DE19539024A1 - Katalysatorschädigungsdiagnosesystem für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Katalysatorschädigungsdiagnosesystem für einen Verbrennungsmotor

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Description

Hintergrund der Erfindung 1. Bereich der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen eines Katalysa­ torschädigungsdiagnosesystems für einen Verbrennungsmotor, das vorgesehen ist, um den Schädigungszustand eines Katalysators unter Verwendung von zwei Luft-Kraftstoffverhältnissensoren, die stromaufwärts und stromabwärts eines den Katalysator bein­ haltenden katalytischen Konverters angeordnet sind, zu diag­ nostizieren.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Es wurden eine Vielzahl von Katalysatorschädigungsdiagnosesys­ temen für Verbrennungsmotoren vorgeschlagen und haben prak­ tische Verwendung gefunden. Ein Typisches dieser Schädigungsdi­ agnosesystemen ist zum Beispiel in der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nummer 63-205441 offenbart, in der zwei Luft-Kraftstoffverhältnis- (oder Sauerstoff)sensoren jeweils stromaufwärts und stromabwärts eines katalytischen Konverters (beinhaltend den Katalysator) des Motors angeordnet sind, so daß die Schädigungsdiagnose des Katalysators gemäß einem Ver­ gleich der Ausgangssignale der jeweiligen Sensoren erfolgt, während eine Luft-Kraftstoffverhältnisrückkopplungskontrolle hauptsächlich entsprechend dem Ausgangssignal des stromaufwärts­ seitigen Sauerstoffsensors erfolgt.
Im speziellen wird während der Durchführung der Luftkraft­ stoffverhältnisrückkopplungskontrolle die Kraftstoffzufuhr des Motors hauptsächlich nach dem Ausgangssignal des stromaufwärts­ seitigen Sauerstoffsensors kontrolliert, z. B. unter einer falschen Proportinalplusintegralkontrolle, so daß das Aus­ gangssignal des stromaufwärtsseitigen Sauerstoffsensors perio­ disch wiederholt zwischen einer niedrigen Sauerstoffkonzentra­ tionsseite und einer hohen Sauerstoffkonzentrationsseite im Verhältnis zu einem Durchschnittswert invertiert, wie in Fig. 7A gezeigt. Dies hat zur Folge, daß die Konzentration des restlichen Sauerstoffs auf der Seite stromaufwärts des kataly­ tischen Konverters stark schwankt. Im Vergleich dazu ist die Änderung der restlichen Sauerstoffkonzentration auf der Seite stromabwärts des katalytischen Konverters gering wegen der Sau­ erstoffspeicherfähigkeit des Katalysators, und daher ist das Ausgangssignal des stromabwärtsseitigen Sauerstoffsensors wie in Fig. 7B gezeigt, in der die Änderung des Ausgangssignals eine kleine Amplitude und einen langen Zyklus hat.
Wenn die Schädigung des Katalysators in dem katalytischen Kon­ verter fortschreitet, so sinkt die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators, so daß die Sauerstoffkonzentrationen der Seiten stromaufwärts und stromabwärts des katalytischen Kon­ verters sich einander angleichen. Als Ergebnis wiederholt das Ausgangssignal des stromabwärtsseitigen Sauerstoffsensors seine Änderung in einem Zyklus ähnlich dem Ausgangssignal des stro­ maufwärtsseitigen Sauerstoffsensors, wobei seine Amplitude steigt, wie in Fig. 7C gezeigt. Demgemäß wird mit dem Kata­ lysatorschädigungsdiagnosesystem der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 63-205441 ein Inversionszyklus T1 des Ausgangssignals des stromaufwärtsseitigen Sauerstoffsensors zwischen der niedrigen und hohen Konzentrationsseite und ein Inversionszyklus T2 des Ausgangssignals des stromabwärtsseiti­ gen Sauerstoffsensors zwischen der fetten und mageren Seite ge­ messen, um ein Verhältnis (T1/T2) zwischen den Inversionszyklen T1 und T2 zu bestimmen. Dann, wenn dies Verhältnis einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird bestimmt, daß der Kata­ lysator geschädigt ist.
Ein anderes Katalysatorschädigungsdiagnosesystem ist in der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 4-1449 of­ fenbart, bei der ein Katalysator am Ende als geschädigt beur­ teilt wird wenn erfaßt wird, daß der Wert eines Verhältnisses (F2/F1) zu einer Anzahl vorbestimmter Zeiten einen vorbes­ timmten Wert überschreitet. Das Verhältnis (F2/F1) bestimmt sich nach einer Inversionsfrequenz (F1) zwischen hoher und nie­ driger Sauerstoffkonzentrationsseite des Ausgangssignals des stromaufwärtsseitigen Sauerstoffsensors und einer Inversions­ frequenz (F2) zwischen magerer und fetter Seite des Aus­ gangssignals eines stromabwärtsseitigen Sauerstoffsensors.
Jedoch sind Nachteile in dem obengenannten konventionellen Katalysatorbeeinträchtigungsdiagnosesystem aufgetreten, die im nachstehenden mit Bezug zu den Fig. 8A und 8B beschrieben werden.
Fig. 8 zeigt in ihrem oberen Teil ein Beispiel für die Änderung des Ausgangssignals des stromaufwärtsseitigen Sau­ erstoffsensors zwischen der niedrigen Sauerstoffkonzentrations­ seite und der hohen Sauerstoffkonzentrationsseite, und in ihrem unteren Teil die Veränderung eines Rückkopplungskorrekturkoef­ fizienten α entsprechend der Änderung des Ausgangssignals. Der Rückkopplungskorrekturkoeffizient α wird beispielsweise durch die unechte Proportionalplusintegralkontrolle gehalten. Im speziellen wird wenn eine Kurve des Ausgangs des Sauerstoffsen­ sors die Linie des dem stöchometrischen Luftkraftstoffverhält­ nisses entsprechenden Mittelwert überschreitet, um von der nie­ drigen Sauerstoffkonzentrationsseite zu der hohen Sau­ erstoffkonzentrationsseite invertiert zu werden, ein vorbes­ timmter Prozentualwert PL zu dem Rückkopplungskorrekturkoef­ fizienten α hinzugezählt, und zusätzlich ein Integralwert mit einem Anstieg entsprechend einer vorbestimmten Integrationskon­ stanten IL stufenweise zu dem Rückkopplungskorrekturkoeffizien­ ten α hinzugezählt. Dieser Rückkopplungskorrekturkoeffizient α wird bekannterweise zu einer Grundkraftstoffeinspritzmenge er­ hoben. Daher wird das aktuelle Luftkraftstoffverhältnis stufen­ weise fett gemacht (an Kraftstoff). Dann, wenn die Kurve des Ausgangssignals des Sauerstoffsensors von der hohen Sau­ erstoffkonzentrationsseite zu der niedrigen Sauerstoffkonzen­ trationsseite invertiert ist, wird ein vorbestimmter propor­ tionaler Wert PR von dem Rückkopplungskorrekturkoeffizienten α subtrahiert, und zusätzlich ein Integralwert mit einem einer vorbestimmten Intergrationskonstante IR entsprechenden Anstieg stufenweise von dem Rückkopplungskorrekturkoeffizienten α sub­ trahiert. Bei Wiederholung der obigen Operation wird das Luftkraftstoffverhältnis bei Werten nahe dem stöchometrischen Luftkraftstoffverhältnis gehalten während es geringe Abweichun­ gen ihres Wertes macht.
Hier bleibt, bei der Annahme, daß der Motor in einem konstanten Betriebszustand ist, der dem stöchometrischen Luftkraft­ stoffverhältnis entsprechende Mittelwert im wesentlichen die vertikalen Mitte der Amplitude des Luftkraftstoffverhältnis­ rückkopplungskorrekturkoeffizienten α wie im unteren Teil von Fig. 8 gezeigt. Es sei angemerkt, daß die in Fig. 8 angege­ benen Zeiten tLR, tRL als Kontrollverzögerung des Rückkop­ plungskontrollsystems angesehen werden, wobei jede der Zeiten tLR, tRL eine Zeit ist, in der das Ausgangssignal des Sau­ erstoffsensors tatsächlich zu seiner niedrigen Sau­ erstoffkonzentrationsseite oder zu seiner hohen Sau­ erstoffkonzentrationsseite unter dem periodisch wechselnden Rückkopplungskontrollkorrekturkoeffizienten α, der den dem stöchometrischen Luftkraftstoffverhältnis entsprechenden Mit­ telwert überschreitet, invertiert wird.
Im Fall, daß der stromaufwärtsseitige Luftkraftstoffverhältnis- (Sauerstoff)sensor nicht geschädigt ist und normal ist, ist ein Anstiegs- und Rückgangszyklus Ta des Rückkopplungskorrek­ turkoeffizienten α relativ kurz, während die Amplitude W wie in Fig. 9A gezeigt zurückgeht. Als Folge wird der stromabwärts­ seitige Sauerstoffsensor stark von durch den katalytischen Konverter strömendes Auspuffgas angegriffen, so daß das Aus­ gangssignal des stromabwärtsseitigen Sauerstoffsensors kaum zwischen der fetten Seite und der mageren Seite invertiert wird, wie in Fig. 9D gezeigt, wenn der katalytische Konverter normal ist.
Im Gegensatz dazu, im Fall, daß der stromaufwärtsseitige Luftkraftstoffverhältnis-(Sauerstoff)sensor beeinträchtigt ist und eine Antwortverzögerung in der Luftkraftstoffverhältnis­ rückkopplungskontrolle steigt, so steigt der Anstiegs- und Rückgangszyklus Ta des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten α während die Amplitude W steigt. In diesem Fall steigt das Luft­ sauerstoffverhältnis über die Sauerstoffspeicherfähigkeit des katalytischen Konverters, und daher erscheint die Inversion zwischen der niedrigen und hohen Sauerstoffkonzentrationsseite in dem Ausgangssignal des stromabwärtsseitigen Sauerstoffsen­ sors wie in Fig. 10D gezeigt, obwohl der katalytische Kon­ verter normal ist. Als Folge besteht die Möglichkeit, daß der Katalysator in dem katalytischen Konverter fälschlicher Weise als geschädigt diagnostiziert wird, obwohl der Katalysator die normalen Fähigkeiten hat oder normal funktioniert.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein ver­ bessertes Katalysatorschädigungsdiagnosesystem für einen mit einem katalytischen Konverter versehenen Verbrennungsmotor zu schaffen, bei dem die aufgezählten Nachteile des konventionel­ len Katalysatorschädigungsdiagnosesystems wirksam beseitigt werden können.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein ver­ bessertes Katalysatorschädigungsdiagnosesystem für einen mit einem katalytischen Konverter versehenen Verbrennungsmotor zu schaffen, daß einer derartig falschen Beurteilung vorbeugt, daß der Katalysator als geschädigt beurteilt wird obwohl er tat­ sächlich nicht geschädigt ist und normale Fähigkeiten hat.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein ver­ bessertes Katalysatorschädigungsdiagnosesystem für einen mit einem Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungskontrollsystem und einem katalytischen Konverter versehenen Verbrennungsmotor zu schaffen, mit dem die Diagnose der Katalysatorschädigung mit hoher Präzision durchgeführt werden kann obwohl eine Kontroll­ frequenz der Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungskontrolle wegen Beeinträchtigung eines stromaufwärts des katalytischen Konverters angeordneten Luftkraftstoffverhältnissensors nie­ driger ist.
Ein genereller Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in einem Katalysatorschädigungsdiagnosesystem (D) für einen Verbren­ nungsmotor (E) mit einem Auspuffgasdurchgang (23), in dem ein katalytischer Konverter (27) mit einem Katalysator (27a) angeordnet ist, das aufweist: einen in dem Auspuffgasdurchgang und stromaufwärts des katalytischen Konverters angeordneten er­ sten Luftkraftstoffverhältnissensor (1, 28); einem in dem Aus­ puffgasdurchgang und stromabwärts des katalytischen Konverters angeordneten zweiten Luftkraftstoffverhältnissensor (2, 29); Mittel (3, 32) zum Bestimmen einer Grundkraftstoffeinspritz­ menge (Tp) entsprechend einem Motorbetriebszustand des Motors; Mittel zum Berechnen eines Luftkraftstoffverhältnisrückkop­ plungskoeffizienten (α); Mittel (5, 32) zum Korrigieren der Grundkraftstoffeinspritzmenge entsprechend dem Rückkop­ plungskorrekturkoeffizienten; und Mittel (32) zum Beurteilen der Schädigung des Katalysators durch Vergleichen des Inver­ sionszustandes eines Ausgangssignals des ersten und zweiten Luftkraftstoffverhältnissensors mit einem Entscheidungsstan­ dard, der entsprechend einer Kontrollfrequenz einer Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungskontrolle zumindest als Antwort auf ein Ausgangssignal des ersten Luftkraftstof­ fverhältnissensors und der korrigierten Grundkraftstoffein­ spritzmenge des Korrekturmittels gemacht ist.
Mit diesem Aspekt kann die Diagnose der Schädigung des Kata­ lysators mit hoher Präzision durchgeführt werden obwohl eine Kontrollfrequenz der Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungskon­ trolle wegen der Schädigung des ersten oder stromaufwärtsseiti­ gen Luftkraftstoffverhältnissensors erniedrigt ist, und es ver­ hindert daher wirksam eine fehlerhafte Entscheidung über die Katalysatorschädigung.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt wie in Fig. 1 gezeigt in einem Katalysatorschädigungsdiagnosesystem (D) für einen Verbrennungsmotor (E) mit einem Auspuffgasdurchgang (23), in dem ein katalytischer Konverter (27) mit einem Katalysator (27a) angeordnet ist, wobei das Diagnosesystem aufweist: einem in dem Auspuffgasdurchgang und stromaufwärts des katalytischen Konverters angeordneten ersten Luftkraftstoffverhältnissensor (1, 28); einen in dem Auspuffgasdurchgang und stromabwärts des katalytischen Konverters angeordneten zweiten Luftkraftstof­ fverhältnissensor (2, 29); Mittel (3, 32) zum Bestimmen einer Grundkraftstoffeinspritzmenge (Tp) entsprechend einem Motorbe­ triebszustand des Motors; Mittel (4, 32) zum Berechnen eines Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungskoeffizienten (α); Mittel (5, 32) zum Korrigieren der Grundkraftstoffeinspritzmenge ent­ sprechend dem Rückkopplungskorrekturkoeffizienten; Mittel (6, 32) zum Berechnen eines Inversionsverhältniswertes (HZRATE) gemäß einem Inversionsverhältnis (HZR) von Ausgangssignalen des ersten und zweiten Luftkraftstoffverhältnissensors wenn der Mo­ torbetriebszustand innerhalb eines eine Schädigungsdiagnose des Katalysators erfordernden Diagnosebereich ist; Mittel (7, 32) zum Erfassen eines Inversionszustandswertes (AVEHZ) ent­ sprechend einem Inversionszustand des Ausgangssignales des er­ sten Luftkraftstoffverhältnissensors; Mittel zum Bestimmen eines Entscheidungswertes (ZNGST) entsprechend dem Inversions­ zustandswertes des Inversionszustandswerteserfassungsmittels; und Mittel (9, 32) zum Beurteilen der Schädigung des Katalysa­ tors durch Vergleichen des Inversionsverhältniswertes des In­ versionsverhältnisberechnungsmittels mit dem Entscheidungsstan­ dardwert des Entscheidungsstandardwertesbestimmungsmittels.
Mit diesem Aspekt der Erfindung ist das Luftkraftstoffverhält­ nis des dem Motor zugeführten Luftkraftstoffgemisches rückkop­ plungskontrolliert in Wechselwirkung zu dem Ausgangssignal des ersten oder stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissen­ sors, so daß das Luftkraftstoffverhältnis bei einem dem stöcho­ metrischen Luftkraftstoffverhältnis unter einer Proportional­ plusintegralkontrolle und seine geringe Abweichungen oder Änderungen wiederholt gehalten wird. Das Ausgangssignal des er­ sten oder stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors vollführt seine periodische Inversion zwischen seiner hohen und niedrigen Sauerstoffkonzentrationsseite gemäß der tatsächlichen Änderung des Luftkraftstoffverhältnisses; jedoch macht das Aus­ gangssignal des zweiten oder stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors seine sehr geringen Änderungen, so daß die Inversionsfrequenz zwischen seiner hohen und niedri­ gen Sauerstoffkonzentrationsseite im Fall daß der Katalysator normal ist, gering ist. Die Frequenz der Inversion des stromab­ wärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors wird größer im Fall, daß der Katalysator geschädigt ist. Demgemäß kann die Schädigung des Katalysators durch den Erhalt des Inversions­ verhältnisses beurteilt werden (sowie ein Inversionsfre­ quenzverhältnis, ein Inversionszyklusverhältnis und ein Fre­ quenzverhältnis zwischen den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Luftkraftstoffverhältnissensors). Sogar im Fall daß der Zyklus der Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungskontrolle wegen der Schädigung des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhält­ nissensors verlängert ist, um die Änderung des Luftkraftstof­ fverhältnisses zu erweitern, wird der für die Katalysator­ schädigungsdiagnose verwendete Entscheidungsstandardwert gemäß dem Kontrollzyklus oder der Frequenz der Luftkraftstoffverhält­ nisrückkopplungskontrolle bestimmt.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in einem Katalysatorschädigungsdiagnosesystem (D) für einen Verbren­ nungsmotor (E) mit einem Auspuffgasdurchgang (23), in dem ein katalytischer Konverter (27) mit einem Katalysator (27a) angeordnet ist, wobei das Diagnosesystem aufweist: einen in dem Auspuffgasdurchgang und stromaufwärts des katalytischen Kon­ verters angeordneten ersten Luftkraftstoffverhältnissensor (1, 28); einen in dem Auspuffgasdurchgang und stromabwärts des katalytischen Konverters angeordneten zweiten Luftkraftstof­ fverhältnissensor (2, 29); Mittel (3, 32) zum Bestimmen einer Grundkraftstoffeinspritzmenge (Tp) entsprechend einem Motorbe­ triebszustand des Motors; Mittel (4, 32) zum Berechnen eines Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungskoeffizienten (α); Mittel (5, 32) zum Korrigieren der Grundkraftstoffeinspritzmenge ent­ sprechend dem Rückkopplungskorrekturkoeffizienten; Mittel (32) zum Erfassen, daß die Inversionsfrequenz eines Ausgangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors einen vorbestimmten Wert (CMSW) erreicht wenn der Motorbetriebszustand innerhalb einer eine Schädigungsdiagnose des Katalysators erfordernden Diagnosebereichs ist; Mittel (32) zum Messen einer Zeitdauer, in der der vorbestimmte Wert der Inversionsfrequenz des Aus­ gangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors er­ reicht ist; Mittel zum Berechnen eines abgelaufenen Zeitwertes (AVEHZ) entsprechend der Zeitdauer; Mittel (32) zum Berechnen eines Verhältnisses (HZR) zwischen einer Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors und einer Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des zweiten Luftkraftstoffverhältnissensors innerhalb der Zeitdauer; Mittel (32) zum Bestimmen eines Entscheidungswertes (CNGST) gemäß dem abgelaufenen Zeitwert des abgelaufenen Zeitwertberechnungsmit­ tels und Mittel (32) zum Beurteilen der Schädigung des Kata­ lysators durch Vergleichen des Inversionsfrequenzverhältnisses des Inversionsfrequenzverhältnisberechnungsmittels mit dem Ent­ scheidungsstandardwert des Entscheidungsstandardwertbestim­ mungsmittels.
Gemäß diesem Aspekt, wird die Beurteilung der Katalysator­ schädigung entsprechend des Inversionsfrequenzverhältnisses zwischen den Ausgangssignalen des ersten oder stromaufwärt­ sseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors und dem zweiten oder stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors gemacht. Zusätzlich wird der Entscheidungsstandardwert innerhalb der Zeitdauer, in der die Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors den vorbestimmten Wert erreichen, bestimmt. Daher kann der Ver­ gleich des Inversionsverhältnisses des Ausgangssignals des stromaufwärts und stromabwärtsseitigen Sauerstoffsensors ein­ fach mit dem Inversionsfrequenzverhältnis durchgeführt werden. Zusätzlich kann die Kontrollfrequenz der Luftkraftstoffverhält­ nisrückkopplungskontrolle einfach mit dem zu der Zeitdauer, in­ nerhalb der die Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des stromaufwärtsseitigen Sauerstoffsensors den vorbestimmten Wert erreicht, gehörigen verstrichenen Zeitwert gemessen werden.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in einem Katalysatorschädigungsdiagnosesystem (D) für einen Verbren­ nungsmotor (E) mit einem Auspuffgasdurchgang (23), in dem ein katalytischer Konverter (27) mit einem Katalysator (27a) angeordnet ist, wobei das Diagnosesystem aufweist: einem in dem Auspuffgasdurchgang und stromaufwärts des katalytischen Kon­ verters angeordneten ersten Luftkraftstoffverhältnissensors (1, 28); einen in dem Auspuffgasdurchgang und stromabwärts des katalytischen Konverters angeordneten zweiten Luftkraftstoff­ verhältnissensor (2, 29); Mittel (3, 32) zum Bestimmen einer Grundkraftstoffeinspritzmenge (Tp) entsprechend einem Motorbe­ triebszustand des Motors; Mittel (4, 32) zum Berechnen eines Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungskorrekturkoeffizienten (α); Mittel (5, 32) zum Korrigieren der Grundkraftstoffein­ spritzmenge entsprechend dem Rückkopplungskorrekturkoeffizien­ ten; Mittel (32) zum Erfassen, daß die Inversionsfrequenz eines Ausgangssignales des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors einen vorbestimmten Wert (CMSW) erreicht wenn der Motorbe­ triebszustand innerhalb eines eine Schädigungsdiagnose des Katalysators erfordernden Diagnosebereichs ist; Mittel (32) zum Messen einer Zeitdauer, in der der vorbestimmte Wert der Inver­ sionsfrequenz des Ausgangssignals des ersten Luftkraftstof­ fverhältnissensors erreicht ist; Mittel (32) zum Berechnen eines Verhältnisses (HZR) zwischen einer Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors und einer Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des zweiten Luftkraftstoffverhältnissensors innerhalb der Zeitdauer; Mittel (32) zum Mitteln des Inversionsfrequenzverhältnisses über eine Mehrzahl von Zeitdauern, um damit ein mittleres Inversionsfre­ quenzverhältnis (HZRATE) zu erhalten; Mittel (32) zum Mitteln der Zeitdauer über eine Mehrzahl von Zeitdauern, um damit eine mittlere Zeitdauer (AVEHZ) zu erhalten; Mittel (32) zum Bestim­ men eines Entscheidungsstandardwertes (CNGST) entsprechend der mittleren Zeitdauer des Zeitdauerdurchschnittsmittels; und Mit­ tel (32) zum Beurteilen der Schädigung des Katalysators durch Vergleichen des mittleren Inversionsfrequenzverhältnisses (HZRATE) des Inversionsfrequenzverhältnisdurchschnittsmittels mit dem Entscheidungsstandardwert des Entscheidungsstan­ dardwertbestimmungsmittels.
Mit diesem Aspekt wird die Beurteilung der Katalysator­ schädigung entsprechend dem Durchschnittswert des Inversions­ frequenzverhältnisses und dem Durchschnittswert der Zeitdauer gemacht, womit die Genauigkeit der Diagnose weiter verbessert ist.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in einem Katalysatorschädigungsdiagnosesystem (D) für einen Verbren­ nungsmotor (E) mit einem Auspuffgasdurchgang (23), in dem kata­ lytischer Konverter (27) mit einem Katalysator (27a) angeordnet ist, wobei das Diagnosesystem aufweist: einen in dem Aus­ puffgasdurchgang und stromaufwärts des katalytischen Konverters angeordneten ersten Luftkraftstoffverhältnissensor (1, 28); einen in dem Auspuffgasdurchgang und stromabwärts des kataly­ tischen Konverters angeordneten zweiten Luftkraftstoffverhält­ nissensor (2, 29); Mittel (3, 32) zum Bestimmen einer Grundkraftstoffeinspritzmenge (Tp) entsprechend einem Motorbe­ triebszustand des Motors; Mittel (4, 32) zum Berechnen eines Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungskoeffizienten; Mittel (5, 32) zum Korrigieren der Grundkraftstoffeinspritzmenge ent­ sprechend dem Rückkopplungskorrekturkoeffizienten; Mittel (32) zum Erfassen, daß die Inversionsfrequenz eines Ausgangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors einen vorbestimmten Wert (CMSW) erreicht wenn der Motorbetriebszustand innerhalb eines eines Schädigungsdiagnose des Katalysators erfordernden Diagnosebereichs ist; Mittel (32) zum Messen der Zeitdauer, in der der vorbestimmte Wert der Inversionsfrequenz des Aus­ gangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors er­ reicht ist; Mittel (32) zum Berechnen des Verhältnisses (HZR) zwischen einer Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des er­ sten Luftkraftstoffverhältnissensors und einer Inversionsfre­ quenz des Ausgangssignals des zweiten Luftkraftstoffverhältnis­ sensors innerhalb der Zeitdauer; Mittel (32) zum Mitteln des Inversionsfrequenzverhältnisses über eine Mehrzahl von Zeitdau­ ern, um damit ein mittleres Inversionsfrequenzverhältnis (HZRATE) zu erhalten; Mittel (32), zum Messen einer Inversions­ frequenz (F02CT) des Ausgangssignals des ersten Luftkraftstof­ fverhältnissensors innerhalb der Zeitdauer; Mittel (32) zum Mitteln der Inversionsfrequenz (F02CT) des Inversionsfre­ quenzmessungsmittels über eine Mehrzahl von Zeitdauern, um damit eine mittlere Inversionsfrequenz zu erhalten; Mittel (32) zum Bestimmen eines Entscheidungsstandardwertes (CNGST) ent­ sprechend der mittleren Inversionsfrequenz des Inversionsfre­ quenzdurchschnittsmittels; und Mittel (32) zum Beurteilen der Schädigung des Katalysators durch Vergleichen des mittleren In­ versionsfrequenzverhältnisses (HZRATE) des Inversionsfre­ quenzverhältnisdurchschnittsmittels mit dem Entscheidungsstan­ dardwert des Entscheidungsstandardwertbestimmungsmittels.
Gemäß diesem Aspekt wird der Entscheidungsstandardwert für die Beurteilung der Katalysatorschädigung entsprechend der Inver­ sionsfrequenz des Ausgangssignals des ersten oder stromaufwärt­ sseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors bestimmt, und im speziellen mit dem Durchschnittswert der Inversionsfrequenz über eine Mehrzahl von Zeitdauern bestimmt, um damit die Ge­ nauigkeit der Diagnose weiter zu verbessern.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt, wie in Fig. 2 gezeigt, in einem Katalysatorschädigungsdiagnosesystem (D) für einen Verbrennungsmotor (E) mit einem Auspuffgasdurch­ gang (23), in dem ein katalytischer Konverter (27) mit einem Katalysator (27a) angeordnet ist, wobei das Diagnosesystem auf­ weist: einen in dem Auspuffgasdurchgang und stromaufwärts des katalytischen Konverters angeordneten ersten Luftkraft­ stoffverhältnissensor (1, 28); einen in dem Auspuffgasdurchgang und stromabwärts des katalytischen Konverters angeordneten Luftkraftstoffverhältnissensor (2, 29); Mittel (3, 32) zum Bes­ timmen einer Grundkraftstoffeinspritzmenge (Tp) entsprechend einem Motorbetriebszustand des Motors; Mittel (4, 32) zum Berechnen eines Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungskoef­ fizienten (α); Mittel zum Korrigieren der Grundkraftstoffein­ spritzmenge entsprechend dem Rückkopplungskorrekturkoeffizien­ ten; Mittel (11, 32) zum Erfassen, daß die Inversionsfrequenz eines Ausgangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissen­ sors einen vorbestimmten Wert (CMSW) erreicht wenn der Motorbe­ triebszustand innerhalb eines eine Schädigungsdiagnose des Katalysator erfordernden Diagnosebereichs ist; Mittel (11, 32) zum Messen einer Zeitdauer, in der der vorbestimmte Wert der Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors erreicht ist; Mittel (6′, 32) zum Berechnen eines Inversionsverhältnisses (HZR) der Aus­ gangssignale des ersten und zweiten Luftkraftstoffverhältnis­ sensors innerhalb der Zeitdauer; Mittel (12, 32) zum Mitteln des Inversionsverhältnisses (HZR) des Inversionsverhältnis­ berechnungsmittels über eine Mehrzahl von Zeitdauern, um damit ein mittleres Inversionsverhältnis (HZPATE) zu erhalten; Mittel (7, 32) zum Erfassen eines Inversionszustandswertes (AVEHZ) entsprechend einem Inversionszustand des Ausgangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors; Mittel (8, 32) zum Bes­ timmen eines Entscheidungsstandardwertes (CNGST) gemäß dem In­ versionsstandardwert (AVEHZ) des Inversionszustandeswerterfas­ sungsmittels; Mittel (13, 32) zum Bestimmen einer Anzahl (NUMMAX) an Zeitdauern, die für die Katalysatorschädigungsdiag­ nose erforderlich sind, entsprechend dem Inversionszustandswert (AVEHZ) des Inversionszustandswerterfassungsmittels; und Mittel (9′, 32) zum Beurteilen der Schädigung des Katalysators durch Vergleichen des mittleren Inversionsverhältnisses (HZRATE) des Inversionsverhältnisdurchschnittsmittels mit dem Ent­ scheidungsstandardwert des Entscheidungsstandardwertbestim­ mungsmittels nach Ablauf der Anzahl (NUMMAX) der Zeitdauern des Zeitdaueranzahlbestimmungsmittels.
Gemäß diesem Aspekt wird die Anzahl der für die Diagnose erfor­ derlichen Zeitdauern gemäß dem Inversionszustandswertes geeignet bestimmt, um den Durchschnittswert des Inversions­ verhältnisses zwischen den Ausgangssignalen des ersten oder stromaufwärtsseitigen und zweiten oder stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnis Sensoren zu erhalten, um daher eine Diagnose mit noch höherer Genauigkeit innerhalb einer kurzen Zeitdauer zu erreichen.
Ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in einem Katalysatorschädigungsdiagnosesystem (D) für einen Verbren­ nungsmotor (E) mit einem Auspuffgasdurchgang (23), in dem ein katalytischer Konverter (27) mit einem Katalysator (27a) angeordnet ist, wobei das Diagnosesystem aufweist: einen in dem Auspuffgasdurchgang und stromaufwärts des katalytischen Kon­ verters angeordneten ersten Luftkraftstoffverhältnissensor (1, 28); einen in dem Auspuffgasdurchgang und stromabwärts des katalytischen Konverters angeordneten zweiten Luftkraftstof­ fverhältnissensor (2, 29); Mittel (3, 32) zum Bestimmen einer Grundkraftstoffeinspritzmenge (Tp) entsprechend einem Motorbe­ triebszustand des Motors; Mittel (4, 32) zum Berechnen eines Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungskoeffizienten (α); Mittel (5, 32) zum Korrigieren der Grundkraftstoffeinspritzmenge ent­ sprechend dem Rückkopplungskorrekturkoeffizienten; Mittel (32) zum Erfassen, daß die Inversionsfrequenz eines Ausgangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors einen vorbestimmten Wert (CMSW) erreicht wenn der Motorbetriebszustand innerhalb eines eines Schädigungsdiagnose des Katalysators erfordernden Diagnosebereiches ist; Mittel (32) zum Messen einer Zeitdauer, in der der vorbestimmte Wert der Inversionsfrequenz des Aus­ gangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors er­ reicht ist; Mittel zum Berechnen eines Verhältnisses (HZR) zwischen einer Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des er­ sten Luftkraftstoffverhältnissensors und einer Inversionsfre­ quenz eines Ausgangssignals des zweiten Luftkraftstoffverhält­ nissensors innerhalb der Zeitdauer; Mittel (32) zum Mitteln des Inversionsfrequenzverhältnisses (HZR) über eine Mehrzahl von Zeitdauern, um damit ein mittleres Inversionsfrequenzverhältnis (HZRATE) zu erhalten; Mittel (32) zum Mitteln der Zeitdauer über eine Mehrzahl von Zeitdauern, um damit eine durchschnit­ tliche Zeitdauer (AVEHZ) zu erhalten; Mittel (32) zum Bestimmen eines Entscheidungsstandardwertes (CNGST) entsprechend der durchschnittlichen Zeitdauer (AVEHZ) des Zeitdauer­ durchschnittsmittels; Mittel (32) zum Bestimmen einer Anzahl (NUMMAX) an Zeitdauern, die für die Katalysatorschädigungsdiag­ nose erforderlich sind, entsprechend der durchschnittlichen Zeitdauer (AVEHZ); und Mittel (32) zum Beurteilen der Schädigung des Katalysators durch Vergleichen des mittleren In­ versionsfrequenzverhältnisses (HZRATE) des Inversionsfre­ quenzverhältnisdurchschnittsmittels mit dem Entscheidungsstan­ dardwert (CNGST) des Entscheidungsstandardwertbestimmungsmit­ tels.
Gemäß diesem Aspekt wird die Beurteilung der Katalysator­ schädigung entsprechend dem Durchschnittswert des Inversions­ frequenzverhältnisses zwischen den Ausgangssignalen des ersten oder stromaufwärtsseitigen und zweiten oder stromabwärtsseiti­ gen Luftkraftstoffverhältnissensors gemacht. Der Ent­ scheidungsstandarwert und die Anzahl der Zeitdauern werden ent­ sprechend dem Durchschnittswert der Zeitdauern bestimmt. Dem­ gemäß kann der Vergleich der Inversionszustände der Aus­ gangssignale der stromaufwärtsseitigen und stromabwärtsseitigen Sauerstoffsensoren einfach mit dem Inversionsfrequenzverhältnis gemacht werden. Zusätzlich kann die Kontrollfrequenz der Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungskontrolle einfach mit dem zu der Zeitdauer gehörenden abgelaufenen Zeitwert gemessen wer­ den.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das einen Aspekt eines Kata­ lysatorschädigungdiagnosesystems gemäß der vorlieg­ enden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das einen anderen Aspekt des Katalysatorschädigungdiagnosesystems gemäß der vor­ liegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 ist eine schematische Abbildung eines Aus­ führungsbeispiels eines Katalysatorschädigungdiag­ nosesystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist ein ein Beispiel der Arbeitsweise eines Katalysa­ torschädigungsdiagnosesystems in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 darstellendes Zeit­ diagramm, das den Zeitablauf, zu dem die Diagnose ge­ macht wird, zeigt;
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm eines Programms eines Katalysa­ torschädungsdiagnosesystems der Ausführungsform von Fig. 3;
Fig. 6 ist ein illustrativ den Ablauf der Katalysator­ schädigungsdiagnose in einer anderen Ausführungsform des Katalysatorschädigungsdiagnosesystems gemäß der vorliegenden Erfindung darstellendes Flußdiagramm;
Fig. 7A ist ein einen umgewandelten Zustand eines Aus­ gangssignals eines seitens stromaufwärts angeordneten Luft-Kraftstoffverhältnis-(Sauerstoff)sensor zei­ gendes Wellendiagramm;
Fig. 7B ist ein Wellendiagramm entsprechend Fig. 7A, das den Wert eines Ausgangssignals eines seitens stromabwärts angeordneten Luft-Kraftstoffverhältnis-(Sauerstoff) sensor in einem normalen Katalysatorzustand zeigt;
Fig. 7C ist ein Wellendiagramm entsprechend Fig. 7A, das einen umgewandelten Wert eines Ausgangssignals des stromabwärts angeordneten Luft-Kraftstoffverhältnis- (Sauerstoff)sensors eines Zustandes in dem der Kata­ lysator geschädigt ist zeigt;
Fig. 8 ist ein Wellendiagramm, das in seinem oberen Teil einen umgewandelten Wert des stromaufwärts angeord­ neten Sauerstoffsensors und auf einem unteren Teil einen entsprechenden Wert eines Luftsauerstoff­ verhältnisrückkopplungskorrekturkoeffizient (α) zeigt;
Fig. 9A ist ein Wellendiagramm, das einen umgewandelten Wert eines Ausgangssignals des stromaufwärts angeordneten Luft-Kraftstoffverhältnis (Sauerstoff) Sensors bei einem normalen Zustand des Katalysators zeigt;
Fig. 9B ist ein Wellendiagramm entsprechend Fig. 9A und zeigt ein Luft-Kraftstoffverhältnis auf der Seite stromaufwärts des Katalysators;
Fig. 9C ist ein Wellendiagramm entsprechend Fig. 9A und zeigt den Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungskor­ rekturkoeffizienten (α);
Fig. 9D ist ein Wellendiagramm entsprechend Fig. 9A und zeigt den Wert des Ausgangssignals des stromabwärts angeordneten Luft-Kraftstoffverhältnis-(Sauerstoff) sensors;
Fig. 10A ist ein Wellendiagramm, das einen umgewandelten Wert des Ausgangssignals des stromaufwärts angeordneten Luft-Kraftstoffverhältnis-(Sauerstoff)sensors eines geschädigten Katalysators zeigt;
Fig. 10B ist ein Wellendiagramm entsprechend Fig. 10A und zeigt ein Luft-Kraftstoffverhältnis auf der Seite stromaufwärts von dem Katalysator;
Fig. 10C ist ein Wellendiagramm entsprechend Fig. 10A und zeigt den Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungskor­ rekturkoeffizienten (α);
Fig. 10D ist ein Wellendiagramm entsprechend Fig. 10A mit dem Wert des Ausgangssignals des stromabwärts angeord­ neten Luft-Kraftstoffverhältnis-(Sauerstoff)sensors;
Fig. 11 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen einem Ent­ scheidungsnormwert und einer durchschnittlich ab­ gelaufenen Zeit in Verbindung mit der Ausführungsform von Fig. 3 zeigt; und
Fig. 12 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen einer An­ zahl von Zeitperioden und einer durchschnittlich ab­ gelaufenen Zeit in Verbindung mit der Ausführungsform von Fig. 3 zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Jetzt bezugnehmend auf Fig. 3, ist eine Ausführungsform eines Katalysatordiagnosesystems gemäß der vorliegenden Erfindung durch den Referenzbuchstaben D dargestellt, wobei gezeigt ist, daß er in einen Verbrennungsmotor E eines Autos angebracht wer­ den kann. Der Motor E beinhaltet einen Motorkörper 21, der mit einem Lufteinlaßdurchgang 22, durch den Einlaßluft in den Mo­ torkörper 21 eingeleitet wird, versehen ist, und einen Gasauslaßdurchgang 23, durch den Abgas vom Motorkörper 21 zur Umgebungsluft ausgelassen wird. Kraftstoffeinspritzventile (nur eins gezeigt) 24 sind in dem Lufteinlaßdurchgang 22 angeordnet, um Kraftstoff zu den jeweiligen Einlaßstellen (jeweils ent­ sprechend den Motorzylindern 21a), die im Motorkörper 21 ausge­ bildet sind, eingespritzt wird. Eine Drosselklappe 25 ist in dem Lufteinlaßdurchgang 22 stromaufwärts der Kraftstoffein­ spritzventile 22 angeordnet, um die in den Motorkörper 21 eingeleitete Luftmenge zu kontrollieren. Ein Luftmengenmesser 26, z. B. des Heißdrahtmassenluftmengensensortyps, ist in dem Einlaßdurchgang 22 stromaufwärts der Drosselklappe 25 angeord­ net und kann ein die über den Lufteinlaßdurchgang 22 eingeströmte Luftmenge wiedergebendes elektrisches Erfas­ sungssignal erzeugen.
In dem Abgasdurchgang 23 ist ein katalytischer Konverter 27 angeordnet und beinhaltet einen Katalysator 27a, wie z. B. einen Dreiwege-Katalysator zum Oxydieren von CO (Kohlenmonoxyd) und HC (Kohlenwasserstoffe) und Reduzieren von NOx (Stickstoffoxiden) zum Reinigen des Abgases des Maschinenkör­ pers 21. Ein stromaufwärtsseitiger Luftsensor 28 und ein stromabwärtsseitiger Luftsensor sind jeweils stromaufwärts und stromabwärtsseitig des katalytischen Konverters 27 angeordnet. Jeder Luftsensor 28, 29 dient als Luft-Kraftstoff­ verhältnissensor und kann ein Spannungssignal (elektromotorische Kraft) gemäß der Konzentration des restli­ chen Sauerstoffes in dem durch den Abgasdurchgang 23 strömenden Abgas erzeugen. Die von dem Luftsensor 28 erzeugte elektromo­ torische Kraft wechselt abrupt bei dem stöchometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis (als Grenze) der dem Motorzylinder 21a des Motorkörpers 21 zugeführten Luft-Kraftstoffgemisches, so daß die elektromotorische Kraft ihren hohen Wert (ungefähr IV) im Fall daß das Luft-Kraftstoffgemisch auf der fetten (an Kraftstoff) Seite ist und hat seinen niedrigen Wert (ungefähr 100 mV) im Fall daß das Luft-Kraftstoffgemisch auf der mageren Seite (an Kraftstoff) ist. Daher kann jeder Sauerstoffsensor 28, 29 ein elektrisches Erfassungs- oder Ausgangssignal erzeugen, das die Sauerstoffkonzentratlion des Abgases wieder­ gibt.
In einem in dem Motorkörper 21 geformten Kühlmitteldurchgang (kein Bezugszeichen) ist ein Motorkühltemperatursensor 30 angeordnet, um die Temperatur des Motorkühlmittels zu erfassen. Der Motorkühlmitteltemperatursensor 30 kann ein die Mo­ torkühlmitteltemperatur darstellendes elektrisches Erfas­ sungssignal erzeugen. Ein Kurbelwinkelsensor 31 ist vorgesehen und kann bei Intervallen eines vorbestimmten Kurbelwinkels (Rotationswinkel einer Kurbelwelle des Motors) ein Impulssignal (Erfassungssignal) erzeugen, um damit die Motorgeschwindigkeit zu erfassen.
Die Erfassungs- oder Ausgangssignale des Luftmengenmessers 26, der Luftsensoren 28, 29, des Motorkühlmitteltemperatursensors 30 und des Kurbelwinkelsensors 31 werden zu einer Kontrollein­ heit 32, die ein sogenanntes Mikrocomputersystem beinhaltet, übertragen. Die Kontrolleinheit 32 ist zum Kontrollieren der von jedem Kraftstoffeinspritzventil 24 gemäß dem Erfassungssig­ nal der Sauerstoffsensoren 28, 29 einzuspritzenden Kraftstoff­ menge, um damit die Kontrolle des Luftkraftstoffverhältnisses des Luftkraftstoffgemisches, das den Motorzylindern 21a des Mo­ torkörpers 21 unter einer Rückkopplungskontrolle zugeführt wird, zu bestimmen. Die Kontrolleinheit 32 ist Teil eines Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungskontrollsystems S, daß zum Regulieren des zu den Motorzylindern 21 zugeführten Luftkraftstoffverhältnisses des Luftkraftstoffgemisches zu Wer­ ten nahe dem stöchometrischen Luft-Kraftstoffverhältnisses gemäß der Rückkopplungskontrolle eingerichtet ist, um damit eine sogenannte Luft-Kraftstoffverhältnisrückkopplungskontrolle zu bilden. Es ist verständlich, daß der Dreiwege-Katalysator 27a wirksam betrieben wird wenn das Luftkraftstoffverhältnis des Luftkraftstoffgemisches nahe den Werten des stöchometri­ schen Luftkraftstoffgemisches ist. Zusätzlich ist die Kon­ trolleinheit für die Schädigungsdiagnose des Katalysators in dem katalytischem Umwandler und zum Aufleuchtenlassen einer Warnlampe 33 im Fall daß die Kontrolleinheit eine Entscheidung erhält, daß die Schädigung des Katalysators einen vorbestimmten Wert überschreitet, eingerichtet.
Im folgenden wird eine Betriebsweise des Katalysator­ schädigungsdiagnosesystems D beschrieben mit Bezug zu einem Flußdiagramm in Fig. 5.
Zunächst wird die Luft-Kraftstoffverhältnisrück­ kopplungskontrolle unter dem Ablauf des Luft- Kraftstoffverhältnisrückkopplungskontrollsystems S beschrieben. In der Luft-Kraftstoffverhältniskontrolle wird eine Grundim­ pulslänge (Grundkraftstoffinjektionsmenge) Tp gemäß der durch das Erfassungssignal des Luftmengenmessers 26 dargestellten Einlaßluftmenge und der durch das Erfassungssignal des Kurbel­ winkelsensors 31 verkörperten Motorgeschwindigkeit berechnet. Die Grundimpulslänge entspricht der Zeitdauer, für die das Kraftstoffeinspritzventil 24 zur Krafteinspritzung öffnet und entspricht daher der Grundkraftstoffeinspritzmenge, die die von jedem Kraftstoffeinspritzventil 24 eingespritzte Kraftstoffgrundmenge ist. Die Lufteinlaßmenge ist die Menge der eingeströmten Luft, die in dem Einlaßdurchgang 22 strömt.
Die Grundimpulslänge Tp wird mit mehreren Korrekturen ver­ rechnet, um damit eine Treibimpulslänge Ti zu bestimmen (eine aktuelle Kraftstoffeinspritzmenge), die der Zeitspanne ent­ spricht, in der das Kraftstoffeinspritzventil 24 tatsächlich offen ist, um Kraftstoff einzuspritzen. Im speziellen wird die Treibimpulslänge Ti gemäß der folgenden Gleichung berechnet:
Ti = Tp × COEF × α + Ts,
wobei COEF eine Mehrzahl von Korrekturkoeffizienten zum Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge ist, zum Beispiel entsprechend der Motorkühlmitteltemperatur und/oder einer hohen Motorgeschwin­ digkeit und dem Motorbelastungsverhältnis; Ts ist ein Korrek­ turkoeffizient entsprechend einer Batteriespannung, um Still­ standzeiten des Kraftstoffeinspritzventils 24 zu kompensieren; und α ist ein Luft-Kraftstoffverhältnisrückkopplungs­ korrekturkoeffizient, der hauptsächlich entsprechend dem Erfas­ sungssignal des stromaufwärtsseitigen Luftsensors 28 berechnet wird.
Wie im unteren Teil von Fig. 8 gezeigt, ist der Luft- Kraftstoffverhältnisrückkopplungskorrekturkoeffizient α ein Wert, der durch eine umgekehrte Proportionaleplusintegralkon­ trolle abhängig von einer Inversion zwischen der niedrigen und hohen Sauerstoffkonzentrationsseite des Erfassungs- oder Aus­ gangssignals des stromabwärtsseitigen Luftsensors 28 relativ zu dem Abschnittsniveau entsprechend dem stöchometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis erhalten wird. Es ist verständlich, daß die niedrige Sauerstoffkonzentrationsseite der fetten Seite des Luft-Kraftstoffverhältnisses (Luft-Kraftstoffgemisch) ent­ spricht, während die hohe Sauerstoffkonzentrationsseite der mageren Seite des Luft-Sauerstoffverhältnisses (Luft- Kraftstoffgemisch) entspricht. Im einzelnen, wenn eine Kurve des Ausgangssignals des Luftsensors die Linie des Ab­ schnittsniveaus entsprechend dem stöchometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis überschreitet, um von der niedrigen Sau­ erstoffkonzentrationsseite zu der hohen Sauerstoffkonzentra tionsseite invertiert zu werden, so wird ein vorbestimmter Pro­ portionalwert PL zu dem Rückkopplungskorrekturkoeffizient α addiert, und zusätzlich wird der integrale Wert mit einer Steigung entsprechend einer vorbestimmten Integrationskonstante IL schrittweise zu dem Rückkopplungskorrekturkoeffizienten α addiert, wie im unteren Teil von Fig. 8 gezeigt. Dement­ sprechend wird das Luft-Kraftstoffverhältnis zu seiner fetten Seiten kontrolliert, wenn der Rückkopplungskorrekturkoeffizient α nicht weniger als 1 ist und zu seiner mageren Seite kor­ rigiert im Fall daß der Rückkopplungskorrekturkoeffizient α nicht mehr als 1 ist. Daher ist das aktuelle Luft- Kraftstoffverhältnis des zu dem Motorzylinder 21a des Motors gelieferten Luft-Kraftstoffgemisches bei Werten nahe dem stöchometrischen Wert gehalten, während eines Zuflußwechsels von ungefähr 2 bis 3 Hertz.
Hier hängt der Wechselzyklus des aktuellen Luft- Kraftstoffverhältnisses (das ist eine Kontrollperiode der Luft- Kraftstoffverhältnisrückkopplungskontrolle) von einer Kon­ trollverzögerung eines ganzen Kontrollsystems ab, so daß der Zykluswechsel des aktuellen Luft-Kraftstoffverhältnisses weit­ gehenst von einer (hoch oder niedrigen) Antwortcharakteristik des stromaufwärtsseitigen Luftsensors 28 beeinflußt ist. Dies wird im Detail mit Bezug auf die Fig. 9A bis 9D und 10 bis 10D beschrieben. Die Fig. 9A bis 9D zeigen die Be­ triebsbedingungen des Luft-Kraftstoffverhältnisrückkopplungs­ kontrollsystems im Fall daß der stromaufwärtsseitige Luftsensor 28 Normalbedingungen hat und nicht beeinträchtigt ist, wobei Fig. 9A den Spannungsausgang des stromaufwärtsseitigen Luft­ sensors 28 darstellt; Figur B ein Luftkraftstoffverhältnis auf der Seite stromaufwärts des katalytischen Konverters 27 dar­ stellt; Figur C einen Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungskor­ rekturkoeffizienten α darstellt; und Figur D einen Spannung­ sausgang des stromabwärtsseitigen Luftsensors 29 darstellt. Im Gegensatz dazu, zeigen die Fig. 10A bis 10D die Be­ triebsbedingungen des Luftkraftstoffverhältniskontrollsystems im Fall daß der stromaufwärtsseitige Luftsensor 28 geschädigt ist und abnormale Bedingungen hat, wobei Fig. 10A einen Span­ nungsausgang des stromaufwärtsseitigen Luftsensors 28 dar­ stellt; Fig. 10B ein Luftkraftstoffverhältnis auf der Stro­ maufwärtsseite des katalytischen Konverters 27 darstellt; Fig. 10C ein Luft-Kraftstoffverhältnisrückkopplungskorrektur koeffizienten α darstellt; und Fig. 10D einen Spannungsaus­ gang des stromabwärtsseitigen Luftsensors 29 darstellt. Wie aus einem Vergleich der oben genannten zwei Bedingungen von den Fig. 9A bis 9D und den Fig. 10A bis 10D ersichtlich, ist der Kontrollzyklus der Luft-Kraftstoffverhältnisrückkopplungs­ kontrolle verlängert wenn der stromaufwärtsseitige Luftsensor 28 beeinträchtigt ist.
Die obige Rückkopplungskontrollkorrekturmenge α ist bei 1 festgehalten, so daß im wesentlichen eine offene Kon­ trollschleife vorliegt, im Fall daß der Motorbetrieb bei nie­ drigen Kühlmitteltemperaturverhältnissen oder einer hohen Mo­ torgeschwindigkeit und Lastzuständen ist, die eine Kraft­ stoffinjektionsmengensteigerung erfordern, oder im Fall daß der Motorbetrieb eine Kraftstoffunterbrechung während einer Ver­ langsamung der Fahrzeuggeschwindigkeit hat.
Das Ausgangs- oder Erfassungssignal des stromabwärtsseitigen Luftsensors 21 wird benutzt, um eine total einseitige Tendenz der Luft-Kraftstoffverhältnisrückkopplungskontrolle abhängig von dem stromaufwärtsseitigen Luftsensor 28 zu korrigieren. In anderen Worten, im Fall daß das Luftkraftstoffverhältnis eine total fette Tendenz unter der Luftkraftstoffverhältnisrückkop­ plungskontrolle hatte, ist das Ausgangssignal des stromabwärt­ sseitigen Luftsensors 29 fortlaufend auf der Seite niedriger Sauerstoffkonzentrationen. Im Fall daß das Luftkraft­ stoffverhältnis eine total magere Tendenz hat, ist das Aus­ gangssignal des stromabwärtsseitigen Sauerstoffsensors 29 fort­ laufend auf der Seite einer hohen Sauerstoffkonzentration des Luftkraftstoffverhältnisses. Dementsprechend kann eine weitere Hochpräzisionsluftkraftstoffverhältnisrückopplungskontrolle erreicht werden, z. B. durch Korrektur der Verhältniswerte PL, PR bei der Inversion des Luftkraftstoffverhältnisses zwischen der fetten und der mageren Seite gemäß einer solchen total ein­ seitigen Tendenz des Luftkraftstoffverhältnisses.
Im folgenden wird die Betriebsweise der Diagnose von Schädigun­ gen des Katalysators unter Einsatz der Kontrolleinheit 32 mit Bezug auf das Flußdiagramm von Fig. 5, das ein Programm einer Katalysatorschädigungsdiagnose zeigt, beschrieben. Die Routine dieses Programms wird wiederholt ausgeführt, z. B. zu vorbes­ timmten Zeitintervallen.
Zunächst wird in einem Schritt S1 eine Entscheidung gefällt, ob die Diagnosezulassungsbedingung erfüllt ist oder nicht. Die Di­ agnosezulassungsbedingung besteht aus a) einem ersten Zustand, in dem die Temperatur des Motorkühlmittels beim Motorstart nicht niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, b) einem zweiten Zustand, in dem eine vorbestimmte Zeit nach der Auf­ wärmphase des Motors verstrichen ist, c) einem dritten Zustand, in dem beide Sauerstoffsensoren 28, 29 aktiviert sind (dies wird entsprechend dem Ausgangsspannungsniveau der Sensoren 28, 29 entschieden), d) einem vierten Zustand, in dem die Diagnose zur Beeinträchtigung des Katalysators 27a nicht vollständig ist. Wenn die vier Zustände a) bis d) oder die Diagnosezulas­ sungsbedingung erfüllt ist, wird die Diagnose der Schädigung des Katalysators 27a zugelassen, so daß der Weg zu einem Schritt S2 geht. Beim Schritt S2 wird eine Entscheidung ge­ fällt, ob der Motorbetrieb innerhalb eines Diagnosebereichs ist, in dem eine Luft-Kraftstoffverhältnisrückkopplungs­ kontrolle ausgeführt wird oder nicht. Im speziellen wird ent­ schieden, daß der Motor in dem Diagnosebereich ist, wenn a) in einem ersten Zustand eine Fahrzeuggeschwindigkeit VSP innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ist, b) in einem zweiten Zustand eine Motorgeschwindigkeit N innerhalb eines bestimmten Bereiches ist, und c) in einem dritten Zustand eine Motorlast (zum Beispiel die Grundkraftstoffeinspritzmenge Tp) innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ist, alle erfüllt sind; dann geht der Weg zu einem Schritt S3.
In dem Schritt S3 wird eine Entscheidung gefällt, ob einer Spannungs-(Ausgangs-)signalumwandlungsfrequenz F02CT des stro­ maufwärtsseitigen Sauerstoffsensors 28 ein vorbestimmtes Niveau CMSW erreicht hat oder nicht. Die Spannungssignalinversionsfre­ quenz ist die Inversionsfrequenz des Spannungssignals zwischen der niedrigen Sauerstoffkonzentrationsseite und der hohen Sau­ erstoffkonzentrationsseite (wie in Fig. 8 gezeigt) im Ver­ gleich mit der Luft-Kraftstoffverhältnisrückkopplungskontrolle. Im Fall daß die Spannungssignalinversionsfrequenz den vorbe­ stimmten Wert CMSW nicht erreicht hat, geht der Weg zu einem Schritt S4, in dem die Spannungssignalinversionsfrequenz F02CT des stromaufwärtsseitigen Sauerstoffsensors 28 und die Span­ nungssignalinversionsfrequenz R02CT des stromabwärtsseitigen Sauerstoffsensors 29 gezählt werden. Im Fall daß die Span­ nungssignalinversionsfrequenz R02CT den vorbestimmten Wert CMSW bei Schritt S3 erreicht hat, geht der Weg zu einem Schritt S5. Im Fall daß die Entscheidungszulassungsbedingung beim Schritt 1 nicht eingerichtet ist und der Motorbetrieb nicht innerhalb des Diagnosebereichs kommt bevor die Spannungssignalinversionsfre­ quenz den vorbestimmten Wert CMSW erreicht hat, werden die hier hinzu gezählten Werte F02CT, R02CT wie in Fig. 4 gezeigt in einem Schritt S17 auf 0 gestellt. Fig. 4 zeigt ein Zeitdia­ gramm, das den aktuellen Kontrollzustand im Vergleich mit dem Ablauf des Programms von Fig. 5 dargestellt ist, in dem num­ merische Beispiele zum Zweck des Verständnisses der vorlieg­ enden Erfindung hinzugefügt sind.
Bei dem Schritt S5 wird ein Inversionsfrequenzverhältnis HZR für eine Zeitspanne berechnet, um der Spannungssignalinver­ sionsfrequenz zu ermöglichen, den vorbestimmten Wert CMSW zu erreichen. Das Inversionsfrequenzverhältnis HZR wird nach einer Gleichung (HZR = R02CT/F02CT) berechnet, wobei die Span­ nungssignalinversionsfrequenz F02CT des stromaufwärtsseitigen Sauerstoffsensors 28 und die Spannungssignalinversionsfrequenz R02CT des stromabwärtsseitigen Sauerstoffsensors 29 verwendet wird. Das so erhaltene Inversionsfrequenzverhältnis HZR wird in einem Speicher der Kontrolleinheit 32 gespeichert. Wenn die Beeinträchtigung des katalytischen Konverters 27 fortgeschrit­ ten ist, steigt die Spannungssignalinversionsfrequent F02CT des stromabwärtsseitigen Sauerstoffsensors 21 und daher steigt das Inversionsfrequenzverhältnis HZR. Es ist verständlich, daß das Inversionsfrequenzverhältnis HZR durch Messen eines Span­ nungssignalsinversionszykluses (der Zyklus der Inversion zwischen der niedrigen und hohen Sauerstoffkonzentrationsseite) jedes Sauerstoffsensors 28, 29 oder durch Messung einer Span­ nungssignalfrequenz (die Anzahl der Zyklen der Inversionen zwischen den niedrigen und hohen Sauerstoffkonzentrationsseiten in einer Zeiteinheit) erhalten werden können.
In einem Schritt S6 wird der gewichtete Mittelwert oder Durchschnitt des laufenden Wertes des Inversionsfre­ quenzverhältnisses HZR verrechnet, um ein durchschnittliches Inversionsfrequenzverhältnis HZRATE innerhalb des Diagnose­ bereiches zu erhalten. In andern Worten wird das durchschnit­ tliche Inversionsfrequenzverhältnis HZRATE gemäß der folgenden Gleichung berechnet, wobei das laufende Inversionsfre­ quenzverhältnis HZR und ein durchschnittliches Inversionsfre­ quenzverhältnis HZRATEOLD, das ein Durchschnittswert des vorangegangenen Inversionsfrequenzverhältnisses (bei voran­ schreitenden Berechnungszyklen) ist, verwendet werden:
HZRATE = (HZR + HZRATEOLD × 7)/8.
Nachdem die Berechnung des durchschnittlichen Inversionsfre­ quenzverhältnisses HZRATE fertig ist, wird das bei dem Schritt S5 gemessene Inversionsfrequenzverhältnis HZR gelöscht.
Eine abgelaufene Zeit TMF02, die für die Messung des oben genannten Inversionsfrequenzverhältnisses HZR benötigt wurde, wird in einer anderen Routine (nicht gezeigt) gemessen. Die ab­ gelaufene Zeit TMF02 ist die Zeitspanne für die Spannungsaus­ gangsinversionsfrequenz F02CT des stromaufwärtsseitigen Sau­ erstoffsensors 28, um einen vorbestimmten Wert CMSW zu er­ reichen. In einem Schritt S7 wird der gewichtete Mittelwert oder Durchschnitt der abgelaufenen Zeit TMF02 berechnet, um eine durchschnittliche abgelaufene Zeit AVEHZ zu erhalten. In anderen Worten wird die durchschnittliche abgelaufene Zeit AVEHZ gemäß der folgenden Gleichung berechnet, wobei die laufend verstrichene Zeit TMF02 und eine durchschnittliche ab­ gelaufene Zeit AVEHZOLD, die einen Durchschnittswert der ab­ gelaufenen Zeit ist (bei fortgeschrittenen Berechnungszyklen), berechnet werden:
AVEHZ = (TMF02 + AVEHZOLD × 7)/8.
Die durchschnittlich verstrichene Zeit AVEHZ stellt die Kon­ trollfrequenz der Luft-Kraftstoffverhältnisrückkopplungs­ kontrolle dar.
Es ist verständlich, daß in der oben genannten Berechnung des gewichteten Mittelwerts oder Durchschnitts, die anfänglichen Werte des durchschnittlichen Inversionsfrequenzverhältnisses HZATE und der durchschnittlich verstrichenen Zeit AVEHZ jeweils die anfänglichen Werte des Inversionsfrequenzverhältnisses HZR und der verstrichenen Zeit TMF02 sind.
In einem Schritt S8 wird die Zunahme eines gezählten Wertes NUMHZR, der die Frequenz der oben genannten Berechnung des ge­ wichteten Mittelwerts darstellt, vorgenommen.
In einem Schritt S9 werden ein Entscheidungsstandardwert CNGST für die Beeinträchtigung des Katalysators 27a und eine für die Diagnose der Katalysatorbeeinträchtigung benötigte Zeitdauer­ nummer NUMMAX (die Anzahl der oben genannten Zeitspannen) gemäß der in Schritt 7 erhaltenen durchschnittlichen abgelaufenen Zeit AVEHZ gesetzt. Der Entscheidungsstandardwert CNGST wird bestimmt mit Bezug auf die Datentabelle einer Kennung zwischen dem Entscheidungsstandardwert CNGST und der durchschnittlich abgelaufenen Zeit AVEHZ, wie in Fig. 11 gezeigt. In anderen Worten wird der Entscheidungsstandardwert CNGST auf einen höheren Wert gesetzt wenn die durchschnittlich abgelaufene Zeit AVEHZ unter der Beeinträchtigung des stromaufwärtsseitigen Sau­ erstoffsensors 28 länger wird.
Die Zeitdaueranzahl NUMMAX wird gemäß der Datentabelle der Ken­ nung zwischen der Zeitdaueranzahl NUMMAX und der durch­ schnittlich abgelaufenen Zeit AVEHZ bestimmt, wie in Fig. 12 gezeigt. In anderen Worten wird die Zeitdaueranzahl auf einen niedrigeren Wert gesetzt wenn die durchschnittlich abgelaufene Zeit AVEHZ unter der Beeinträchtigung des stromaufwärtsseitigen Sauerstoffsensors 28 länger wird. Z.B., wenn der Katalysator 27a bis zu so einem Grad reichend geschädigt ist, daß eine Ent­ scheidung über die Schädigung des Katalysators 27a sicher ge­ macht werden kann, so wird das Spannungssignal des stromabwärt­ sseitigen Sauerstoffsensors 29 sicher der Luft- Kraftstoffverhältnisrückkopplungskontrolle invertiert im Fall, daß die Kontrollfrequenz der Luft-Kraftstoffverhältnisrück­ kopplungskontrolle sinkt. Dem gemäß kann eine präzise Diagnose der Katalysatorbeeinträchtigung gemacht werden sogar wenn die Zeitdauernummer NUNMMAX zur Vervollständigung der Berechnung des gewichteten Mittelwertes klein ist, während vorgebeugt wird, daß die Diagnosezeit (eine für die Diagnose benötigte Zeit) mit der Herabsetzung der Kontrollfrequenz der Luft- Kraftstoffverhältnisrückkopplungskontrolle verlängert wird. Um­ gekehrt, im Fall, daß die Kontrollfrequenz größer wird, kann das Spannungssignal des stromabwärtsseitigen Sauerstoffsensors schlecht der Luft-Kraftstoffverhältnisrückkopplungskontrolle folgen sogar wenn der Katalysator 27a übermäßig beeindruckt ist, und daher steigt die Streuung des Inversionsfre­ quenzverhältnisses HZR bei jeder Zeitdauer, wobei die Präzision der einzelnen Daten sinkt. Als Ergebnis wird die Präzision durch Anstieg der Zeitdauernummer NUMMAX verbessert, wie in Fig. 12 gezeigt. Es ist verständlich, daß die Diagnosezeit selbst, sogar bei Steigerung der Zeitdaueranzahl NUMMAX im Fall, daß die Kontrollfrequenz daher höher ist, nicht derart verlängert ist.
Als nächstes wird bei einem Schritt S10 eine Entscheidung ge­ fällt, ob die gezählte Anzahl oder Zeitdaueranzahl NUMHZR zum Fertigstellen der Berechnung des gewichteten Mittels die gefor­ derte Zeitdaueranzahl NUMMAX erreicht hat. Wenn die geforderte Zeitdaueranzahl nicht erreicht ist, wird ein die oben genannte Berechnung des Inversionsfrequenzverhältnisses HZR, die Berechnung des durchschnittlichen Wertes AVEHZ und dergleichen beinhaltender Prozeß wiederholt. Zu einem Zeitpunkt, zu dem die Berechnung des gewichteten Mittels zu NUMMAX geführt hat, führt der Weg zu einem Schritt S11, in dem eine letzte Entscheidung der Beeinträchtigung des Katalysators 27a gemacht hat. Spezieller ausgedrückt, wird das durchschnittliche Inversions­ frequenzverhältnis HZRATE mit dem oben genannten Ent­ scheidungsstandardwert CNGST verglichen. Darauf wird, wenn das durchschnittliche Inversionsfrequenzverhältnis HZRATE nicht größer ist als der Entscheidungsstandard CNGST ist, in einem Schritt S12 eine Entscheidung gefällt, daß der Katalysator 27a nicht geschädigt ist, und in einem Schritt S13 die Warnlampe 33 nicht erleuchtet wird. Wenn das durchschnittliche Inversions­ frequenzverhältnis HZRATE größer ist als der Entscheidungsstan­ dardwert CNGST, wird in einem Schritt S14 eine Entscheidung ge­ fällt, daß der Katalysator 27 geschädigt ist, und daß die Warn­ lampe 33 in einem Schritt S15 erleuchtet wird.
Damit sind eine Serie an Operationen zur Diagnose der Beein­ trächtigung des Katalysators 27a vollständig und daher wird eine Marke gesetzt, die kennzeichnet, daß die Diagnose voll­ ständig ist und dadurch das Verfahren für die Katalysator- Schädigungsdiagnose beendet wird.
Fig. 6 zeigt einen Teil eines Flußdiagramms, das einen Ablauf für eine modifizierte Ausführungsform der Katalysator­ schädigungsdiagnose der vorliegenden Erfindung darstellt, die mit Ausnahme der neuen Schritte S21 bis S23 ähnlich dem Ablauf von Fig. 5 ist. Es ist verständlich, daß die neuen Schritte S21 bis 323 zu dem Flußdiagramm von Fig. 5 hinzugefügt werden.
Mit diesem Programm kann die Diagnose der Beeinträchtigung des stromaufwärtsseitigen Sauerstoffsensors 28 vervollständigt wer­ den zusätzlich zu der Vervollständigung der Katalysator­ schädigungsdiagnose unter Verwendung der obigen durchschnittli­ chen abgelaufenen Zeit AVEHZ. Daher ist das fragmentartige Flußdiagramm von Fig. 6 ein wesentlicher Teil eines Flußdia­ gramms, versehen mit einem Prozeß der Diagnose der Schädigung des stromaufwärtsseitigen Sauerstoffssensors 28.
Nach dem Schritt S10 wird in einem Schritt S21 die durch­ schnittlich abgelaufene Zeit AVEHZ mit ihrem oberen Grenzwert O2NGST verglichen. Wenn die abgelaufene Zeit AVEHZ nicht nie­ driger als der obere Grenzwert O2NGST ist, wird eine Ent­ scheidung in einem Schritt S22 derart gemacht, daß der stro­ maufwärtsseitige Sauerstoffsensor 28 geschädigt ist, und dann die Warenlampe erleuchtet wird.
Wie oben zu den obigen Ausführungsformen beschrieben, wird der Entscheidungsstandardwert CNGST unter Berücksichtigung eines Anstiegs der Antwortverzögerung wegen der Schädigung des stro­ maufwärtsseitigen Sauerstoffsensors (das heißt Senkung der Kon­ trollfrequenz der Luft-Kraftstoffverhältnisrückkopplungs­ kontrolle) in der Katalysatorschädigungsdiagnose unter Ver­ wendung des Inversionsfrequenzverhältnisses zwischen den Span­ nungsausgangsinversionsfrequenzen des stromaufwärtsseitigen oder stromabwärtsseitigen Sauerstoffsensoren 28, 29 bestimmt. Als Folge kann die Katalysatorbeeinträchtigungsdiagnose mit sehr hoher Präzision durchgeführt werden.
Zusätzlich werden in den obigen Ausführungsformen die Anzahl der Zeitdauern NUMMAX für die Diagnose in Übereinstimmung mit der Kontrollfrequenz der Luft-Kraftstoffverhältnisrück­ kopplungskontrolle geeignet bestimmt, und daher kann die Diag­ nose präzise innerhalb einer kurzen Zeitdauer durchgeführt wer­ den.
Während das Inversionsfrequenzverhältnis HZR zwischen den Span­ nungssignalinversionsfrequenzen der stromaufwärtsseitigen und stromabwärtsseitigen Sauerstoffsensoren 28, 29 als Inversions­ verhältnis gezeigt und beschrieben wurden, ist es verständlich, daß das Inversionsfrequenzverhältnis HZR durch ein Inversions­ zyklusverhältnis oder ein Frequenzverhältnis ersetzt werden kann. Das Inversionszyklusverhältnis ist ein Verhältnis zwischen dem Zyklus der hohen und niedrigen Sauerstoffkonzen­ trationsseiten des Spannungsausgangssignals des stromaufwärt­ sseitigen Sauerstoffsensors 28 und dem Zyklus dergleichen In­ version des Spannungsausgangssignals des stromabwärtsseitigen Sauerstoffsensors 29. Das Frequenzverhältnis ist ein Verhältnis zwischen der Anzahl der Zyklen (in einer Zeiteinheit) der In­ version des Spannungsausgangssignals des stromaufwärtsseitigen Sauerstoffsensors 28 und der Anzahl der Zyklen (in einer Zeite­ inheit) der Inversion des Spannungsausgangssignals des stromab­ wärtsseitigen Sauerstoffsensors 29.
Obwohl die durchschnittlich abgelaufene Zeit AVEHZ als die Kon­ trollfrequenz der Luft-Kraftstoffverhältnisrückkopplungs­ kontrolle darstellend gezeigt und beschrieben wurde, ist es verständlich, daß die Kontrollfrequenz durch den Spannungsaus­ ganginversionszyklus (den Zyklus der Inversion zwischen den niedrigen und hohen Sauerstoffkonzentrationszeiten) des stro­ maufwärtsseitigen Sauerstoffsensors 28 oder der Spannungssig­ nalfrequenz (die Anzahl an Zyklen der Inversion zwischen den niedrigen und hohen Sauerstoffkonzentrationsseiten, in einer Zeiteinheit) des stromaufwärtsseitigen Sauerstoffsensors 28 dargestellt werden können.

Claims (9)

1. Katalysatorschädigungsdiagnosesystem (D) für einen Verbren­ nungsmotor (E) mit einem Auspuffgasdurchgang (23), in dem ein katalytischer Konverter (27) mit einem Katalysator (27a) angeordnet ist, der aufweist:
einen in dem Auspuffgasdurchgang und stromaufwärts des kataly­ tischen Konverters angeordneten ersten Luft-Kraftstoffver­ hältnissensor (1, 28);
einen in dem Auspuffgasdurchgang und stromabwärts des kataly­ tischen Konverters angeordneten zweiten Luftkraftstoffverhält­ nissensor (2, 29);
Mittel (3, 32) zum Bestimmen einer Grundkraftstoffeinspritz­ menge (Tp) entsprechend einem Motorbetriebszustand des Motors;
Mittel (4, 32) zum Berechnen eines Luft-Kraftstoffverhältnis­ rückkopplungskoeffizienten (α);
Mittel (5, 32) zum Korrigieren der Grundkraftstoffeinspritz­ menge entsprechend dem Rückkopplungskorrekturkoeffizienten; und
Mittel (32) zum Beurteilen der Schädigung des Katalysators durch Vergleichen des Inversionszustandes eines Ausgangssignals des ersten und zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis­ sensors mit einem Entscheidungsstandard, der entsprechend einer Kontrollfrequenz einer Luft-Kraftstoffverhältnisrück­ kopplungskontrolle zumindest als Antwort auf ein Ausgangssignal des ersten Luft-Kraftstoffverhältnissensors und der korrigier­ ten Grundkraftstoffeinspritzmenge des Korrekturmittels gemacht ist.
2. Katalysatorschädigungsdiagnosesystem gemäß Anspruch 1, worin das Schädigungsentscheidungsmittel beinhaltet:
Mittel (6, 32) zum Berechnen eines Inversionsverhältniswertes (HZRATE) gemäß einem Inversionsverhältnis (HZR) von Aus­ gangssignalen des ersten und zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis­ sensors wenn der Motorbetriebszustand innerhalb eines eine Schädigungsdiagnose des Katalysators erfordernden Diagnose­ bereichs ist;
Mittel (7, 32) zum Erfassen eines Inversionszustandeswertes (AVEHZ) entsprechend einem Inversionszustand des Ausgangssig­ nals des ersten Luft-Kraftstoffverhältnissensors;
Mittel (8, 32) zum Bestimmen eines Entscheidungsstandardwertes (CNGST) gemäß dem Inversionszustandswertes des Inversionszu­ standeswerterfassungsmittels; und
Mittel (9, 32) zum Beurteilen der Schädigung des Katalysators durch Vergleichen des Inversionsverhältniswertes des Inver­ sionsverhältnisberechnungsmittels mit dem Entscheidungsstan­ dardwert des Entscheidungsstandardwertsbestimmungsmittels.
3. Katalysatorschädigungsdiagnosesystem gemäß Anspruch 2, worin das Inversionsverhältnis eines von dem des Inversionsfre­ quenzverhältnisses (HZR), einem Inversionszyklusverhältnis und einem Frequenzverhältnis zwischen den Ausgangssignalen des er­ sten und zweiten Luft-Kraftstoffverhältnissensors ist, und worin der Inversionszustandswert einer aus der Inversionsfre­ quenz (F02CT), einem Inversionszyklus, und einer Frequenz des Ausgangssignals des ersten Luft-Kraftstoffverhältnissensors ist.
4. Katalysatorschädigungsdiagnosesystem gemäß Anspruch 1, worin das Schädigungsentscheidungsmittel beinhaltet:
Mittel (32) zum Erfassen, daß die Inversionsfrequenz eines Aus­ gangssignals des ersten Luft-Kraftstoffverhältnissensors einen vorbestimmten Wert (CMSW) erreicht wenn der Motorbetriebszus­ tand innerhalb einer eine Schädigungsdiagnose des Katalysators erfordernden Diagnosebereichs ist;
Mittel (32) zum Messen einer Zeitdauer, in der der vorbestimmte Wert der Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors erreicht ist;
Mittel zum Berechnen eines abgelaufenen Zeitwertes (AVEHZ) ent­ sprechend der Zeitdauer;
Mittel (32) zum Berechnen eines Verhältnisses (HZR) zwischen einer Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors und einer Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des zweiten Luftkraftstoffverhältnissensors innerhalb der Zeitdauer;
Mittel (32) zum Bestimmen eines Entscheidungsstandardwertes (CNGST) entsprechend des abgelaufenen Zeitwertes des ab­ gelaufenen Ablaufzeitwertberechnungsmittels; und
Mittel (32) zum Beurteilen der Schädigung des Katalysators durch Vergleichen des Inversionsfrequenzverhältnisses des In­ versionsfrequenzverhältnisberechnungsmittels mit dem Ent­ scheidungsstandardwert des Entscheidungsstandardwertbestim­ mungsmittels.
5. Katalysatorschädigungsdiagnosesystem gemäß Anspruch 1, worin das Schädigungsentscheidungsmittel beinhaltet:
Mittel (32) zum Erfassen, daß die Inversionsfrequenz eines Aus­ gangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors einen vorbestimmten Wert (CMSW) erreicht hat wenn der Motorbe­ triebszustand innerhalb eines eine Schädigungsdiagnose des Katalysators erfordernden Diagnosebereichs ist;
Mittel (32) zum Messen einer Zeitdauer, in der der vorbestimmte Wert der Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors erreicht ist;
Mittel (32) zum Berechnen eines Verhältnisses (HZR) zwischen einer Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors und einer Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des zweiten Luftkraftstoffverhältnissensors innerhalb der Zeitdauer;
Mittel (32) zum Mitteln des Inversionsfrequenzverhältnisses über eine Mehrzahl von Zeitdauern, um damit ein mittleres In­ versionsfrequenzverhältnis (HZRATE) zu erhalten;
Mittel (32) zum Mitteln der Zeitdauer über eine Mehrzahl von Zeitdauern, um damit eine mittlere Zeitdauer (AVEHZ) zu erhal­ ten;
Mittel (32) zum Bestimmen eines Entscheidungsstandardwertes (CNGST) entsprechend der mittleren Zeitdauer des Zeitdauer­ durchschnittsmittels; und
Mittel (32) zum Beurteilen der Schädigung des Katalysators durch Vergleichen des mittleren Inversionsfrequenzverhältnisses (HZRATE) des Inversionsfrequenzverhältnisdurchschnittsmittels mit dem Entscheidungsstandardwert des Entscheidungsstan­ dardwertbestimmungsmittels.
6. Katalysatorschädigungsdiagnosesystem gemäß Anspruch 1, worin das Schädigungsentscheidungsmittel beinhaltet:
Mittel (32) zum Erfassen, daß die Inversionsfrequenz eines Aus­ gangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors einen vorbestimmten Wert (CMSW) erreicht wenn der Motorbetriebszus­ tand innerhalb eines eine Schädigungsdiagnose des Katalysators erfordernden Diagnosebereichs ist;
Mittel (32) zum Messen der Zeitdauer, in der der vorbestimmte Wert der Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors erreicht ist;
Mittel (32) zum Berechnen des Verhältnisses (HZR) zwischen einer Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors und einer Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des zweiten Luftkraftstoffverhältnissensors innerhalb der Zeitdauer;
Mittel (32) zum Mitteln des Inversionsfrequenzverhältnisses über eine Mehrzahl von Zeitdauern, um damit ein mittleres In­ versionsfrequenzverhältnis (HZRATE) zu erhalten;
Mittel (32) zum Messen einer Inversionsfrequenz (F02CT) des Ausgangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors in­ nerhalb der Zeitdauer;
Mittel (32) zum Mitteln der Inversionsfrequenz (F02CT) des In­ versionsfrequenzmessungsmittels über eine Mehrzahl von Zeitdau­ ern, um damit eine mittlere Inversionsfrequenz zu erhalten;
Mittel (32) zum Bestimmen eines Entscheidungsstandardwertes (CNGST) entsprechend der mittleren Inversionsfrequenz des In­ versionsfrequenzdurchschnittsmittels; und
Mittel (32) zum Beurteilen der Schädigung des Katalysators durch Vergleichen des mittleren Inversionsfrequenzverhältnisses (HZRATE) des Inversionsfrequenzverhältnisdurchschnittsmittels mit dem Entscheidungsstandardwert des Entscheidungstandardwert­ bestimmungsmittels.
7. Katalysatorschädigungsdiagnosesystem gemäß Anspruch 1, worin das Schädigungsbeurteilungsmittel beinhaltet:
Mittel (11, 32) zum Erfassen, daß die Inversionsfrequenz eines Ausgangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensor einen vorbestimmten Wert (CMSW) erreicht wenn der Motorbetriebszus­ tand innerhalb eines eine Schädigungsdiagnose des Katalysators erfordernden Diagnosebereiches ist;
Mittel (11, 32) zum Messen einer Zeitdauer, in der der vorbe­ stimmte Wert der Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des er­ sten Luftkraftstoffverhältnissensor erreicht ist;
Mittel (6′, 32) zum Berechnen eines Inversionsverhältnisses (HZR) der Ausgangssignale und des ersten und zweiten Luft- Kraftstoffverhältnissensors innerhalb der Zeitdauer;
Mittel (12, 32) zum Mitteln des Inversionsverhältnis (HZR) des Inversionsverhältnisberechnungsmittels über eine Mehrzahl von Zeitdauern, um damit ein mittleres Inversionsverhältnis (HZRATE) zu erhalten;
Mittel (7, 32) zum Erfassen eines Inversionszustandswertes (AVEHZ) entsprechend einem Inversionszustand des Ausgangssig­ nals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors;
Mittel (8, 32) zum Bestimmen eines Entscheidungsstandardwertes (CNGST) gemäß dem Inversionsstandardwert (AVEHZ) des Inversion­ szustandwerterfassungsmittels;
Mittel (13, 32) zum Bestimmen einer Anzahl (NUMMAX) an Zeitdau­ ern, die für die Katalysatorschädigungsdiagnose erforderlich sind, entsprechend dem Inversionszustandeswert (AVEHZ) des In­ versionszustandswerterfassungsmittels; und
Mittel (9′, 32) zum Beurteilen der Schädigung des Katalysators durch Vergleichen des mittleren Inversionsverhältnisses (HZRATE) des Inversionsverhältnisdurchschnittsmittels mit dem Entscheidungsstandardwert des Entscheidungsstandardwertbestim­ mungsmittels nach Ablauf der Anzahl (NUMMAX) der Zeitdauern des Zeitdaueranzahlbestimmungsmittels.
8. Katalysatorschädigungsdiagnosesystem gemäß Anspruch 7, worin das Inversionsverhältnis eines von einem Inversionsfre­ quenzverhältnis (HZR), einem Inversionszyklusverhältnis und einem Frequenzverhältnis zwischen den Ausgangssignalen und des ersten und zweiten Luftkraftstoffverhältnissensors ist, und worin der Inversionszustandswert einer von dem Inversionsfre­ quenz (F02CT), einem Inversionszyklus und einer Frequenz des Ausgangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors ist.
9. Katalysatorschädigungsdiagnosesystem gemäß Anspruch 1, worin das Schädigungsbeurteilungsmittel beinhaltet:
Mittel zum Erfassen, daß die Inversionsfrequenz eines Aus­ gangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors einen vorbestimmten Wert (CMSW) erreicht hat wenn der Motorbe­ triebszustand innerhalb eines eine Beeinträchtigungsdiagnose des Katalysators erfordernden Diagnosebereiches ist;
Mittel (32) zum Messen einer Zeitdauer, in der der vorbestimmte Wert der Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensor erreicht ist;
Mittel (32) zum Berechnen eines Verhältnisses (HZR) zwischen einer Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des ersten Luftkraftstoffverhältnissensors und einer Inversionsfrequenz des Ausgangssignals des zweiten Luftkraftstoffverhältnissensors innerhalb der Zeitdauer;
Mittel (32) zum Mitteln des Inversionsfrequenzverhältnisses (HZR) über eine Mehrzahl von Zeitdauern, um damit ein mittleres Inversionsfrequenzverhältnis (HZRATE) zu erhalten;
Mittel (32) zum Mitteln der Zeitdauer über eine Mehrzahl von Zeitdauern, um damit eine mittlere Zeitdauer (AVEHZ) zu erhal­ ten;
Mittel (32) zum Bestimmen eines Entscheidungsstandardwertes (CNGST) entsprechend der mittleren Zeitdauer (AVEHZ) des Zeit­ dauerdurchschnittsmittels;
Mittel (32) zum Bestimmen einer Anzahl (NUMMAX) von Zeitdauern, die gemäß der mittleren Zeitdauer (AVEHZ) für die Katalysator­ beeinträchtigungsdiagnose erforderlich sind; und
Mittel (32) zum Beurteilen der Schädigung des Katalysators durch Vergleichen des mittleren Inversionsfrequenzverhältnisses (HZRATE) des Inversionsfrequenzverhältnisdurchschnitts mittels mit dem Entscheidungsstandardwert (CNGST) des Ent­ scheidungsstandardwertbestimmungsmittels.
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