DE19536798A1

DE19536798A1 - Vorrichtung zum Erfassen der Verringerung der Reinigungskapazität eines Katalysators zum Reinigen von Abgas eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE19536798A1
Application number: DE19536798A
Authority: DE
Inventors: Takuya Matsumoto; Toru Hashimoto; Mitsuhiro Miyake; Hitoshi Kamura; Yasuhisa Yoshida
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1995-10-02
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2015-10-03
Also published as: DE19536798C2; KR100192100B1; US5743082A; KR960011064A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgas eines Verbrennungsmotors und insbesondere eine Vorrichtung zum Erfassen der Verringerung der Reinigungs kapazität eines Katalysators, der zum Reinigen des Abgases verwendet wird.

Ein Katalysatorumwandler ist in einem sich vom Verbrennungsmotor aus erstreckenden Auspuffrohr einge führt. Dieser Katalysatorumwandler enthält einen Dreiweg katalysator zum Reinigen von im Auspuffrohr strömenden Abgas. Nach einem längeren Gebrauch wird die Reinigungs kapazität des Dreiwegkatalysators selbst unterhalb eines erlaubten Bereichs verringert. Es ist daher erforderlich, eine Vorrichtung zum Erfassen der Verringerung der Reinigungskapazität des Katalysators vorzusehen.

Eine Detektionsvorrichtung dieser Art ist beispielsweise in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung KOKAI Nr. 61-286550 (U.S. Patent Nr. 4,739,61; U.S. Patent Re. 33,942) beschrieben. Diese übliche Detektionsvorrichtung umfaßt ein Paar O₂-Sensoren, die am Auspuffrohr befestigt sind, so daß sie einzeln auf der stromaufwärts- und stromabwärts gelegenen Seite des Katalysatorumwandlers liegen. Die O₂-Sensoren erfassen die Sauerstoffkonzen tration des Abgases auf der stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Seite des Katalysators und liefern individuell Detektionssignale, die diesen Sauerstoff konzentrationen entsprechen.

Normalerweise dient der O₂-Sensor auf der stromaufwärts gelegenen Seite für die Rückkoppelungsregelung des Luft kraftstoffverhältnisses der Luftkraftstoffmischung, die dem Motor zugeführt wird. Die Ausgabe dieses stromauf wärts gelegenen O₂-Sensors variiert daher zyklisch gemäß der Rückkoppelungsregelung des Luftkraftstoffverhält nisses.

Funktioniert der Dreiwegkatalysator normal, ist anderer seits die Sauerstoffkonzentration des Abgases nach dem Durchströmen des Katalysators im wesentlichen konstant trotz der Rückkoppelungsregelung des Luftkraftstoffver hältnisses, so daß die Ausgabe des O₂-Sensors auf der stromabwärts gelegenen Seite kaum variiert. Verringert sich die Reinigungswirksamkeit des Dreiwegkatalysators jedoch, wenn der Qualitätsverlust des Katalysators fort schreitet, ändert sich die Sauerstoffkonzentration des Abgases auf der stromabwärts gelegenen Seite des Kataly sators wie diejenige auf der stromaufwärts gelegenen Seite unter dem Einfluß der Rückkoppelungsregelung des Luftkraftstoffverhältnisses.

Die Verringerung der Reinigungskapazität des Dreiweg katalysators kann somit in Übereinstimmung mit der Ver änderung der Ausgaben der O₂-Sensoren auf der stromauf wärts und stromabwärts gelegenen Seite unterschieden werden, d. h. gemäß dem Verhältnis zwischen den entsprechenden Frequenzen (frequencies) der Sensoraus gaben.

Die Detektionsvorrichtung unterscheidet die Verringerung der Reinigungskapazität des Dreiwegkatalysators unter der Annahme, daß die O₂-Sensoren auf der stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Seite normal arbeiten. Der O₂- Sensor auf der stromaufwärts gelegenen Seite neigt jedoch zur Qualitätsverschlechterung, da er immer dem Abgas ausgesetzt ist, dessen Temperatur höher ist und das mehr giftige Substanzen, wie Schwefel als das Gas auf der stromabwärts gelegenen Seite enthält. Wird die Qualität des O₂-Sensors auf der stromaufwärts gelegenen Seite verschlechtert, verzögert sich die Reaktion seiner Ausgabe, oder die Ausgabe selbst verringert sich. In einem derartigen Fall kann die Detektionsvorrichtung keine genaue Entscheidung über die Verringerung der Reinigungskapazität des Dreiwegkatalysators abgeben.

In der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung KOKAI Nr. 3-249357 (U.S. Patent 5,097,700) ist andererseits eine Vorrichtung bekannt, welche die Verringerung der Reinigungskapazität des Dreiwegkatalysators lediglich in Übereinstimmung mit der Ausgabe des O₂-Sensors auf der stromabwärts gelegenen Seite erfaßt. Gemäß dieser Detektionsvorrichtung wird ein Schwellwert, der zur Unterscheidung der Verringerung der Reinigungskapazität verwendet wird, in Abhängigkeit der Verschlechterung des stromabwärts gelegenen O₂-Sensors korrigiert.

Die Korrektur des Schwellwerts wird jedoch in Überein stimmung mit der Änderung der Ausgabe des stromabwärts gelegenen O₂-Sensors gesteuert, wobei das Auftreten der Verringerung der Reinigungskapazität des Dreiwegkataly sators selbst berücksichtigt wird. Demgemäß kann diese Korrektursteuerung nicht auf den O₂-Sensor angewendet werden, der auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Katalysators liegt.

Die Vorrichtung zum Erfassen der Verringerung der Reinigungskapazität des Dreiwegkatalysators gemäß den entsprechenden Ausgaben der O₂-Sensoren auf der stromauf wärts und stromabwärts gelegenen Seite kann somit nicht eine irrtümliche Entscheidung vermeiden, welche der Ver schlechterung des O₂-Sensors auf der stromaufwärts gelegenen Seite zuzuordnen ist.

Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Verringerung der Reinigungskapazität eines Katalysators zur Abgasreinigung genau vorgenommen werden kann, ohne daß dies eine fehlerhafte Entscheidung zur Folge hat, welche der Verschlechterung eines O₂-Sensors auf der stromaufwärts gelegenen Seite zuzuordnen ist.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch eine Detektions vorrichtung erreicht, welche umfaßt: eine erste Detek tionseinrichtung mit einem Sensor, der in einer Auspuff rohrleitung angeordnet ist, die sich von einem Motor aus erstreckt, so daß sie sich auf der stromaufwärts gelegenen Seite eines katalytischen Umwandlers befindet, wobei der Sensor eine spezifische Komponente im Abgas des Motors erfaßt und ein erstes Detektionssignal für die erfaßte Komponente abgibt; eine zweite Detektionsein richtung zum Erfassen der spezifischen Komponente im Abgas, das auf der stromabwärts gelegenen Seite des katalytischen Umwandlers strömt, und die ein zweites Detektionssignal für die erfaßte Komponente abgibt; eine Meßeinrichtung zum Liefern eines Reinigungssignals, welches das Ausmaß der Verringerung der Reinigungskapazi tät eines Katalysators im katalytischen Umwandler gemäß dem ersten und zweiten Detektionssignal angibt, welche von der ersten und zweiten Detektionseinrichtung geliefert werden; eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des Reinigungssignals von der Meßeinrichtung mit einem Referenzwert und zum Liefern eines Vergleichs ergebnisses, welches das Auftreten der Verringerung der Reinigungskapazität des Katalysators angibt; eine Verschlechterungserfassungseinrichtung zum Erfassen des Ausmaßes der Verschlechterung des Sensors der ersten Detektionseinrichtung und zum Liefern des Ergebnisses der Erfassung; und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Abgabe des Vergleichsergebnisses von der Vergleichsein richtung gemäß dem Erfassungsergebnis der Verschlechte rungserfassungseinrichtung.

Da die erste Erfassungseinrichtung in der Nähe des Motors angeordnet ist, ist sie für die thermische Verschlechte rung durch das Hochtemperaturabgas vom Motor empfindlich. Gemäß der oben beschriebenen Detektionsvorrichtung wird jedoch das Ausmaß der Verschlechterung des Sensors erfaßt, und die Abgabe des Vergleichsergebnisses von der Vergleichseinrichtung wird gemäß dem Erfassungsergebnis gesteuert, so daß bezüglich der Verringerung der Reinigungskapazität des Katalysators keine fehlerhafte Entscheidung abgegeben werden kann.

Die Steuereinrichtung kann eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren des Referenzwertes in der Vergleichseinrich tung gemäß dem Erfassungsergebnis von der Verschlechte rungserfassungseinrichtung enthalten. In diesem Fall kann die Verringerung der Reinigungskapazität des Katalysators genau unterschieden werden.

Die Meßeinrichtung kann das Reinigungssignal vom Verhältnis zwischen den entsprechenden Frequenzen des ersten und zweiten Erfassungssignals erhalten.

Die Verschlechterungserfassungseinrichtung kann das Ausmaß der Verschlechterung des Sensors gemäß der Verzögerungszeit der Reaktion des ersten Erfassungs signals erhalten, das vom Sensor geliefert wird.

Die Steuereinrichtung kann eine Unterbrechungseinrichtung zum Unterbrechen der Abgabe des Vergleichsergebnisses von der Vergleichseinrichtung aufweisen, wenn ein erlaubter Wert vom Erfassungsergebnis der Verschlechterungser fassungseinrichtung überschritten wird. In diesem Fall ist das Vergleichsergebnis immer genau, wenn es von der Vergleichseinrichtung abgegeben wird.

Die Detektionsvorrichtung kann ferner eine dritte Detek tionseinrichtung zum Erfassen des Betriebszustands des Motors umfassen. In diesem Fall kann die Steuereinrich tung eine Unterbrechungseinrichtung zum Unterbrechen der Abgabe des Vergleichsergebnisses von der Vergleichsein richtung enthalten, wenn der Betriebszustand des Motors, der von der dritten Detektionseinrichtung erfaßt wird, in einem spezifischen Zustand ist.

Die Unterbrechungseinrichtung unterbricht die Abgabe des Vergleichsergebnisses von der Vergleichseinrichtung, wenn ein Drosselventil des Motors vollständig geschlossen ist und die Kraftstoffzufuhr zum Motor für eine vorbestimmte Zeitdauer fortgesetzt wird, oder wenn der Leerlaufbetrieb des Motors für eine vorbestimmte Zeit fortgesetzt wird. Auch in diesem Fall ist das Vergleichsergebnis immer genau, wenn es von der Vergleichseinrichtung abgegeben wird.

Vorzugsweise fährt die Unterbrechungseinrichtung fort, die Abgabe von der Vergleichseinrichtung während dem Verstreichen der vorbestimmten Zeitdauer nach dem Entfernen des vorerwähnten spezifischen Zustandes des Motors zu unterbrechen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ver brennungsmotors, der mit einer erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung ausgestattet ist,

Fig. 2 eine grafische Darstellung, welche die Aus gabecharakteristiken der in Fig. 1 gezeigten O₂- Sensoren zeigt,

Fig. 3 eine grafische Darstellung, welche das Ver hältnis zwischen der Reinigungswirksamkeit eines in Fig. 1 gezeigten Dreiwegkatalysators und dem Ver hältnis zwischen den entsprechenden Frequenzen der Ausgaben der O₂-Sensoren zeigt,

Fig. 4 ein Flußdiagramm, welches eine Entschei dungsroutine gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt, welche von einer in Fig. 1 gezeigten ECU ausgeführt wird,

Fig. 5 eine grafische Darstellung, welche das Ver hältnis zwischen der Frequenz der Ausgabe des auf der stromaufwärts gelegenen Seite angeordneten O₂-Sensors und der Verzögerungszeit der Reaktion auf die Sensorausgabe zeigt,

Fig. 6 eine grafische Darstellung, welche das Ver hältnis zwischen der Verzögerungszeit der Reaktion und einem Entscheidungswert zeigt,

Fig. 7 ein Flußdiagramm, welches Details von Schritt S14 in Fig. 4 zeigt,

Fig. 8 ein Flußdiagramm, welches Details von Schritt S30 in Fig. 4 zeigt,

Fig. 9 ein Flußdiagramm, welches Details von Schritt S40 in Fig. 4 zeigt,

Fig. 10 ein Flußdiagramm, welches eine Entschei dungsroutine gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt,

Fig. 11 ein Flußdiagramm, welches eine Entschei dungsroutine gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt,

Fig. 12 ein Flußdiagramm, welches einen Teil einer Entscheidungsroutine gemäß einer vierten Ausfüh rungsform zeigt, und

Fig. 13 ein Flußdiagramm, welches den Rest der Entscheidungsroutine gemäß der vierten Ausführungs form zeigt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist ein Motorsystem eines Autos einen Reihensechszylinder-Benzinmotor 1 auf. Jeder Zylinder des Motors 1 weist eine Einlaßöffnung 2 auf, die mit einem Ansaugkrümmer 4 verbunden ist.

An jedem Zweigrohr des Ansaugkrümmers 4 ist eine Kraft stoffeinspritzvorrichtung 3 befestigt, deren Düse in der Nachbarschaft oder innerhalb der entsprechenden Ansaug öffnung 2 angeordnet ist. Bei Empfang eines Impulsstroms kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 Kraftstoff durch ihre Düse einspritzen. Die Menge der Kraftstoff einspritzung von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 wird in Abhängigkeit der Impulsbreite des Impulsstroms eingestellt, welcher der Einspritzvorrichtung 3 zuge führt wird.

Vom Ansaugkrümmer 4 aus erstreckt sich ein Ansaugrohr 9, und eine Luftreinigungseinrichtung 5 ist mit dem entfernten Ende des Rohrs 9 verbunden. Im Ansaugrohr 9 sind ein Luftstromsensor 6 und ein Drosselventil 7 in der angesprochenen Reihenfolge angeordnet, von der Seite der Luftreinigungseinrichtung 5 aus gesehen. Als Luftstrom sensor 6 wird geeigneterweise ein Karman-Wirbelsensor verwendet. Zwischen dem Drosselventil 7 und dem Ansaug krümmer 4 ist ein Ausgleichsbehälter im Ansaugrohr 9 eingefügt.

Ferner ist das Ansaugrohr 9 mit einem Bypassrohr versehen, um das Drosselventil 7 zu umgehen. Im Bypass rohr ist ein ISC(idle speed control)-Ventil 8 eingefügt. Das ISC-Ventil 8 regelt die Ansaugluftmenge, die im Bypassrohr strömt, und steuert die Leerlaufgeschwindig keit des Motors 1. Erhöht sich die Last des Motors 1 bei Betätigung einer Autoklimaanlage während des Leerlauf betriebs des Motors 1, wird die Öffnung des ISC-Ventils 8 vergrößert. Demgemäß wird die Ansaugluftmenge erhöht, welche dem Motor 1 durch das ISC-Ventil 8 oder durch das Bypassrohr zugeführt wird, so daß der Leerlaufbetrieb des Motors 1 stabilisiert wird.

Jeder Zylinder des Motors 1 weist eine Auslaßöffnung 10 auf, die mit einem Abgasrohr 14 über einen Auspuffkrümmer 11 verbunden ist. Ein (nicht gezeigter) Schalldämpfer ist am entfernten Endbereich des Auspuffrohrs 14 befestigt, und ein katalytischer Umwandler 13 ist in der Mitte des Rohrs 14 eingefügt. Im katalytischen Umwandler 13 ist ein Dreiwegkatalysator 30 vorgesehen. Der Dreiwegkatalysator 30 dient dazu, aus HC, CO und NO_x (Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid und andere Stickstoffoxide) HC (Kohlen wasserstoff) und CO (Kohlenmonoxid) zu oxidieren, und NO_x zu reduzieren. Die Oxidation von HC und CO und die Reduk tion von NO_x kann auf höchst wirksame Weise beschleunigt werden, wenn das Luftkraftstoffverhältnis, d. h. das Ver hältnis der Luftmenge zum Verhältnis des dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffs, in der Nähe eines theoretischen Luftkraftstoffverhältnisses (beispielsweise 14,7) liegt.

Darüber hinaus ist das Auspuffrohr 14 mit O₂-Sensoren 12 und 25 ausgestattet, die auf der stromaufwärts bzw. stromabwärts gelegenen Seite des katalytischen Umwandlers 13 angeordnet sind. Die O₂-Sensoren 12 und 25 erfassen die Sauerstoffkonzentration des Abgases vom Motor 1 und erzeugen Spannungssignale entsprechend den erzeugten Sauerstoffkonzentrationen. Die Sauerstoffkonzentrationen des Abgases können somit gemäß den Ausgaben oder Spannungswerten erfaßt werden, welche von den O₂-Sensoren 12 und 25 geliefert werden.

Jeder Zylinder des Motors 1 ist mit einer Zündkerze 16 versehen, deren Spitze in eine Verbrennungskammer 15 des Zylinders vorsteht. Jede Zündkerze 16 ist elektrisch mit einer Zündeinrichtung 24 verbunden, die eine hohe Spannung zur Zündkerze 16 leitet. Wird die Hochspannung der Zündkerze 16 zugeführt, zündet sie eine Luftkraft stoffmischung in der entsprechenden Verbrennungskammer 15. Die Luftkraftstoffmischung wird durch Einspritzen des Kraftstoffs von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 3 in Luft erzeugt, die in die Ansaugöffnung 2 des Zylinders eingeleitet wird.

Ferner ist der Motor 1 mit einem Kurbelwinkelsensor 18 und einem Wassertemperatursensor 20 ausgestattet. Der Kurbelwinkelsensor 18 enthält eine Rotationskodierein richtung, die mit einer Nockenwelle verbunden ist. Auf der Basis der Ausgabe der Rotationskodiervorrichtung liefert der Sensor 18 ein Referenzsignal für den Um drehungswinkel einer Kurbelwelle des Motors 1, d. h. für den Kurbelwinkel. Der Wassertemperatursensor 20 erfaßt die Temperatur des Kühlwassers für den Motor 1.

Das Drosselventil 7 ist mit einem Sensor 19 zum Erfassen seiner Öffnung und einem Leerlaufschalter 26 zum Erfassen seines vollständig geschlossenen Zustands versehen. Die Luftreinigungseinrichtung 5 ist mit einem Sensor 21 zum Erfassen des Luftdrucks versehen. Das Ansaugrohr 9 ist ebenfalls mit einem Sensor 22 ausgestattet, der zwischen der Luftreinigungseinrichtung 5 und dem Luftstromsensor 6 angeordnet ist. Der Sensor 22 erfaßt die Temperatur der Ansaugluft.

Die oben beschriebenen Sensoren und der Schalter sind elektrisch mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 23 verbunden. Die ECU 23, die in der Autokabine angeordnet ist, weist Eingabe- und Ausgabeschnittstellen auf, Speichereinheiten wie ROM, RAM, ein nicht flüchtiges RAM etc., eine Mikroprozessoreinheit (MPU) und einen Zeitzähler. Das ROM wird vorher mit einer großen Anzahl von Steuerprogrammen gespeichert.

Wird die ECU 23 mit Ausgaben von den vorerwähnten Sensoren über ihre Eingabeschnittstelle versorgt, erfaßt sie die Ansaugluftzufuhrrate, die Sauerstoffkonzentra tionen des Abgases, die Drosselöffnung, die Kühlwasser temperatur, die Ansauglufttemperatur und den Luftdruck etc. gemäß den zugeführten Ausgaben. Die ECU 23 erfaßt auch eine Motorgeschwindigkeit Ne auf der Basis des Zeitintervalls des Referenzsignals, das vom Kurbelwinkel sensor 18 geliefert wird. Auf der Basis der Ansaugluft zufuhrrate und der Motorgeschwindigkeit Ne berechnet die ECU 23 ferner die volumetrische Wirksamkeit η_v des Motors 1. Die in der ECU 23 berechnete volumetrische Wirksamkeit η_v wird mittels des Luftdrucks, der Ansauglufttemperatur etc. ordnungsgemäß korrigiert.

Andererseits ist die Ausgabeschnittstelle der ECU 23 elektrisch mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3, dem ISC-Ventil 8, der Zündkerze 24, einer Alarmleuchte 32 etc. verbunden. Die Alarmleuchte 32, die in der Auto kabine angeordnet ist, leuchtet im Falle eines Problems auf.

Die ECU 23 erzeugt Antriebssignale und Steuersignale gemäß der vorerwähnten Erfassungsinformation und der Berechnungsinformation, und liefert diese individuell zu den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 3, der Zündein richtung 24 und dem ISC-Ventil 8. Werden Signale von der ECU 23 beispielsweise der Zündeinrichtung 24 zugeführt, wird die Zündeinrichtung 24 betätigt, und zur gleichen Zeit wird der Zündzeitpunkt für den Motor 1 gesteuert. Wird ein Signal von der ECU 23 zum ISC-Ventil 8 geleitet, wird die Steuerung der Ansaugluftzufuhr für den Leerlauf ausgeführt.

Werden die Steuersignale von der ECU 23 zu den Kraft stoffeinspritzvorrichtungen 3 geleitet, werden die Ein spritzvorrichtungen 3 betätigt, und zur gleichen Zeit wird die Rückkoppelungsregelung des Luftkraftstoffver hältnisses ausgeführt. Auf der Basis der Ausgaben der O₂- Sensoren 12 und 15 kann die ECU 23 auch die Verringerung der Reinigungskapazität des Dreiwegkatalysators 30 im katalytischen Umwandler 13 unterscheiden.

Im folgenden wird die Rückkoppelungsregelung des Luft kraftstoffverhältnisses und die Erfassung der Verringerung der Reinigungskapazität des Dreiwegkataly sators 30 näher beschrieben.

Zunächst wird ein Abriß der Rückkoppelungsregelung für das Luftkraftstoffverhältnis erläutert. Bei dieser Regelung werden die von den Kraftstoffeinspritzvorrich tungen 3 einzuspritzenden Kraftstoffzufuhrraten gemäß den Ausgaben der O₂-Sensoren 12 und 25 korrigiert, wobei das tatsächliche Luftkraftstoffverhältnis der Luftkraftstoff mischung, welche der Verbrennungskammer 15 zugeführt wird, beim Wert eines Solluftkraftstoffverhältnisses gehalten wird (beispielsweise bei einem Wert in der Nähe des theoretischen Luftkraftstoffverhältnisses). Auch wenn die Menge der von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 3 durchgeführten Kraftstoffeinspritzung für jeden Zyklus korrigiert wird, kann das tatsächliche Luftkraftstoff verhältnis nicht unmittelbar auf den Sollwert korrigiert oder stabil beim Sollwert gehalten werden.

Auch wenn das tatsächliche Luftkraftstoffverhältnis in der Nähe des Solluftkraftstoffverhältnisses ist, wird daher für die Menge der Kraftstoffeinspritzung von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 3 eine korrigierende Regelung ausgeführt. Bei dieser Korrekturregelung werden eine Korrektur im Sinne einer schrittweisen Erhöhung zum Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge mittels vorbestimm ter Korrekturwerte und eine Korrektur im Sinne einer schrittweisen Verringerung zum Verringern der Einspritz menge mittels vorbestimmter Korrekturwerte zyklisch gemäß den Ausgaben der O₂-Sensoren 12 und 25 wiederholt. Infolgedessen fluktuiert das tatsächliche Luftkraft stoffverhältnis in die Nähe des Solluftkraftstoffver hältnisses, so daß der Mittelwert des tatsächlichen Luftkraftstoffverhältnisses stabil beim Solluftkraft stoffverhältnis aufrecht erhalten werden kann.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, werden die Ausgaben der O₂- Sensoren 12 und 25 durch eine durchgezogene bzw. unter brochene Linie repräsentiert. Im Auspuffrohr 14 befindet sich der O₂-Sensor 12 auf der stromaufwärts gelegenen Seite des katalytischen Umwandlers 13, so daß er die Sauerstoffkonzentration des Abgases des Motors 1 genau erfassen kann. Werden die Korrekturen im Sinne der schrittweisen Erhöhung und schrittweisen Verringerung für die Menge der Kraftstoffeinspritzung von den Kraftstoff einspritzvorrichtungen 3 zyklisch wiederholt, wie vorstehend erwähnt, variiert daher die Ausgabe des O₂- Sensors 12 ebenfalls zyklisch, wie aus der durchgezogenen Linie in Fig. 2 ersichtlich. In diesem Fall variiert die Ausgabe (durchgezogene Linie) des O₂-Sensors 12 derart, daß sie um einen Spannungswert V₁ (beispielsweise 0,5 Volt) zentriert ist, welcher der Sauerstoffkonzentration des Abgases entspricht, die erreicht wird, wenn das Luftkraftstoffverhältnis der Luftkraftstoffmischung beim Niveau des Solluftkraftstoffverhältnisses ist, und ihr maximaler Wert entspricht einem maximalen Spannungswert V₂ (beispielsweise 1 Volt). Eine Periode T_F, in der die Ausgabe des O₂-Sensors 12 variiert, ist zur Periode identisch, in der die Korrektur im Sinne einer schritt weisen Erhöhung (oder im Sinne einer schrittweisen Ver ringerung) für die Einspritzmenge wiederholt wird.

Der Dreiwegkatalysator 30 im katalytischen Umwandler 13 hat die Funktion, eine vorbestimmte Menge an Sauerstoff molekülen oder O₂ temporär zu speichern. Kann der Katalysator 30 O₂ speichern, wenn das Abgas vorbei strömt, wird daher O₂ im Abgas durch den Katalysator 30 gebunden.

Der O₂-Sensor 25 befindet sich auf der stromabwärts gelegenen Seite des katalytischen Umwandlers 13 und erfaßt die Sauerstoffkonzentration des Abgases, das durch den Dreiwegkatalysator 30 hindurch strömt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, variiert daher die Ausgabe (unterbrochene Linie) des O₂-Sensors 25 wie die Ausgabe (durchgezogene Linie) des O₂-Sensors 12 derart, daß sie um den Spannungswert V₁ zentriert ist. Arbeitet der Katalysator 30 normal, wie vorstehend erwähnt, d. h., wenn das O₂ im Abgas temporär im Katalysator 30 gespeichert wird, ist die Veränderung der Ausgabe des O₂-Sensors 25 viel kleiner als diejenige der Ausgabe des O₂-Sensors 12, und seine T_R-Periode ist länger als die Periode T_F der Ausgabe des Sensors 12. Eine Frequenz f_F (= 1/T_F) der Ausgabe des Sensors 12 ist somit höher als eine Frequenz f_R (= 1/T_R) der Ausgabe des Sensors 25.

Arbeitet der Dreiwegkatalysator 30 normal, werden die Frequenzen f_F und f_R der entsprechenden Ausgaben der O₂- Sensoren 12 und 25 durch die spezifischen Reaktions geschwindigkeiten der Sensoren 12 und 25 selbst auf im wesentlichen feste Werte beschränkt. Die Frequenzen f_F und f_R der Ausgaben der O₂-Sensoren 12 und 25 werden beispielsweise bei f_FO bzw. f_RO (f_FO » f_RO (= 0)) stabilisiert.

Fig. 3 zeigt das Verhältnis zwischen einer Reinigungs wirksamkeit E_CAT des Dreiwegkatalysators 30 zum Entfernen von HC, CO und NO_x aus dem Abgas und das Verhältnis der Frequenz f_R zur Frequenz f_F, d. h. f_R/f_F, im Fall, wo der Dreiwegkatalysator 30 normal funktioniert.

Funktioniert der Dreiwegkatalysator 30 normal oder ist seine Reinigungswirksamkeit E_CAT hoch, d. h. E_CAT = 100%, wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind die Frequenzen f_F und f_R die Ausgaben des O₂-Sensors f_FO bzw. f_RO, wie vorstehend beschrieben, und f_R/f_F ist 0.

Mit fortschreitender Gebrauchsdauer des Dreiwegkatalysa tors 30 verringert sich jedoch seine Reinigungswirksam keit E_CAT graduell. Die Funktion des Katalysators 30, die Oxidation von HC und CO im Abgas zu beschleunigen, und die O₂-Speicherfunktion des Katalysators 30 werden somit verschlechtert. Demgemäß kann das O₂ im Abgas nicht auf einfache Weise vom Katalysator 30 gebunden werden, so daß mehr O₂ am Katalysator 30 vorbeiströmt. Dies führt dazu, daß sich die Sauerstoffkonzentration des Abgases auf der stromabwärts gelegenen Seite des Dreiwegkatalysators 30 graduell derjenigen des Abgases auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Katalysators 30 nähert. Die Ausgabe charakteristik des O₂-Sensors 25 ändert sich somit graduell dahingehend, daß sie derjenigen des O₂-Sensors 12 ähnelt.

Wird die Reinigungswirksamkeit E_CAT des Dreiwegkatalysa tors 30 auf 80% oder weniger verringert, wird die Frequenz f_R der Ausgabe des O₂-Sensors 25 gleich der Frequenz f_F der Ausgabe des O₂-Sensors 12, so daß f_R/f_F gleich 1 ist, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Das Verhältnis f_R/f_F beginnt, sich plötzlich zu erhöhen, wenn die Reinigungskapazität des Katalysators 30 abnimmt. Wird die Reinigungswirksamkeit E_CAT des Katalysators 30 auf 80% verringert, erreicht f_R/f_F seinen maximalen Wert 1.

Wie oben beschrieben, gibt es ein Verhältnis zwischen der Reinigungswirksamkeit E_CAT des Dreiwegkatalysators 30 und f_R/f_F derart, daß sich f_R/f_F plötzlich erhöht, wenn sich E_CAT verringert. Durch Erfassen des Trends der Änderung von f_R/f_F mittels der ECU 23 kann daher bestimmt werden, ob die Reinigungskapazität des Katalysators 30 verringert ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird im folgenden eine Routine gemäß einer ersten Ausführungsform zum Unter scheiden der Verringerung der Reinigungskapazität des Dreiwegkatalysators 30 beschrieben.

Diese Routine wird von der ECU 23 jedesmal ausgeführt, wenn der Motor 1 gestartet wird. Zuerst bestimmt die ECU 23 nacheinander, ob die Werte der Merker F (ok) und F (Ausfall) 1 sind (Schritte S10 und S11). Ist der Zünd schalter des Motors 1 ausgeschaltet, d. h. wenn der Motor 1 nicht läuft, setzt die ECU 23 den Wert des Merkers F (ok) auf 0 zurück. Unmittelbar nach dem Start des Motors 1 ist daher das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S10 Nein, so daß die ECU 23 den nächsten Vorgang von Schritt S11 ausführt. Andererseits ist der Merker F (Ausfall) 0, wenn er nicht in einem der folgenden Schritte auf 1 geändert wird. Demgemäß ist das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S11 ebenfalls Nein, worauf die ECU 23 den nächsten Vorgang von Schritt S12 ausführt.

In Schritt S12 wird bestimmt, ob die Anforderungen für die Unterscheidung der Verringerung der Reinigungskapazi tät des Dreiwegkatalysators 30 erfüllt sind. Die Erfordernisse umfassen beispielsweise die folgenden Bedingungen.

(a) Die Rückkoppelungsregelung des vorerwähnten Luftkraftstoffverhältnisses wird normal ausgeführt.
(b) Die Motorgeschwindigkeit Ne und die volumetrische Wirksamkeit η_v sind innerhalb ihrer ent sprechenden vorbestimmten Bereiche.

Diese Entscheidungsroutine soll die Verringerung der Reinigungskapazität des Dreiwegkatalysators 30 gemäß dem Trend der Änderung von f_R/f_F unterscheiden, wie vorstehend erwähnt. Daher wird sie unter der Annahme ausgeführt, daß beide O₂-Sensoren 12 und 25 normal arbeiten und die Rückkoppelungsregelung des Luftkraft stoffverhältnisses ordnungsgemäß ausgeführt wird.

Sind die Motorgeschwindigkeiten Ne und die volumetrische Wirksamkeit η_v nicht innerhalb ihrer entsprechenden vorbestimmten Bereiche, ist andererseits die Sauerstoff konzentration des Abgases nicht stabil, so daß die Rück koppelungsregelung des Luftkraftstoffverhältnisses nicht normal ausgeführt werden kann. Für die normale Rück koppelungsregelung des Luftkraftstoffverhältnisses sollten daher die Motorgeschwindigkeit Ne und die volumetrische Wirksamkeit η_v innerhalb der folgenden Bereiche liegen:

Ne₁ < Ne < Ne₂ (1)
η_v1 < η_v < η_v2 (2)

wobei Ne₁, Ne₂, η_v1 und η_v2 Schwellwerte sind. Im Fall, daß der Motor 1 mit einem automatischen Getriebe verbunden ist, sind beispielsweise Ne₁, Ne₂₁ η_v1 und η_v2 1400 U/min, 3000 U/min, 25% bzw. 60%.

Die Unterscheidung der Verringerung der Reinigungskapazi tät des Dreiwegkatalysators 30 basiert auch auf Anforde rungen, daß die Temperatur des Kühlwassers für den Motor 1 innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, daß der Luftstromsensor 6 normal funktioniert etc., sowie auf die vorerwähnten Anforderungen (a) und (b).

Ist eine der Anforderungen in Schritt S12 nicht erfüllt, ist das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S12 Nein. In diesem Fall bleibt die ECU 23 stehen, bis das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S12 Ja wird.

Wird das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S12 Ja, setzt die ECU 23 daraufhin einen Entscheidungswert T_HC(X) für f_R/f_F ein (Schritt S14). Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wird der Entscheidungswert T_HC(X) auf den Wert von f_R/f_F eingestellt, d. h. T_HC(1) (beispielsweise 0,8), der erreicht wird, wenn die Reinigungswirksamkeit E_CAT des Dreiwegkatalysators 30 auf E₁ verringert wird (beispielsweise 85%).

Da der O₂-Sensor 12 näher am Motor 1 als der O₂-Sensor 25 angeordnet ist, reagiert er empfindlicher auf die Abgas wärme. Erfährt der O₂-Sensor 12 eine thermische Verschlechterung, verschlechtert sich die Ansprech empfindlichkeit des Sensors 12, so daß die Frequenz f_F seiner Ausgabe verringert wird. Demgemäß ändert sich die Charakteristik von f_R/f_F im Vergleich zur Reinigungs wirksamkeit E_CAT in der Weise, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 3 angegeben. In diesem Fall ändert sich der Wert von f_R/f_F der erhalten wird, wenn die Reini gungswirksamkeit E_CAT des Dreiwegkatalysators 30 auf E₁ verringert wird, von T_HC(1) auf T_HC(T_D). Um den Ent scheidungswert T_HC(X), d. h. den Wert von f_R/f_F, der erhalten wird, wenn die Reinigungswirksamkeit E_CAT auf E₁ verringert wird, genau einzustellen, muß daher der Wert T_HC(X) unter Berücksichtigung der Verschlechterung der Ansprechempfindlichkeit des O₂-Sensors 12 geändert werden.

In Schritt S14 stellt daher die ECU 23 den Entscheidungs wert T_HC(X) in der folgenden Weise ein.

Da der Entscheidungswert T_HC(X) unter Berücksichtigung der Ansprechverzögerung des O₂-Sensors 12 eingestellt werden muß, erwartet die ECU 23 zuerst, eine Verzöge rungszeit T_D der Reaktion des Sensors 12 zu erhalten. Um dies zu erreichen, wird das ROM der ECU 23 vorher mit Zuordnungen gespeichert, wie sie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich sind. Diese Zuordnungen werden aus Testresul taten erhalten.

Die Zuordnung von Fig. 5 repräsentiert das Verhältnis zwischen der Frequenz f_F der Ausgabe des O₂-Sensors 12 und der Verzögerungszeit T_D. In einem Test zur Vorberei tung der Zuordnung von Fig. 5 wird das Luftkraftstoff verhältnis der Luftkraftstoffmischung, d. h. A/F, mit einer vorbestimmten Frequenz f_ST während des Betriebs des Motors 1 variiert. Erfährt der O₂-Sensor 12 keine thermische Verschlechterung, ist in diesem Fall die Frequenz f_F der Ausgabe des Sensors 12 im wesentlichen gleich zu f_ST. Die Verzögerungszeit T_D der Reaktion des Sensors 12 ist daher in diesem Fall im wesentlichen 0. Wird der Betrieb des Motors 1 viele Stunden lang fort gesetzt, so daß die thermische Verschlechterung des O₂- Sensors 12 graduell fortschreitet, verringert sich die Frequenz f_F der Ausgabe des Sensors 12 graduell. Demge mäß kann die Verzögerungszeit T_D der Reaktion des Sensors 12 gemäß der Rate der Verringerung der Frequenz f_F im Vergleich zur Frequenz f_ST erhalten werden. Auf diese Weise kann die Zuordnung von Fig. 5 erhalten werden, welche das Verhältnis zwischen der Frequenz f_F und der Verzögerungszeit T_D zeigt.

Andererseits repräsentiert die Zuordnung von Fig. 6 den Entscheidungswert T_HC(X), verglichen mit der Verzöge rungszeit T_D. Ist die Verzögerungszeit T_D 0, d. h., arbeitet der O₂-Sensor 12 normal, wie aus Fig. 6 ersichtlich, wird der Entscheidungswert T_HC(X) auf T_HC(1) eingestellt, wie vorstehend erwähnt. Erhöht sich die Verzögerungszeit T_D jedoch, erhöht sich auch der Entscheidungswert T_HC(X) graduell. Der Entscheidungswert T_HC(X) repräsentiert somit immer genau den Wert von f_R/f_F für den Zeitpunkt, wenn die Reinigungswirksamkeit E_CAT des Dreiwegkatalysators 30 auf E₁ verringert wird.

Beim Einstellen des Entscheidungswert T_HC(X), wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, verändert die ECU 23 zuerst das Verhältnis A/F mit der Frequenz f_ST für eine vorbestimmte Zeitdauer (Schritt S141) während des Betriebs des Motors 1, wie aus der Unterroutine von Fig. 7 ersichtlich. In diesem Fall wird die vorerwähnte Rück koppelungsregelung des Luftkraftstoffverhältnisses temporär unterbrochen, und eine Steuerung zum zwangs weisen Verändern von A/F wird ohne Berücksichtigung der Rückkoppelungsregelung ausgeführt. In dieser A/F- Veränderungssteuerung wird die Menge der Kraftstoffein spritzung von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 alternierend in Zyklen entsprechend der Frequenz f_ST erhöht und verringert, wodurch A/F zwischen der fetten und der mageren Seite schwingt. Die Frequenz f_ST wird auf einen Wert eingestellt, der nicht größer als f_FO ist.

Im nächsten Vorgang von Schritt S142 berechnet die ECU 23 die Frequenz f_F gemäß der Ausgabe des O₂-Sensors 12. Die ECU 23 mißt die Anzahl von Malen, die ein Spannungswert, der dem theoretischen Luftkraftstoffverhältnis entspricht, von der Ausgabe des O₂-Sensors 12 während einer vorbestimmten Zeitdauer (beispielsweise 10 Sekunden) gekreuzt wird, und berechnet die Frequenz f_F auf der Basis der gemessenen Anzahl von Malen.

Danach liest die ECU 23 die Verzögerungszeit T_D der Reaktion entsprechend der berechneten Frequenz f_F aus der Zuordnung von Fig. 5 (Schritt S143), und liest den Entscheidungswert T_HC(X) entsprechend der Verzögerungs zeit T_D aus der Zuordnung von Fig. 6 (Schritt S144).

Nachdem Schritt S141 oder S14 ausgeführt worden ist, geht die Steuerung von A/F unmittelbar zur vorerwähnten Rück koppelungsregelung über.

Im nächsten Vorgang von Schritt S16 berechnet die ECU 23 die Frequenz f_F wieder gemäß der Ausgabe des O₂-Sensors 12. In diesem Fall mißt die ECU 23 die Anzahl von Malen, die ein Spannungswert V1, der dem theoretischen Solluft kraftstoffverhältnis entspricht, von der Ausgabe des O₂- Sensors 12 während einer vorbestimmten Zeitdauer (beispielsweise 10 Sekunden) gekreuzt wird, und berechnet die Frequenz f_F auf der Basis der gemessenen Anzahl von Malen.

Im nächsten Vorgang von Schritt S18 berechnet die ECU 23 die Frequenz f_R gemäß der Ausgabe des O₂-Sensors 25 in der gleichen Weise wie bei der Berechnung der Frequenz f_F.

Danach erhält die ECU 23 das f_R/f_F von den berechneten Frequenzen f_F und f_R und bestimmt, ob f_R/f_F größer ist als der Entscheidungswert T_HC(X) (Schritt S20). Ist das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S20 Nein, d. h., ergibt sich, daß der Wert von f_R/f_F kleiner ist als der Wert T_HC(X), so läßt sich darauf schließen, daß die Reinigungswirksamkeit E_CAT des Dreiwegkatalysators 30 nicht auf E₁ verringert ist, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Demgemäß führt die ECU 23 eine OK-Routine des Schritts S30 aus.

Ist das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S20 im Gegensatz hierzu Ja, wird davon ausgegangen, daß der Wert von f_R/f_F größer ist als der Entscheidungswert T_HC(X), und daß die Reinigungswirksamkeit E_CAT des Dreiweg katalysators 30 auf E₁ verringert ist. Demgemäß führt die ECU 23 eine Ausfall-Routine des Schritts S40 aus.

Da der Entscheidungswert T_HC(X) eine Variable ist, die unter Berücksichtigung der thermischen Verschlechterung des O₂-Sensors 12 eingestellt wird, wie vorstehend erwähnt, kann die Entscheidung in Schritt S20 genau ausgeführt werden. Schritt S30 wird somit ausgeführt, wenn die Reinigungswirksamkeit E_CAT des Dreiwegkatalysa tors 30 hoch genug für einen normalen Betrieb ist, und Schritt S40 wird andererseits ausgeführt, wenn die Reinigungswirksamkeit E_CAT des Katalysators 30 nicht höher ist als E₁, d. h. wenn der Katalysator 30 nicht normal funktionieren kann.

In der OK-Routine von Schritt S30 schaltet die ECU 23, wie aus Fig. 8 ersichtlich, zunächst die Alarmleuchte 32 in der Autokabine aus (Schritt S32), und löscht einen Fehlercode für den Dreiwegkatalysator 30 im nicht flüchtigen RAM (Schritt S34). Danach stellt die ECU 23 im Merker F(ok) 1 ein (Schritt S36), worauf die OK-Routine beendet ist.

Während die ECU 23 die Entscheidungsroutine von Fig. 4 wiederholt ausführt, ist danach das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S10 wieder Ja, so daß Schritt S11 und seine nachfolgenden Schritte nicht ausgeführt werden. In diesem Fall führt die ECU 23 lediglich den Schritt S10 der Entscheidungsroutine wiederholt aus.

In der Ausfall-Routine von Schritt S40 schaltet die ECU 23 andererseits, wie aus Fig. 9 ersichtlich, zunächst die Alarmleuchte 32 an (Schritt S42), und speichert das nicht flüchtige RAM mit dem Fehlercode für den Dreiweg katalysator 30 (Schritt S42). Danach stellt die ECU 23 im Merker F(Ausfall) 1 ein (Schritt S46), worauf die Aus fall-Routine beendet ist. Die Alarmleuchte 32 wird eingeschaltet gelassen, solange Schritt S30 nicht ausgeführt wird.

Während die ECU 23 die Entscheidungsroutine von Fig. 4 wiederholt ausführt, ist der Merker F(ok) danach noch auf 0 zurückgesetzt, so daß der Schritt S11 nach Schritt S10 ausgeführt wird.

Wird das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S20 Ja, wie vorstehend erwähnt, leuchtet die Alarmleuchte 32 weiter, so daß ein Fahrer das Auftreten eines Fehlers im Auto mittels der Glühlampe 32 erkennen kann. Wird das Auto danach zur Reparatur gebracht, kann ein Reparateur die Verringerung der Reinigungskapazität des Dreiweg katalysators 30 erkennen, indem er den Fehlercode aus dem nicht flüchtigen RAM in der ECU 23 liest. Der Reparateur kann daher auf einfache Weise den Fehler beseitigen, indem er den Katalysator 30 durch einen neuen ersetzt.

Aus Fig. 10 ist eine Entscheidungsroutine gemäß einer zweiten Ausführungsform ersichtlich. Im folgenden werden lediglich die Unterschiede dieser Entscheidungsroutine zur Entscheidungsroutine von Fig. 4 beschrieben.

Im Fall der Entscheidungsroutine von Fig. 10 wird Schritt S14 von Fig. 4 ausgelassen. Ist der Ergebnis der Entscheidung in Schritt S12 Ja, führt die ECU 23 den Schritt S16 direkt nach Schritt S12 aus.

Schritt S26 liegt zwischen den Schritten S16 und S18. In Schritt S26 bestimmt die ECU 23, ob die in Schritt S16 berechnete Frequenz f_F kleiner ist als ein vorbestimmter Wert T_HP (beispielsweise 0,1 Hz). Der vorbestimmte Wert T_HP wird gemäß dem Ergebnis eines Tests zum Messen der thermischen Verschlechterung des O₂-Sensors 12 und unter Berücksichtigung des vorerwähnten Entscheidungswerts T_HC(1) von f_R/f_F eingestellt. Der vorbestimmte Wert T_HP ist ein derartiger Wert, daß die Frequenz f_F der Ausgabe des O₂-Sensors 12 so viel geringer als sein erlaubter Bereich ist, daß f_R/f_F nicht genau die Reinigungswirk samkeit E_CAT des Dreiwegkatalysators 30 angeben kann.

In der Entscheidungsroutine von Fig. 10 führt die ECU 23 den Schritt S48 anstelle des Schritts S20 von Fig. 4 aus. In Schritt S48 bestimmt die ECU 23, ob f_R/f_F größer ist als der Entscheidungswert T_HC(1), ein feststehender Wert. In Abhängigkeit des Ergebnisses der Entscheidung in Schritt S48 führt die ECU 23 den Schritt S30 oder 540 aus.

Gemäß der Entscheidungsroutine der zweiten Ausführungs form führt die ECU 23 niemals die Entscheidung in Schritt S48 in dem Fall aus, wenn das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S26 Ja ist, so daß der O₂-Sensor 12 einer thermischen Verschlechterung ausgesetzt ist. Es kann somit verhindert werden, daß die ECU 23 eine fehlerhafte Entscheidung bezüglich der Verringerung der Reinigungs kapazität des Dreiwegkatalysators 30 abgibt.

Wird die Entscheidung in Schritt S48 ausgeführt, ist das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S26 schon Nein. In diesem Fall funktioniert der O₂-Sensor 12 normal, ohne daß er einer thermischen Verschlechterung ausgesetzt ist. Demgemäß gibt das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S48 genau das Auftreten der Verringerung der Reinigungs kapazität des Dreiwegkatalysators 30 an, d. h., ob die Reinigungswirksamkeit E_CAT des Katalysators 30 auf E₁ oder weniger verringert ist.

In Fig. 11 ist eine Entscheidungsroutine gemäß einer dritten Ausführungsform ersichtlich. Diese Routine ist eine Kombination der Entscheidungsroutinen gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform und bietet die Vorteile dieser beiden vorstehenden Ausführungsformen.

Im Fall der Entscheidungsroutine der dritten Ausführungs form kann das Auftreten der thermischen Verschlechterung des O₂-Sensors 12 in Schritt S26 dadurch unterschieden werden, daß bestimmt wird, ob der in Schritt S14 einge stellte Entscheidungswert T_HC(X) größer ist als ein vorbestimmter Wert, anstatt daß bestimmt wird, ob die Frequenz f_F kleiner ist als der vorbestimmte Wert T_HP. In diesem Fall wird der vorbestimmte Wert für den Entschei dungswert T_HC(X) vorher auf der Basis experimentieller Daten erhalten.

In den Fig. 12 und 13 ist eine Entscheidungsroutine gemäß einer vierten Ausführungsform ersichtlich. In dieser Routine werden Entscheidungen in Schritten S54 bis S61 zusätzlich nach Schritt S12 abgegeben.

In Schritt S54 bestimmt die ECU 23, ob die Kraftstoff zufuhr von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 3 unter brochen ist. Die ECU 23 führt die Entscheidung in Schritt S54 in Abhängigkeit des Vorhandenseins von Antriebs signalen aus, die den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 3 zuzuführen sind. Im Fall, wenn das Auto ein Gefälle hinabfährt, wobei das Drosselventil 7 vollständig geschlossen ist, kann die Kraftstoffeinspritzung von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 3 möglicherweise gestoppt sein, obwohl die Motorgeschwindigkeit Ne nicht niedriger ist als beispielsweise Ne₁ (1400 U/min).

Ist das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S54 Ja, beginnt die ECU 23, die nach der Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr verstrichene Zeit zu messen, d. h. die Abtrennzeit t_G (Schritt S55), und führt dann Schritt S56 aus. Ist das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S54 Nein, setzt die ECU 23 andererseits die Abtrennzeit t_G in Schritt S54 auf 0 zurück und führt dann Schritt S56 aus.

In Schritt S56 bestimmt die ECU 23, ob eine vorbestimmte Zeit X_G von der Abtrennzeit t_G überschritten ist. Ist das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S56 Ja, kann angenommen werden, daß die Temperatur des Abgases vom Motor 1 niedrig ist und die Temperaturen der O₂-Sensoren 12 und 25 selbst niedriger sind als die bearbeitbare Temperatur. In dieser Situation sind die Ausgaben der Sensoren 12 und 25 daher nicht stabil. Demgemäß unter bricht die ECU 23 die Ausführung von Schritt S57 und die nachfolgenden Schritte und gibt keine Entscheidung hin sichtlich der Verringerung der Reinigungskapazität des Dreiwegkatalysators 30 ab.

In Schritt S57 bestimmt die ECU 23, ob eine Erholungszeit tp verstrichen ist. Die Erholungszeit tp ist diejenige Zeit, die verstrichen ist, nachdem das Ergebnis der Ent scheidung in Schritt S54 auf Nein geändert wird, nachdem die Änderung des Ergebnisses der Entscheidung in Schritt S56 auf Ja geändert wurde, und wird in der ECU 23 gemessen.

Unmittelbar nach dem erneuten Start der Kraftstoffzufuhr wird das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S57 Nein. In diesem Zustand ist daher die Temperatur des Abgases voraussichtlich nicht hoch genug, und die Temperaturen der O₂-Sensoren 12 und 25 selbst sind noch niedrig. Auch in dieser Situation unterbricht die ECU 23 daher die Aus führung von Schritt S58 und der nachfolgenden Schritte und gibt keine Entscheidung über die Verringerung der Reinigungskapazität des Dreiwegkatalysators 30 ab.

In Schritt S58 bestimmt die ECU 23, ob die Ausgabe des Leerlaufschalters 26 an ist. Ist das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S58 Ja, beginnt die ECU 23 das Messen der Zeit, die nach der Aktivierung der Schalter 26 verstrichen ist, d. h. die Leerlaufzeit t_ID (Schritt S59), und führt dann den nächsten Vorgang von Schritt S60 aus (Fig. 13). Ist das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S58 andererseits Nein, setzt die ECU 23 die Leerlaufzeit t_ID in Schritt S58 auf 0 zurück und führt anschließend Schritt S60 aus.

In Schritt S60 bestimmt die ECU 23, ob eine vorbestimmte Zeit X_ID von der Leerlaufzeit t_ID überschritten wird. Ist das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S60 Ja, kann sie annehmen, daß die Temperatur des Abgases vom Motor 1 niedrig ist und die Temperaturen der O₂-Sensoren 12 und 25 selbst infolge des verlängerten fortwährenden Leer laufbetriebs des Motors 1 zu niedrig sind. In dieser Situation unterbricht die ECU 23 daher die Ausführung von Schritt S61 und der nachfolgenden Schritte und gibt keine Entscheidung über die Verringerung der Reinigungskapa zität des Dreiwegkatalysators 30 ab.

In Schritt S61 bestimmt die ECU 23, ob eine Erholungszeit t_Q verstrichen ist. Die Erholungszeit t_Q ist diejenige Zeit, die verstrichen ist, nachdem das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S58 auf Nein geändert worden ist, nachdem das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S60 auf Ja verändert wurde, und wird in der ECU 23 gemessen.

Unmittelbar nach dem Umschalten des Motors 1 vom Leer laufbetrieb in seinen Normalbetrieb wird das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S61 Nein. In diesem Zustand ist daher die Temperatur des Abgases voraussichtlich nicht hoch genug, und die Temperaturen der O₂-Sensoren 12 und 25 selbst sind noch niedrig. Auch in dieser Situation unterbricht die ECU 23 daher die Ausführung des Schritts S14 und der nachfolgenden Schritte und gibt keine Ent scheidung über die Verringerung der Reinigungskapazität des Dreiwegkatalysators 30 ab.

Sind die Ergebnisse der Entscheidung in den Schritten S54, S56, S57, S58, S60 und S61 alle Ja, führt die ECU 23 Schritt S14 und die nachfolgenden Schritte aus und gibt eine Entscheidung über die Verringerung der Reinigungs kapazität des Dreiwegkatalysators 30 in der vorerwähnten Weise ab.

Claims

1. Vorrichtung zum Erfassen der Verringerung der Reinigungskapazität eines katalytischen Umwandlers (13) in einer Abgasleitung (14), durch welche Abgas von einem Verbrennungsmotor geführt wird, wobei der katalytische Umwandler (13) einen Katalysator (30) zum Reinigen des Abgases aufweist, wobei die Vorrichtung eine erste Detektionseinrichtung mit einem Sensor (12) aufweist, der in der Abgasleitung (14) angeordnet ist, so daß er auf der stromaufwärts gelegenen Seite des katalytischen Umwandlers (13) angeordnet ist, wobei der Sensor (12) eine spezifische Komponente (O₂) im Abgas erfaßt und ein erstes Detektionssignal (f_F) für die erfaßte Komponente (O₂) abgibt, eine zweite Detektionseinrichtung (25) zum Erfassen der spezifischen Komponente (O₂) im Abgas, das auf der stromabwärts gelegenen Seite des katalytischen Umwandlers (13) strömt, und zum Abgeben eines zweiten Detektionssignals (f_R) für die erfaßte Komponente (O₂), eine Meßeinrichtung (23) zum Liefern eines Reinigungs signals (f_R/f_F), welches ein Ausmaß der Verringerung der Reinigungskapazität des Katalysators (30) gemäß dem ersten und zweiten Detektionssignal (f_F, f_R) angibt, das von der ersten und zweiten Detektionseinrichtung (12, 25) geliefert wird, und eine Vergleichseinrichtung (23) zum Vergleichen des Reinigungssignals (f_R/f_F) von der Meßein richtung mit einem Referenzwert (T_HC(x)) und zum Liefern eines Vergleichsergebnisses, welches das Auftreten der Verringerung der Reinigungskapazität des Katalysators (30) angibt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner umfaßt:
eine Verschlechterungserfassungseinrichtung (23) zum Erfassen des Ausmaßes der Verschlechterung des Sensors (12) der ersten Detektionseinrichtung und zum Liefern des Ergebnisses der Erfassung, und
eine Steuereinrichtung (23) zum Steuern der Abgabe des Vergleichsergebnisses von der Vergleichseinrichtung gemäß dem Erfassungsergebnis von der Verschlechterungs erfassungseinrichtung.

2. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Korrektur einrichtung zum Korrigieren des Referenzwertes in der Vergleichseinrichtung gemäß dem Erfassungsergebnis von der Verschlechterungserfassungseinrichtung enthält.

3. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (23) als Reini gungssignal ein Verhältnis (f_R/f_F) zwischen den entsprechenden Frequenzen des ersten und zweiten Detek tionssignals liefert.

4. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlechterungserfassungsein richtung (23) eine Einrichtung zum Berechnen, als Er fassungsergebnis, einer Verzögerungszeit (T_D) der Reaktion des ersten Detektionssignals enthält, das vom Sensor (12) geliefert wird.

5. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (23) eine Unterbrechungseinrichtung zum Unterbrechen der Lieferung des Vergleichsergebnisses von der Vergleichs einrichtung enthält, wenn ein erlaubter Wert vom Er fassungsergebnis von der Verschlechterungserfassungs einrichtung überschritten wird.

6. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (23) als Reini gungssignal ein Verhältnis (f_R/f_F) zwischen den ent sprechenden Frequenzen des ersten und zweiten Detektions signals liefert.

7. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlechterungserfassungsein richtung (23) eine Einrichtung zum Berechnen, als Er fassungsergebnis, einer Verzögerungszeit (T_D) der Reaktion des ersten Detektionssignals enthält, das vom Sensor (12) geliefert wird.

8. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner eine dritte Detektionseinrichtung (26, 23) zum Erfassen eines Betriebszustands des Motors (1) aufweist, und daß die Steuereinrichtung eine Unterbrechungseinrichtung zum Unterbrechen der Abgabe des Vergleichsergebnisses von der Vergleichseinrichtung enthält, wenn der Betriebszustand des Motors (1), der von der dritten Erfassungseinrichtung erfaßt wird, in einem spezifischen Zustand ist.

9. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Zustand ein derartiger Zustand ist, daß ein Drosselventil des Motors (1) vollständig geschlossen ist und die Kraftstoffzufuhr zum Motor (1) eine vorbestimmte Zeitdauer fortgesetzt wird, und daß ein Leerlaufbetrieb des Motors (1) fortge führt wird.

10. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungseinrichtung das Unterbrechen der Abgabe von der Vergleichseinrichtung während dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Entfernen des spezifischen Zustandes des Motors (1) weiterführt.