DE19536252B4

DE19536252B4 - Vorrichtung zur Erfassung der Verschlechterung eines Katalysators

Info

Publication number: DE19536252B4
Application number: DE19536252A
Authority: DE
Inventors: Masaaki Toyoake Nakayama; Yasuo Kariya Mukai
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1995-09-28
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2015-09-29
Also published as: JP3412290B2; DE19536252A1; JPH08100637A; US5528898A

Abstract

Vorrichtung zur Erfassung der Verschlechterung eines in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneten Katalysators, mit
einem stromaufwärtigen Sauerstoffsensor (21) und einem stromabwärtigen Sauerstoffsensor (23), die jeweils stromauf bzw. stromab des Katalysators (20) angeordnet sind, zum Erfassen, ob ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis bezüglich eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses fett oder mager ist;
einer Amplituden-Erfassungseinrichtung (31, 112), die eine Amplitude eines Ausgangssignals des stromabwärtigen Sauerstoffsensors erfasst; und
einer ersten Verschlechterungs-Ermittlungseinrichtung (31, 113), die auf der Grundlage von Erfassungsergebnissen der Amplituden-Erfassungseinrichtung erfasst, ob möglicherweise eine Verschlechterung des Katalysators vorliegt;
gekennzeichnet durch
eine zweite Verschlechterungs-Ermittlungseinrichtung (31, 105) zum Ermitteln des Vorliegens einer Verschlechterung, wenn die Möglichkeit einer Verschlechterung durch die erste Verschlechterungs-Ermittlungseinrichtung ermittelt wird;
wobei die zweite Verschlechterungs-Ermittlungseinrichtung
eine Ansprechverhalten-Einstelleinrichtung (123) zum Einstellen eines Ansprechverhaltens des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors auf einen voreingestellten Wert;
eine Ansprechzeitverzögerung-Summationseinrichtung (126) zum Summieren einer innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums in dem stromabwärtigen Sauerstoffsensor auftretenden Ansprechverzögerungszeit im Anschluss an...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Verschlechterung eines abgasreinigenden Katalysators durch Verarbeiten von Ausgangssignalen stromaufwärts bzw. stromabwärts des Katalysators angeordneter Sauerstoffsensoren.
In herkömmlichen, stromaufwärts bzw. stromabwärts eines Katalysators angeordnete Sauerstoffsensoren aufweisenden Abgasreinigungsanlagen ist die Periodendauer des Ausgangssignals des stromabwärtigen Sauerstoffsensors während normalen Betriebs aufgrund des Katalysator-Speichereffekts 1änger als die des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors. Nimmt jedoch dieser Speichereffekt aufgrund einer Verschlechterung des Katalysators ab, so verkürzt sich die Periodendauer des Ausgangssignals des stromabwärtigen Sauerstoffsensors auf etwa die Periodendauer des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors. Mit der Katalysator-Verschlechterung wird die Amplitude des Ausgangssignals des stromabwärtigen Sauerstoffsensors größer im Vergleich zu derjenigen, die auftritt, wenn der Katalysator normal arbeitet.

Eine bekannte Vorrichtung, die diese Kenngrößen oder Eigenschaften zur Erfassung der Verschlechterung des Katalysators nutzt, ist in der US 4739614 offenbart. In dieser Vorrichtung wird das Verhältnis der Periodendauern der Ausgangssignale der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Sauerstoffsensoren ermittelt und bestimmt, daß eine Verschlechterung des Katalysators aufgetreten ist, wenn das Verhältnis der Periodendauern kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, oder wenn die Amplitude des Ausgangssignals des stromabwärtigen Sauerstoffsensors einen Bezugswert überschreitet.

In dieser Vorrichtung schwingt jedoch das Ausgangssignal des stromabwärtigen Sauerstoffsensors zwischen einer Anreicherungs- und einer Abmagerungsseite mit derselben Periodendauer, wenn sich die Ausgangscharakteristik des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors verschlechtert und dessen Antwortsignal verzögert wird, da sich die Ausgabezeitdauer des Ausgangssignals des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors verlängert. Infolgedessen nimmt das Verhältnis der Periodendauer der Ausgangssignale zwischen den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Sauerstoffsensoren ab, so daß es irrtümlich zur Ermittlung einer Verschlechterung des Katalysators kommen kann, auch wenn bzw. obwohl dieser korrekt arbeitet.

Der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizient FAF, der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Ge mischs so korrigiert, daß der Brennkraftmaschine ein nahezu stöchiometrisches Luft-/Kraftstoff-Gemisch zugeführt wird, alterniert – wie in den 13A bis 13C dargestellt – jedesmal dann schrittförmig zwischen der Anreicherungs- und der Abmagerungsseite, wenn das Ausgangssignal des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors eine das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Gemisch bezeichnende Bezugsspannung VR1 erreicht. Wenn sich jedoch wie obenstehend beschrieben der stromaufwärtige Sauerstoffsensor verschlechtert, so verlängert sich die Periodendauer des Ausgangssignals wie in den 14A bis 14C gezeigt, woraufhin die Amplitude des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten FAF von W1 auf W2 ansteigt und Schwankungen im Luft/Kraftstoff-Gemisch größer werden. Diese größeren Schwankungen bewirken auch, daß die Amplitude des Ausgangssignals des stromabwärtigen Sauerstoffsensors zunimmt. Falls das Auftreten einer Verschlechterung des Katalysators auf dieselbe Art und Weise wie im Stand der Technik ermittelt wird, wird demzufolge dann, wenn die große Amplitude des stromabwärtigen Sauerstoffsensors auftritt, das Auftreten der Verschlechterung des Katalysators aufgrund der Verschlechterung des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors irrtümlicherweise bestimmt.

Um diesen Nachteilen zu begegnen, erdachten die Erfinder eine Vorrichtung, die die Antwort- bzw. Ansprechverzögerungszeit des stromabwärtigen Sauerstoffsensors mißt und ermittelt, daß eine Katalysator-Verschlechterung aufgetreten ist, wenn die Antwortverzögerungszeit kürzer als ein Bezugswert geworden ist. Hierbei ist die Antwortverzögerungszeit die Zeit von der Inversion (Signalwechsel bzw.

Signalpegelumkehr) des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten FAF zwischen der Anreicherungs- und Abmagerungsseite bis zu dem Zeitpunkt, zu dem das Ausgangssignal des stromabwärtigen Sauerstoffsensors den Pegel der Bezugsspannung VR2 erreicht.

Die Inversionszeitpunkte für den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten FAF als die Zeiten für die Messung Antwortverzögerung des stromabwärtigen Sauerstoffsensors ändern sich jedoch in Übereinstimmung mit der Antwort des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors. Da die Antwort des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Verschlechterung und Schwankungen der Sensorqualität schwankt, erlaubt das Messen lediglich der Antwortverzögerungszeit des stromabwärtigen Sensors noch immer, daß die Antwort des stromaufwärtigen Sensors durch solche Schwankungen beeinträchtigt wird, so daß die Genauigkeit der Erfassung der Katalysatorverschlechterung in diesen Fällen abnimmt. Die Inversionszeitpunkte des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten FAF wird auch in Abhängigkeit von Änderungen der Betriebszustände der Brennkraftmaschine schwanken und infolgedessen die Antwortverzögerungszeit beeinflussen.

Um die Einflüsse von durch die Betriebszustände der Brennkraftmaschine verursachten Änderungen zu minimieren, kann eine Erhöhung der Wiederholungen der Messung der Antwortverzögerungszeit des stromabwärtigen Sauerstoffsensors und ein Vergleichen des Mittelwerts hieraus mit einem vorbestimmten Wert in Betracht gezogen werden. Auch in diesem Fall jedoch würde sich keine Verbesserung der aus den Ant wortschwankungen des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors resultierenden Effekte ergeben. Ein Erhöhung der (Anzahl der) Messungen der Antwortverzögerungszeit erhöht die aus der Verarbeitung der anfallenden Daten entstehende Belastung bzw. die Menge der zu verarbeitenden Daten, so daß infolgedessen die für andere Zwecke zur Verfügung stehende Verarbeitungskapazität beschränkt oder eine große Erhöhung der Verarbeitungskapazität erforderlich wird.

Ferner offenbart die Druckschrift DE 41 22 702 A1 eine Vorrichtung zur Diagnose einer Katalysatorverschlechterung bei einem Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelsystem, wobei zur Erfassung der Katalysatorverschlechterung das Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechend der Abgasströmung vor und nach dem Katalysator erfasst wird. Die Erfassungsergebnisse werden durch Sensorsignale jeweils vor und nach dem Katalysator angeordneter Sauerstoffsensoren bereitgestellt. Insbesondere wird zur Erfassung der Verschlechterung des Katalysators ein Ausgangssignal des bezüglich des Katalysators stromabliegenden Sauerstoffsensors mit einem Bezugswert verglichen, der zur Bestimmung zur Verschlechterung eingestellt ist. Dieser Bezugswert wird unterschiedlich zu einem für eine Regelung eingestellten Bezugswert eingestellt, wobei die Einstellung in Abhängigkeit von einem Produkt der Zeitdauer und der Größe eines Rückkopplungskorrekturbetrags erfolgt.

Des Weiteren offenbart die Druckschrift EP 0 475 177 A2 eine Vorrichtung zur Erfassung eines Reinigungsfaktors eines katalytischen Umsetzers einer Brennkraftmaschine, wobei in Strömungsrichtung des Abgases vor und hinter dem Katalysator jeweils ein Sauerstoffsensor vorgesehen ist. Die Reinigungsfähigkeit des zwischen den Sauerstoffsensoren angeordneten Katalysators wird in Abhängigkeit von der Änderung einer Rückkopplungsperiode für eine Erfassung der Verschlechterung des Katalysators gegenüber einer dazu unterschiedlichen Rückkopplungsperiode für die normale Luft-Brennstoffverhältnis-Regelung bestimmt. Die Änderung der Rückkopplungsperiode wird auf einen vorbestimmten Wert gesetzt zur Sicherstellung einer optimierten Genauigkeit der Erfassung der Reinigungsfähigkeit des Katalysators, und insbesondere zur Erfassung, ob die Reinigungsfähigkeit des Katalysators über einem vorbestimmten Wert liegt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch Änderungen des Ansprechverhaltens des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors und Änderungen der Brennkraftmaschinen-Betriebszustände verursachte Einflüsse zu beseitigen und die Genauigkeit der Erfassung der Katalysatorverschlechterung zu verbessern.

Darüber hinaus soll die Erfindung die Zunahme der aus der Verarbeitung resultierenden Belastung minimieren und durch effiziente Verarbeitung ermitteln, ob eine Verschlechterung des Katalysators vorliegt oder nicht.

Dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Erfassung der Verschlechterung eines in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneten Katalysators, gekennzeichnet durch einen stromaufwärtigen Sauerstoffsensor und einen stromabwärtigen Sauerstoffsensor, die jeweils stromauf bzw. stromab des Katalysators angeordnet sind, zum Erfassen, ob ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis be züglich eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses fett oder mager ist, eine Amplituden-Erfassungseinrichtung, die eine Amplitude eines Ausgangssignals des stromabwärtigen Sauerstoffsensors erfaßt, eine erste Verschlechterungs-Ermittlungseinrichtung, die auf der Grundlage von Erfassungsergebnissen der Amplituden-Erfassungseinrichtung erfaßt, ob möglicherweise eine Verschlechterung des Katalysators vorliegt, und eine zweite Verschlechterungs-Erfassungseinrichtung zum Ermitteln des Vorliegens einer Verschlechterung, wenn die Möglichkeit einer Verschlechterung durch die erste Verschlechterungs-Ermitt1ungseinrichtung ermittelt wird; wobei die zweite Verschlechterungs-Ermittlungseinrichtung eine Ansprechverhalten-Einstelleinrichtung zum Einstellen eines Ansprechverhaltens des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors auf einen voreingestellten Wert, eine Ansprechzeitverzögerung-Summationseinrichtung zum Summieren einer innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums in dem stromabwärtigen Sauerstoffsensor auftretenden Ansprechverzögerungszeit im Anschluß an das Einstellen des Ansprechverhaltens des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors, und eine End-Verschlechterungs-Ermittlungseinrichtung zum abschließenden Ermitteln durch Vergleichen der Summe aus der Ansprechverzögerungszeit-Summationseinrichtung mit einem eine Katalysator-Verschlechterung anzeigenden Referenzwert, ob eine Verschlechterung in dem Katalysator vorliegt, aufweist.

Erfindungsgemäß erfolgt die Ermittlung der Katalysator-Verschlechterung somit in zwei Stufen. In der ersten Ermittlungsstufe wird die Amplitude des Ausgangssignals eines stromabwärtigen Sauerstoffsensors durch eine Amplituden- Erfassungseinrichtung erfaßt und ein mögliches Vorliegen oder Fehlen einer Katalysator-Verschlechterung auf der Grundlage dieser Erfassung mittels einer ersten Verschlechterungs-Ermittlungs- bzw. Erfassungseinrichtung bestimmt. In dieser ersten Ermittlungseinrichtung wird dann, wenn ermittelt wird, daß keine Anzeichen für eine Katalysator-Verschlechterung vorliegen, die zweite Ermittlungsstufe nicht ausgeführt und bestimmt, daß sich der Katalysator im Normalzustand befindet. Mit anderen Worten wird in der ersten Stufe der Katalysator unter Berücksichtigung von Änderungen (der Amplitude, des Ansprechens) in den Ausgangssignalen der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Sauerstoffsensoren, die anhand ihrer Amplitude identifiziert werden, zweifelsfrei als normal ermittelt (keine Anzeichen bzw. Möglichkeit einer Katalysator-Verschlechterung), woraufhin dann die zweite Stufe nicht ausgeführt wird.

Ein Fortschreiten zu der zweiten Ermittlungsstufe ist daher beschränkt auf diejenigen Situationen, in welchen die Möglichkeit der Katalysator-Verschlechterung besteht. In der zweiten Ermittlungsstufe wird, nachdem die Antwort bzw. das Ansprechverhalten des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors durch eine Ansprechverhalten-Einstelleinrichtung auf einen voreingestellten Wert eingestellt wurde, die Ansprechverzögerungszeit des stromabwärtigen Sauerstoffsensors während einer vorbestimmten Zeitdauer durch eine Ansprechverzögerungszeit-Summiereinrichtung summiert oder integriert. Diese Summe wird dann mit einem Verschlechterungs-Bezugs- bzw. Referenzwert verglichen, und es erfolgt abschließend eine Ermittlung bzw. Entscheidung durch eine End-Verschlechterungs-Ermittlungseinheit, ob eine Verschlechterung des Kata lysators vorliegt oder nicht. Selbst wenn zu diesem Zeitpunkt Änderungen oder Schwankungen in der Antwort des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors vorhanden sind, können Einflüsse durch Änderungen oder Schwankungen in dem stromaufwärtigen Sauerstoffsensor durch Einstellen des Ansprechverhaltens auf einen Voreinstellwert (beispielsweise die größte Verzögerung der Sensoren mit Änderungen/Schwankungen an der unteren Ansprechgrenze) eliminiert werden. Aufgrund dieses Vorgehens, d.h. durch Summieren der Ansprechverzögerungszeit des stromabwärtigen Sauerstoffsensors während des vorgegebenen Zeitintervalls, wird die Erfassung weit weniger wahrscheinlich durch Änderungen während des Betriebs der Brennkraftmaschine beeinflußt, als dies vergleichsweise z.B. bei dem auf einer vorgegebenen Anzahl von Wiederholungen der Messung der Ansprechverzögerungszeit, dem Ermitteln eines Mittelwerts und dem anschließenden Vergleich dieses Mittelwerts mit einem Bezugswert beruhenden Verfahren der Fall ist.

Bevorzugt werden die wiederholten Inversionen des Luft/Kraftstoff=Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizient FAF während des Zeitraums, während dem die Ansprechverzögerungszeit des stromabwärtigen Sauerstoffsensors summiert wird, gezählt, und ein Verschlechterungs-Referenzwert wird in Übereinstimmung mit der gezählten Anzahl von Inversionen geändert. Dieses Vorgehen erlaubt, in Übereinstimmung mit dem Summen-Wiederholungszählwert der Ansprechverzögerungszeit einen optimalen Wert für den Verschlechterungs-Referenzwert festzulegen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, wobei
1 eine vereinfachte Ansicht einer Gesamtanordnung der Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt;
2 ein Ablaufdiagramm eines Verarbeitungsablaufs einer Katalysator-Überwachungsroutine zeigt;
3 ein Ablaufdiagramm eines Verarbeitungsablaufs einer Routine für eine erste Ermittlungsstufe zeigt;
4 ein Ablaufdiagramm eines Verarbeitungsablaufs einer Routine für eine zweite Ermittlungsstufe zeigt;
5 ein Ablaufdiagramm eines Verarbeitungsablaufs eines Abschnitts einer Luft/Kraftstoff-Gemisch-Rückführsteuerroutine zeigt;
6A bis 6E Zeitdiagramme eines Amplitudenmeßverfahrens für ein Ausgangssignal eines stromabwärtigen Sauerstoffsensors zeigen;
7A bis 7D Zeitdiagramme eines Meßverfahrens für eine Hauptrückführhäufigkeit zeigen;
8A bis 8C Zeitdiagramme eines Meßverfahrens für eine Abmagerungsverzögerungszeit TL zeigen;
9A bis 9C Zeitdiagramme eines Meßverfahrens für eine nreicherungsverzögerungszeit TR zeigen;
10 eine Tabelle für einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten und einen Verschlechterungs-Referenzwert zeigt;
11 ein Diagramm eines Zusammenhangs zwischen einer Katalysator-Reinigungsrate und Amplitudenschwankungen eines stromabwärtigen Sauerstoffsensors zeigt;
12A und 12B Diagramme darstellen, die einen summierten Wert für eine Ansprechverzögerungszeit in Gegenüberstellung zu einer Katalysator-Reinigungsrate gemäß dem Ausführungsbeispiel bzw. einen Zusammenhang der Ansprechverzögerungszeit (Mittelwert) in Gegenüberstellung zu der Katalysator-Reinigungsrate, wenn ein Bezugswert und ein aus einer vorgegebenen Anzahl von Messungen der Ansprechverzögerungszeit erhaltener Mittelwert verglichen werden, zeigt;
13A bis 13C Zeitdiagramme darstellen, die einen Zusammenhang eines Ausgangssignals eines stromaufwärtigen Sauerstoffsensors, eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten und eines Ausgangssignals eines stromabwärtigen Sauerstoffsensors jeweils während normalen Betriebs zeigen; und
14A bis 14C Zeitdiagramme darstellen, die einen Zusammenhang des Ausgangssignals des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors, eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten und eines Ausgangssignals eines stromabwärtigen Sauerstoffsensors jeweils bei einer Vorliegen einer Verschlechterung zeigen.
Zunächst wird das Gesamtsystem wie vereinfacht in 1 dargestellt erklärt. Ein Luftfilter 12 und ein Luftmengenmesser 13 zur Messung einer den Luftfilter 12 durchströmenden Ansaugluftmenge Q sind stromauf einer Ansaugluftheitung 11 einer Brennkraftmaschine 10 angeordnet. Eine in der Ansaugluftleitung 11 angeordnete Drosselklappe 15 wird verstellt, wenn ein Fahrpedal 14 durch einen Fahrer betätigtwird. Ein Kraftstoff-Einspritzventil 18 zum Einspritzen von durch eine Kraftstoff-Versorgungsanlage 17 gefördertem Kraftstoff ist in einem Krümmer 16 eingebaut, der die aus der Ansaugluftleitung 11 strömende Luft in die jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine 10 leitet.
Stromab eines Auslaßkrümmers 19 der Brennkraftmaschine 10 ist ein Katalysator 20, beispielsweise ein Dreifach- oder Dreiwege-Katalysator, vorgesehen zur simultanen Entfernung von giftigen Bestandteilen (HC, CO, Nox) aus dem Abgas. Ein stromaufwärtiger Sauerstoffsensor 21 ist in dem Auslaßkrümmer 19 stromauf des Katalysators 20 angeordnet. Ein stromabwärtiger Sauerstoffsensor 23 ist in dem Auslaßrohr 22 stromab des Katalysators 20 angeordnet. Diese stromaufwärtigen und stromabwärtigen Sauerstoffsensoren 21 und 23 erzeugen unterschiedliche Ausgangsspannungen in Übereinstimmung mit einem dort vorhandenen, bezüglich dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis angereicherten oder ab gemagerten Luft/Kraftstoff-Gemisch.
Ein Wassertemperatursensor 25 steht mit einem Wassermantel 24 der Brennkraftmaschine 10 in Verbindung, um die Kühlwassertemperatur THW zu erfassen. Ein Bezugslagensensor zum Erzeugen eines Bezugslagensignals bei jeweils 720° Kurbelwinkel (CA) sowie ein Kurbelwinkelsensor 28 zum Erzeugen eines Kurbelwinkel-Ausgangssignals bei jeweils 30° Kurbelwinkel sind in einem Verteiler 26 angeordnet, der zur Verteilung von Hochspannung an (in der Figur nicht gezeigte) Zündkerzen der Brennkraftmaschine 10 dient.
Die Ausgangssignale dieser verschiedenen Sensoren werden einer elektronischen Steuereinheit 31 (nachstehend in Kurzform als ECU bezeichnet) zugeführt. Diese ECU 31 besteht in der Hauptsache aus einem (in der Figur nicht gezeigten) Mikrocomputer und berechnet eine Kraftstoff-Grundeinspritzmenge in Übereinstimmung mit der durch den Luftmengenmesser 15 erfaßten Ansaugluftmenge Q, der durch den Wassertemperatursensor 25 erfaßten Kühlwassertemperatur THW und der aus dem Kurbelwinkelsensor-Ausgangssignal des Kurbelwinkel-sensors 28 berechneten Drehzahl der Brennkraftmaschine 10. Diese ECU 31 korrigiert ferner die Kraftstoff-Grundeinspritzmenge in Übereinstimmung mit den Ausgangssignalen der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Sauerstoffsensoren 21 und 23 und ermittelt eine Kraftstoff-Endeinspritzmenge derart, daß das Reinigungsverhältnis bzw. die Reinigungsrate des Katalysators 20 einen Maximalwert annimmt. Ein diese Kraftstoff-Einspritzmenge anzeigendes Steuersignal wird an das Kraftstoff-Einspritzventil übermittelt, um den Kraftstoff-Einspritzvorgang zu steuern.
Diese ECU 31 implementiert verschiedene, in den 2 bis 5 gezeigte und noch zu beschreibende Routinen, um auf der Grundlage von Ausgangssignalen der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Sauerstoffsensoren 21 und 23 zu erfassen, ob in dem Katalysator 20 eine Verschlechterung bzw. Beschädigung oder Störung vorliegt, und betätigt eine Alarmeinrichtung 32, wenn eine Verschlechterung erkannt wird, um den Fahrer des Fahrzeugs zu warnen.
Ein Merkmal des Verfahrens zur Ermittlung der Verschlechterung des Katalysators 20 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, daß die Ermittlung in zwei Stufen ausgeführt wird. In der ersten Ermittlungsstufe wird die Amplitude des Ausgangssignals des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 23 erfaßt, diese Amplitude dann mit einem Bezugswert verglichen und eine Entscheidung über eine mögliche Verschlechterung des Katalysators 20 herbeigeführt. In dieser ersten Ermittlungsstufe wird dann, wenn ermittelt wird, daß keine Anzeichen für eine Verschlechterung des Katalysators 20 vorliegen, die zweite Ermittlungsstufe nicht ausgeführt und entschieden, daß der Zustand des Katalysators 20 normal ist. Mit anderen Worten wird in dieser ersten Ermittlungsstufe dann, wenn unter Berücksichtigung von Änderungen (der Amplitude und des Ansprechverhaltens) in den Ausgangssignalen des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors 21 und des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 21 mit Sicherheit ermittelt wird, daß der Zustand des Katalysators 20 normal ist (keine Anzeichen bzw. Möglichkeit einer Katalysator-Verschlechterung), die zweite Stufe weggelassen.
Ein Fortschreiten zu der zweiten Stufe ist daher beschränkt auf Situationen, in welchen die Möglichkeit der Katalysator-Verschlechterung gegeben ist. In der zweiten Ermittlungsstufe wird, nachdem das Ansprechverhalten des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors 21 durch eine Ansprechverhalten-Einstelleinrichtung auf einen geeigneten Wert (den unteren Änderungsgrenzwert des Sensors mit dem langsamstem Ansprechverhalten) eingestellt wurde, die Ansprechverzögerungszeit des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 23 innerhalb einer vorgegebenen Zeit durch eine Ansprechverzögerungszeit-Summiereinrichtung summiert. Diese Summe wird dann mit einem Verschlechterungs-Referenzwert verglichen, und es wird durch eine End-Verschlechterungs-Ermittlungseinrichtung, d.h. einer Einrichtung zum Treffen einer abschließenden Entscheidung, abschließend eine Entscheidung darüber getroffen, ob eine Verschlechterung des Katalysators 20 vorliegt oder nicht.
Nachstehend wird der Verarbeitungsablauf für jede Routine während der Ermittlung der Verschlechterung des Katalysators 20 im einzelnen beschrieben. 2 zeigt eine Katalysator-Überwachungsroutine, in welcher während einer Rückführsteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in Abständen von jeweils 64 ms eine Interruptverarbeitung durchgeführt wird. In einem Schritt 101 dieser Routine wird zunächst ermittelt, ob die folgenden Bedingungen zur Ermittlung der Katalysator-Verschlechterung vorliegen oder nicht:

(1) die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist innerhalb eines vorgegebenen Bereichs;
(2) der Druck im Luftansaugrohr ist innerhalb eines vorgegebenen Bereichs;
(3) die Fahrzeuggeschwindigkeit ist innerhalb eines vorgegebenen Bereichs;
(4) die Warmlaufphase der Brennkraftmaschine ist beendet
(5) die Brennkraftmaschine befindet sich nicht in einem Übergangszustand; und
(6) die Brennkraftmaschine arbeitet nicht im Leerlauf.

Die nachfolgende Erfassung der Katalysator-Verschlechterung wird nicht durchgeführt und diese Routine wird beendet, wenn auch nur eine der vorstehenden sechs Bedingungen nicht vorliegt. Liegen alle der vorstehenden Katalysator-Verschlechterungs-Erfassungsbedingungen vor, so schreitet der Betriebsablauf zu einem Schritt 102 fort, und die erste Ermittlungsstufe wird ausgeführt, um das mögliche Vorliegen einer Verschlechterung des Katalysators 20 anhand der Amplitude des Ausgangssignals des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 23 zu erfassen. In dieser ersten Ermittlungsstufe wird, wie in 3 gezeigt, durch die Routine für die erste Ermittlungsstufe in Abständen von 16 ms eine Interruptverarbeitung durchgeführt. Diese Routine für die erste Ermittlungsstufe repräsentiert eine "erste Verschlechterungs-Unterscheidungseinrichtung" bzw. "Erste Verschlechterungs-Ermittlungseinrichtung".
In dieser Routine für die erste Ermittlungsstufe wird zunächst in einem Schritt 111 ermittelt, ob die Bedingungen für die Katalysator-Verschlechterungserfassung für die erste Stufe vorliegen oder nicht. In diesen Erfassungsbedingungen für die erste Stufe dürfen kein zu starker Übergangszustand und keine Kraftstoffabschaltung vorhanden sein. Nur dann, wenn diese Bedingungen vorliegen, schreitet der Ablauf zu einem Schritt 112 fort, in dem die Ausgangsamplitude des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 23 wie nachstehend beschrieben gemessen wird.
Die Amplitudenmessung beginnt, wenn das Amplitudenmeßflag auf "1" wechselt, wie in 6A gezeigt. Bei jeder Amplitudenmessung wird ein erster Meßzähler C1 (nachstehend in Kurzform als Zähler C1 bezeichnet) synchron zu den Zeitpunkten der Anreicherungs/Abmagerungs-Inversion des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten FAF um eins erhöht, wie in den 6B bis 6D dargestellt. Im einzelnen bedeutet dies, das dann, wenn der Amplituden-Meßzähler (der Wert des ersten Zählers C1) beispielsweise drei erreicht, das Amplitudenmeßflag auf "0" wechselt und der erste Zähler synchron hierzu auf "0" zurückgesetzt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der zweite Meßzähler C2 (nachstehend in Kurzform als Zähler C2 bezeichnet) um eins erhöht. Durch beispielsweise dreimaliges Wiederholen des obenstehenden Ablaufs, d.h. durch jeweils dreimaliges Messen der Amplitude (oder insgesamt neun, d.h. (3 × 3) mal), wird ein endgültiger mittlerer Meßwert für die Amplitude ermittelt. Diese Amplituden-Meßverarbeitung gemäß Schritt 112 repräsentiert eine "Amplituden-Erfassungseinrichtung".
Nach der Amplitudenmessung schreitet der Betriebsablauf zu einem Schritt 113 gemäß 3 fort, in dem die Amplitude des Ausgangssignals des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 23 mit einem Bezugswert verglichen wird. Wie in 11 gezeigt, wird unter Berücksichtigung der Ausgangssignaländerung des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 23 (der Amplitu de und des Ansprechverhaltens) oder der Ausgangssignaländerung des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors 21 (der Amplitude und des Ansprechverhaltens) eine Ermittlungsreferenz festgelegt, um den normalen Betrieb des Katalysators 20 (keine Anzeichen für eine Verschlechterung) fehlerfrei zu ermitteln. Anders ausgedrückt liegen dann keine Anzeichen für eine Verschlechterung des Katalysators 20 vor und kann dann der Betrieb des Katalysators 20 als normal angesehen werden, wenn sie (die Ausgangssignaländerung) innerhalb des unteren Grenzwerts der Änderung in bezug auf die Grenzlinie zwischen dem Katalysator-Normalbereich und dem Katalysator-Verschlechterungsbereich liegt.
Der Referenz- bzw. Bezugswert wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf einen Wert festgelegt, der kleiner ist als die Untergrenze für die Amplitudenänderungen. In Schritt 113 gemäß 3 wird der Zustand des Katalysators 20 als normal bestimmt, wenn die Amplitude kleiner als der oder gleich dem Bezugswert ist. Die erste Ermittlungsstufe ergibt "normal" (Schritt 114). Falls in Schritt 113 ermittelt wird, daß die Amplitude größer als der Bezugswert ist, so liegt in dem Katalysator 20 eine mögliche Verschlechterung vor, so daß die erste Ermittlungsstufe dementsprechend eine "mögliche Verschlechterung" ergibt (Schritt 115).
Wie vorstehend erwähnt wird dann, wenn die Ergebnisse der ersten Ermittlungsstufe ausgegeben werden, die Routine für die erste Ermittlungsstufe beendet, und der Betriebsablauf schreitet zu einem Schritt 103 gemäß 2 fort. Anhand der Ergebnisse der ersten Ermittlungsstufe wird eine Entscheidung getroffen, ob eine "mögliche Verschlechterung" vorliegt oder nicht. Ergibt die Entscheidung "Nein", wird bestimmt, daß der Zustand des Katalysators 20 normal ist, und die Überwachung wird beendet (Schritt 104).
Der Betriebsablauf schreitet daher nur dann zu einem Schritt 105 fort und die zweite Stufe der Ermittlung wird nur dann ausgeführt, wenn anhand der Ergebnisse der ersten Ermittlungsstufe eine "mögliche Verschlechterung" ermittelt wird. In dieser zweiten Ermittlungsstufe wird durch eine Routine für die zweite Ermittlungsstufe in Abständen von beispielsweise 64 ms eine Interruptverarbeitung gemäß 4 implementiert. Diese Routine für die zweite Ermittlungsstufe repräsentiert eine "zweite Verschlechterungs-Unterscheidungseinrichtung" bzw. Eine "zweite Verschlechterungs-Ermittlungseinrichtung".
Zunächst wird in einem Schritt 121 dieser Routine für die zweite Ermittlungsstufe ermittelt, ob Meßbedingungen für die Hauptrückführhäufigkeit bzw. -frequenz zur Durchführung einer rückgeführten bzw. rückgekoppelten Steuerung der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrektur (des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten FAF) auf der Grundlage des Ausgangssignals des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors 21 vorliegen.
Hierbei nehmen die Bedingungen für die Messung der Hauptrückführhäufigkeit beispielsweise Bezug auf einen aktivierten Zustand oder In-Betrieb-Zustand des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors 21. Nur wenn diese Bedingung bzw. dieser Zustand vorliegt, schreitet der Betriebsablauf zu einem Schritt 122 fort. Die Hauptrückführhäufigkeit wird wie nachstehend beschrieben gemessen.
Die Messung der Hauptrückführhäufigkeit beginnt, wenn das Häufigkeitsmeßflag auf "1" gewechselt hat, wie in 7A gezeigt. Der Häufigkeitszähler C1 wird mit den Anreicherungs/Abmagerungs-Inversionszeiten des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten FAF wie in den 7B und 7C gezeigt synchronisiert und wird um eins erhöht. Der Zeitgeber-Zähler wird während dieser Häufigkeitsmessung wie in 7D gezeigt inkrementiert, und bei Erreichen eines voreingestellten Zählwerts (beispielsweise 20 Sekunden) wechselt das Häufigkeits-McBflag auf "0" und das Erhöhen-bzw. Inkrementieren des Häufigkeitszählers C1 wird beendet. Der Zählwert des Häufigkeitszählers C1 zu diesem Zeitpunkt ist die Hauptrückführhäufigkeit (Zählung der Signalwechsel innerhalb einer vorgegebenen Zeit). Da diese Hauptrückführhäufigkeit in Übereinstimmung mit der Antwort des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors 21 zunehmen und abnehmen kann, stellt die Messung der Hauptrückführhäufigkeit ein effektives Verfahren zur Messung der Antwort des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors 21 dar.
Nach der wie vorstehend beschriebenen Messung der Hauptrückführfrequenz schreitet der Betriebsablauf zu einem Schritt 123 gemäß 4 fort, in dem die Hauptrückführhäufigkeit auf einen Sollwert eingestellt wird (langsamstes Ansprechen unter Berücksichtigung von Änderungen in Abhängigkeit von dem stromaufwärtigen Sensor 21). Die Einstellung der Hauptrückführfrequenz während der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungssteuerroutine gemäß 5 zur Interruptverarbeitung in Abständen von jeweils 4 ms wird wie nachstehend ausgeführt. Zunächst wird in einem Schritt 141 ermittelt, ob gegenwärtig die zweite Ermittlungsstufe implementiert ist bzw. ausgeführt wird oder nicht. Falls die zweite Ermittlungsstufe nicht implementiert ist, so werden die Verzögerungszeitkonstante für mageres Gemisch (nachstehend in Kurzform mit TDL bezeichnet) und die Verzögerungszeitkonstante für angereichertes Gemisch (nachstehend in Kurzform mit TDR bezeichnet) beide auf einen gleichen ersten Einstellwert TR eingestellt (Schritt 142). Falls jedoch die zweite Ermittlungsstufe gegenwärtig implementiert ist, so werden TDL und TDR beide auf einen gleichen zweiten Einstellwert TS eingestellt (Schritt 143), der kleiner ist als der erste Einstellwert TR.
An dieser Stelle wird TDL (oder die Zeitverzögerungskonstante für mageres Gemisch) selbst dann, wenn das Ausgangssignal des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors 21 von Anreicherung auf Abmagerung wechselt, einen negativen Zählwert besitzen, der eine Verzögerungszeit beibehält, um sicherzustellen, daß eine Verarbeitung zur Gewährleistung einer Anreicherungsermittlung durchgeführt wird. Wenn TDL auf den zweiten Einstellwert TS eingestellt wird, der kleiner ist als der erste Einstellwert TR, so wird sich eine Verzögerungszeit von beispielsweise 12 ms auf eine Zeit von 240 ms verlängern, und die Änderungsperiode des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten FAF (Hauptrückführperiode) wird länger werden.
Andererseits wird TDR (oder die Zeitverzögerungskonstante für angereichertes Gemisch) selbst dann, wenn das Ausgangssignal des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors 21 von Abma gerung auf Anreicherung wechselt, einen positiven Zählwert haben, der eine Verzögerungszeit beibehält, um sicherzustellen, daß eine Verarbeitung zur Gewährleistung einer Abmagerungsermittlung durchgeführt wird. Wenn TDR auf den zweiten Einstellwert TS eingestellt wird, der kleiner ist als der erste Einstellwert TR, so wird sich eine Verzögerungszeit von 64 ms auf eine Zeit von 240 ms verlängern, und die Änderungsperiode des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten FAF (Hauptrückführperiode) wird länger werden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Hauptrückführhäufigkeit (die Antwort des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors 21) auf die langsamste Antwort eingestellt, indem ein kleiner Wert als der zweite Einstellwert TS eingestellt wird, um unter Berücksichtigung von Änderungen in der Antwortcharakteristik des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors 21 dem langsamsten Ansprechen zu entsprechen, und indem die Verzögerungszeitkonstanten TDL und TDR für mageres und angereichertes Gemisch als zweite Einstellwerte TS eingestellt werden. Der Schritt 143, der diese Verarbeitung durchführt, repräsentiert eine "Ansprechverhalten-Einstelleinrichtung".
Nach der Einstellung der Hauptrückführhäufigkeit schreitet der Betriebsablauf zu einem Schritt 124 gemäß 4 fort, in dem die TL- und TR-Antwortzeiten des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 23 gemessen werden. Wie in den 8A bis 8C gezeigt, ist TL (nachstehend als Mager- bzw. Abmagerungsverzögerungszeit bezeichnet) die Zeit, die das Ausgangssignal des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 23 benö tigt, um eine vorgegebene Spannung V2 zu erreichen, nachdem der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizient FAF von Anreicherungskorrektur auf Abmagerungskorrektur gewechselt hat. Wie in den 9A bis 9C gezeigt, ist andererseits TR (nachstehend als Anreicherungsverzögerungszeit bezeichnet) die Zeit, die das Ausgangssignal des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 23 benötigt, um die vorgegebene Spannung V2 zu erreichen, nachdem der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizient FAF von Abmagerungskorrektur auf Anreicherungskorrektur gewechselt hat.
Wie in den 8A bis 8C und 9A bis 9C gezeigt, wird mit der Messung der Abmagerungs- und Anreicherungsverzögerungszeiten TL und TR, nach einer vorgegebenen Anzahl von Umkehrungen (beispielsweise eine) des Ausgangssignals des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 23 begonnen, um eine stabile Messung zu gewährleisten, nachdem das Abmagerungs- und Anreicherungsverzögerungszeit-Flag (8A und 8B) auf "1" gewechselt hat. Für den Fall, in dem der stromabwärtige Sauerstoffsensor 23 das Vorzeichen nicht wechselt, wie an einem Punkt X in den 8C und 9C dargestellt, werden die Abmagerungs- und Anreicherungsverzögerungszeiten TL und TR gleich der Hauptrückführperiode. Das Abmagerungs- und Anreicherungsverzögerungszeit-Flag wechselt auf "0", nachdem eine vorgegebene Zeit (beispielsweise 25 Sekunden) verstrichen ist, und die Messung der Abmagerungs- und Anreicherungsverzögerungszeiten TL und TR wird beendet.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Mittelwert AVT der Abmagerungs- und Anreicherungsverzögerungszeiten TL und TR für jede Periode berechnet [= (TL + TR)/2] (Schritt 125), und die mittleren Verzögerungszeiten werden summiert (Schritt 126). Der Grund für das Summieren oder Integrieren des Mittelwerts aus TL und TR liegt im Vermeiden des Überlaufs eines summierenden Zählers. Daher kann dann, wenn eine zusätzliche Kapazität des summierenden Zählers vorhanden ist, die Verarbeitung gemäß Schritt 125 entfallen, und die Abmagerungs- und Anreicherungsverzögerungszeiten TL und TR können ohne Bilden eines Mittelwerts summiert werden. Demzufolge repräsentiert der die mittlere Verzögerungszeit summierende oder integrierende Schritt 126 eine "Ansprechverzögerungszeit-Summiereinrichtung".
Unter Fortschreiten zu einem Schritt 127 wird, nachdem die mittlere Verzögerungszeit AVT integriert wurde, ein Verschlechterungsermittlungs-Referenzwert in Übereinstimmung mit der Anzahl der Signalwechsel (Hauptrückführhäufigkeit) des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten FAF ermittelt.
Im einzelnen wird die Anzahl der Signalwechsel des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten FAF während der Summationsperiode der mittleren Verzögerungszeit gezählt. Der Verschlechterungsermittlungs-Referenzwert kann in Übereinstimmung mit dem entsprechenden Signalwechselzählwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten FAF unter Bezugnahme auf die Tabelle gemäß 10 ermittelt werden.
In einem darauffolgenden Schritt 128 wird der der Tabelle gemäß 10 entnommene Verschlechterungs-Referenzwert mit der summierten mittleren Verzögerungszeit verglichen, und die zweite Ermittlungsstufe ergibt sodann "normal" (Schritt 129), falls der summierte Wert der mittleren Verzögerungszeit größer ist als der Verschlechterungs-Referenzwert. Falls jedoch der summierte Wert der mittleren Verzögerungszeit kleiner als der oder gleich dem Verschlechterungs-Referenzwert ist, so ergibt die zweite Ermittlungsstufe eine "Verschlechterung". Infolgedessen repräsentiert die abschließende Ermittlung des Vorliegens oder Fehlens einer Verschlechterung in den Schritten 128 bis 130 eine "End-Verschlechterungs-Ermittlungseinrichtung".
Unter Fortfahren zu einem Schritt 106 gemäß 2 wird dann, wenn die zweite Ermittlungsstufe abgeschlossen ist, ermittelt, ob in der zweiten Ermittlungsstufe eine Verschlechterung ermittelt wurde oder nicht, und falls keine Verschlechterung erkannt wurde, bestimmt, daß der Zustand des Katalysators 20 normal ist und die Überwachung beendet (Schritt 107). Wird in der zweiten Ermittlungsstufe eine Verschlechterung erkannt, so wird einhergehend mit der Auslösung eines Alarms 32 zur Warnung des Fahrers bestimmt, daß eine "Verschlechterung" des Katalysators 20 vorliegt (Schritt 108). Während der Katalysator-Verschlechterung werden Daten zu Diagnosezwecken gespeichert.
Wie vorstehend ausgeführt, ist in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Ermittlung einer Verschlechterung des Katalysators 20 in zwei Stufen unterteilt.
In der ersten Ermittlungsstufe wird die Amplitude des Ausgangssignals des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 23 erfaßt und diese Amplitude mit dem Referenzwert REF verglichen, um zu ermitteln, ob möglicherweise eine Verschlechterung des Katalysators 20 vorliegt. Wie in 11 gezeigt, wird dieser Referenzwert so festgelegt, daß ein ordnungsgemäßer Betrieb (keine Anzeichen für eine Verschlechterung) fehlerfrei ermittelt wird, während Änderungen (der Amplitude und der Antwort) in den Ausgangssignalen des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors 21 und des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 23 berücksichtigt werden, so daß dann, wenn keine Anzeichen für eine Katalysator-Verschlechterung aufgefunden werden, die zweite Ermittlungsstufe nicht durchgeführt und der Katalysator als normal bestimmt wird. Mit anderen Worten wird in der ersten Ermittlungsstufe das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors, dessen Amplitude korrekt ist (keine Anzeichen für eine Verschlechterung), während Änderungen (der Amplitude und der Antwort) in den Ausgangssignalen des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors 21 und des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 23 berücksichtigt werden, als normal bewertet, und auf die zweite Ermittlungsstufe dann verzichtet. Dies ermöglicht, daß ein Anstieg der Arbeitsbelastung der ECU 31 auf ein Minimum beschränkt wird, und daß das Vorliegen oder Fehlen einer Verschlechterung des Katalysators 20 im Zuge einer effektiven Verarbeitung bzw. eines effektiven Betriebsablaufs ermittelt wird.
Wenn andererseits die Möglichkeit einer Katalysator-Verschlechterung gegeben ist, so tritt der Betriebsablauf in die zweite Ermittlungsstufe ein. Im Zuge der Erfassung in zweiten Stufe wird das Ansprechverhalten des stromaufwärti gen Sauerstoffsensors 21 (Hauptrückführhäufigkeit) auf das langsamste Ansprechverhalten eingestellt, während Änderungen berücksichtigt werden, so daß selbst dann, wenn Änderungen in dem Ansprechverhalten des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors 21 vorhanden sind, der Einfluß solcher Änderungen verringert werden kann. Ferner wird die Ansprechverzögerungszeit des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 23 innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer summiert, und die resultierende Summe wird mit dem Verschlechterungs-Referenzwert verglichen, um schließlich das Vorhandensein oder Fehlen einer Katalysator-Verschlechterung zu ermitteln. Dies hat den Vorteil, daß die Ermittlung gegenüber dem Fall, in dem die Ansprechzeit eine vorbestimmte Anzahl von Malen gemessen, deren Mittelwert berechnet und dieser Mittelwert mit einem Referenzwert verglichen wird, weniger stark durch Änderungen des Brennkraftmaschinen-Betriebszustands beeinflußt werden.
12A ist ein Diagramm, welches den summierten Wert für die Ansprechverzögerungszeit in Gegenüberstellung zu der Katalysator-Reinigungsrate gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt. 12B zeigt den Zusammenhang zwischen der Ansprechverzögerungszeit (Mittelwert) in Gegenüberstellung zu der Katalysator-Reinigungsrate, wenn ein Referenzwert mit einem aus einer vorbestimmten Anzahl von Messungen der Ansprechverzögerungszeit erhaltenen Mittelwert verglichen wird. In dem in 12B dargestellten Fall treten große Änderungen in der Ansprechverzögerungszeit auf, die auf den Einfluß von Änderungen des Brennkraftmaschinen-Betriebszustands zurückzuführen sind, wogegen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 12A durch Wählen eines etwas längeren Summationszeitraums (beispielsweise etwa 25 Sekunden) für die Ansprechverzögerungszeit der Einfluß von Änderungen des Brennkraftmaschinen-Betriebszustands weniger stark ist und Änderungen in der Summe der Ansprechverzögerungszeiten reduziert werden können, so daß infolgedessen die Ansprechverzögerungszeit unempfindlicher gegenüber Änderungen des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors 21 und Änderungen des Brennkraftmaschinen-Betriebszustands und eine hochgradig genaue Ermittlung der Verschlechterung ermöglicht wird.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird während des Summierens der Ansprechverzögerungszeit des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 23 die Anzahl der wiederholten Umkehrungen bzw. Vorzeichenwechsel des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten (d.h. die Anzahl der Summationen der Ansprechverzögerungszeit) gezählt. Der Verschlechterungsermittlungs-Referenzwert wird in Übereinstimmung mit diesem Umkehrungszählwert geändert. Infolgedessen kann als Verschlechterungs-Referenzwert ein optimaler Wert in Abhängigkeit von der Summe der Ansprechverzögerungszeit festgelegt werden, wodurch ein nochmals höherer Grad an Erfassungsgenauigkeit für die Katalysator-Verschlechterung bereitgestellt wird.
Der Zeitraum zum Summieren der Ansprechverzögerungszeit wurde in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zu 25 Sekunden gewählt, selbstverständlich kann jedoch dieser Wert bedarfsweise verkürzt oder verlängert werden.
Zahlreiche Modifikationen der vorliegenden Erfindung sind möglich, ohne sich von der der Erfindung zugrundeliegenden Idee zu entfernen.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird eine Ermittlung der Verschlechterung eines Katalysators in zwei Stufen durchgeführt. In der ersten Stufe der Ermittlung (102, 111–115) wird eine Amplitude eines Ausgangssignals eines stromabwärtigen Sauerstoffsensors (23) erfaßt und diese Amplitude mit einem Referenzwert verglichen, um eine möglicherweise in einem Katalysator (20) vorliegende Verschlechterung zu ermitteln. In dem Fall, in dem unter Berücksichtigung von Änderungen (der Amplitude und des Ansprechverhaltens) in den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Sauerstoffsensoren (21, 23) eine korrekte Katalysatorleistung erwartet wird, entfällt die Erfassung in der zweiten Stufe (105). Wenn jedoch die Möglichkeit besteht, daß eine Verschlechterung des Katalysators vorliegt, so wird die Ermittlung in der zweiten Stufe (105, 121–130) durchgeführt. Im Anschluß an eine Einstellung der Ansprechzeit des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors auf die langsamste Ansprechcharakteristik wird innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer die Gesamt-Ansprechverzögerungszeit des stromabwärtigen Sauerstoffsensors ermittelt und diese Summe sodann mit einem eine Verschlechterung des Katalysators anzeigenden Referenzwert verglichen. Eine abschließende Entscheidung wird getroffen, ob eine Verschlechterung des Katalysators vorliegt (106–109).

Claims

Vorrichtung zur Erfassung der Verschlechterung eines in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneten Katalysators, mit einem stromaufwärtigen Sauerstoffsensor (21) und einem stromabwärtigen Sauerstoffsensor (23), die jeweils stromauf bzw. stromab des Katalysators (20) angeordnet sind, zum Erfassen, ob ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis bezüglich eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses fett oder mager ist; einer Amplituden-Erfassungseinrichtung (31, 112), die eine Amplitude eines Ausgangssignals des stromabwärtigen Sauerstoffsensors erfasst; und einer ersten Verschlechterungs-Ermittlungseinrichtung (31, 113), die auf der Grundlage von Erfassungsergebnissen der Amplituden-Erfassungseinrichtung erfasst, ob möglicherweise eine Verschlechterung des Katalysators vorliegt; gekennzeichnet durch eine zweite Verschlechterungs-Ermittlungseinrichtung (31, 105) zum Ermitteln des Vorliegens einer Verschlechterung, wenn die Möglichkeit einer Verschlechterung durch die erste Verschlechterungs-Ermittlungseinrichtung ermittelt wird; wobei die zweite Verschlechterungs-Ermittlungseinrichtung eine Ansprechverhalten-Einstelleinrichtung (123) zum Einstellen eines Ansprechverhaltens des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors auf einen voreingestellten Wert; eine Ansprechzeitverzögerung-Summationseinrichtung (126) zum Summieren einer innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums in dem stromabwärtigen Sauerstoffsensor auftretenden Ansprechverzögerungszeit im Anschluss an das Einstellen des Ansprechverhaltens des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors; und eine End-Verschlechterungs-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln durch Vergleichen der Summe aus der Ansprechzeitverzögerung-Summationseinrichtung mit einem eine Katalysator-Verschlechterung anzeigenden Referenzwert, ob eine Verschlechterung in dem Katalysator vorliegt; aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verschlechterungs-Ermittlungseinrichtung (31, 105) eine Einrichtung zum Zählen einer Anzahl von Inversionen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten (FAF) während der vorbestimmten Zeitdauer, in der die Ansprechverzögerungszeit des stromabwärtigen Sauerstoffsensors summiert wird, und zum Ändern des Katalysatorverschlechterungs-Ermittlungswerts in Übereinstimmung mit der gezählten Anzahl von Inversionen umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechverhalten-Einstelleinrichtung (123) eine Einrichtung zum Verlängern des Ansprechens des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors dann, wenn die Verschlechterungs-Ermittlungseinrichtung arbeitet, im Vergleich zu der Länge des Ansprechens, wenn die Verschlechterungseinrichtung nicht arbeitet, umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechzeitverzögerung-Summationseinrichtung (126) eine Einrichtung zum Bestimmen der Ansprechverzögerungszeit des stromabwärtigen Sauerstoffsensors aus einem Zeitpunkt, in dem ein durch die Ansprech-Einstelleinrichtung eingestelltes Ausgangssignal des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors zwischen Anreicherungs- und Abmagerungspegeln desselben wechselt, umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechzeitverzögerung-Summationseinrichtung (126) eine Einrichtung (125) zum Summieren eines Mittelwerts der Ansprechverzögerungszeit, die dann erhalten wird, wenn das Ausgangssignal des stromabwärtigen Sauerstoffsensors von dem Anreicherungspegel auf den Abmagerungspegel und von dem Abmagerungspegel auf den Anreicherungspegel wechselt, umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verschlechterungs-Ermittlungseinrichtung (31, 105) eine Einrichtung (122) zum Messen einer Häufigkeit eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten (FAF) umfaßt, wobei die gemessene Häu figkeit zum Einstellen des Ansprechens des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors durch die Ansprechverhalten-Einstelleinrichtung herangezogen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verschlechterungs-Ermittlungseinrichtung (31, 105) eine Einrichtung (124, 125) zum Messen von Ansprechverzögerungszeiten (TL, TR) des stromabwärtigen Sauerstoffsensors und zum Bilden eines Mittelwerts aus den gemessenen Verzögerungszeiten umfaßt, wobei die mittlere Verzögerungszeit als die durch die Ansprechverzögerungszeit-Summationseinrichtung aufzusummierende Ansprechverzögerungszeit verwendet wird.