DE10335827B4 - Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors - Google Patents

Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors, wobei die Verschlechterungserfassungsvorrichtung folgendes aufweist:
einen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor (25) mit einer Elektrode an einem festen Elektrolytelement zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem Abgas von einer Kraftmaschine (11), gekennzeichnet durch
eine Temperaturanpasseinrichtung (29, 214) zum Anpassen einer Temperatur des festen Elektrolytelements in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor auf zumindest zwei unterschiedliche vorbestimmte Temperaturen;
eine Luft-Kraftstoff-Verhältniserfassungsverschlechterungserfassungseinrichtung (29, 215) zum Erfassen einer Verschlechterung des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors auf Grundlage von Ausgaben des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors, die erzeugt werden, wenn die Temperatur des festen Elektrolytelements durch die Temperaturanpasseinrichtung auf die zwei unterschiedlichen Temperaturen angepasst ist, und
einer Temperaturanpassungsfehlfunktionserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Fehlfunktion der Temperaturanpasseinrichtung,
wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältniserfassungsverschlechterungserfassungseinrichtung die Verschlechterung des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors nur dann erfasst, wenn durch die Temperaturanpassungsfehlfunktionserfassungseinrichtung keine Fehlfunktion erfasst wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor, insbesondere auf eine Verschlechterungserfassungsvorrichtung für einen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor zum Diagnostizieren einer Verschlechterung eines stromabwärts liegenden Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors, der stromabwärts eines Katalysators angeordnet ist. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors, die in der Lage ist, eine Verschlechterung eines stromabwärts liegenden Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors zu einem frühen Zeitpunkt und genau zu erfassen.
  • Sauerstoffsensoren sind jeweils stromaufwärts und stromabwärts eines Katalysators angeordnet, der in einem Abgasemissionssystem einer Kraftmaschine zwischengeschaltet ist. Ferner wird bei einer solchen Konstruktion ein Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelungsfaktor auf der Grundlage eines Ausgabewertes des stromaufwärts des Katalysators angeordneten stromaufwärts liegenden (O2)-Sensors eingestellt und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird so gesteuert, dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromaufwärts des Katalysators zu einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. Ferner wurde ein duales O2-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungssystem vorgeschlagen, um eine korrekte Bildung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu erreichen, indem der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungsfaktor auf der Grundlage eines Ausgabewerts des stromabwärts des Katalysators angeordneten stromabwärts liegenden Sauerstoffsensors korrigiert wird.
  • Unterdessen wird bei einem solchen dualen O2-Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystem das Ansprechverhalten des Sauerstoffsenors verschlechtert, wenn sich entsprechende Sauerstoffsensoren verschlechtern. Daher wird eine korrekte Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung verschlechtert.
  • Ferner wird bei dem dualen O2-Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystem eine Verschlechterung des Katalysators durch Vergleichen von Ausgaben der beiden stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators vorgesehen Sauerstoffsensoren diagnostiziert. Daher wird die Diagnosegenauigkeit der Verschlechterung des Katalysators unter Verwendung der Sauerstoffsensoren zudem verschlechtert, wenn sich die jeweiligen Sauerstoffsensoren verschlechtern. Daher ist es notwendig die Verschlechterung der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensoren zu erfassen.
  • Bei dieser Gelegenheit wird eine Sauerstoffkonzentration in dem von der Kraftmaschine emittierten Abgas direkt erfasst, da der stromaufwärts liegende Sauerstoffsensor stromaufwärts des Katalysators angeordnet ist. Daher reagiert der stromaufwärts liegende Sauerstoffsensor unmittelbar auf die Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, wenn sich eine Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einstellt. Daher kann die Verschlechterung des stromaufwärts liegenden Sauerstoffsensors vergleichsweise einfach durch Überwachen der Ausgabe des stromaufwärts liegenden Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors erfasst werden, wenn sich die Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einstellt.
  • Im Gegensatz dazu erfasst der stromabwärtsliegende Sauerstoffsensor das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas nachdem es den Katalysator passiert hat, da der stromabwärts liegende Sauerstoffsensor stromabwärts des Katalysators vorgesehen ist. Daher wird selbst dann, wenn sich die Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einstellt, die Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch Sauerstoffadsorption und- trennung durch Oxidations- und Reduktionsreaktion des Katalysators oder ein Speichereffekt des Katalysators geglättet und der stromabwärts liegende Sauerstoffsensor erfasst das geglättete Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Ferner wird der Speichereffekt des Katalysators durch die Verschlechterung geändert. Daher ist es schwierig, die Verschlechterung des stromabwärts liegenden Sauerstoffsensors an sich aus einem Reaktionszustand des stromabwärts liegenden Sauerstoffsensors mit Bezug auf die Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Kraftmaschine zu erfassen.
  • Um dieses Problem zu lösen, wurde ein Verfahren zum Erfassen der Verschlechterung des stromabwärts liegenden Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors vorgeschlagen, der durch den Einfluss des Katalysators schwer zu beeinflussen ist. Beispielsweise wird in der JP 62-250 351 A eine Verschlechterung erfasst, wenn sich ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis mehr als eine Katalysatorspeicherfunktion ändert, wenn die Kraftstoffzufuhr unterbrochen ist.
  • Jedoch ist gemäß dem Verfahren zur Erfassung der Verschlechterung des Sauerstoffsensors bei unterbrochener Kraftstoffzufuhr, wie in der JP 62-250 351 A , ein Erfassungszustand der Verschlechterung auf den Zustand der unterbrochenen Kraftstoffzufuhr beschränkt. Insbesondere in dem Fall, in dem das Kraftfahrzeug ein Automatikgetriebe hat, wird eine Kraftstoffunterbrechung beim Betrieb in einem Stadtbereich, kaum durchgeführt. Daher ist eine Häufigkeit, mit der die Verschlechterungserfassung ausgeführt wird, verringert.
  • Auf diese Weise ist bei dem Verfahren die Ausführbedingung merklich begrenzt. Daher ist die Häufigkeit der Erfassung verringert. Ferner ist selbst dann, wenn die Ausführbedingung aufgestellt ist, die Ausführbedingung bei einem vergänglichen Zustand aufgestellt. Daher ist es schwierig, die Erfassungsgenauigkeit sicherzustellen.
  • In der JP 07-198 672 A ist eine Diagnosevorrichtung für einen Sauerstoffsensor beschrieben, dessen Ausgabe zunächst bei „normaler” Temperatur erfasst wird. Anschließend wird die Temperatur des Sensors durch Ansteuern eines Heizelements erhöht. In diesem Zustand wird ein zweiter Ausgabewert erfasst und auf den Vergleich beider Werte erfolgt eine Diagnose des Zustands des Sauerstoffsensors.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu schaffen, die nur schwer durch einen Einfluss einer Katalysator-Speicherfunktion beeinträchtigt wird, und die in der Lage ist, eine Erfassungshäufigkeiten von vielen Malen sicherzustellen.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Um diese Aufgabe zu lösen, wird erfindungsgemäß eine Verschlechterung des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors durch Vergleichen von Ausgaben des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors erfasst, wenn eine Temperatur eines festen Elektrolytelements auf zumindest zwei unterschiedliche Temperaturen eingestellt ist.
  • Eine Störung des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors wird durch Verwendung einer Charakteristik erfasst, dass sich die Empfindlichkeit in Bezug auf eine Abgaskomponente um eine Differenz der Temperatur des festen Elektrolytelements ändert, das heißt, dass sich die Aktivität seines Elektrodenabschnitts ändert, wenn sich die Temperatur des festen Elektrolytelements des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors ändert.
  • Beispielsweise ändert sich in dem Fall eines ungestörten (normalen) Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors die Empfindlichkeit hinsichtlich des Abgases in Übereinstimmung mit einer Elementtemperaturänderung. Daher wird, wenn Ausgabewellenformen zwischen unterschiedlichen Elementtemperaturen verglichen werden, eine Differenz erzeugt. Im Gegensatz dazu wird in dem Fall eines verschlechterten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors, in dem der Elektrodenabschnitt verschlechtert ist, die Aktivität verringert. Daher ist selbst dann, wenn sich die Elementtemperatur des festen Elektrolyts ändert, die Änderung der Ausgabewellenform verringert. Daher kann die Verschlechterung des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors durch Vergleichen von Ausgaben des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors bei unterschiedlichen Temperaturen des festen Elektrolytelements erfasst werden.
  • Dabei kann der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor mit der vorgenannten Charakteristik versehen sein und beinhaltet einen linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor oder einen Sauerstoffsensor. Ferner kann, obwohl die Erfindung insbesondere in einem stromabwärts eines Katalysators vorgesehenen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor wirksam ist, die Erfindung zudem in einem stromaufwärts des Katalysators vorgesehenen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor angewendet werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen angegeben:
  • 1 ist eine schematische Ansicht eines Kraftmaschinensystems, auf welches die vorliegende Erfindung angewendet wird;
  • 2 ist ein Ablaufdiagramm eines Ablaufs zum Einstellen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm eines Ablaufs zum Einstellen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einer Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels;
  • 4 ist ein Ablaufdiagramm eines Ablaufs zum Einstellen einer Sollausgabespannung eines ersten Sauerstoffsensors der Modifikation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 5A und 5B sind Datenkennfelder zum Einstellen eines Fettintegrationsbetrags und eines Magerintegrationsbetrags gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 6 ist ein Kennfeld zum Einstellen eines Proportionalitätsbetrags des ersten Ausführungsbeispiels;
  • 7 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und einer Impedanz gemäß dem ersten Ausführungsbeispiels;
  • 8A und 8B sind Zeittafeln der Erfassung der Impedanz;
  • 9 ist ein Schaubild der Impedanzcharakteristik eines Sauerstoffsensors;
  • 10 ist ein Ablaufdiagramm einer Steuerung eines Heizelements des Sauerstoffsensors des ersten Ausführungsbeispiels;
  • 11 ist ein Blockdiagramm zum Steuern einer Elementtemperatur des Sauerstoffsensors;
  • 12 ist ein CO-Reaktionscharakteristikdiagramm des Sauerstoffsensors;
  • 13 ist ein NO-Reaktionscharakteristikdiagramm des Sauerstoffsensors;
  • 14 ist ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zum Erfassen einer Verschlechterung des Sauerstoffsensors;
  • 15 ist ein Zeitdiagramm, das den Erfassungsvorgang der Verschlechterung des Sauerstoffsensors zeigt;
  • 16 ist ein Charakteristikdiagramm, das das Prinzip der Erfassung der Verschlechterung des Sauerstoffsensors zeigt;
  • 17 ist ein Charakteristikdiagramm, das eine Zulässigkeit der Erfassung der Verschlechterung des Sauerstoffsensors zeigt;
  • 18 ist ein Ablaufdiagramm, das durch eine ECU eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
  • 19 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess zur Erfassung einer Verschlechterung eines Sauerstoffsensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 20 ist ein Ablaufdiagramm, das durch eine ECU einer Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels ausgeführt wird;
  • 21 ist ein Zeitdiagramm, das einen Ablauf des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt;
  • 22 ist ein Ablaufdiagramm, das durch eine ECU einer Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels ausgeführt wird;
  • 23 ist ein Korrelationsdiagramm, das ein Verhältnis zwischen einer Variation in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis vor einem Katalysator und einem aufsummierten Wert einer Variation in einer Sensorausgabe zeigt;
  • 24 ist ein Ablaufdiagramm, das durch eine ECU einer Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels ausgeführt wird;
  • 25 ist ein Korrelationsdiagramm, das ein Verhältnis zwischen einer Einlassluftmenge und einer Sensorausgabevariation zeigt.
  • (erstes Ausführungsbeispiel)
  • In 1 ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungssystem einer Benzineinspritzkraftmaschine gezeigt. Bei diesem System wird eine Menge des zu der Kraftmaschine eingespritzten Kraftstoffs auf Grundlage eines Erfassungsergebnisses durch Luft-Kraftstoff-Verhältnissensoren auf ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert.
  • An dem am weitesten stromaufwärts liegenden Abschnitt eines Einlassrohrs 12 einer Kraftmaschine 11 ist ein Luftfilter 13 vorgesehen. Stromabwärts des Luftfilters 13 ist ein Luftmengenmesser 14 zum Erfassen einer Einlassluftmenge vorgesehen. Stromabwärts des Luftmengenmessers 14 sind ein Drosselventil 15 und ein Drosselöffnungsgradsensor 16 zum Erfassen eines Drosselöffnungsgrads vorgesehen.
  • Ferner ist stromabwärts des Drosselventils 15 ein Zwischenbehälter 17 vorgesehen. An dem Zwischenbehälter 17 ist ein Einlassrohrdrucksensor 18 zum Erfassen eines Einlassrohrdrucks vorgesehen. Ferner ist an dem Zwischenbehälter 17 ein Einlasskrümmer 19 zum Einführen von Luft zu entsprechenden Zylindern der Kraftmaschine 11 vorgesehen. In der Nähe einer Einlassöffnung des Einlasskrümmers 19 eines jeden Zylinders ist ein Kraftstoffeinspritzventil 20 zum Einspritzen von Kraftstoff angebracht.
  • Unterdessen sind an der Mitte des Auslassrohrs 21 (Abgaspfad) der Kraftmaschine 11 ein stromaufwärts liegender Katalysator 22 und ein stromabwärts liegender Katalysator 23 zum Verringern von schädlichen Komponenten (CO, HC, NOx oder dgl.) in dem Abgas in Reihe installiert. In diesem Fall ist der stromaufwärts liegende Katalysator 22 mit einer vergleichsweise geringen Kapazität ausgebildet, so dass das Aufwärmen relativ schnell nach dem Starten vollendet ist und die Abgasemissionen beim Starten verringert werden. Im Gegensatz dazu ist der stromabwärts liegende Katalysator 23 mit einer vergleichsweise großen Kapazität ausgebildet, so dass das Abgas selbst in einem Hochlastbereich, in dem die Menge des Abgases zunimmt, ausreichend gereinigt werden kann.
  • Ferner ist stromaufwärts des stromaufwärts liegenden Katalysators 22 ein linearer Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 24 zum Ausgeben eines linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnissignals in Übereinstimmung mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases vorgesehen. Stromabwärts des stromaufwärts liegenden Katalysators 22 und stromabwärts des stromabwärts liegenden Katalysators 23 sind ein erster Sauerstoffsensor 25 und ein zweiter Sauerstoffsensor 26 vorgesehen. Diese Sensoren 25 und 26 haben ein sogenannte Z-Charakteristik, in der deren Ausgaben jeweils vergleichsweise schnell in der Nähe eines stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses geändert werden. Dabei wird eine Kombination des linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors und des Sauerstoffsensors als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor beschrieben. Ferner sind an einem Zylinderblock der Kraftmaschine 11 ein Kühlwassertemperatursensor 27 zum Erfassen einer Kühlwassertemperatur und ein Kurbelwinkelsensor 28 zum Erfassen einer Kraftmaschinendrehzahl NE angebracht.
  • Die Ausgaben der verschiedenen Sensoren werden in eine Kraftmaschinensteuerschaltung 29 (im Weiteren als ”ECU” bezeichnet) eingegeben. Die ECU 29 besteht hauptsächlich aus einem Mikrocomputer und steuert beispielsweise ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas durch eine Regelung, indem sie durch ein in einem ROM (Speichermedium), der darin beinhaltet ist, gespeichertes Programm ausführt.
  • Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases durch eine bekannte Regelung gesteuert.
  • 2 ist ein Ablaufdiagramm einer Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelung, wenn der lineare Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 24 als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor stromaufwärts des Katalysators verwendet wird und einer aus dem ersten Sauerstoffsensor 25 und dem zweiten Sauerstoffsensor 26 angesteuert wird, um ihn als einen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor stromabwärts des Katalysators zu verwenden.
  • Ferner sind 3 und 4 Ablaufdiagramme einer anderen Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelung, wenn der zweite Sauerstoffsensor 26 zusätzlich zu dem linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 24 und dem ersten Sauerstoffsensor 25 aus 1 verwendet wird.
  • Als erstes wird der Ablauf eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältniseinstellprogramms aus 2 erklärt. Wenn das Programm gestartet wird, wird bei Schritt 701 der Sauerstoffsensor stromabwärts, der zum Einstellen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses γTG verwendet wird, aus dem ersten Sauerstoffsensor 25 und dem zweiten Sauerstoffsensor 26 ausgewählt.
  • Beispielsweise kann bei einem Niederlastbetrieb mit einer geringen Abgasdurchflussrate, das Abgas lediglich durch den stromaufwärts liegenden Katalysator 22 merklich gereinigt werden. Daher ist das Ansprechverhalten der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung ausgezeichnet, wenn der erste Sauerstoffsensor 25 als der Sensor stromabwärts verwendet wird, der zum Einstellen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses γTG verwendet wird. Wenn jedoch die Abgasdurchflussrate erhöht ist, wird eine den stromaufwärts liegenden Katalysator 22 passierende Abgaskomponentenmenge erhöht, ohne dabei an dessen Innenseite gereinigt zu werden. Daher ist es notwendig, das Abgas durch effiziente Verwendung sowohl des stromaufwärts liegenden Katalysators 22 als auch des stromabwärts liegenden Katalysators 23 zu reinigen. In diesem Fall ist es vorzuziehen, die Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelung zudem unter Berücksichtigung des Zustands des stromabwärts liegenden Katalysators 23 auszuführen. Daher ist es vorzuziehen, den zweiten Sauerstoffsensor 26 als den Sensor stromabwärts zu verwenden, der zum Einstellen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses γTG verwendet wird.
  • Ferner bedeutet es, dass je kürzer die Verzögerungszeitspanne ist, mit der eine Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des von der Kraftmaschine 11 emittierten Abgases (eine Änderung in einer Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 24 stromaufwärts des stromaufwärts liegenden Katalysators 22) als eine Änderung in einer Ausgabe des ersten Sauerstoffsensors 25 auftaucht, die Abgaskomponentenmenge umso größer ist, die den stromaufwärts liegenden Katalysator 22 passiert, ohne dabei an dessen Innenseite gereinigt zu werden (das heißt, dass eine Reinigungseffizienz verringert ist). Wenn die Verzögerungszeitspanne der Änderung in der Ausgabe des ersten Sauerstoffsensors 25 kurz ist, ist es daher vorzuziehen, die Ausgabe des zweiten Sauerstoffsensors 26 als den Sensor an der stromabwärts liegenden Seite zu verwenden, der zum Einstellen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses γTG verwendet wird.
  • Daher ist eine Bedingung zum Auswählen des zweiten Sauerstoffsensors 26 als den Sensor an der stromabwärts liegenden Seite, der zum Einstellen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses γTG verwendet wird, folgende:
    • <1> die Verzögerungszeit (oder Zeitspanne), mit der die Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des von der Kraftmaschine 11 ausgelassenen Abgases (die Änderung in der Ausgabe des linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 24) als die Änderung in der Ausgabe des ersten Sauerstoffsensors 25 auf taucht, ist kürzer als eine vorbestimmte Zeitspanne, oder
    • <2> die Einlassluftmenge (Abgasdurchflussrate) ist gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert.
  • Wenn eine der beiden Bedingungen <1> oder <2> erfüllt ist, wird der zweite Sauerstoffsensor 26 ausgewählt und wenn keine der beiden Bedingungen erfüllt ist, wird der erste Sauerstoffsensor 25 ausgewählt. Ferner kann der zweite Sauerstoffsensor 26 ausgewählt werden, wenn beide Bedingungen <1> und <2> erfüllt sind.
  • Nach dem Auswählen des zum Einstellen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis γTG verwendeten Sensors an der stromabwärts liegenden Seite auf diese Weise, schreitet der Ablauf zu Schritt 702 vor und bestimmt ein fettes oder mageres Verhältnis dadurch, ob die Ausgabespannung VOX2 des ausgewählten Sauerstoffsensors in Übereinstimmung mit dem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (γ = 1) größer oder kleiner als die Soll-Ausgabespannung (beispielsweise 0,45 V) ist. Dabei schreitet der Ablauf im Fall des mageren Verhältnisses zu Schritt 703 vor und bestimmt ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auch zum vorausgehenden Zeitpunkt mager ist. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis sowohl zum vorausgehenden Zeitpunkt als auch zum gegenwärtigen Zeitpunkt mager ist, schreitet der Ablauf zu Schritt 704 vor und berechnet einen Fettintegrationsbetrag γIR aus einem Datenkennfeld in Übereinstimmung mit einer gegenwärtigen Einlassluftmenge QA.
  • Als Kennfelder des Fettintegrationsbetrags γIR wird ein Kennfeld für den Sensor, der stromabwärts des stromaufwärts liegenden Katalysators liegt (ersten Sauerstoffsensor), wie in 5A gezeigt ist, gespeichert, und es wird ein Kennfeld für den Sensor, der stromabwärts des stromabwärtsliegenden Katalysators liegt (zweiten Sauerstoffsensor), wie in 5B gezeigt ist, gespeichert. Eines dieser beiden Kennfelder wird in Übereinstimmung mit dem verwendeten Sensor ausgewählt. Eine Kennfeldcharakteristik des Fettintegrationsbetrags γIR ist so eingestellt, dass je größer die Einlassluftmenge QA ist, der Fettintegrationsbetrag γIR umso kleiner ist. In einem Bereich, in dem die Einlassluftmenge QA klein ist, ist der Fettintegrationsbetrag γIR so gesetzt, dass sie in dem Kennfeld für den Sensor stromabwärts des stromabwärts liegenden Katalysators geringfügig größer als in dem Kennfeld für den Sensor stromabwärts des stromaufwärts liegenden Katalysators ist. Nach Berechnung des Fettintegrationsbetrags γIR schreitet der Ablauf zu Schritt 705 vor, korrigiert das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis γTG um γIR auf die fette Seite, speichert den fetten oder mageren Zustand zu diesem Zeitpunkt (Schritt 713) und beendet das Programm.
  • Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum vorausgehenden Zeitpunkt fett war und zum gegenwärtigen Zeitpunkt auf mager umgekehrt ist, schreitet der Ablauf von Schritt 703 zu Schritt 706 vor und berechnet einen Proportional-(Sprung-)betrag γSKR auf die fette Seite in Übereinstimmung mit der Fettkomponentenspeichermenge OSTRich des Katalysators. Ferner wird die Fettkomponentenspeichermenge OSTRich auf die aus dem Stand der Technik bekannte Art und Weise berechnet.
  • Eine Kennfeldcharakteristik aus 6 ist so eingestellt, dass je kleiner der absolute Wert der Fettkomponentenspeichermenge OSTRich ist, der Fettsprungbetrag γSKR um so kleiner ist. Nach Berechnen des Sprungbetrags γSKR schreitet der Ablauf zu Schritt 707 vor, korrigiert das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis γTG um γIR + γSKR auf die fette Seite, speichert den fetten oder mageren Zustand zu diesem Zeitpunkt (siehe Schritt 713) und beendet das Programm.
  • Wenn unterdessen bei Schritt 702 die Ausgabespannung VOX2 des Sauerstoffsensors ein fettes Verhältnis anzeigt, schreitet der Ablauf zu Schritt 708 vor, und bestimmt, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auch zum vorausgehenden Zeitpunkt fett war. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis sowohl zum vorausgehenden Zeitpunkt als auch zum gegenwärtigen Zeitpunkt fett ist, schreitet der Ablauf zu Schritt 709 vor und berechnet einen Magerintegrationsbetrag γIL aus den in 5A und 5B gezeigten Kennfelder in Übereinstimmung mit der gegenwärtigen Einlassluftmenge QA. Als die Kennfelder des Magerintegrationsbetrags γIL sind ein Kennfeld für den Sensor stromabwärts des stromaufwärts liegenden Katalysators (ersten Sauerstoffsensor), wie in 5A gezeigt ist, und ein Kennfeld für den Sensor stromabwärts des stromabwärts liegenden Katalysators (zweiter Sauerstoffsensors), wie in 5B gezeigt ist, gespeichert. Eines der Kennfelder wird in Übereinstimmung mit einem als den Sensor auf der stromabwärtsliegenden Seite ausgewählten Sensor ausgewählt.
  • Eine Kennfeldcharakteristik des Magerintegrationsbetrags γIL aus 5A und 5B ist so eingestellt, dass je größer die Einlassluftmenge QA ist, der Magerintegrationsbetrag γIL um so kleiner ist und in einem Bereich, in dem die Einlassluftmenge QA klein ist, ist der Magerintegrationsbetrag γIL so eingestellt, dass er in dem Kennfeld für den Sensor stromabwärts des stromabwärts liegenden Katalysators geringfügig größer als in dem Kennfeld für den Sensor stromabwärts des stromaufwärts liegenden Katalysators ist. Nach Berechnung des Magerintegrationsbetrags γIL schreitet der Ablauf zu Schritt 710 vor, korrigiert das Luft-Kraftstoff-Verhältnis γTG um γIL auf die magere Seite, speichert den fetten oder mageren Zustand zu diesem Zeitpunkt (Schritt 713) und beendet das Programm.
  • Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum vorausgehenden Zeitpunkt auf der mageren Seite lag und zum gegenwärtigen Zeitpunkt auf die fette Seite umgekehrt ist, schreitet der Ablauf ferner von Schritt 708 zu Schritt 711 vor und berechnet den Sprungbetrag γSKL auf die magere Seite aus dem in 6 gezeigten Kennfeld in Übereinstimmung mit der Magerkomponentenspeichermenge OSTLean des Katalysators. Ferner wird der Ablauf der Berechnung der Magerkomponentenspeichermenge OSTLean auf die bekannte Art und Weise durchgeführt.
  • Die Kennfeldcharakteristik aus 6 ist so eingestellt, dass je kleiner die Magerkomponentenspeichermenge OSTLean ist, die Magersprungbetrag γSKL um so kleiner ist. Daher korrigiert der Ablauf bei Schritt 712 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis γTG um γIL + γSKL, speichert einen fetten oder mageren Zustand zu diesem Zeitpunkt (Schritt 713) und beendet das Programm.
  • Aus dem Kennfeld aus 6 ist ersichtlich, dass der Fettsprungbetrag γSKR oder der Magersprungbetrag γSKL allmählich auf einen kleinen Wert eingestellt wird, wenn die Fettkomponentenspeichermenge OSTRich oder die Magerkomponentenspeichermenge OSTLean durch die Verschlechterung der Katalysatoren 22 und 23 verringert ist. Daher kann im Vorfeld verhindert werden, dass schädliche Komponenten durch Ausführen übermäßiger Korrektur, die die Adsorptionsgrenzen der Katalysatoren 22 und 23 überschreitet, emittiert werden.
  • Als nächstes werden weitere Beispiele des Ablaufs zum Einstellen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit Bezug auf die Ablaufdiagramme aus 3 und 4 erklärt.
  • Die ECU 29 ändert eine Soll-Ausgabespannung TGOX des ersten Sauerstoffsensors 25 in Übereinstimmung mit der Ausgabe des zweiten Sauerstoffsensors 26, wenn der erste Sauerstoffsensor 25 als der Sensor an der stromabwärtsliegenden Seite zum Einstellen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses γTG der Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelung durch Ausführen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältniseinstellprogramms aus 3 und eines Soll- Ausgabespannungseinstellprogramms aus 4 ausgewählt ist. Nun wird hauptsächlich ein Unterschied zu 2 erklärt.
  • In dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältniseinstellprogramm aus 3 wird zuerst bei Schritt 701 der zum Einstellen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis γTG verwendete Sensor an der stromabwärts liegenden Seite aus dem Sauerstoffsensor 25 stromabwärts des stromaufwärts liegenden Katalysators 24 und dem Sauerstoffsensor 26 stromabwärts des stromabwärts liegenden Katalysators 23 ausgewählt und danach schreitet der Ablauf zu Schritt 714 vor und stellt die Soll-Ausgabespannung TGOX des Sensors 26 an der stromabwärts liegenden Seite ein, der zum Einstellen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses γTG verwendet wird, indem ein Soll-Ausgabespannungseinstellprogramm aus 4 ausgeführt wird.
  • Danach schreitet der Ablauf zu Schritt 715 vor, bestimmt einen fetten oder mageren Zustand, indem bestimmt wird, ob die Ausgabespannung VOX2 des ausgewählten Sauerstoffsensors höher oder niedriger als die Soll-Ausgabespannung TGOX ist, berechnet das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis γTG durch das vorstehende Verfahren bei Schritten 703 bis 713 in Übereinstimmung mit einem Ergebnis der Bestimmung, speichert den fetten oder mageren Zustand zu diesem Zeitpunkt und beendet das Programm.
  • Als nächstes wird ein Programm des bei Schritt 714 aus 3 ausgeführten Sollausgabespannungseinstellprogramms aus 4 erklärt. Wenn das Programm gestartet wird, wird zuerst bei Schritt 901 bestimmt, ob der erste Sauerstoffsensor 25 als der zum Einstellen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses γTG verwendete Sensor an der stromabwärts liegenden Seite ausgewählt ist. Wenn der erste Sauerstoffsensor 25 als der zum Einstellen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses γTG verwendete Sensor an der stromabwärts liegenden Seite ausgewählt ist, schreitet der Ablauf zu Schritt 902 vor und berechnet die Soll-Ausgabespannung TGOX in Übereinstimmung mit der gegenwärtigen Ausgabespannung V2 des zweiten Sauerstoffsensors 26 aus einem Kennfeld der Soll-Ausgabespannung TGOX, wodurch ein Parameter durch die Ausgabespannung des zweiten Sauerstoffsensors 26 gebildet wird.
  • In diesem Fall ist das Kennfeld der Soll-Ausgabespannung TGOX so eingestellt, dass wenn die Ausgabespannung des zweiten Sauerstoffsensors 26 (ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem stromabwärts liegenden Katalysators 23 herausströmenden Gases) in einen vorbestimmten Bereich (β ≤ Ausgabespannung ≤ α) fällt, der in der Umgebung des stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses liegt, die Soll-Ausgabespannung TGOX verringert wird (mager wird), wenn die Ausgabe des zweiten Sauerstoffsensors 26 erhöht ist (fett ist). Ferner wird in einem Bereich, in dem die Ausgabe des zweiten Sauerstoffsensors 26 größer als ein vorbestimmter Wert α ist, die Soll-Ausgabespannung TGOX ein vorbestimmter unterer Grenzwert (beispielsweise 0,4 V). In einem Bereich, in dem die Ausgabe des zweiten Sauerstoffsensors 26 kleiner als ein vorbestimmter Wert β ist, wird die Soll-Ausgabespannung TGOX ein oberer Grenzwert (beispielsweise 0,65 V).
  • Dadurch wird die Soll-Ausgabespannung TGOX des ersten Sauerstoffsensors 25 so eingestellt, dass sie in einen Bereich fällt, in dem eine Adsorptionsmenge einer Abgaskomponente des stromabwärts liegenden Katalysators 23 gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert wird oder das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in dem stromabwärts liegenden Katalysators 23 strömenden Abgases in einen Bereich eines vorbestimmten Reinigungsfensters fällt.
  • Wenn unterdessen der zweite Sauerstoffsensor 26 als der Sensor aus gewählt ist, der stromabwärts zum Einstellen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses γTG verwendet wird, schreitet der Ablauf von Schritt 901 zu Schritt 903 vor und stellt die Sollausgabespannung TGOX auf einen vorbestimmten Wert (beispielsweise 0,45 V) ein.
  • In 7 steht der lineare Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 24 in das Abgasrohr 21 vor und der Sensor 24 besteht aus einer Abdeckung 132, einem Sensorhauptkörper 131 und einer Heizvorrichtung 135. Die Abdeckung 134 ist in ihrem Schnitt in einer kanalartigen Form ausgebildet und eine Anzahl von kleinen Löchern, die die Innenseite und die Außenseite der Abdeckung 134 verbinden, sind an deren Umfangswand ausgebildet. Der Sensorhauptkörper 131 als der Sensorelementabschnitt erzeugt eine Spannung in Übereinstimmung mit einer Sauerstoffkonzentration in einem mageren Bereich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses oder eine Konzentration eines unverbrannten Gases (CO, HC, H2 oder dergleichen) in einem fetten Bereich eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
  • Die Heizvorrichtung 135 ist an der Innenseite einer atmosphärenseitigen Elektrodenschicht 134 enthalten, um den Sensorhauptkörper (atmosphärenseitige Elektrodenschicht, feste Elektrolytschicht, abgasseitige Elektrodenschicht) durch Wärme erzeugende Energie zu erwärmen. Die Heizvorrichtung 135 ist mit einer Wärmeerzeugungskapazität versehen, die zum Aktivieren des Sensorhauptkörpers 131 ausreichend ist.
  • Die ECU 29 ist mit einem Mikrocomputer (MC) 120 versehen, der das Zentrum eines internen Ablaufs bildet. Der Mikrocomputer 120 ist an einen Host Mikrocomputer 116 angeschlossen, um die Kraftstoffeinspritzsteuerung oder Zündsteuerung so zu verwirklichen, wobei diese miteinander kommunizieren können. Der lineare Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 24 ist an dem Abgasrohr 21 angebracht, das sich von einem Kraftmaschinenhauptkörper der Kraftmaschine 11 erstreckt und eine Ausgabe davon wird durch den Mikrocomputer 120 erfasst. Der Mikrocomputer 120 besteht aus wohlbekannten CPU, ROM, RAM, Sicherungs-RAM und dergleichen zum Ausführen verschiedener Betriebsabläufe, die nicht dargestellt sind, um eine Heizvorrichtungssteuerungsschaltung 125 und eine Spannungssteuerungsschaltung 140 gemäß dem vorstehend beschriebenen Steuerprogramm zu steuern.
  • Hierbei wird in die Beipasssteuerungsschaltung 140 über einen Digital/Analogwandler 121, ein Tiefpassfilter (LPF) 122 und einen Umschalter 160 ein Spannungsbefehlssignal Vr eingegeben. Ferner wird von Zeit zu Zeit die Ausgabe des linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 24 in Übereinstimmung mit dem Luft- Kraftstoff-Verhältnis (Sauerstoffkonzentration) erfasst und ein erfasster Wert davon wird zu dem Mikrocomputer 120 über einen Analog/Digitalwandler 123 eingegeben. Ferner werden eine Heizvorrichtungsspannung und ein Heizvorrichtungsstrom durch die Heizvorrichtungssteuerschaltung 125 erfasst, welche später erwähnt wird, und ein erfasster Wert davon wird in den Mikrocomputer 120 eingegeben.
  • Ferner wird auf ein Element ein vorbestimmtes Spannungsbefehlssignal Vr aufgebracht, eine Änderung zwischen vorbestimmten Zeitpunkten t1 und t2, die in 8A und 8B gezeigt sind, das heißt, eine Elementspannungsänderung ΔV und eine Elementstromänderung ΔI werden erfasst und eine Elementimpedanz wird durch die nachstehende Gleichung erfasst. Impedanz = ΔV/ΔI
  • Der erfasste Elementimpedanzwert wird in den Mikrocomputer 120 eingegeben. Die Elementimpedanz ist mit einer engen Korrelation zu der Elementtemperatur versehen, wie dies durch 9 gezeigt ist, und die Elementtemperatur des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors kann durch Steuern eines in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors vorgesehenen Heizelement durch eine relative Einschaltsteuerung gesteuert werden, so dass die Elementimpedanz zu einem vorbestimmten Wert wird.
  • Ferner kann auf ähnlich Weise in dem ersten Sauerstoffsensor 25 und dem zweiten Sauerstoffsensor 26 die Elementtemperatur des Sauerstoffsensors durch Erfassen der Elementimpedanz und Steuern einer an jedem des ersten und zweiten Sauerstoffsensors 25 und 26 vorgesehenen Heizvorrichtung durch eine relative Einschaltsteuerung so gesteuert werden, dass die Elementimpedanz zu einem vorbestimmten Wert wird.
  • Als ein Verfahren dafür wird gemäß dem Ausführungsbeispiel, wie dies durch 10 gezeigt ist, ein Verfahren zum Ausführen einer PI-Steuerung (proportional, integral) durch Abweichung zwischen tatsächlich erfassten Elementimpedanzen und aus der Soll-Elementtemperatur berechneter Sollimpedanz angewandt und die Elementtemperatur des linearen A/F-Sensors 24 (ersten Sauerstoffsensors 25, zweiten Sauerstoffsensors 26) wird durch das Verfahren gesteuert.
  • In dem in 10 gezeigten Ablaufdiagramm wird zu vorbestimmten Zeitgebungen ein Programmablauf durchgeführt (Schritt 400).
  • Als erstes wird bei Schritt 401 eine Abweichung (Δimp) zwischen der aus der Elementsolltemperatur berechneten Sollimpedanz und der durch die Elementimpedanzerfassungsschaltung erfassten Elementimpedanz berechnet. Bei Schritt 402 wird ein Integrationsbetrag der Impedanzabweichung (ΣΔimp) zum Ausführen einer Integralsteuerung berechnet. Bei Schritt 403 wird die relative Einschaltdauer der Heizvorrichtung aus einer nachstehend gezeigten Gleichung unter Verwendung der Abweichung, eines Integrationsbetrags, eines proportionalen Faktors P1 und eines Integrationsfaktors I2 berechnet. Relative Einschaltdauer der Heizvorrichtung (%) = P1 × Δimp + I2 × Σ Δimp
  • Die hier berechnete relative Einschaltdauer der Heizvorrichtung wird in die durch Bezugszeichen 125 aus 7 bezeichneten Heizvorrichtungssteuerschaltung eingegeben und eine Heizvorrichtungssteuerung des linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 24 (des ersten Sauerstoffsensors 25, zweiten Sauerstoffsensors 26) wird ausgeführt.
  • Dabei ist die relative Einschaltdauer der Heizvorrichtung ein Steuerungsbetrag einer Wärmeerzeugungsmenge zum Steuern der Temperatur des Sauerstoffsensorelements und basiert auf Strom (W). Um die Temperatur konstant zu steuern, ist es vorzuziehen, den Strom konstant zu steuern. Wenn die Temperatur durch die relative Einschaltdauer der Heizvorrichtung gesteuert wird, um zu verhindern, dass sich die Temperatur durch Änderung der zugeführten Spannung ändert, wird eine Korrektur relativ zu einer Bezugsspannung (beispielsweise 13,5 V), das heißt, eine Korrektur durch Strom × (13,5/Spannung)2 ausgeführt.
  • In letzter Zeit wurde ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor einer laminierten Bauweise zum Bilden eines Elements und einer Heizvorrichtung durch eine Integralstruktur zum Fördern der Heizfunktion vorgeschlagen, wobei dieser Vorschlag natürlich auf einen solchen Sensor und auf jeden Sensor anwendbar ist, so lange der Sensor der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor ist, der mit einer Elektrode bei einem festen Elektrolytelement ungeachtet dessen Art angeordnet ist.
  • Die ECU 29 ist wie in 11 gezeigt aufgebaut und programmiert. Der erste Sauerstoffsensor (Sauerstoffsensor) 25 erfasst durch die Abgaskomponenten ausgegebenes Gas (fettes Gas und mageres Gas), das von einer Kraftmaschine emittiert wird, durch eine Ausgabeerfassungsschaltung 203 der ECU 29 und berechnet eine Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungsmenge durch einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-(A/F)-Steuerungsberechnungsblock 204. Dabei wird eine Zunahme- oder Abnahmemenge der Kraftstoffeinspritzmenge durch Vergleichen der nicht dargestellten Sollspannung und der erfassten Spannung bestimmt. Die als die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungsmenge bestimmte Kraftstoffeinspritzmenge wird zu einem Kraftstoffinjektor 20 zugeführt und eine gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge wird eingespritzt. Ein Impedanzberechnungsblock 202 berechnet die Elementimpedanz, wie dies mit Bezug auf 7 und 8 beschrieben wurde, eine Heizvorrichtungssteuerungsmenge wird durch eine Abweichung von der Sollimpedanz bestimmt, die durch einen Sollimpedanzeinstellblock 213 durch einen Heizvorrichtungssteuerungsmengenberechnungsblock 214 eingestellt wird. Das Heizelement wird so gesteuert, dass die Temperatur des Sensorelements des ersten Sauerstoffsensors 25 zur gewünschten Temperatur wird.
  • Dabei wird die Sollimpedanz durch den nachstehenden Ablauf berechnet. Ein Betriebszustand wird durch einen Betriebszustandbestimmungsblock 210 durch Informationen von dem Kurbelwinkelsensor 28, dem Luftmengenmesser 14, dem Drosselöffnungsgradsensor 16 und dem Kühlwassertemperatursensor 27 bestimmt, die den Betriebszustand der Kraftmaschine anzeigen.
  • Auf der Grundlage eines Bestimmungsergebnisses des Betriebszustands wird bei einem Block 211 zur Bestimmung einer spezifischen Gasansprechvorrangigkeit bestimmt, ob eine Zusammensetzung eines von der Kraftmaschine emittierten Abgases bei einem gegenwärtigen Betriebszustand oder bei einem Betriebszustand unmittelbar danach hauptsächlich aus einem fetten Gas oder hauptsächlich aus einem mageren Gas besteht. Wenn durch den Block 211 zur Bestimmung einer spezifischen Gasansprechvorrangigkeit bestimmt wird, dass die Zusammensetzung in einem Zustand, in dem NOx dazu neigt, unter Hochlast oder beim Beschleunigen erzeugt zu werden, hauptsächlich aus mageren Gas besteht, wird bei einem Block 212 zum Einstellen einer Elementsolltemperatur die Elementsolltemperatur beispielsweise auf 720°C gesetzt, um die Elementtemperaturen des Sauerstoffsensors zu erhöhen, so dass die Reaktivität des mageren Gases gefördert wird.
  • Wenn im Gegensatz dazu durch den Block 211 zur Bestimmung einer spezifischen Gasansprechvorrangigkeit bestimmt wird, dass die Zusammensetzung in einem Zustand, in dem HC, CO dazu neigen, bei einer niedrigen Temperatur, niedrigen Last oder beim Beschleunigen erzeugt zu werden, hauptsächlich aus fettem Gas ist (oder hauptsächlich aus fettem Gas besteht), wird bei dem Block 212 zum Einstellen der Elementsolltemperatur die Elementsolltemperatur beispielsweise auf 420°C eingestellt, um die Elementtemperatur des Sauerstoffsensors zu senken, so dass die Reaktivität des fetten Gases gefördert wird.
  • Wahlweise wird bei einem Block 215 zur Bestimmung einer Diagnoseausübung bestimmt, ob sich ein Betriebszustand eingestellt hat, in dem eine Verschlechterungserfassung (Diagnose) des ersten Sauerstoffsensors 25 oder des zweiten Sauerstoffsensors 26 auszuführen ist, und zwar auf Grundlage eines Bestimmungsergebnisses des Betriebszustands bei dem Block 210 zur Bestimmung des Betriebszustands.
  • Wenn bestimmt wurde, dass sich der Betriebszustand eingestellt hat, bei dem die Diagnose auszuführen ist, wird bei dem Block 212 zum Einstellen der Elementsolltemperatur die Elementtemperatur des Sauerstoffsensors für eine vorbestimmte Zeitspanne auf einen niedrigen Temperaturzustand (beispielsweise 400°C) gesteuert. Danach wird die Temperatur des Sauerstoffsensorelements für eine vorbestimmte Zeitspanne auf einen Hochtemperaturzustand (beispielsweise 700°C) gesteuert.
  • Dabei bestimmt: der Block 212 zum Einstellen der Elementsolltemperatur die Elementsolltemperatur, indem er dem Bestimmungsergebnis des Blocks 215 zum Bestimmen der Diagnoseausübung eine höhere Vorrangigkeit als einem Bestimmungsergebnis des Blocks zur Bestimmung einer spezifischen Gasansprechvorrangigkeit gibt. Das heißt, wenn bei dem Block 215 zur Bestimmung der Diagnoseausübung bestimmt wird, dass sich der Betriebszustand eingestellt hat, in dem die Diagnose auszuführen ist, wird die Elementsolltemperatur auf die Temperatur zum Ausüben der Diagnose eingestellt. Wenn ferner bei dem Block 215 zum Bestimmen der Diagnoseausübung bestimmt wird, dass sich der Betriebszustand, in dem die Diagnose auszuführen ist, nicht eingestellt hat, wird die Elementsolltemperatur auf Grundlage des durch den Block 211 zur Bestimmung einer besonderen Gasansprechvorrangigkeit bestimmten Ergebnisses eingestellt.
  • Als nächstes werden die Reaktivitäten von fetten und mageren Gasen des Sauerstoffsensors mit Bezugnahme auf Charakteristikdiagramme aus 12 und 13 erklärt.
  • 12 zeigt eine Reaktivität (elektromotorische Kraft EMK) von einem O2-Sensor mit Bezug auf Kohlenmonoxid (CO) in Stickstoff (N2). Wie dies dort dargestellt ist, reagiert der Sensor, obwohl er sich bei einer niedrigen Elementtemperatur befindet, mit einer geringe Menge von CO. Wenn die Elementtemperatur erhöht ist, ist die Reaktivität mit geringer CO-Konzentration verringert. Dies liegt an einer Temperaturcharakteristik in der Reaktivität von CO der O2-Sensorelektrode und weil bei einer niedrigen Temperatur des Elements eine nachstehend gezeigte Reaktion beschleunigt wird und O2 entzogen wird. CO(adsorbiert) + 1/2 O2– (adsorbiert) ↔ CO2 + 2e–
  • Ferner zeigt 13 eine Reaktivität (elektromotorische Kraft EMK) des O2-Sensors, wenn Stickstoffmonoxid (NO) in eine Atmosphäre aus Stickstoff (N2) und Kohlenmonoxid (CO) eingeführt wird. Wie dies dargestellt ist, reagiert der Sensor mit einer geringen Menge von NO, obwohl er sich in einem Hochtemperaturzustand des Elements befindet, und wenn die Elementtemperatur gesenkt ist, reagiert der Sensor nicht mit einer niedrigen NO-Konzentration. Dies liegt daran, dass an einer Fläche einer Elektrode des O2-Sensors und an einer Elektrode eine nachstehend gezeigte Reaktion ausgeführt wird. In einem Hochtemperaturbereich, im Vergleich zu einem Niedrigtemperaturbereich, wird die Verbrennung mit fettem Gas (CO) und das Zerlegen von NO der Elektrode weiter beschleunigt. Daher wird die elektromotorische Kraft an der Niedrigkonzentrationsseite verringert. CO + NO → CO2 + N2 2NO + 4e → N2 + O2
  • Auf der Grundlage der durch den Block 212 zum Einstellen der Elementsolltemperatur eingestellten Solltemperatur wird bei dem Block 213 zum Einstellen einer Sollimpedanz die Sollimpedanz aus dem Verhältnis zwischen der Elementimpedanz und der in 9 gezeigten Elementtemperatur eingestellt. Ferner wird der Heizvorrichtungssteuerungsbetrag durch Vergleich mit dem vorstehend erfassten Wert der Elementimpedanz bei dem Block 214 zum Berechnen eines Heizvorrichtungssteuerbetrags bestimmt.
  • Als nächstes wird unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm aus 14 ein Diagnoseablauf des ersten Sauerstoffsensors 15 erklärt. Ferner wird, obwohl ein ähnlicher Diagnoseablauf auch mit Bezug auf den zweiten Sauerstoffsensor 26 ausgeführt wird, auf dessen Erklärung verzichtet.
  • Die Routine wird bei einer vorbestimmten Zeitgebung oder bei einer Anzahl von Einspritzzeiten (Schritt 500) gestartet. Als erstes wird bei Schritt 501 eine Bedingung zum Ausführen der Diagnose auf Grundlage, ob eine Kraftmaschinendrehzahl oder eine Einlassluftmenge in einen vorbestimmten Bereich fällt, oder ob die Katalysatortemperatur gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Temperatur ist, bestimmt. Dabei ist es vorzuziehen, dass die Bedingung zum Ausführen der Diagnose ein stabiler gleichmäßiger Betriebszustand ist, um die Genauigkeit der Verschlechterungserfassung zu fördern.
  • Wenn bei Schritt 501 bestimmt wird, dass die Bedingung zum Ausführen der Diagnose aufgestellt ist, wird bei Schritt 512 eine Elementniedrigtemperatursteuerung durch Einstellen einer Elementsollimpedanz auf 2000 Ω gestartet, so dass die Elementtemperatur des ersten Sauerstoffsensors 25 niedrig wird (beispielsweise 400°C).
  • Bei Schritt 503 wird bestimmt, ob die Elementimpedanz (imp) in einen vorbestimmten Bereich fällt, um zu erfassen, ob die Elementtemperatur die gewünschte Temperatur ist. Dabei wird der Ablauf bei Schritt 502 und bei Schritt 503 wiederholt, bis die Impedanz in den vorbestimmten Bereich fällt. Wenn die Impedanz in den vorbestimmten Bereich fällt, schreitet der Ablauf zu Schritt 504 vor.
  • Bei Schritt 504 wird eine Änderungsgeschwindigkeit der Ausgabespannung des ersten Sauerstoffsensors 25 durch Berechnung eines Änderungsbetrags ΔV zwischen vorbestimmten Zeitgebungen der Ausgabespannung des ersten Sauerstoffsensors 25 in dem Elementniedrigtemperaturzustand berechnet. ΔV = |Vn – Vn-1|
  • Hierbei bezeichnet das Bezugszeichen Vn einen gegenwärtigen Wert des ersten Sauerstoffsensors 25 und das Bezugszeichen Vn-1 ist ein vorausgehender Wert der Ausgabe des ersten Sauerstoffsensors 25.
  • Ferner kann, obwohl gemäß dem Ausführungsbeispiel, die Änderungsgeschwindigkeit ohne Unterscheidung zwischen einer fetten Richtung des Sauerstoffsensors (Änderungsgeschwindigkeit ist ein positiver Wert) und einer mageren Richtung davon (Änderungsgeschwindigkeit ist ein negativer Wert) berechnet wird, die Änderungsgeschwindigkeit nur in einer bestimmten Richtung nach fett oder mager berechnet werden.
  • Bei einem fortlaufenden Schritt 505 wird ein Änderungsgeschwindigkeitsintegrationsbetrag (sd1oxs1) auf Grundlage der folgenden Gleichung berechnet, indem die Änderungsgeschwindigkeit für eine vorbestimmte Zeitspanne aufsummiert wird, um die Genauigkeit der Verschlechterungserfassung zu fördern. sd1oxs1 = ΔVn-1 + ΔVn
  • Dabei bezeichnet das Bezugszeichen ΔVn einen gegenwärtigen Wert des Änderungsbetrags ΔV und das Bezugszeichen ΔVn-1 bezeichnet einen vorausgehenden Wert des Änderungsbetrags ΔV.
  • Als nächstes wird bei Schritt 506 bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeitspanne T3 verstrichen ist. Dabei wird der Ablauf von Schritt 504 bis Schritt 506 wiederholt, bis bestimmt wird, dass die vorbestimmte Zeitspanne T3 verstrichen ist. Wenn bei Schritt 506 bestimmt wird, dass die vorbestimmte Zeitspanne T3 verstrichen ist, schreitet der Ablauf zu Schritt 507 vor.
  • Bei Schritt 507 wird die Elementtemperatursteuerung auf die Elementhochtemperatursteuerung umgeschaltet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird die Sollimpedanz auf 25 Ω eingestellt, so dass sich das Element bei einer hohen Temperatur befindet (beispielsweise 700°C).
  • Bei einem fortlaufenden Schritt 508 wird bestimmt, ob die Elementimpedanz (imp) in einen vorbestimmten Bereich (15 Ω ≤ imp ≤ 25 Ω) fällt. Dabei wird der Ablauf bei Schritt 507 und bei Schritt 508 wiederholt, bis bestimmt wird, dass die Elementimpedanz in den vorbestimmten Bereich fällt. Wenn bei Schritt 508 bestimmt wird, dass die Elementimpedanz in den vorbestimmten Bereich fällt, wird bei Schritt 509, ähnlich wie bei dem Ablauf bei niedriger Temperatur, eine Sauerstoffsensorspannungsänderungsgeschwindigkeit bei hoher Temperatur ΔV (= |Vn – Vn-1|) berechnet und bei Schritt 510 wird der Integrationsbetrag sd1oxsh (= ΔVn-1 + ΔV) der Sauerstoffsensorspannungsänderungsgeschwindigkeit berechnet.
  • Als nächstes wird bei Schritt 511 bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeitspanne T5 verstrichen ist.
  • Dabei wird, wenn die vorbestimmte Zeitspanne nicht verstrichen ist, der Ablauf von Schritt 509 bis Schritt 511 wiederholt, bis die vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist. Wenn die vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist, schreitet der Ablauf zu Schritt 512 vor.
  • Bei Schritt 512 wird ein Abweichungsbetrag (de1oxh1) zwischen dem Änderungsgeschwindigkeitsintegrationsbetrag sd1oxs1 bei niedriger Temperatur und dem Änderungsgeschwindigkeitsintegrationsbetrag sd1oxsh bei hoher Temperatur durch die nachstehenden Gleichung berechnet. de1oxh1 = sd1oxs1 – sd1oxsh
  • Als nächstes werden bei Schritt 513 der Abweichungsbetrag de1xh1 des Änderungsgeschwindigkeitsintegrationsbetrags ein im Vorfeld gesetzter vorbestimmter Wert verglichen. Dabei schreitet der Ablauf zu Schritt 514 vor und bestimmt, dass sich der erste Sauerstoffsensor verschlechtert hat, wenn der Abweichungsbetrag de1oxh1 des Änderungsgeschwindigkeitsintegrationsbetrags kleiner als der im Vorfeld eingestellte vorbestimmte Wert X ist. Wenn ferner der Abweichungsbetrag de1oxh1 des Änderungsgeschwindigkeitsintegrationsbetrags größer als der im Vorfeld eingestellte vorbestimmte Wert ist, schreitet der Ablauf zu Schritt 515 vor und bestimmt, dass der erste Sauerstoffsensor ungestört ist und sich nicht verschlechtert hat.
  • Als nächstes wird ein Betrieb des Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf Zeitdiagramme aus 15 erklärt.
  • Dabei zeigt (a), ob die Bedingung zum Ausführen des Diagnoseablaufs aufgestellt ist. Ferner zeigt (b), ob die Elementtemperatursteuerung zu einer ungestörten Steuerungszeit, wenn der Diagnoseablauf nicht ausgeführt wird, oder zu einer Elementniedrigtemperatursteuerungszeit oder einer Elementhochtemperatursteuerungszeit, wenn der Diagnoseablauf ausgeführt wird, angefordert wurde. Ferner zeigt (c) die Elementtemperatur des festen Elektrolyts. (d) zeigt die Ausgabe des ersten Sauerstoffsensors, wenn sich der Sensor verschlechtert hat und (e) zeigt die Ausgabe des ersten Sauerstoffsensors, wenn der Sensor ungestört ist. (f) zeigt den Änderungsgeschwindigkeitsintegrationsbetrag sd1oxs1 zur Elementniedrigtemperatursteuerungszeit und (g) zeigt den Änderungsgeschwindigkeitsintegrationsbetrag sd1oxsh zur Elementhochtemperatursteuerungszeit. (h) zeigt den Abweichungsbetrag de1xh1 des Änderungsgeschwindigkeitsintegrationsbetrag. Ferner zeigt (i) einen Störungserfassungsmerker.
  • In 15 wird zum Zeitpunkt t11, zu dem die Bedingung zum Ausführen des Diagnoseablaufs aufgestellt ist, eine Elementniedrigtemperatursteuerung (Niedrigtemperatursteuerung) der Elementtemperatur des ersten Sauerstoffsensors angefordert und die Sollimpedanz, die nicht dargestellt ist, wird auf einen großen Wert (beispielsweise 2000 Ω) eingestellt. Dadurch wird die Heizvorrichtung so gesteuert, dass die Elementtemperatur des festen Elektrolyts 400°C wird.
  • Als nächstes wird zum und nach dem Zeitpunkt t12, zu dem die Elementtemperatur des festen Elektrolyts bei einer niedrigen Temperatur stabilisiert ist (die Elementimpedanz fällt in den vorbestimmten Bereich (1800 Ω ≤ imp ≤ 2200 Ω)), die Ausgabe der Spannung des ungestörten Sauerstoffsensors um einen großen Betrag variiert, da die Reaktivität durch fettes Gas (CO) erhöht ist. Im Gegensatz dazu ist der Variationsbetrag der Ausgabe des verschlechterten Sauerstoffsensors klein, da die Reaktivität verringert ist. Die Änderungsgeschwindigkeit wird durch Berechnen des Ausgabevariationsbetrags des Sauerstoffsensors zu diesem Zeitpunkt bei jeder vorbestimmten Zeitgebung berechnet. Die auf diese Weise berechnete Änderungsgeschwindigkeit wird aufsummiert, bis der Zeitpunkt t13 erreicht wird und der Änderungsgeschwindigkeitsintegrationsbetrag sd1oxs1 bei geringer Temperatursteuerung wird berechnet.
  • Wenn darauffolgend der Zeitpunkt t13 erreicht wurde, wird zu diesem Zeitpunkt die Elementhochtemperatursteuerung (Hochtemperatursteuerung) der Elementtemperatur des ersten Sauerstoffsensors angefordert und die Sollimpedanz wird auf einen kleinen Wert (beispielsweise 25 Ω) eingestellt. Dadurch wird die Heizvorrichtung so gesteuert, dass die Elementtemperatur des festen Elektrolyts 700°C wird.
  • Zum und nach dem Zeitpunkt t14, zu dem das feste Elektrolytelement bei hoher Temperatur stabilisiert ist (die Elementimpedanz fällt in den vorbestimmten Bereich (15 Ω ≤ imp ≤ 25 Ω)), wird der Variationsbetrag der Ausgabespannung des ungestörten Sauerstoffsensors verringert, da die Reaktivität durch fettes Gas (CO) im Vergleich zu der Reaktivität bei Niedrigtemperatursteuerung verringert ist. Ferner wird der Variationsbetrag des verschlechterten Sensors auf gleicher Weise verringert.
  • Während einer Zeitspanne bis zum Erreichen des Zeitpunktes t15, wird der Änderungsgeschwindigkeitsintegrationsbetrag sd1oxsh bei der Hochtemperatursteuerung auf gleiche Weise wie bei der Niedrigtemperatursteuerung berechnet.
  • Ferner wird zu einem Zeitpunkt der Zeit t15 der Abweichungsbetrag de1xh1 des Änderungsgeschwindigkeitsintegrationsbetrags berechnet, welcher die Abweichung zwischen dem Änderungsgeschwindigkeitsintegrationsbetrag sd1oxs1 zur Niedrigtemperatursteuerungszeit und dem Änderungsgeschwindigkeitsintegrationsbetrag sd1oxsh zur Hochtemperatursteuerungszeit ist. Der Abweichungsbetrag de1xh1 wird zu einem großen Wert, wenn der Sauerstoffsensor ungestört ist, und wird zu einem kleinen Wert, wenn der Sauerstoffsensor verschlechtert ist. Daher kann das Vorhandensein oder die Abwesenheit der Verschlechterung durch Vergleichen mit einer vorbestimmten Bestimmungsgröße bestimmt werden. Ferner kann, obwohl gemäß dem Ausführungsbeispiel bestimmt werden kann, ob der Sauerstoffsensor verschlechtert oder ungestört ist, zudem ein Verschlechterungsgrad durch Vorsehen einer Vielzahl von Bestimmungsgrößen bestimmt werden. Natürlich kann der Abweichungsbetrag de1xh1 auch als ein Index des Verschlechterungsgrads verwendet werden, wie er ist.
  • Ferner ist das Ausführungsbeispiel, obwohl gemäß dem Ausführungsbeispiel die Verschlechterungserfassung des ersten Sauerstoffsensors 25 beschrieben wird, nicht darauf begrenzt, sondern kann auch zur Verschlechterungserfassung des zweiten Sauerstoffsensors 26 verwendet werden. Ferner kann das Ausführungsbeispiel auch für den linearen Luft-Kraftstoffverhältnissensor 24 verwendet werden.
  • Der Diagnoseablauf gemäß dem Ausführungsbeispiel wird weniger durch die Katalysatorspeicherfunktion beeinflusst, wie unter Bezugnahme auf 16 und 17 beschrieben ist.
  • Wie in 16 gezeigt ist, ist die Änderungsgeschwindigkeit des Sauerstoffsensors um so größer, je kleiner die Änderungsgeschwindigkeit der Elementtemperatur ist, da je kleiner die Elementtemperatur ist, die Empfindlichkeit der Fettgaskomponenten (CO) um so mehr erhöht ist. Daher kann ein Verschlechterungsgrad des Sauerstoffsensors durch die Abweichung zwischen den Änderungsgeschwindigkeiten erfasst werden, wenn die Elementtemperatur hoch (beispielsweise 700°C)) ist und wenn die Elementtemperatur niedrig (beispielsweise 400°C) ist.
  • Ferner ist in einem Zustand, in dem der Katalysator verschlechtert ist und insbesondere die O2-Speicherfunktion verringert ist, verglichen zu einem Zustand, in dem der Katalysator ungestört ist, die Änderungsgeschwindigkeit der Sauerstoffsensorausgabe verringert, wie in 16 gezeigt ist. Allerdings wird gemäß dem Verfahren die Abweichung zwischen den Änderungsgeschwindigkeiten berechnet, wenn das Element auf eine hohe Temperatur gesteuert wird und wenn das Element auf eine niedrige Temperatur gesteuert wird, und die Verschlechterung des Sauerstoffsensors wird auf der Grundlage dieser berechneten Abweichung bestimmt. Daher ist ein Änderungsbetrag durch die Katalysatorspeicherung behoben und daher wird der Einfluss minimiert.
  • 17 zeigt die Abweichung der O2-Sensoränderungsgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit dem Verschlechterungsbetrag des Katalysators. Auf diese Weise wirkt sich erfindungsgemäß der Einfluss der Katalysatorspeicherfunktion geringer aus. Daher können der ungestörte Sauerstoffsensor und der verschlechterte Sauerstoffsensor voneinander unterschieden werden, ohne von der Reinigungsfunktion oder dem Verschlechterungsgrad des Katalysators abhängig zu sein.
  • (zweites Ausführungsbeispiel)
  • In dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Störungserfassung des O2-Sensors durch Vergleichen der Variationen der Sensorsausgaben getätigt, wenn die Elementtemperatur des O2-Sensors auf eine hohe Temperatur gesteuert ist und wenn die Elementtemperatur unter einem bestimmten besonderen Betriebszustand auf eine niedrige Temperatur gesteuert ist. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Erfassungsleistung weiter gefördert, wie dies nachstehend beschrieben ist.
  • In 18 wird zuerst zu einer vorbestimmten Zeitgebung der Schritt 1000 gestartet. Als nächstes wird bei Schritt 1001 die Bedingung zum Ausführen der Diagnose bestimmt, das heißt, ob die Drehzahl oder die Luftmenge der Kraftmaschine für die vorbestimmte Betriebsbedingung erfüllt ist und/oder ob die Katalysatortemperatur gleich oder höher als die vorbestimmte Temperatur ist. Ferner wird zudem als die Bedingung zum Ausführen der Diagnose bestimmt, ob die Sensorelementtemperatur oder ein geschätzter Wert der Sensorelementtemperatur (einschließlich einer Elementimpedanz) zu einer verstrichenen Zeitspanne nach dem Ausführen der Temperatursteuerung des nicht dargestellten Sensorelements stabilisiert ist.
  • Wenn bei Schritt 1001 bestimmt wird, dass die Bedingung zum Ausführen der Diagnose nicht aufgestellt ist, schreitet der Ablauf zu Schritt 1008 vor und beendet das Programm. Wenn bei Schritt 1001 bestimmt wird, dass die Bedingung zum Ausführen der Diagnose aufgestellt ist, schreitet der Ablauf zu Schritt 1002 vor.
  • Bei Schritt 1002 wird bestimmt, ob die Elementniedrigtemperatursteuerung auszuführen ist. Wenn bestimmt wird, dass hier die Elementniedrigtemperatursteuerung auszuführen ist, schreitet der Ablauf zu Schritt 1003 vor, um die Erfassungsleistung der Diagnose weiter zu fördern, das heißt er macht eine proportionale Steuerungsverstärkung (fettseitige Steuerungsverstärkung) einer Sub-Regelung durch den ersten Sauerstoffsensor 25 größer als die in der ungestörten Steuerung, um dadurch einen stärken Gaswechsel zu schaffen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird die Verstärkung von 0,1 zur ungestörten Zeit auf 0,2 erhöht.
  • Zur Sensorelementniedrigtemperatursteuerungszeit wird die Reaktivität des Sauerstoffsensors mit fetten Gas (CO) gefördert. Daher kann durch Erhöhen der Steuerungsverstärkung auf diese Weise eine größere Korrektur erreicht werden. Wenn der Sensor ein fettes Gemisch erfasst (große Ausgabe), kann daher durch Ausführen eine starke Verringerungskorrektur mageres Gas auf einmal zugeführt werden und der Sauerstoffsensor reagiert merklich mit fett oder mager. Ferner schreitet der Ablauf zu Schritt 1004 vor und die Variation der Sensorausgabe wird aufsummiert.
  • Wenn ferner bei Schritt 1002 bestimmt wird, dass die Elementniedrigtemperatursteuerung nicht ausgeführt wird, schreitet der Ablauf zu Schritt 1005 vor. Bei Schritt 1005 wird bestimmt, ob die Elementhochtemperatursteuerung auszuführen ist. Im Fall der Elementhochtemperatursteuerung schreitet der Ablauf zu Schritt 1006 vor und macht eine proportionale Steuerungsverstärkung (magerseitige proportionale Verstärkung) der Sub-Regelung größer als die zur ungestörten Zeit, ähnlich wie bei Schritt 1003. Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird die Verstärkung von 0,05 zur ungestörten Zeit auf 0,1 erhöht. Ferner wird bei Schritt 1007 die Variation der Sensorausgabe aufsummiert.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird in Übereinstimmung mit der Sensorelementhochtemperatursteuerung die proportionale Verstärkung auf die fette Seite oder auf die magere Seite merklich geändert, um deutlicher die entsprechenden Gasreaktionscharakteristiken auszuwählen. Es ist jedoch nicht notwendigerweise erforderlich, die entsprechenden Verstärkungen zu ändern, um die Erfassungsleistung zu fördern. Jedoch kann beim Ausführen der Diagnose die proportionale Verstärkung der Sub-Regelung erhöht werden, ohne von der Temperatursteuerung abhängig zu sein. Ferner kann die proportionale Verstärkung der Sub-Regelung so geändert werden, dass lediglich die Reaktivität auf der fetten Seite oder die Reaktivität auf der mageren Seite verwendet wird.
  • Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 19 die Störungserfassung des ersten Sauerstoffsensors 25 erklärt. Diese Erfassung kann ebenso auf den zweiten Sauerstoffsensor 26 angewandt werden.
  • Als erstes wird, wenn der Schritt 1001 zu einer vorbestimmten Zeitgebung gestartet wurde, bei einem darauffolgenden Schritt 1101 eine Bestimmung ausgeführt, ob der erste Sauerstoffsensor 25 als ungestört/gestört bestimmt werden kann. Dies wird auf Grundlage dessen bestimmt, ob die in 18 gezeigte Integration der Sensorausgabevariation für die vorbestimmte Zeitspanne ausgeführt wird und wann jeweilige Steuerungen aus der Sensorelementhochtemperatursteuerung und der Elementniedrigtemperatursteuerung ausgeführt werden.
  • Wenn bestimmt wird, dass die Bedingung zum Bestimmen der Diagnose aufgestellt ist, schreitet der Ablauf zu Schritt 1102 vor. Bei Schritt 1102 wird ein Verhältnis pd1oxs (= sd1oxs1/sd1oxsh) der Sensorausgabevariationsintegration (sd1oxsh) zur Elementhochtemperatursteuerungszeit relativ zu der Sensorausgabeauswertungsintegration (sd1oxs1) zur Sensorelementniedrigtemperatursteuerungszeit berechnet. Dadurch kann die Verschlechterung des Sensors stabil bestimmt werden, indem eine Alterungsänderung der Katalysatorverschlechterung und dergleichen ausgeschlossen wird.
  • Als nächstes schreitet der Ablauf zu Schritt 1103 vor und bestimmt, ob das Sensorausgabenvariationsintegrationsverhältnis pd1oxs gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Dabei wird, wenn das Verhältnis gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist, bestimmt, dass die Reaktivitäten der Sensorelektrode verschlechtert sind, wenn sich das Sensorelement bei einer niedrigen Temperatur und bei einer hohen Temperatur befindet, und der Ablauf schreitet zu 1104 vor. Ferner wird bei Schritt 1104 ein Störungsmerker des ersten Sauerstoffsensors gesetzt. Wenn unterdessen bei Schritt 1103 bestimmt wird, dass das Sensorausgabenvariationsintegrationsverhältnis po1oxs größer als der vorbestimmte Wert ist, schreitet der Ablauf zu Schritt 1105 vor. Ferner wird ein Normalitätsmerker des ersten Sauerstoffsensors gesetzt.
  • In 18 wird die proportionale Verstärkung der Sub-Regelung auf den stoichiometrischen Wert (0,45 V) des Sauerstoffsensors oder höher oder auf den Wert oder niedriger abgeändert. Jedenfalls wird gemäß einer in 20 gezeigten Modifikation die Proportionalverstärkung bei einem Wert geändert, der geringfügig fetter oder höher als der stoichiometrische Wert (0,55 V) ist oder bei einem Wert der geringfügig magerer oder niedriger als der stoichiometrische Wert (0,3 V) ist. Dadurch kann die Bestimmung des ungestörten Zustands in dem Fall, in dem die Reaktion bei einem Gemisch abläuft, das fetter oder magererer als im ungestörten Fall ist, einfach ausgeführt werden und es kann verhindert werden, dass eine Störung fälschlicherweise bestimmt wird.
  • Wenn gemäß dieser Modifikation bei Schritt 1002 aus 20 bestimmt wird, dass die Elementniedrigtemperatursteuerung ausgeführt wird, schreitet der Ablauf zu Schritt 1020 vor und bestimmt, ob die erste Sauerstoffsensorausgabe V1 größer als 0,55 V ist. Wenn bestimmt wird, dass die Ausgabe größer als 0,55 V ist, schreitet der Ablauf zu Schritt 1003 vor und führt einen Ablauf durch, der gleich wie der aus 18 ist. Wenn unterdessen bei Schritt 1020 bestimmt wird, dass die Ausgabe des ersten Sauerstoffsensors gleich oder kleiner als 0,55 V ist, schreitet der Ablauf zu Schritt 1021 vor und setzt die Proportionalverstärkung zur fetten Seite auf 0,1 und die Proportionalverstärkung zur mageren Seite auf 0,05 und schreitet zu Schritt 1004 vor.
  • Auch wenn bei Schritt 1005 wie zu diesem Zeitpunkt auf ähnliche Weise bei einem darauffolgenden Schritt 1022 bestimmt wird, dass die Elementhochtemperatursteuerung ausgeführt wird, wird bestimmt, ob die Ausgabe V1 des ersten Sauerstoffsensors geringer als 0,35 V ist. Wenn hier bestimmt wird, dass die Ausgabe geringer als 0,35 V ist, schreitet der Ablauf zu Schritt 1006 vor und führt einen zu dem in 18 gezeigten ähnlichen Ablauf durch. Wenn unterdessen die Ausgabe V1 des ersten Sauerstoffsensors gleich oder größer als 0,35 V ist, schreitet der Ablauf zu Schritt 1023 vor und setzt die Proportionalverstärkung zur fetten Seite auf 0,1 und die Proportionalverstärkung zur mageren Seite auf 0,05.
  • Als nächstes wird mit Bezug auf Zeitdiagramme aus 21 der Betrieb des zweiten Ausführungsbeispiels geklärt.
  • In 21 zeigt (a) eine Kraftfahrzeuggeschwindigkeit. (b) zeigt den Zustand der Diagnoseausübung. (c) zeigt eine Anforderung der Elementtemperatursteuerung und (d) zeigt die Elementtemperatur. Ferner zeigt (e) eine Anforderung der Proportionalverstärkung und der Sub-Regelung. (f) zeigt die Ausgabe V1 des ersten Sauerstoffsensors, wenn dieser verschlechtert ist und (g) zeigt die Ausgabe V1 des ersten Sauerstoffsensors zur ungestörten Zeit. Ferner zeigt (h) den Ausgabeintegrationsbetrag Wert sd1oxs1 zur Elementniedrigtemperatursteuerungszeit, (i) zeigt den Ausgabeintegrationsbetrag sd1oxsh zur Elementhochtemperatursteuerungszeit und (j) zeigt das Ausgabeintegrationsverhältnis pd1oxs. Ferner zeigt (k) den Störungserfassungsmerker.
  • In 21 wird zu dem Zeitpunkt t21, zu dem der Betrieb von einer Beschleunigung auf einen gleichmäßigen Betriebszustand umgeschaltet wird, die Bedingung zum Ausüben der Diagnose aufgestellt und der Merker zum Zulassen der Diagnoseausübung wird auf AN geschaltet. Zu diesem Zeitpunkt wird die Sensorelementniedrigtemperatursteuerung angefordert und die Sensorelementtemperatur des ersten Sauerstoffsensors wird klein gemacht, indem die hier nicht dargestellte Sollimpedanz auf einen großen Wert eingestellt wird. Als ein Ergebnis wird die Elementtemperatur auf 400°C abgesenkt.
  • Als nächstes wird zum Zeitpunkt t22, zu dem die Elementtemperatur stabilisiert ist, die Proportionalverstärkung der Sub-Regelung so eingestellt, dass sie groß ist. Daher fordert für eine Anforderung für die Sub-Regelungsverstärkung eine hohe Verstärkung an. Zu diesem Zeitpunkt wird die Ausgabe des Sauerstoffsensors erhöht, da der Sauerstoffsensor mit fettem Gas (CO) reagiert. Da die Proportionalverstärkung groß ist, wird die Korrektur auf die magere Seite (Verringerungskorrektur der Einspritzmenge) merklich gefördert und die Sauerstoffsensorausgabe wird merklich auf der mageren Seite betrieben.
  • Dabei wird die Reaktivität verringert, wenn die Elektrode des Sauerstoffsensors verschlechtert ist. Daher stellt sich die dargestellte Ausgabe des Sauerstoffsensors ein, wenn dieser verschlechtert ist. Wenn der Sauerstoffsensor jedoch ungestört ist, wird die Ausgabe weiterhin merklich variiert, wie dies in der dargestellten Ausgabe des Sauerstoffsensors zur ungestörten Zeit der Fall ist. Die Variation der Ausgabe des Sauerstoffsensors zu dieser Zeit wird aufsummiert und der Ausgabeintegrationsbetrag zur Niedrigtemperaturzeit wird berechnet. Auf diese Weise wird damit aufgehört, die Ausgabe des Sauerstoffsensors während einer vorbestimmten Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t22 und t23 zu integrieren, wenn sich das Element bei einer niedrigen Temperatur befindet, und anschließend wird die Sensorelementhochtemperatursteuerung ausgeführt.
  • Jedoch ist zum Zeitpunkt t24 die Bedingung zum Ausführen der Diagnose nicht aufgestellt. Daher wird die Sensorelementhochtemperatursteuerung auf die ungestörte Temperatursteuerung zurückgestellt. Wenn danach zum Zeitpunkt t25 die Bedingung zum Ausführen der Diagnose wieder aufgestellt ist, wird die Elementhochtemperatursteuerung gestartet. Zum Zeitpunkt t26, zu dem die Sensorelementtemperatur auf einem hohen Wert stabilisiert ist, wird eine Anforderung zum Erhöhen der Sub-Regelungsverstärkung ausgeführt und die Proportionalverstärkung wird so eingestellt, dass sie groß ist.
  • Ferner wird während einer vorbestimmten Zeitspanne vom Zeitpunkt t26 bis zum Zeitpunkt t27 der Integrationsbetrag der Sauerstoffsensorausgabevariation zur Sensorelementhochtemperaturzeit berechnet. Zum Zeitpunkt t27 wurden jeweils die Integrationsbeträge der Ausgabevariationen des Sauerstoffsensors berechnet, wenn sich das Sensorelement bei einer niedrigen Temperatur und wenn sich das Sensorelement bei einer hohen Temperatur befindet. Daher wird das Verhältnis der Integrationsbeträge der Ausgabevariation des Sauerstoffsensors berechnet, wenn sich das Sensorelement bei einer niedrigen Temperatur befindet und wenn sich das Sensorelement bei einer hohen Temperatur befindet.
  • Wenn die Sensorelektrode ungestört ist, wird das Verhältnis des Ausgabevariationsintegrationsbetrags größer als ein vorbestimmter Wert, wenn die Elektrode jedoch verschlechtert ist, wird das Verhältnis des Ausgabevariationsintegrationsbetrags klein. Durch Vergleichen des Verhältnisses des Ausgabevariationsintegrationsbetrags mit einer im Vorfeld gespeicherten Bestimmungsgröße auf diese Weise, kann die Verschlechterung der Sensorelektrode erfasst werden.
  • Obwohl gemäß dem vorstehenden Verfahren die Diagnoseerfassung ausgeführt wird, indem die Sub-Regelung zum Korrigieren der Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor vor dem Katalysator ausgeführt wird (im Weiteren als eine Hauptregelung bezeichnet), wird ein Verfahren unter Bezugnahme auf 22 als eine Modifikation erklärt, das die Hauptregelung verwendet.
  • In 22 sind die Bestimmungen der Sensorelementtemperatursteuerung bei Schritt 1002 und 1005 gleich zu jenen in 18 gezeigten Schritten. Jedoch wird, anstelle die Proportionalverstärkung der Sub-Regelung zu erhöhen das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis γTG der Hauptregelung geändert. Das heißt, bei Schritten 1030 und 1031 wird das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis der Hauptregelung so eingestellt, dass es geringfügig fett (14,5) ist, und bei Schritten 1032 und 1033 wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Hauptregelung im Gegensatz dazu so eingestellt, dass es geringfügig mager (14,7) ist.
  • Wenn die Sensorelementtemperatur auf diese Weise gesteuert wird, dass sie niedrig ist, wird die Reaktivität durch fettes Gas (CO) gefördert. Daher wird durch Steuern des Abgases auf der fetten Seite eine Wirkung erzielt. Wenn im Gegensatz dazu die Sensorelementtemperatur auf einen hohen Wert gesteuert wird, wird der Effekt durch Steuerung des Abgases auf die magere Seite gefördert.
  • Dabei wird bei Schritt 1031 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Sauerstoffsensorausgabe VTG) stromabwärts des Katalysators so eingestellt, dass es geringfügig fett ist. Ferner wird bei Schritt 1033 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts des Katalysators so eingestellt, dass es geringfügig mager ist. Die Diagnose wird durch Erfassen der Variation des Sauerstoffsensors durch die Sub-Regelung ausgeführt.
  • Ein gleicher Effekt kann jedoch selbst dann erzielt werden, wenn die Sub-Regelung gestoppt wird und eine Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses um einen geringen Betrag für die Hauptregelung zu jeder vorbestimmten Zeitspanne vorgesehen wird.
  • Wie in 23 gezeigt ist, wird die Integration der Sensorausgabevariation durch die Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromaufwärts des Katalysators merklich beeinflusst. Obwohl der Einfluss der Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromaufwärts des Katalysators nicht durchgeführt wird, wenn, wie vorstehend beschrieben ist, die Diagnose lediglich in dem stabilisierten Betriebszustand ausgeführt wird, muss der Einfluss ausgeschlossen werden um die Erfassungshäufigkeit zu erhöhen.
  • Das Ausführungsbeispiel wird mit Bezug auf 24 erklärt. Wenn beim Schritt 1101 bestimmt wird, dass die Bedingung zum Bestimmen der Diagnose aufgestellt ist, werden bei Schritt 1120 die Verhältnisse kd1ox1 bzw. kd1oxh der Integration der Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromaufwärts des Katalysators zu der Integration einer Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromabwärts des Katalysators (Sauerstoffsensorausgabevariation) berechnet, wenn das Sensorelement bei einer geringen Temperatur gesteuert wird und wenn das Sensorelement bei einer hohen Temperatur gesteuert wird. Dadurch wird der Einfluss der Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromaufwärts des Katalysators ausgeschlossen.
  • Beim darauffolgenden Schritt 1121 wird das Verhältnis pd1oxs (= kd1oxs1/kd1oxsh) berechnet. Kd1oxs1 ist ein Verhältnis des Integrationsbetrags sd1oxs1 der Variation des Luft-Kraft-Verhältnisses stromaufwärts des Katalysators zu einem Integrationsbetrag sd1ox1 der Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromabwärts des Katalysators, die bei Schritt 1120 berechnet werden, wenn das Sensorelement eine niedrige Temperatur hat. Kd1oxsh ist ein Verhältnis des Integrationsbetrags sd1oxsh der Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromaufwärts des Katalysators zu dem Integrationsbetrag sd1oxh der Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromabwärts des Katalysators, wenn sich das Sensorelement bei einer hohen Temperatur befindet. Als nächstes schreitet der Ablauf zu Schritt 1103 vor und bestimmt, ob der erste Sauerstoffsensor ungestört oder gestört ist, wie dies unter Bezugnahme auf 19 erklärt wurde.
  • Obwohl erfindungsgemäß die Diagnose ausgeführt wird, indem der Integrationsbetrag der Ausgabevariation des Sauerstoffsensors verwendet wird, kann die Diagnose zudem durch Änderungsgeschwindigkeit (ΔV) pro Zeit, Amplitude, oder einer Häufigkeit des Sauerstoffsensors ausgeführt werden. Wie jedoch in 25 gezeigt ist, gibt es eine Charakteristik, in der eine Reaktionsrate des Sauerstoffsensors erhöht ist, wenn eine Luftmenge erhöht ist. Daher muss die Änderungsgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit der Luftmenge korrigiert werden.
  • Beim Erfassen einer Verschlechterung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (25) wird ein Integrationsbetrag (sd1oxs1) einer Sensorausgabenänderungsgeschwindigkeit berechnet, wenn eine Elementtemperatur eines festen Elektrolyts (131) bei einer niedrigen Temperatur stabilisiert ist. Nachfolgend wird ein Integrationsbetrag (sd1oxsh) einer Sensorausgabeänderungsgeschwindigkeit berechnet, wenn das feste Elektrolytelement bei einer hohen Temperatur stabilisiert ist. Schließlich wird eine Abweichung (de1oxh1) zwischen den Integrationsbeträgen der Änderungsgeschwindigkeiten berechnet. Durch Vergleichen des Abweichungsbetrags mit einer vorbestimmten Bestimmungsgröße (X) wird ein Vorhandensein oder eine Abwesenheit der Verschlechterung bestimmt.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors, wobei die Verschlechterungserfassungsvorrichtung folgendes aufweist: einen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor (25) mit einer Elektrode an einem festen Elektrolytelement zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem Abgas von einer Kraftmaschine (11), gekennzeichnet durch eine Temperaturanpasseinrichtung (29, 214) zum Anpassen einer Temperatur des festen Elektrolytelements in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor auf zumindest zwei unterschiedliche vorbestimmte Temperaturen; eine Luft-Kraftstoff-Verhältniserfassungsverschlechterungserfassungseinrichtung (29, 215) zum Erfassen einer Verschlechterung des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors auf Grundlage von Ausgaben des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors, die erzeugt werden, wenn die Temperatur des festen Elektrolytelements durch die Temperaturanpasseinrichtung auf die zwei unterschiedlichen Temperaturen angepasst ist, und einer Temperaturanpassungsfehlfunktionserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Fehlfunktion der Temperaturanpasseinrichtung, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältniserfassungsverschlechterungserfassungseinrichtung die Verschlechterung des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors nur dann erfasst, wenn durch die Temperaturanpassungsfehlfunktionserfassungseinrichtung keine Fehlfunktion erfasst wird.
  2. Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors gemäß Anspruch 1, wobei die Temperaturanpasseinrichtung (29, 214) die Temperatur anpasst und die Luft-Kraftstoff-Verhältniserfassungsverschlechterungserfassungseinrichtung (29, 215) die Verschlechterung erfasst, wenn sich die Kraftmaschine in einem vorbestimmten gleichen Betriebszustand befindet.
  3. Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältniserfassungsverschlechterungserfassungseinrichtung (29, 214) die Verschlechterung des Luft-Kraftstoffverhältnissensors erfasst, indem sie die Ausgaben des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors relativ zu vorbestimmten Variationen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vergleicht.
  4. Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors gemäß Anspruch 1, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältniserfassungsverschlechterungserfassungseinrichtung (29, 215) die Verschlechterung des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors erfasst, indem sie eine Antwort des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors relativ zu vorbestimmten Variationen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses oder einen sich auf eine Ausgabecharakteristik mit Bezug auf das Abgas beziehenden Parameter vergleicht.
  5. Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors gemäß Anspruch 4, wobei die Antwort oder der sich auf die Ausgabecharakteristik mit Bezug auf das Abgas beziehende Parameter zumindest eines aus einer Ausgabenvariationsbreite, einem Ausgabeintegrationswert, einem Ausgabedifferentialwert, einem Integrationswert des Ausgabedifferentialwerts, einer Ausgabezeitspannung und einer Ausgabehäufigkeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors ist.
  6. Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Temperaturanpasseinrichtung (29, 214) die Temperatur des festen Elektrolytelements durch Erfassung eines Innenwiderstands des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors abschätzt und die Temperatur des festen Elektrolytelements auf Grundlage der abgeschätzten Temperatur anpasst.
  7. Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors gemäß Anspruch 6, wobei die Temperaturanpasseinrichtung (29, 214) eine Wärmemenge zum Anpassen der Temperatur des festen Elektrolytelements in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand bestimmt.
  8. Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Temperaturanpasseinrichtung (29, 214) die Wärmemenge zum Anpassen der Temperatur des festen Elektrolytelements bei einem vorbestimmten Betriebszustand zuführt oder unterbricht.
  9. Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor (25) stromabwärts eines Katalysators (22) installiert ist.
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