmittel (S120), um die Einstellung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch das Mittel (50) zur Einstellung eines fetten Gemisches und die Einstellung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch das Mittel (50) zur Einstellung eines mageren Gemisches zu unterdrücken, wenn eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors (28) erfasst wird.
Fehlfunktionserfassungssystem zur Erfassung einer Fehlfunktion eines Sauerstoffsensors (28), der auf einer stromabwärts gelegenen Seite eines Katalysators (24) zur Reinigung von Abgasen angeordnet ist, die von einem Verbrennungsmotor (10) abgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlfunktionserfassungssystem umfasst: – einen stromaufwärtsseitigen Sensor (26), der an einer stromaufwärts gelegenen Seite des Katalysators (24) angeordnet ist und ein Ausgangssignal erzeugt, das einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgase entspricht; – ein Mittel (50, S126) zur Berechnung der Abgabezeitkapazität, um eine theoretische Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators (24) zu erhalten, indem während einer Zeitspanne, in der der Sauerstoffsensor (28) ein einem mageren Gemisch entsprechendes Ausgangssignal erzeugt und der stromaufwärtsseitige Sensor (26) ein einem fetten Gemisch entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, eine Höhe eines Sauerstoffmangels in den Abgasen bestimmt, die in den Katalysator (24) strömen; und – ein Fehlfunktions-Erfassungsmittel (S128, S130), um eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors (28) zu erfassen, wenn die theoretische Sauerstoffspeicherkapazität eine maximale Sauerstoffspeichermenge des Katalysators überschritten hat.
System nach Anspruch 6, wobei der stromaufwärtsseitige Sensor (26) ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor zur Erfassung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Abgase ist, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: – ein Mittel (50, S126) zur Berechnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, um eine Differenz ΔA/F zwischen einem von dem stromaufwärtsseitigen Sensor (26) erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erhalten; und – ein Mittel zur Erfassung der Kraftstoffzuführmenge, um eine dem Verbrennungsmotor (10) zugeführte Kraftstoffmenge zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (50, S126) zur Erfassung der Abgabezeit ein Mittel (50, S126) zur Berechnung einer Höhe eines Sauerstoffmangels in den Abgasen auf der Grundlage der Differenz ΔA/F und der Kraftstoffzuführmenge umfasst.
System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner umfasst: – ein Mittel (50) zur Einstellung eines fetten Gemisches, das in Verbindung mit dem Mittel (50, S126) zur Berechnung der Abgabezeitkapazität verwendet wird, um ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, das dem Verbrennungsmotor (10) zugeführt wird, fett einzustellen, während der Sauerstoffsensor (28) ein einem mageren Gemisch entsprechendes Ausgangssignal erzeugt.
Verfahren zur Erfassung einer Fehlfunktion eines Sauerstoffsensors (28), der auf einer stromabwärts gelegenen Seite eines Katalysators (24) zur Reinigung von Abgasen angeordnet ist, die von einem Verbrennungsmotor (10) abgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgase stromaufwärts von dem Katalysator (24); – Erhalten einer theoretischen Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators (24), indem eine Sauerstoffmenge in den Abgasen bestimmt wird, die während einer Zeitspanne in den Katalysator (24) strömen, in der der Sauerstoffsensor (28) ein einem fetten Gemisch entsprechendes Ausgangssignal erzeugt und erfasst wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgase stromaufwärts von dem Katalysator mager ist; und – Erfassen einer Fehlfunktion des Sauerstoffsensors (28), wenn die theoretische Sauerstoffspeichermenge eine maximale Sauerstoffspeichermenge des Katalysators überschritten hat.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die folgenden Schritte umfasst: – Erhalten einer Differenz ΔA/F zwischen einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das stromaufwärts von dem Katalysator (24) erfasst wird, und einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis; – Erfassen einer dem Verbrennungsmotor (10) zugeführten Kraftstoffmenge; und – Berechnen einer Sauerstoffmenge in den Abgasen auf der Grundlage der Differenz ΔA/F und der Kraftstoffzuführmenge.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die folgenden Schritte umfasst: – Mager-Einstellen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, das dem Verbrennungsmotor (10) zugeführt wird, während der Sauerstoffsensor (28) ein einem fetten Gemisch entsprechendes Ausgangssignal erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die folgenden Schritte umfasst: – Fett-Einstellen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, das dem Verbrennungsmotor (10) zugeführt wird, während der Sauerstoffsensor (28) ein einem mageren Gemisch entsprechendes Ausgangssignal erzeugt; und – Umkehrung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen fett und mager, indem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis alternierend zwischen mager und fett umgekehrt wird, jedes Mal wenn das Ausgangssignal von dem Sauerstoffsensor (28) umgekehrt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die folgenden Schritte aufweist: – Unterdrückung der Einstellung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, wenn eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors (28) erfasst wird.
Verfahren zum Erfassen einer Fehlfunktion eines Sauerstoffsensors (28), der auf eines stromabwärts gelegenen Seite eines Katalysators (24) zur Reinigung von Abgasen angeordnet ist, die von einem Verbrennungsmotor (10) abgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgase stromaufwärts von dem Katalysator (24); – Erhalten einer theoretischen Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators (24), indem eine Höhe eines Sauerstoffmangels in den Abgasen bestimmt wird, die während einer Zeitspanne in den Katalysator (24) strömen, in der der Sauerstoffsensor (28) ein einem mageren Gemisch entsprechendes Ausgangssignal erzeugt und erfasst wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgase stromaufwärts von dem Katalysator (24) fett ist; und – Erfassen, dass eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors (28) vorliegt, wenn die theoretische Sauerstoffspeicherkapazität eine maximale Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators (24) überschritten hat.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die folgenden Schritte umfasst: – Erhalten einer Differenz ΔA/F zwischen einem stromaufwärts von dem Katalysator (24) erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis; – Erfassen dem Verbrennungsmotor (10) zugeführten Kraftstoffmenge; und – Berechnen einer Höhe eines Sauerstoffmangels in dem Abgas auf der Grundlage der Differenz ΔA/F und der Kraftstoffzuführmenge.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die folgenden Schritte umfasst: – Fett-Einstellung eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, das dem Verbrennungsmotor (10) zugeführt wird, während der Sauerstoffsensor (28) ein einem mageren Gemisch entsprechendes Ausgangssignal liefert.