DE19708225A1 - Funktionsdiagnosesystem für Abgasreinigungsvorrichtung von Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Prüfen der Funktion eines für die Reinigung des Abgases eines Verbrennungsmotors verwendeten Katalysators und insbeson­ dere ein Funktionsdiagnosesystem für die Abgasreinigungs­ vorrichtung von Verbrennungsmotoren, das die Abgasreini­ gungsleistung in bezug auf eine spezifische Komponente bewerten kann.

Bisher ist zu diesem Zweck ein Verfahren verwendet wor­ den, in dem O₂-Sensoren stromaufseitig und stromabseitig von einem Katalysator angeordnet sind und in dem anhand des Vergleichs der Ausgangssignale der beiden Sensoren beurteilt wird, ob sich die Katalysatorleistung ver­ schlechtert hat. Hierbei wird in Wirklichkeit von den Katalysatorfunktionen nur die O₂-Speicherkapazität des Katalysators gemessen, nicht jedoch der Umsetzungswir­ kungsgrad für die einzelnen Abgaskomponenten.

Wenn in dem obenbeschriebenen herkömmlichen Verfahren der Umsetzungswirkungsgrad unabhängig von der O₂-Speicher­ kapazität bestimmt wird, kann eine genaue Erfassung des Umsetzungswirkungsgrads nicht ausgeführt werden. Zur Lösung dieses Problems kann für die Messung des Umset­ zungswirkungsgrads in bezug auf eine spezifische Abgas­ komponente ein Sensor für die Erfassung dieser spezifi­ schen Abgaskomponente anstatt eines O₂-Sensors verwendet werden. Ein Beispiel für die Verwendung eines HC-Sensors zur Erfassung des Umsetzungswirkungsgrads von HC (Kohlenwasserstoff) ist aus der JP 109021-A (1992) be­ kannt. In diesem Verfahren müssen jedoch HC-Sensoren stromaufseitig und stromabseitig vom Katalysator angeord­ net werden. Die Umgebungsbedingungen insbesondere in der Nähe des stromaufseitigen HC-Sensors sind jedoch ungün­ stig (beispielsweise herrschen dort eine hohe Temperatur und hohe Abgaskomponenten-Konzentrationen), so daß die Empfindlichkeit und die Ausgangscharakteristik des Sen­ sors verschlechtert wird. Dies kann unter Umständen auf die Genauigkeit der Diagnose einer Katalysatorverschlech­ terung einen ungünstigen Einfluß haben.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Funktionsdiagnosesystem für die Abgasreinigungsvorrich­ tung eines Verbrennungsmotors zu schaffen, das den Aus­ gang lediglich eines Abgaskomponenten-Sensors, der strom­ abseitig von der Abgasreinigungsvorrichtung angeordnet ist, verwendet und dadurch niedrige Herstellungskosten, eine ausgezeichnete Lebensdauer und eine hohe Diagnose­ genauigkeit besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Funktionsdiagnosesystem, das die im Anspruch 1 angegebe­ nen Merkmale besitzt. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.

Um gemäß der Erfindung die obige Aufgabe zu lösen, wird eine Abgaskomponenten-Konzentration, die einer Betriebs­ bedingung des Motors und einer Betriebsbedingung der Abgasreinigungsvorrichtung entspricht, stromabseitig von der Abgasreinigungsvorrichtung erfaßt, wobei der erfaßte Wert direkt oder nach einer Integrationsverarbeitung einer Bewertung und einer Diagnose unterworfen wird. Da die Diagnose der Abgasreinigungsvorrichtung nicht erfor­ dert, stromaufseitig von der Abgasreinigungsvorrichtung einen Sensor anzuordnen, ist das Funktionsdiagnosesystem gemäß der vorliegenden Erfindung billig und besitzt eine hohe Lebensdauer sowie eine hohe Diagnosegenauigkeit.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deut­ lich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung der Konstruktion eines Katalysa­ tor-Diagnosesystems;

Fig. 2 eine Darstellung der Weise, in der ein vom Abgas­ komponentensensor erzeugtes Signal einer Integra­ tionsverarbeitung unterworfen wird;

Fig. 3 eine Darstellung der Ausgangskennlinie eines HC-Sensors;

Fig. 4 eine Darstellung, die die HC-Menge, die beim Anlassen eines Motors im kalten Zustand abgegeben wird, sowie einen integrierten Wert angibt;

Fig. 5 eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem HC-Reinigungswirkungsgrad eines Katalysa­ tors und der Temperatur des Katalysators angibt;

Fig. 6 eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Katalysator-Verschlechterungsmodus und einem Mittelwert der abgegebenen HC-Menge angibt;

Fig. 7 ein Flußdiagramm einer Integrationsverarbeitung;

Fig. 8 ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines Kataly­ satordiagnoseverfahrens;

Fig. 9 eine Darstellung, die angibt, wie sich die HC-Menge stromaufseitig bzw. stromabseitig vom Kata­ lysator verändert;

Fig. 10 eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Temperatur des Katalysators und dem HC-Umset­ zungswirkungsgrad angibt;

Fig. 11 eine Darstellung, die den HC-Umsetzungswirkungs­ grad bei zwei unterschiedlichen Katalysatortem­ peraturen für verschiedene Katalysatoren angibt;

Fig. 12 eine Darstellung, die die Katalysatortemperaturen für zwei unterschiedliche HC-Umsetzungswirkungs­ grade für verschiedene Katalysatoren angibt;

Fig. 13 ein Flußdiagramm eines Katalysatorverschlechte­ rungs-Diagnoseprozesses (1);

Fig. 14 ein Flußdiagramm eines Katalysatorverschlechte­ rungs-Diagnoseprozesses (2); und

Fig. 15 ein Blockschaltbild eines Verfahrens zum Schätzen der Katalysatortemperatur.

Nun wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Fig. 1 ist ein Konstruktionsdiagramm eines Verbrennungs­ motors, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung enthält. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Luftfilter, der an einer Luftansaugleitung ange­ bracht ist, während das Bezugszeichen 2 einen Luftmengen­ sensor für die Erfassung der in den Verbrennungsmotor (der im folgenden einfach Motor genannt wird) eingeleite­ ten Luftmenge bezeichnet. Der vom Luftmengensensor 2 erfaßte Wert wird an eine Steuereinheit 9 geschickt. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Drosselklappenöffnungs­ sensor, der den Öffnungsgrad einer Drosselklappe erfaßt. Der vom Drosselklappenöffnungssensor 3 erfaßte Wert wird ebenfalls an die Steuereinheit 9 geschickt und für die Steuerung verwendet. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Einspritzeinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in die jeweiligen Zylinder des Verbrennungsmotors. Die Einspritzeinrichtung 4 spritzt Kraftstoff in den jeweili­ gen Zylinder des Verbrennungsmotors in Übereinstimmung mit einem von der Steuereinheit 9 ausgegebenen Befehl ein. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine Zündspule, die in Baueinheit mit einem Leistungsschalter ausgebildet ist. Wenn die Zündspule 11 von der Steuereinheit 9 ein Zündsignal empfängt, liefert sie eine Sekundärspannung für die Zündung einer Zündkerze 5. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Katalysator zum Reinigen des vom Motor abgegebenen Abgases. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Sauerstoffsensor, der stromaufseitig vom Katalysator 12 angeordnet ist. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen HC-Sensor, der stromabseitig vom Katalysator 12 angeordnet ist. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Kurbelwinkel­ sensor für die Erfassung von Informationen bezüglich der Drehzahl des Motors. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet ein ISC-Ventil für die Steuerung der Leerlaufdrehzahl des Motors. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Ansaugluft­ temperatur-Sensor für die Erfassung der Temperatur der in den Motor eingeleiteten Luft, während das Bezugszeichen 14 einen Wassertemperatursensor bezeichnet, der die Temperatur des für die Kühlung des Motors verwendeten Wassers erfaßt. In Übereinstimmung mit Signalen, die von dem Kurbelwinkelsensor 6, dem Luftmengensensor 2, dem Wassertemperatursensor 14 und dem Ansauglufttemperatur- Sensor 13 geschickt werden, beurteilt die Steuereinheit 9 den Betriebszustand des Motors, anschließend berechnet sie die an den Motor zu liefernde Kraftstoffmenge und den Zündzeitpunkt, steuert die Einspritzeinrichtung 4 in der Weise an, daß die berechnete Kraftstoffmenge eingespritzt wird, und liefert an die Zündspule 11, die in Baueinheit mit einem Leistungsschalter ausgebildet ist, ein Zünd­ signal, so daß die Zündung in der Zündkerze 11 zum geeig­ neten Zeitpunkt erfolgt. Darüber hinaus steuert die Steuereinheit 9 das ISC-Ventil 10 an, um die Leerlauf­ drehzahl des Motors auf einem Sollwert zu halten. Ferner wird vom O₂-Sensor 7, der stromabseitig vom Motor und stromaufseitig vom Katalysator 12 angeordnet ist, eine Sauerstoffkonzentration erfaßt, auf deren Grundlage die Steuereinheit 9 eine Rückkopplungsregelung für die zu liefernde Kraftstoffmenge ausführt, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einem Wert in der Nähe des stöchiometrischen Verhältnisses zu halten.

Weiterhin berechnet die Steuereinheit 9 auf der Grundlage des Ausgangs des Kurbelwinkelsensors 6 die Drehzahl des Motors. Wenn die Steuereinheit 9 auf der Grundlage der Daten bezüglich der Ansaugluftmenge, die aus einem vom Luftmengensensor 2 geschickten Signal erhalten werden, sowie auf der Grundlage eines vom Wassertemperatursensor 14 geschickten Signals feststellt, daß der Motor in einem Katalysatordiagnosebereich für die Diagnose des Katalysa­ tors 12 arbeitet, führt sie die Diagnose des Katalysators 12 aus.

Fig. 2 zeigt die Weise, in der ein HC-Sensorsignal einer Integrationsverarbeitung unterworfen und für die Diagnose verwendet wird. In einer HC-Mengen-Integrationsabschnitt- Bestimmungseinrichtung 17 wird in Übereinstimmung mit Motorzustandssignalen, d. h. Signalen, die das Ansaug­ luftvolumen QA, die Motortemperatur TW, die Motordrehzahl N, den Drosselklappenöffnungswinkel TVO und die Fahrge­ schwindigkeit VSP angeben, ein Integrationsabschnitt bestimmt. Für den so bestimmten Integrationsabschnitt wird die abgegebene HC-Menge durch eine HC-Mengen-Inte­ grationseinrichtung 18 integriert, woraufhin eine Mitte­ lung erfolgt. Optional kann die Mittelung unter Verwen­ dung des Ansaugluftvolumens ∫ Qadt oder der Fahrstrecke ∫ VSPdt erfolgen.

Ein Mittelwert der HC-Menge ist

Falls der Mittelwert IT einen vorgegebenen Wert über­ steigt, stellt eine Emissions-"gut/nicht gut"-Unterschei­ dungseinrichtung 19 fest, daß das Ergebnis "nicht gut" ist, andernfalls stellt die Unterscheidungseinrichtung 19 fest, daß das Ergebnis gut ist.

Fig. 3 ist ein Kennliniendiagramm, das die Beziehung zwischen einer HC-Sensor-Ausgangsspannung und der HC-Konzentration zeigt. Die HC-Konzentration kann aus der Sensorspannung erfaßt werden.

Fig. 4 zeigt, wie sich die vom Katalysator abgegebene HC-Menge verändert, wenn der Motor in einem kalten Zustand angelassen wird und danach läuft. Direkt nach dem Anlas­ sen des Motors wird der Kohlenwasserstoff nicht entfernt, weil auch der Katalysator 12 kalt ist, so daß eine große HC-Menge abgegeben wird. Danach steigt die Katalysator­ temperatur an, so daß die abgegebene HC-Menge schnell abnimmt. Zu diesem Zeitpunkt steigt der integrierte Wert der HC-Menge wie in Fig. 4 gezeigt an, wobei in der rechten Hälfte die Zunahme gering ist. In einem Integra­ tionsabschnitt Tc ist es möglich, die prozentuale Entfer­ nung von HC während der Aktivierung des Katalysators zu kennen. In dieser Ausführungsform entspricht die Periode Tc derjenigen Periode, in der der integrierte Wert des Ansaugluftvolumens QA innerhalb eines vorgegebenen Be­ reichs f1(TWS) bis f2(TWS) liegt. In einem Integrations­ abschnitt Th ist es möglich, die prozentuale Reinigung von HC nach der Aktivierung des Katalysators zu kennen. Die Periode Th in dieser Ausführungsform ist eine vorge­ gebene Periode, die zu dem Zeitpunkt beginnt, zu dem das integrierte Ansaugluftvolumen QA den Wert f2(TWS) ange­ nommen hat. Der Beginn und das Ende der Perioden Tc bzw. Th können jeweils von der verstrichenen Zeit seit dem Anlassen des Motors abhängen, alternativ können beide Perioden von der Katalysatortemperatur abhängig gemacht sein. Genauer wurde in dieser Ausführungsform Tc gleich einer Periode gesetzt, in der die Katalysatortemperatur in einem vorgegebenen Bereich liegt (in einem Kataly­ satortemperatur-Intervall von 100-300°C in einer weite­ ren Ausführungsform), während Th auf eine vorgegebene Periode (30 Sekunden in einer weiteren Ausführungsform) gesetzt wurde, die beginnt, wenn die Katalysatortempera­ tur eine vorgegebene Temperatur (400°C in einer weiteren Ausführungsform) erreicht hat und anschließend eine vorgegebene Periode (5 Sekunden in einer weiteren Ausfüh­ rungsform) verstrichen ist.

Fig. 5 ist ein Kennliniendiagramm, das zeigt, wie die prozentuale HC-Reingigung des Katalysators und die Kata­ lysatortemperatur miteinander in Beziehung stehen. Die Beziehung bezieht sich auf einen nicht verschlechterten neuen Katalysator und auf verschlechterte Katalysatoren (a), (b) und (c). Was den verschlechterten Katalysator (a) betrifft, so muß die Katalysatortemperatur hoch sein, um eine prozentuale Reinigung von 98% (die dem neuen Katalysator entspricht) zu erreichen. Was den verschlech­ terten Katalysator (b) betrifft, so ist die prozentuale Reinigung insgesamt niedrig. Was den verschlechterten Katalysator (c) betrifft, so ist die prozentuale Reini­ gung nach der Aktivierung niedrig, obwohl die Kataly­ satortemperatur, bei der die Aktivierung beginnt, gleich derjenigen des neuen Katalysators ist. Für alle diese verschlechterten Katalysatoren ist eine genaue Diagnose erforderlich.

Fig. 6 zeigt den obenerwähnten Mittelwert IT der HC-Menge, der für jeden der obigen verschlechterten Kataly­ satoren bestimmt wurde.

Durch geeignete Wahl der Integrationsperioden Tc und Th und durch Setzen eines Emissions-"gut/nicht gut"-Unter­ scheidungspegels ist es möglich, für die verschlechterten Katalysatoren (a), (b) und (c) eine "nicht gut"-Beurtei­ lung zu erhalten.

Fig. 7 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Funk­ tionsweise des erfindungsgemäßen Funktionsdiagnose­ systems. Im Schritt 20 werden Motorzustandssignale, d. h. QA, TW, N, TVO und VSP, erfaßt. Im Schritt 21 wird das Ansaugluftvolumen QA integriert, um die Katalysatortempe­ ratur zu schätzen. Dann wird im Schritt 22 geprüft, ob der integrierte Wert von QA, d. h. IQA, größer als f1(TWS) ist. Der Wert f1(TWS) ist ein Pegel für den QA- Integrationswert, anhand dessen der HC-Integrationsstart­ zeitpunkt für das Intervall Tc beurteilt wird und der von TWS abhängt. Die Größe TWS steht für die Motortemperatur TW beim Anlassen des Motors. Falls der Wert IQA kleiner als f1(TWS) ist, ist die Verarbeitung beendet, andern­ falls wird im Schritt 23 geprüft, ob er größer als f2(TWS) ist. Statt anhand der Schritte 21, 22 und 23 kann der HC-Mengen-Integrationsabschnitt auch anhand der Katalysatortemperatur, der verstrichenen Zeit seit dem Anlassen des Motors, der Abgastemperatur, der Motordreh­ zahl, der Motorlast oder der Fahrstrecke bestimmt werden. Der Wert f2(TWS) ist ein Pegel für den Integrationswert von QA, anhand dessen der HC-Integrationsstartzeitpunkt für das Intervall Th bestimmt wird und der von TWS ab­ hängt. Falls IQA kleiner als f2(TWS) ist, wird im Schritt 27 eine TC-Perioden-, HC-Mengenintegrations- und Mitte­ lungsverarbeitung ausgeführt, um einen HC-Mittelwert ITc zu erhalten. Falls ITc nicht kleiner als ein "gut/nicht gut"-Unterscheidungspegel LV1 ist, wird im Schritt 30 festgestellt, daß die Emission "nicht gut" ist. Falls ITc kleiner als LV1 ist, wird im Schritt 29 beurteilt, daß die Emission gut ist. Falls IQA größer als f2(TWS) ist, wird im Schritt 24 geprüft, ob das Emissi­ onsbeurteilungsergebnis in der HC-Mengen-Integrations­ periode Tc gut ist. Falls die Emission "nicht gut" ist, ist der Verarbeitungsablauf beendet, andernfalls wird im Schritt 25 eine Th-Perioden-, HC-Mengenintegrations- und Mittelungsverarbeitung ausgeführt, um einen HC-Mittelwert ITh zu erhalten. Falls ITh nicht kleiner als ein "nicht gut"-Unterscheidungspegel LV2 ist, wird im Schritt 30 festgestellt, daß die Emission "nicht gut" ist. Falls ITh kleiner als LV2 ist, wird im Schritt 29 festgestellt, daß die Emission gut ist.

In Fig. 8 ist ein Verfahren zum Schätzen der Katalysator­ temperatur und zum Ausführen der Diagnose des Katalysa­ tors in Übereinstimmung mit einem der Katalysatortempera­ tur entsprechenden HC-Sensorsignal veranschaulicht. Auf der Grundlage von QA, TW, N und VSP wird die Katalysator­ temperatur in einer Katalysatortemperatur-Schätzeinrich­ tung 31 geschätzt. Anhand eines vom HC-Sensor 8 bereit­ gestellten Signals und eines Luft/Kraftstoffverhältnis- Erhöhungsfaktors wird von einer HC-Umsetzungswirkungs­ grad-Schätzeinrichtung 32 ein HC-Umsetzungswirkungsgrad geschätzt. Dann beurteilt eine Unterscheidungseinrichtung 33 anhand der so geschätzten Katalysatortemperatur und des so geschätzten HC-Umsetzungswirkungsgrads, ob sich der Katalysator verschlechtert hat oder nicht.

Fig. 9 zeigt, wie sich die Konzentration von HC stromauf­ seitig vom Katalysator verändert, wenn der Motor in einem kalten Zustand angelassen wird und anschließend arbeitet. Wenn der Motor direkt nach dem Anlassen kalt ist, ist die Verdampfung des Kraftstoffs nicht zufriedenstellend, wobei es schwierig ist, eine stabile Verbrennung zu erzielen, so daß die Kraftstoffmenge über das stöchio­ metrische Verhältnis erhöht wird. Auch während der Be­ schleunigung wird die Kraftstoffmenge erhöht. Wenn eine solche Erhöhung der Kraftstoffmenge erfolgt, wird strom­ aufseitig vom Katalysator überschüssiger Kraftstoff, d. h. HC, abgegeben. Wenn keine Kraftstofferhöhung er­ folgt, ist die HC-Konzentration stromaufseitig vom Kata­ lysator stabil und liegt in der Nähe von 2000 ppm. Das heißt, die HC-Konzentration stromaufseitig vom Katalysa­ tor kann anhand des Kraftstofferhöhungsfaktors geschätzt werden, der den Grad der Kraftstoffzunahme angibt. Somit kann aus dieser geschätzten HC-Konzentration stromaufsei­ tig vom Katalysator und von einem vom HC-Sensor 8 bereit­ gestellten Signal ein HC-Umsetzungswirkungsgrad des Katalysators mittels der HC-Umsetzungswirkungsgrad- Schätzeinrichtung 32 geschätzt werden.

Vorzugsweise wird der geschätzte Wert der HC-Konzentra­ tion stromaufseitig vom Katalysator in Übereinstimmung mit einem Motorzustandssignal, z. B. TW, korrigiert, wobei es möglich wird, den HC-Umsetzungswirkungsgrad des Katalysators genauer zu schätzen.

Nun wird die Katalysatortemperatur-Schätzeinrichtung des Schrittes 31 in Fig. 8 genauer beschrieben. Hierbei wird auf Fig. 15 Bezug genommen, in der die Katalysatortempe­ ratur in einem stationären Zustand unter Verwendung eines stationären Modells 201 bestimmt wird. Eine vorgegebene Zeitmaske 202 mißt die verstrichene Zeit seit dem Anlas­ sen des Motors und gibt den Wert 0 aus, bis die vorgege­ bene Zeit verstrichen ist, anschließend gibt sie den Wert 1 aus. Mittels eines Multiplizierers 203 wird eine Multi­ plikation ausgeführt, woraufhin das Ergebnis in zwei Verzögerungsmodelle 204(1) und 204(2) unterschiedlichen Typs eingegeben wird. Eine Temperaturabfall-Verzögerungs­ zeit 206 ist getrennt von einer Temperaturanstieg-Verzö­ gerungszeit 207 gespeichert, wobei von der einen zur anderen mittels eines Positiv/Negativ-Diskriminators 205 umgeschaltet wird. Die Ausgänge der Verzögerungsmodelle 204(1) und 204(2) werden mittels eines Addierers 209 addiert, um eine geschätzte Katalysatortemperatur zu bestimmen. Dann wird im Schritt 210 eine Abweichung zwischen der Wassertemperatur und der Standardtemperatur berechnet, ferner wird im Schritt 211 eine Korrektur ausgeführt. In ähnlicher Weise wird im Schritt 212 eine Abweichung zwischen der Temperatur der Ansaugluft und einer Standardtemperatur berechnet, woraufhin im Schritt 215 eine Korrektur ausgeführt wird. Ferner wird im Schritt 213 eine auf der Fahrgeschwindigkeit basierende Korrekturgröße berechnet, woraufhin die Korrekturgröße der Ansauglufttemperatur im Schritt 214 korrigiert wird.

Fig. 10 ist ähnlich wie Fig. 5 ein Kennliniendiagramm, das eine Beziehung zwischen dem HC-Umsetzungswirkungsgrad des Katalysators und der Katalysatortemperatur angibt. Da sowohl der HC-Umsetzungskoeffizient des Katalysators als auch die Katalysatortemperatur geschätzt werden, ist es möglich, die Kennlinien während des Warmlaufens des Katalysators zu erfassen. Beispielsweise ist es möglich, den HC-Umsetzungswirkungsgrad bei einer Katalysatortempe­ ratur Tx oder Ty zu erfassen oder umgekehrt eine Kataly­ satortemperatur bei einem HC-Umsetzungswirkungsgrad von ηx oder ηy zu erfassen.

Falls Tx auf ungefähr 300°C gesetzt ist, ist es möglich, einen HC-Umsetzungswirkungsgrad während des Anstiegs des Umsetzungswirkungsgrads zu erfassen, weiterhin ist es möglich, einen HC-Umsetzungswirkungsgrad nach der Kataly­ satoraktivierung zu erfassen, wenn Ty auf ungefähr 500°C gesetzt ist.

Falls ferner ηx auf ungefähr 50% gesetzt ist, ist es möglich, eine Temperatur (gewöhnlich ungefähr 300°C) während des Anstiegs des Umsetzungswirkungsgrads zu erfassen; falls ηy auf ungefähr 90% gesetzt ist, ist es möglich, eine Temperatur (gewöhnlich ungefähr 400-500°C) zu erfassen, bei der der Katalysator nahezu vollständig aktiviert ist.

Fig. 11 zeigt die Ergebnisse der erfaßten HC-Umsetzungs­ wirkungsgrade bei den Temperaturen Tx und Ty für ver­ schlechterte Katalysatoren. Falls ein erfaßter Umset­ zungswirkungsgrad niedriger als ein Unterscheidungspegel ist, wird der zugehörige Katalysator in Verbindung mit der entsprechenden Temperatur als "nicht gut" beurteilt. Bei der Temperatur Tx können die verschlechterten Kataly­ satoren (a) und (b) als "nicht gut" angesehen werden, während bei der Temperatur Ty die verschlechterten Kata­ lysatoren (b) und (c) als "nicht gut" angesehen werden können. Durch Wahl geeigneter Werte von Tx, Ty und geeig­ neter Unterscheidungspegel LV1, LV2 und schließlich durch Beurteilen eines verschlechterten Katalysators als "nicht gut", falls der verschlechterte Katalysator bei einem der Unterscheidungspegel als "nicht gut" beurteilt wird, ist es möglich, sämtliche verschlechterten Kataly­ satoren (a), (b) und (c) als "nicht gut" zu beurteilen.

Fig. 12 zeigt die Ergebnisse von bestimmten Katalysator­ temperaturen, die HC-Umsetzungswirkungsgraden ηx und ηy für die verschlechterten Katalysatoren entsprechen. Falls eine Katalysatortemperatur oberhalb eines Unterschei­ dungspegels liegt, wird der zugehörige Katalysator in Verbindung mit dem entsprechenden HC-Umsetzungswirkungs­ grad als "nicht gut" beurteilt. Beim Umsetzungswirkungs­ grad ηx können die verschlechterten Katalysatoren (a) und (b) als "nicht gut" beurteilt werden, während beim Umset­ zungswirkungsgrad ηy die verschlechterten Katalysatoren (b) und (c) als "nicht gut" angesehen werden können. Durch Wahl geeigneter Werte von ηx, ηy und geeigneter Unterscheidungspegel TLV1, TLV2 und schließlich durch Beurteilen eines verschlechterten Katalysators als "nicht gut", falls der verschlechterte Katalysator bei einem der Unterscheidungspegel als "nicht gut" beurteilt wird, ist es möglich, sämtliche verschlechterten Kataly­ satoren (a), (b) und (c) als "nicht gut" zu beurteilen.

Selbst wenn in diesem Fall ein verschlechterter Katalysa­ tor als "nicht gut" beurteilt wird, wenn sein HC-Umset­ zungswirkungsgrad bei der Unterscheidungspegel-Temperatur TLV1 oder TLV2 unterhalb von ηx oder ηy liegt, ist es möglich, das gleiche Unterscheidungsergebnis wie oben mit dem gleichen Unterscheidungsablauf wie oben zu erhalten.

In dieser Ausführungsform kommt es darauf an, daß der Unterscheidungspegel entsprechend der Katalysatortempera­ turen geändert wird, um den HC-Umsetzungswirkungsgrad des Katalysators, der sich mit der Temperatur verändert, zu bestimmen. Dem konkreten Ablauf wird keinerlei Beschrän­ kung auferlegt.

Fig. 13 zeigt ein Beispiel eines Flußdiagramms. Der Ablauf beginnt beispielsweise jeweils nach einem vorgege­ benen Zyklus einer (nicht gezeigten) Hauptroutine. Zum Zeitpunkt des Anlassens des Motors werden mittels einer (nicht gezeigten) Initialisierungsroutine die Größen CNTx, y, flgxOK, NG und flgyOK, NG, die später beschrie­ ben werden, auf den Wert 0 initialisiert. Zunächst wird im Schritt 41 geprüft, ob die Diagnosebedingungen vorlie­ gen. Genauer wird beispielsweise geprüft, ob QA innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, ob der Kraftstofferhö­ hungsfaktor ungefähr Null ist und ob ferner der HC-Sensor 8, der Luftmengensensor 2, das Kraftstoffsteuersystem einschließlich der Einspritzeinrichtung 4 und des O₂-Sensors 7, das Zündsystem einschließlich der Zündspule 11 und der Zündkerze 5 normal arbeiten. Falls beispielsweise das Kraftstoffsteuersystem nicht normal arbeitet, wird das Luft/Kraftstoffverhältnis nicht auf das stöchiometri­ sche Verhältnis gesteuert, sondern anhand des Betriebs­ punkts des Katalysators, so daß es möglich ist, daß ein normaler Katalysator als "nicht gut" beurteilt wird. Auch bei Schwierigkeiten im Zündsystem und bei Auftreten von Fehlzündungen wird die HC-Konzentration stromaufseitig vom Katalysator oder die Katalysatortemperatur wird anomal hoch, so daß es wahrscheinlich ist, daß ein norma­ ler Katalysator als "nicht gut" angesehen wird. Um eine solche fehlerhafte Diagnose zu vermeiden, wird geprüft, ob die Diagnosebedingungen vorliegen. Falls die Antwort positiv ist, wird im Schritt 42 festgestellt, ob die "nicht gut"-Beurteilung bereits erfolgt ist (flgxNG = 1 und flgyNG = 1 bedeuten, daß bereits eine "nicht gut"- Beurteilung erfolgt ist). Falls die Antwort im Schritt 42 positiv ist, ist die Routine beendet. Andernfalls wird im Schritt 43 eine Vorkatalysator-HC-Konzentration HC_pre geschätzt, anschließend wird im Schritt 44 eine Nachkata­ lysator HC-Konzentration HC_post gemessen. Ferner wird im Schritt 45 die Katalysatortemperatur Tcat geschätzt, anschließend wird im Schritt 46 festgestellt, ob Tcat innerhalb des Bereichs Tx ± α (während des Warmlaufens) liegt, wobei im positiven Fall die Verarbeitung zum Schritt 48 weitergeht; im Schritt 47 wird geprüft, ob Tcat im Bereich Ty ± β liegt (nach dem Warmlaufen), wobei im positiven Fall die Verarbeitung zum Schritt 55 weiter­ geht. Falls keine dieser Bedingungen erfüllt ist, ist die Routine beendet.

Falls Tcat im Bereich Tx ± α liegt, wird im Schritt 48 geprüft, ob bereits eine "gut"-Beurteilung erfolgt ist, wobei im positiven Fall die Routine beendet ist, während der Prozeßablauf im negativen Fall zum Schritt 49 weiter­ geht. Im Schritt 49 werden als Verarbeitungen für die Erhaltung eines Mittelwerts von HC-Umsetzungswirkungs­ grad-Werten sowohl eine Addition des HC-Umsetzungswir­ kungsgrads (HC_post/HC_pre) zu einem Gesamtwert SITx von HC-Umsetzungswirkungsgradwerten als auch eine Inkrementie­ rung eines Additionszählstand-Zählers CNTx ausgeführt. Im Schritt 50 wird geprüft, ob der Additionszählstand einen vorgegebenen Zählstand CNTLV1 erreicht hat, wobei im negativen Fall die Routine beendet ist, andernfalls geht der Prozeßablauf weiter zum Schritt 51. Im Schritt 51 wird ein durchschnittlicher HC-Umsetzungswirkungsgrad ETx berechnet. Im Schritt 52 wird ein Vergleich zwischen ETx und einem Unterscheidungswert ETLV1 ausgeführt, wobei dann, wenn ETx nicht kleiner als der Unterscheidungswert ist, eine "gut"-Beurteilung erfolgt und der flgxOK im Schritt 53 auf 1 gesetzt wird. Falls andererseits ETx kleiner als der Unterscheidungswert ist, wird eine "nicht gut"-Beurteilung ausgeführt, außerdem wird dann im Schritt 54 der flgxNG auf 1 gesetzt.

Wenn Tcat im Bereich Ty ± β liegt, wird geprüft, ob die "gut"-Beurteilung im Schritt 55 bereits erfolgt ist, wobei im positiven Fall die Routine beendet ist, andern­ falls geht der Prozeßablauf weiter zum Schritt 56. Im Schritt 56 werden als Verarbeitung für die Erhaltung eines Mittelwerts von HC-Umsetzungswirkungsgrad-Werten sowohl eine Addition eines HC-Umsetzungswirkungsgrads (HC_post/HC_pre) zu einem Gesamtwert SETy von HC-Umsetzungs­ wirkungsgraden als auch eine Inkrementierung eines Addi­ tionszählstand-Zählers CNTy ausgeführt. Dann wird im Schritt 57 geprüft, ob der Additionszählstand einen vorgegebenen Zählstand CNTLV2 erreicht hat, wobei im negativen Fall die Routine beendet ist. Andernfalls geht der Prozeßablauf weiter zum Schritt 58. Im Schritt 58 wird ein durchschnittlicher HC-Umsetzungswirkungsgrad ETy berechnet. Dann wird im Schritt 59 ein Vergleich zwischen ETy und einem Unterscheidungswert ETLV2 ausgeführt, wobei dann, wenn ETy nicht kleiner als der Unterscheidungswert ist, eine "gut"-Beurteilung ausgeführt wird und im Schritt 60 der flgyOK auf 1 gesetzt wird. Falls ETy kleiner als der Unterscheidungswert ist, wird eine "nicht gut"-Beurteilung ausgeführt, außerdem wird dann im Schritt 61 der flgyNG auf 1 gesetzt.

Da bei der Beurteilung des HC-Umsetzungswirkungsgrads während des Warmlaufens die Periode, in der die Kataly­ satortemperatur innerhalb des Bereichs Tx ± α liegt, oftmals kurz ist, steigt die Katalysatortemperatur dann, wenn der Zählstand CNTLV1 für die Integration und die Mittelung der HC-Umsetzungswirkungsgrad-Werte auf einen großen Wert gesetzt ist, an, bevor der gesetzte Wert erreicht ist, so daß es wahrscheinlich ist, daß sie den Bereich nach oben verläßt. Falls andererseits CNTLV1 zu klein gesetzt ist, ergibt sich gewöhnlich eine Absenkung der Genauigkeit. Im Flußdiagramm von Fig. 14 ist ein Beispiel für die Lösung dieses Problems gezeigt. In Fig. 14 sind die Schritte 71 bis 75 gleich den Schritten 41 bis 45 in Fig. 13. Falls im Schritt 76 Tcat innerhalb des Bereichs Tx ± α liegt (während des Warmlaufens), geht der Prozeßablauf weiter zum Schritt 77, wo geprüft wird, ob bereits eine "gut"-Beurteilung erfolgt ist. Falls die Antwort negativ ist, wird im Schritt 78 der flgxCNT auf 1 gesetzt, wobei dieser Merker angibt, daß Tcat im Bereich von Tx ± α liegt. Im Schritt 79 werden als Verarbeitungen für die Erhaltung eines Mittelwerts von HC-Umsetzungswir­ kungsgrad-Werten eine Addition des HC-Umsetzungswirkungs­ grads (HC_post/HC_pre) zu einem Gesamtwert SETx vom Umset­ zungswirkungsgrad-Werten als auch eine Inkrementierung des Additionszählstand-Zählers CNTx ausgeführt. Dann ist die Routine beendet. Falls im Schritt 76 Tcat nicht im Bereich von Tx ± α liegt, wird im Schritt 90 geprüft, ob der flgxCNT gleich 1 ist. Eine positive Antwort bedeutet, daß Tcat vom Bereich Tx ± α zum erstenmal seit dem Ein­ treten in den Bereich abgewichen ist. In diesem Fall wird im Schritt 91 flgxCNT auf 0 zurückgesetzt, dann wird im Schritt 92 geprüft, ob der Zählstand nicht kleiner als CNTMN1 ist, der einen ausreichenden Zählstand für die Beurteilung bildet; falls die Beurteilung hier negativ ist, ist die Routine beendet (d. h. die Beurteilung während des Warmlaufens konnte nicht abgeschlossen wer­ den). Falls andererseits die Antwort im Schritt 92 posi­ tiv ist, wird im Schritt 93 ein durchschnittlicher HC-Umsetzungswirkungsgrad berechnet. Die Schritte 94 bis 96 sind gleich den Schritten 52 bis 54 in Fig. 13. Ferner sind die Schritte 97 bis 104 gleich den Schritten 47 und 55 bis 61 in Fig. 13.

Obwohl in den obigen Ausführungsformen zwei Unterschei­ dungspunkte, die auf der Katalysatortemperatur basieren, oder zwei Unterscheidungspunkte, die auf dem Umsetzungs­ wirkungsgrad basieren (Tx und Ty bzw. ηx und ηy) vorgese­ hen sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Zahl Zwei eingeschränkt. Es können entweder nur ein Punkt oder aber drei oder mehr Punkte vorgesehen sein. Die Anzahl der Bereiche von Unterscheidungspunkten kann beispielsweise in Übereinstimmung mit dem gewünschten Erfassungsmodus bestimmt werden.

Obwohl in der obigen Ausführungsform einer einzelnen "nicht gut"-Beurteilung keinerlei weitere Beurteilung folgt, kann entsprechend dem zu erfassenden "nicht gut"- Modus eine Veränderung vorgenommen werden. Falls bei­ spielsweise vorwiegend der HC-Umsetzungswirkungsgrad nach dem Warmlaufen geprüft wird, ist es wünschenswert, die Beurteilung oftmals zu wiederholen und eine endgültige Beurteilung auf der Grundlage des Durchschnittsergebnis­ ses vorzunehmen. Falls vorwiegend der HC-Umsetzungswir­ kungsgrad während des Warmlaufens beurteilt wird, ist es wünschenswert, die Beurteilung bei jedem von mehreren Anlaßvorgängen bei niedriger Temperatur zu wiederholen und dann eine endgültige Beurteilung auf der Grundlage des Durchschnittsergebnisses vorzunehmen.

Selbstverständlich können für die Messung der Kataly­ satortemperatur ein Temperatursensor oder dergleichen verwendet werden. In diesem Fall ist es nicht notwendig, die Katalysatortemperatur-Schätzeinrichtung 31 zu verwen­ den.

Falls die Diagnosebedingungen auf den Fall eingeschränkt sind, in dem die Kraftstoffmenge nach dem Warmlaufen des Motors nicht in einem bestimmten Ausmaß erhöht wird, (der Fall, in dem eine Rückkopplungsregelung zum stöchiometri­ schen Verhältnis vorgenommen wird), ist es möglich, die Beurteilung auf der Grundlage eines Signals (HC-Konzen­ tration stromabseitig vom Katalysator) auszuführen, welches vom HC-Sensor 8 bereitgestellt wird, ohne daß der HC-Umsetzungswirkungsgrad geschätzt wird. In diesem Fall ist es möglich, die HC-Umsetzungswirkungsgrad-Schätzein­ richtung 32 wegzulassen.

Da in dem erfindungsgemäßen Funktionsdiagnosesystem für die Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors, das oben beschrieben worden ist, der Abgaskomponenten- Sensor nur unter Umgebungsbedingungen stromabseitig vom Katalysator eingesetzt wird, werden sowohl dessen Lebens­ dauer als auch dessen Zuverlässigkeit verbessert. Da außerdem die Anzahl der Sensoren gegenüber herkömmlichen Funktionsdiagnosesystemen geringer ist, ist es möglich, eine weniger teuere Konfiguration zu verwirklichen.

Da ferner die HC-Konzentration, die dem Betriebszustand des Motors und demjenigen des Katalysators entspricht, stromabseitig vom Katalysator erfaßt wird und somit der erfaßte Wert direkt oder nach einer Integrationsverarbei­ tung bewertet wird, ist es nicht notwendig, stromaufsei­ tig vom Katalysator einen Sensor für die Diagnose des Katalysators vorzusehen, so daß das Diagnosesystem gemäß der Erfindung billiger als entsprechende herkömmliche Diagnosesysteme ist und eine hohe Lebensdauer sowie eine hohe Diagnosegenauigkeit besitzt.

Claims (7)

1. Funktionsdiagnosesystem für eine Abgasreinigungs­ vorrichtung (12) eines Verbrennungsmotors, mit
einer Abgaskomponenten-Sensoreinrichtung (8), die eine Abgaskomponenten-Erfassungsfunktion besitzt und stromabseitig von der Abgasreinigungsvorrichtung (12) des Motors angeordnet ist,
wobei die Funktion der Abgasreinigungsvorrichtung (12) auf der Grundlage eines Ausgangssignals der Abgas­ komponenten-Sensoreinrichtung (8) geprüft wird, dadurch gekennzeichnet, daß
das Ausgangssignal der stromabseitig von der Abgasreinigungsvorrichtung (12) angeordneten Abgaskompo­ nenten-Sensoreinrichtung (8) einer Integralverarbeitung unterworfen wird und
die Funktion der Abgasreinigungsvorrichtung (12) anhand des integrierten Werts geprüft wird.

2. Funktionsdiagnosesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Einrichtungen (31, 32) für die Erfassung eines Betriebszustands der Abgasreinigungsvorrichtung (12) und/oder Einrichtungen (2, 3, 6, 7, 13, 14) für die Erfassung oder Schätzung eines Betriebszustands des Motors und/oder Einrichtungen für die Erfassung oder Schätzung eines Betriebszustands des vom Motor angetrie­ benen Fahrzeugs vorgesehen sind und
das Ausgangssignal der stromabseitig von der Abgasreinigungsvorrichtung (12) angeordneten Abgaskompo­ nenten-Sensoreinrichtung (8) entsprechend dem so erfaßten oder so geschätzten Betriebszustand der Abgasreinigungs­ vorrichtung (12) und/oder dem so erfaßten oder so ge­ schätzten Betriebszustand des Motors und/oder dem so erfaßten oder so geschätzten Betriebszustand des Fahr­ zeugs bewertet wird, um die Funktion der Abgasreinigungs­ vorrichtung (12) zu prüfen.

3. Funktionsdiagnosesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der Abgasreinigungsvorrichtung (12) dann, wenn festgestellt worden ist, daß der erfaßte oder geschätzte Betriebs zustand der Abgasreinigungsvorrichtung (12) ein vorgegebener Betriebszustand ist, auf der Grund­ lage des Ausgangssignals der stromabseitig von der Abgas­ reinigungsvorrichtung (12) angeordneten Abgaskomponenten- Sensoreinrichtung (8) geprüft wird.

4. Funktionsdiagnosesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der Abgasreinigungsvorrichtung (12) dann, wenn festgestellt worden ist, daß der erfaßte oder geschätzte Betriebszustand des Motors ein vorgegebener Betriebszustand ist, auf der Grundlage des Ausgangs­ signals des stromabseitig von der Abgasreinigungsvorrich­ tung (12) angeordneten Abgaskomponenten-Sensoreinrichtung (8) geprüft wird.

5. Funktionsdiagnosesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der Abgasreinigungsvorrichtung (12) dann, wenn festgestellt wird, daß der erfaßte oder ge­ schätzte Betriebszustand des Fahrzeugs ein vorgegebener Betriebszustand ist, auf der Grundlage des Ausgangs­ signals der stromabseitig von der Abgasreinigungsvorrich­ tung (12) angeordneten Abgaskomponenten-Sensoreinrichtung (8) geprüft wird.

6. Funktionsdiagnosesystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung (12) als Betriebszustand der Abgasreinigungsvorrichtung (12) erfaßt oder geschätzt wird.

7. Funktionsdiagnosesystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die stromabseitig von der Abgasreinigungsvorrich­ tung (12) angeordnete Abgaskomponenten-Sensoreinrichtung einen Sensor (8), der Kohlenwasserstoffe (HC) erfassen kann, oder einen Sensor (8), der ein Luft/Kraftstoff­ verhältnis erfassen kann, oder einen Sensor (8), der Stickoxide (NO_x) erfassen kann, enthält.