DE4122702C2

DE4122702C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Diagnose der Katalysatordegradation des Katalysators eines Verbrennungsmotors mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelungssystem

Info

Publication number: DE4122702C2
Application number: DE4122702A
Authority: DE
Inventors: Hideki Uema; Kouhei Mitsuhashi; Masaaki Uchida; Yuuki Nakajima
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1990-07-09
Filing date: 1991-07-09
Publication date: 1993-11-18
Anticipated expiration: 2011-07-10
Also published as: DE4122702A1; JP2600987B2; US5119628A; JPH0466747A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Diagnose der Katalysatordegradation des Katalysators eines Verbrennungsmotors, der mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelsystem ausgestattet ist.

Eine Vorrichtung zum Feststellen einer Katalysatordegradation in einem sogenannten doppelten O₂-Sensorsystem (bei dem jeweils zwei Sauerstoffsensoren an der stromaufwärtigen, d. h. oberhalb (vorderen) und der stromabwärtigen, d. h. unterhalb (hinteren) des Katalysators gelegenen Seite angeordnet sind, ist in der JP-A-61-286550 beschrieben.

Fig. 2A zeigt einen Ablauf zur Berechnung eines Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungskoeffizienten α auf der Basis eines Ausgangsspannungssignals VFO des vorderen O₂-Sensors, der zu vorgegebenen Zeitintervallen durchgeführt wird. Im Detail überprüft die Regelung zunächst, ob eine Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsbedingung F/B von dem vorderen O₂-Sensor FO₂ erfüllt wird (in Schritt S1). Falls NEIN, geht die Regelung zu Schritt S9, um den Korrekturkoeffizienten α festzuhalten. Die Rückkopplungsbedingung wird nicht erfüllt, wenn die Kühlmitteltemperatur Tw unter einem vorgegebenen Wert liegt, oder wenn das Ausgangsspannungssignal des vorderen O₂-Sensors noch nicht einmal invertiert ist (da die Kraftstoffmenge beim Motorstart oder unmittelbar nach dem Motorstart oder während der Motoraufwärmphase zunimmt), oder wenn kein Kraftstoff vorhanden ist. Jedoch wird die Luft-Kraftstoff-Rückkopplungsbedingung normalerweise erfüllt, außer unter den oben genannten Bedingungen.

Falls JA, vergleicht die Regelung die vordere O₂-Sensorausgabespannung VFO mit einem Pegelwert SL_F, das einem stöchiometrischen Gemischverhältnis (einem theoretischen Luft-Kraftstoffverhältnis) entspricht, und stellt fest, daß das Luft-Kraftstoffverhältnis auf der fetten Seite ist, wenn VFOSL_F, und auf der mageren Seite ist, wenn VFO<SL_F (in Schritt S2). Außerdem überprüft die Regelung wiederum in der nachfolgenden Überprüfung (in den Schritten S3 und S4), ob das Luft-Kraftstoffverhältnis fett ist. Daher können auf der Basis des Überprüfungsergebnisses vier Fälle erhalten werden (in den Schritten S2 bis S4), und die jeweiligen Luft-Kraft stoffverhältnis-Rückkopplungskorrekturfaktoren α werden entsprechend dem Überprüfungsergebnis wie folgt berechnet (in den Schritten S5 bis S8):

(1) Im Falle der Schritte S2-S3-S5 bestimmt die Regelung, daß das Luft-Kraftstoffverhältnis gerade von der mageren Seite zur fetten Seite invertiert wurde und subtrahiert einen Proportionalwert P_R (wo die Bezeichnung R die fette Seite kennzeichnet) von dem Luft-Kraftstoffverhältnis- Rückkopplungskorrekturkoeffizienten α (α=α-P_R), so daß das Luft-Kraftstoffverhältnis schrittweise zur mageren Seite zurückgebracht wird.
(2) Im Falle der Schritte S2-S4-S7 bestimmt die Regelung, daß das Verhältnis gerade von der fetten Seite zur mageren Seite invertiert wurde und addiert einen Proportionalwert P_L (wo die Bezeichnung L für die magere Seite steht) zu dem augenblicklichen Koeffizienten α (α=α+P_L), so daß das Luft-Kraftstoffverhältnis auf ähnliche Weise schrittweise zur fetten Seite zurückgebracht wird.
(3) Im Falle der Schritte S2-S4-S8 bestimmt die Regelung, daß das Verhältnis immer noch mager ist und addiert einen Integrationswert I_L zu dem augenblicklichen Koeffizienten α (α=α+I_L), so daß das Luft-Kraftstoffverhältnis schrittweise zur fetten Seite zurückgebracht wird. Fig. 2E-1 zeigt einen Kurvenverlauf der vorderen O₂-Sensorausgangsspannung VFO und Fig. 2E-2 zeigt einen Kurvenverlauf des Luft-Kraftstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten α. Beide sind beispielhaft im Zeitverlauf gezeigt.

Fig. 2B zeigt einen Ablauf zur weiteren Korrektur des Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizienten α, der schon auf der Basis des vorderen O₂-Sensorausgangsspannungssignals VFO (wie in Fig. 2A gezeigt) korrigiert wurde, zusätzlich auf der Basis des hinteren O₂-Sensorausgangsspannungssignals VRO, der ebenfalls zu vorgegebenen Zeitabschnitten durchgeführt wird. Im Detail überprüft die Regelung zuerst, ob die Luft-Kraftstoff-Rückkopplungsbedingung F/B an hinteren O₂-Sensor RO₂ erfüllt ist (Schritt S11). Falls JA, geht die Regelung zu Schritt S12 und vergleicht die hintere O₂-Sensorausgangsspannung VRO mit einem Pegelwert SL_R, der einem stöchiometrischen Mischungsverhältnis entspricht, und stellt fest, daß das Luft-Kraftstoffmischungsverhältnis auf der mageren Seite ist, wenn VRO<SL_R und geht zu den Schritten S13 und S14. Wenn jedoch VROSL_R, stellt die Regelung fest, daß das Luft-Kraftstoffverhältnis auf der fetten Seite ist und geht zu den Schritten S15 und S16.

In Schritt S13 wird ein konstanter Wert ΔPL zusätzlich zu dem Proportionalwert P_L addiert (P_L=P_L+ΔPL); und in Schritt S14 wird ein konstanter Wert ΔPR zusätzlich von dem Proportionalwert P_R subtrahiert (P_R=P_R-ΔPR), so daß das Luft-Kraftstoffverhältnis insgesamt auf die fette Seite verschoben wird. Auf die gleiche Weise wird in Schritt S15 ein konstanter Wert ΔPL von dem Proportionalwert P_L subtrahiert (P_L=P_L+ΔPL); und in Schritt S14 wird ein konstanter Wert ΔPR zusätzlich zu dem Proportionalwert P_R addiert (P_R=P_R+ΔPR), so daß das Luft-Kraftstoffverhältnis insgesamt auf die magere Seite verschoben wird. Wie oben beschrieben, kann die Genauigkeit der Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsregelung durch die Regelung des Korrekturkoeffizienten α, der auf der Basis der hinteren O₂-Sensorausgangsspannung VRO, wie in Fig. 2B gezeigt, korrigiert wird, verbessert werden.

Fig. 2C zeigt einen Ablauf zum Berechnen einer Kraftstoffeinspritzpulsweite Ti, der zu bestimmten Kurbelwellenwinkelintervallen durchgeführt wird.

Die Regelung berechnet eine Basiskraftstoffeinspritzpulsbreite T_P=K · Qa/Ne (wo K eine Konstante bezeichnet) auf der Basis der Luftansaugmenge Qa und der Motorgeschwindigkeit Ne und unter Bezug auf eine Liste (in Schritt S21). Die Regelung berechnet eine Addition Co von verschiedenen Korrekturkoeffizienten (z. B. erhöht die Kühlmitteltemperatur den Korrekturkoeffizienten K_TW) (in Schritt S22) und bestimmt die an eine Kraftstoffeinspritzpumpe auszugebende Kraftstoffeinspritzpulsbreite Ti entsprechend der folgenden Relation (in Schritt S23):

Ti = Tp · Co · α + Ts

wo Ts die ineffektive Pulsbreite bezeichnet. Die Regelung stellt die bestimmte Pulsbreite Ti ein (in Schritt S24).

Fig. 2D zeigt einen Ablauf zum Diagnostizieren einer Katalysatordegradation. Die Regelung überprüft zunächst, ob ein Katalysatordiagnoseflag gesetzt ist (in Schritt S31). Falls NEIN, setzt die Regelung den Zählerwert auf Null zurück (in Schritt S39). Falls JA, vergleicht die Regelung die hintere O₂-Sensorausgangsspannung VRO mit einem Pegelwert SL_R, das einem stöchiometrischen Mischungsverhältnis entspricht, und stellt fest, daß das Luft-Kraftstoffmischungsverhältnis auf der mageren Seite ist, wenn VRO<SL_R, und daß das Luft-Kraftstoffverhältnis auf der fetten Seite ist, wenn jedoch VROSL_R (in Schritt S32). Weiterhin überprüft die Regelung wiederum, ob das Luft-Kraftstoffverhältnis bei der nachfolgenden Prüfung fett ist (in den Schritten S33 und S34). Der Zählerwert C wird in den Schritten S35 und S36 auf der Basis des Überprüfungsergebnisses (in den Schritten S32 bis S34) um eins inkrementiert. Dieser Zählerwert stellt die Anzahl der Inversionen der hinteren O₂-Sensorausgangsspannung VRO über den Pegelwert SL_R dar.

Die Regelung vergleicht den Zählerwert C mit einem vorgegebenen Wert (in Schritt S37) und stellt fest, daß der Katalysator degradiert ist, wenn C den vorgegebenen Wert übersteigt, und verhindert, daß der Rückkopplungskoeffizient α von dem hinteren O₂-Sensor korrigiert wird (in Schritt S38).

Jedoch besitzt die Vorrichtung zum Diagnostizieren eines Katalysators nach dem Stand der Technik, wie sie oben beschrieben wurde, die folgenden Nachteile: Selbst bei der Rückkopplungsregelung durch den vorderen O₂-Sensor, der auf der oberen Seite des Katalysators angeordnet ist, wird, da das geregelte Luft-Kraftstoffverhältnis unvermeidlich geringfügig fluktuiert, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis unter der Bedingung, daß die Ausgangsspannung VRO des hinteren O₂-Sensors, der auf der unteren Seite des Katalysators angeordnet ist, in der Nähe des Pegelwerts SL_R geregelt wird, die hintere O₂-Sensorausgangsspannung ebenfalls aufgrund der Fluktuationen im Luft-Kraftstoffverhältnis fluktuieren. Zum Beispiel wird im Falle eines neuen Katalysators der hintere O₂-Sensorausgang VRO leicht in der Nähe des Pegelwerts SL_R fluktuieren, wie auf der linken Seite der Fig. 9A gezeigt. Im Falle eines verbrauchten Katalysators wird jedoch der hintere O₂-Sensorausgang VRO heftig fluktuieren, wie auf der rechten Seite der Fig. 9A gezeigt.

Wenn daher der Pegelwert SL_R (auf der linken Seite der Fig. 2B gezeigt) zur Rückkopplungsregelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses auf der Basis der hinteren O₂-Sensorausgabe derselbe ist wie der Pegelwert SL_R (in Schritt S32 in Fig. 2D gezeigt) zur Diagnose der Katalysatordegradation, ist es, da die Fluktuationsperiode des neuen Katalysators dieselbe ist wie die des alten Katalysators und daher die Anzahl der Inversionen des hinteren O₂-Sensorausgangspegels über den Pegelwerte SL_R in beiden Fällen gleich ist, unmöglich, den Unterschied in der Katalysatordegradation zwischen dem neuen Katalysator und dem verbrauchten Katalysator festzustellen. Daher war es schwierig, die Katalysatordegradation genau festzustellen.

Um das oben erwähnte Problem zu lösen, ist es möglich, den verbrauchten Katalysator von dem neuen Katalysator und umgekehrt zu unterscheiden durch getrenntes Bestimmen des Pegelwerts für die Rückkopplungsregelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses und des Pegelwerts für die Diagnose der Katalysatordegradation, wie in Fig. 9B gezeigt, und zwar auf solche Weise, daß ein fetter Pegelwert RSLH2 zur Diagnose der Katalysatordegradation höher eingestellt wird als ein fetter Pegelwert RSLH1 zur Rückkopplungsregelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses und daß ein magerer Pegelwert RSLL2 zur Diagnose der Katalysatordegradation niedriger eingestellt wird als ein magerer Pegelwert RSLL1 zur Rückkopplungsregelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses. Das wird gemacht, da die Inversion des hinteren O₂-Sensorausgangspegels über die Pegelwerte RSLH2 und RSLL2 zur Diagnose der Katalysatordegradation nur detektiert werden kann, wenn der Katalysator degradiert ist.

Bei diesem Verfahren ändert sich jedoch, da die Amplitude und die Periode der Fluktuation des hinteren O₂-Ausgangs VRO sich, wie in den Fig. 9A und 9B gezeigt, entsprechend den Motorbetriebsbedingungen ändern, wenn die Pegelwerte RSLH2 und RSLL2 zur Diagnose der Katalysatordegradation fest bestimmt sind, die hintere O₂-Sensorausgabe VRO bei demselben Katalysator jeweils über oder unter den Pegelwert RSLH2 oder RSLL2 entsprechend dem Motorbetriebszustand, was zu einem Diagnosefehler führt.

Aus der US-PS 4739614 ist eine Vorrichtung zur Diagnose der Katalysatordegradation eines Katalysators eines Verbrennungsmotors mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis- Regelungssystem bekannt. Dieses Regelungssystem weist eine Betriebszustandsmeßvorrichtung, eine Kraftstoff-Mengenberechnungsvorrichtung, eine Luft-Kraftstoffverhältnis-Meßvorrichtung im Abgasstrom stromauf des Katalysators, eine Luft-Kraftstoffverhältnis-Meßvorrichtung im Abgasstrom stromab des Katalysators, Vorrichtungen zur Bestimmung von Regelungskonstanten und Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten sowie eine Vorrichtung auf, um das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter Berücksichtigung der Regelkonstanten und der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten einzustellen. Die Katalysatordegradation wird dabei durch Vergleich von Meßwerten der Luft-Kraftstoffverhältnis-Meßvorrichtungen mit vorgegebenen Pegelwerten festgestellt. Das Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelungssystem weist außerdem noch eine Inversionsfeststellvorrichtung sowie eine Fett/Mager-Unterscheidungsvorrichtung auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Katalysatordegradationsdiagnosevorrichtung bekannter Art und ein Verfahren zur Diagnose der Katalysatordegradation des Katalysators eines Verbrennungsmotors so auszubilden, daß die Katalysatordegradation zuverlässig festgestellt werden kann, ohne dem Einfluß des jeweiligen Motorbetriebszustandes zu unterliegen.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 3 angegebenen Merkmale gelöst.

Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Diagnose der Katalysatordegradation des Katalysators (6) eines Verbrennungsmotors, der mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelungssystem ausgestattet ist, welches umfaßt: (a) eine Betriebszustandsmeßvorrichtung (31, 32) zum Messen des Motorbetriebszustands; (b) eine Basis kraftstoff-Mengenberechnungsvorrichtung (33) zum Berechnen einer Basiskraftstoffmenge (Tp) entsprechend dem festgestellten Motorbetriebszustand; (c) eine Luft-Kraft stoffverhältnis-Meßvorrichtung (34), die im Abgasstrom stromauf des Katalysators (6) angeordnet ist, um ein Stromauf-Sensorsignal (VFO) zu erzeugen; (d) eine weitere Luft-Kraftstoffverhältnis- Meßvorrichtung (37), die im Abgasstrom stromab des Katalysators (6) angeordnet ist, um ein Stromab-Sensorsignal (VRO) zu erzeugen; (e) eine Inversionsfeststellvorrichtung (35) zum Feststellen, ob der Stromauf-Sensorsignalpegel (VFO) den Pegel, der einem stöchiometrischen Mischungsverhältnis (SL_F) entspricht zur fetten (R) oder mageren (L) Seite hin überschreitet; (f) eine Basis regelungskonstanten-Bestimmungsvorrichtung (36) zum Bestimmen einer Basis-Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs-Regelungskonstanten (P_R,L oder i_R,L) auf der Basis eines von der Inversionfeststellungsvorrichtung erhaltenen Ergebnisses; (g) eine Fett/Mager-Unterscheidungsvorrichtung (38) zum Unterscheiden, ob der Stromab-Sensorsignalpegel (VRO) auf der einem fetten oder mageren Mischungsverhältnis entsprechenden Seite eines Luft-Kraftstoffverhält nis-Rückkopplungsregelungspegelwertes (SL1) ist; (h) eine Korrekturwertberechnungsvorrichtung (39) zum Berechnen eines Korrekturwerts (PHOS) der Basisregelungskonstanten (P_R,L oder i_R,L) auf der Basis des von der Fett/Mager-Unterscheidungsvorrichtung festgestellten Ergebnisses; (i) eine Rückkopp lungs-Korrekturkoeffizienten-Bestimmungsvorrichtung (40) zum Bestimmen eines Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten α auf der Basis der Basisregelungskonstanten (P_R,L oder i_R,L) korrigiert um den Korrekturwert (PHOS); (j) eine Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungsvorrichtung (41) zum Bestimmen einer Kraftstoffeinspritzmenge (Ti) durch Korrektur der Basiskraftstoffeinspritzmenge (Tp) durch den Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten α; aufweist, mit einer Katalysatordegradations-Unterscheidungsvorrichtung (45), die zum Unterscheiden, ob der Katalysator degradiert ist, den Stromab-Sensorsignalpegel (VRO) mit einem Katalysatordegradationsdiagnose-Pegelwert (SL2) vergleicht, der von einer Katalysatordegradationsdiagnose-Pegelwertbestimmungsvorrichtung (44) bestimmt wird.

Weiterhin umfaßt die Katalysatordegradationsdiagnose-Pe gelwertbestimmungsvorrichtung (44): (k) eine Periodenmeßvorrichtung (47) zum Messen einer Periode (T) des Luft-Kraft stoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten α auf der Basis des von der Inversionsbestimmungsvorrichtung 35 erzeugten Ergebnisses; (l) eine Amplitudenmeßvorrichtung (48) zum Messen einer Amplitude (α_R-α_L) des Luft-Kraft stoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten α auf der Basis des von der Inversionsbestimmungsvorrichtung (35) erzeugten Ergebnisses; und (m) eine Katalysatordegradationsdiagnose-Pe gelwerteinstellvorrichtung (49) zum Einstellen eines fetten Katalysatordiagnose-Pegelwerts (RSLH2) höher als ein fetter Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsregelungspegelwert (RSLH1) und eines mageren Katalysatordiagnose-Pegelwerts (RSLL2) niedriger als ein magerer Luft-Kraftstoffverhältnis- Rückkopplungsregelungspegelwert (RSLH1) auf eine solche Weise, daß der fette Katalysatordiagnose-Pegelwert (RSLH2) zunimmt und der magere Katalysatordiagnose-Pegelwert (RSLL2) abnimmt beim Zunehmen irgendeiner von der gemessenen Periode und Amplitude des Luft-Kraftstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten α aufweist. Weiterhin stellt die Katalysatordegradations diagnose-Pegelwerteinstellvorrichtung (49) den fetten Kata lysatordiagnose-Pegelwert (RSLH2) höher als den fetten Luft- Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsregelungspegelwert (RSLH1) und den mageren Katalysatordiagnose-Pegelwert (RSLL2) niedriger als den mageren Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsregelungspegelwert (RSLH1) auf eine solche Weise ein, daß der fette Katalysatordiagnose-Pegelwert (RSLH2) zunimmt und der magere Katalysatordiagnose-Pegelwert (RSLL2) abnimmt beim Zunehmen des Produkts der gemessenen Periode und Amplitude des Luft-Kraftstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten α.

Weiterhin umfaßt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Diagnose der Katalysatordegradation des Katalysators (6) eines Verbrennungsmotors, der mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelungssystem ausgestattet ist, mit folgenden Verfahrensschritten: (a) Feststellen des Luft-Kraftstoffverhältnisses stromauf des Katalysators und Ausgabe eines dementsprechenden, Stromauf-Sensorsignals (VFO); (b) Feststellen des Luft-Kraftstoffverhältnisses stromab des Katalysators und Ausgabe eines dementsprechenden Stromab-Sensorsignals (VRO); (c) Überprüfen, ob der Stromauf-Sensorsignalpegel den Pegel der einem stöchiometrischen Mischungsverhältnis (SL_F) entspricht (VFO) zur fetten (R) oder zur mageren (L) Seite hin überschreitet; (d) Bestimmen einer Basis-Luft-Kraftstoffver hältnis-Rückkopplungsregelungskonstanten (P_R,L, i_R,L) entsprechend der fetten oder mageren Seite; (e) Überprüfen, ob der Stromab-Sensorsignalpegel (VRO) auf der einem fetten (R) oder mageren (L) Mischungsverhältnis entsprechenden Seite eines Luft-Kraftstoffverhältnis-Rück kopplungsregelungspegelwert (SL1) liegt; (f) Berechnen eines Korrekturwerts (PHOS) der Basis-Luft-Kraft stoffverhältnis-Rückkopplungsregelungskonstanten (P_R,L, i_R,L) entsprechend der fetten oder mageren Seite; (g) Bestimmen eines Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten α auf der Basis der Basisrückkopplungsregelungskonstanten (P_R,L, i_R,L) korrigiert um den Korrekturwert (PHOS); (h) das Messen einer Periode des Luft- Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten α; (i) das Messen einer Amplitude (α_R-α_L) des Luft- Kraftstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten α; (j) Einstellen eines fetten Katalysatordiagnose-Pegelwerts (RSLH2) höher als ein fetter Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopp lungsregelungspegelwert (RSLH1) und eines mageren Kataly satordiagnose-Pegelwerts (RSLL2) niedriger als ein magerer Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsregelungspegelwert (RSLH1) auf eine solche Weise, daß der fette Katalysatordiagnose-Pegelwert (RSLH2) zunimmt und der magere Katalysator diagnose-Pegelwert (RSLL2) abnimmt beim Zunehmen irgendeiner von der gemessenen Periode und Amplitude des Luft-Kraftstoff verhältnis-Korrekturkoeffizienten (α); (k) Zählen der Anzahl (j_F) von Inversionen des Stromauf-Sensorsignals (VFO) über das stöchiometrische Mischungsverhältnis (SL_F); (l) Zählen der Anzahl (j_R) der Inversionen des Stromab-Sensorsignals (VRO) über die eingestellten Katalysatordiagnose-Pegelwerte (RSLH2, RSLL2); und (m) Überprüfen, ob das Verhältnis des Zählwerts (j_R) des stromabwärtsliegenden Sensors zum dem (j_F) des stromaufwärtsliegenden Sensors einen vorgegebenen Wert übersteigt; und (n) Bestimmen, daß der Katalysator degradiert ist, wenn das Verhältnis (j_R/j_F) einen vorgegebenen Wert übersteigt.

Bei der Katalysatordiagnosevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird der Katalysatordegradationsdiagnose-Pegelwert (SL2) entsprechend dem Motorbetriebszustand zusätzlich zu dem Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsregelungspegelwert (SL1) bestimmt. Weiterhin wird der fette Ka talysatordiagnose-Pegelwert (RSLH2) höher als der fette Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsregelungspegelwert (RSLH1) und der magere Katalysatordiagnose-Pegelwert (RSLL2) niedriger als der magere Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopp lungsregelungspegelwert (RSLH1) auf eine solche Weise eingestellt, daß der fette Katalysatordiagnose-Pegelwert (RSLH2) zunimmt und der magere Katalysatordiagnose-Pegelwert (RSLL2) abnimmt beim Zunehmen irgendeiner von der gemessenen Periode und Amplitude des Luft-Kraftstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten α.

Dies ist der Fall, da die Amplitude des stromabwärtigen O₂-Sensorsignals VRO mit zunehmender Amplitude oder Periode des Korrekturkoeffizienten α zunimmt, nachdem der Katalysator degradiert ist. Es wird ermöglicht, daß die Hysteresebreite der Diagnose-Pegelwerte RSLH2 und RSLL2 ebenfalls mit zunehmender Amplitude und Periode des Korrekturkoeffizienten α zunimmt. Daher kann die Katalysatordegradation zuverlässig diagnostiziert werden, selbst wenn die Amplitude von α entsprechend dem Motorzustand heftig fluktuiert.

Die Fig. 1A und 1B sind Blockdiagramme, die Ausführungsbeispiele der Katalysatordegradationsdiagnosevorrichtung für ein Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelungssystem nach der vorliegenden Erfindung zeigen.

Fig. 2A ist ein Flußdiagramm, das die Erklärung eines Ablaufes zum Berechnen des Luft-Kraftstoffverhältnis-Rück kopplungs-Korrekturkoeffizienten α auf der Basis des stromaufwärtigen O₂-Sensorsignals VFO nach dem Stand der Technik unterstützt.

Fig. 2B ist ein Flußdiagramm, das die Erklärung eines Ablaufes zum weiteren Korrigieren auf der Basis des stromabwärtigen O₂-Sensorsignals VRO des Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopp lungs-Korrekturkoeffizienten α, der auf der Basis des stromaufwärtigen O₂-Sensorsignals VFO berechnet wurde, nach dem Stand der Technik unterstützt.

Fig. 2C ist ein Flußdiagramm, das die Erklärung eines Ablaufes zum Berechnen der Kraftstoffeinspritzpulsweite Ti nach dem Stand der Technik unterstützt.

Fig. 2D ist ein Flußdiagramm, das die Erklärung eines Ablaufes zur Diagnose der Katalysatordegradation nach dem Stand der Technik unterstützt.

Die Fig. 2E-1 und 2E-2 sind Kurvendiagramme, die jeweils die stromaufwärtige (obere Seite) O₂-Sensorausgangsspannung VFO und den Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten α zeigen.

Fig. 3 zeigt ein praktisches Regelungssystem des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das eine Regelungseinheit des Ausführungsbeispiels der Fig. 3 zeigt.

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, das die Erklärung eines Ablaufes zum Berechnen des Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten α auf der Basis der stromaufwärtigen O₂-Sensorausgabe VFO nach der vorliegenden Erfindung unterstützt.

Fig. 6 ist ein Flußdiagramm, das die Erklärung eines Ablaufs zur Berechnung eines Korrekturwertes PHOS der Basisregelungskonstanten nach der vorliegenden Erfindung unterstützt.

Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, das die Erklärung eines Ablaufs zum Einstellen der Katalysatordegradationsdiagnose-Pegelwerte SL2 zusätzlich zu den Luft-Kraftstoffverhältnis- Rückkopplungsregelungspegelwerten SL1 und zum Zählen der Anzahl der Inversionen des stromabwärtigen O₂-Sensorsignals VRO über den Pegelwert SL2 unterstützt.

Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, das die Erklärung eines Ablaufs zur Diagnose der Katalysatordegradation auf der Basis der gemessenen Anzahl der Inversionen erklärt.

Die Fig. 9A und 9B sind Kurvendiagramme, die die stromabwärtige O₂-Sensorausgangsspannung zur Unterstützung der Erklärung des Ablaufs des Ausführungsbeispiels zeigen.

Fig. 10 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der α-Amplitude × der α-Periode und der Amplitude des stromabwärtigen O₂-Sensorsignals nach dem Ausführungsbeispiel zeigt.

Fig. 11 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der α-Amplitude × der α-Periode und der Hysteresenbreite der Diagnose-Pegelwerte nach dem Ausführungsbeispiel zeigt.

Fig. 12 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der α-Amplitude × der α-Periode und dem Kata lysatordegradationsdiagnose-Pegelwert nach dem Ausführungsbeispiel zeigt.

Fig. 13 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der α-Amplitude, der α-Periode und dem Kataly satordegradationsdiagnose-Pegelwert nach dem Ausführungsbeispiel zeigt.

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird hiernach die Vorrichtung zur Diagnose der Katalysatordegradation nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Fig. 1(A) ist ein Blockdiagramm, das ein Basisausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, welches umfaßt: zusätzlich zu dem Luft-Kraftstoffregelungssystem, eine Kataly satordegradationsdiagnose-Pegelwertbestimmungsvorrichtung 44 zum Bestimmen eines Katalysatordegradationspegelwerts SL2 entsprechend des Motorbetriebszustandes zusätzlich zu einem Pegelwert SL1 für die Rückkopplungsregelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses; und eine Katalysatordegradations-Unterscheidungsvorrichtung 45 zum Unterscheiden, ob der Katalysator in einem katalytischen Wandler degradiert ist, auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem Katalysatordegradationsdiagnose-Pegelwert SL2 und eines stromabwärtigen (hinteren) Luft-Kraftstoffverhältnis- (z. B. O₂) Sensorsignals VRO.

Hier umfaßt das Luft-Kraftstoffregelungssystem einen Motorlastsensor 31 (z. B. die angesogene Luftmenge Qa); einen Motorumdrehungsgeschwindigkeits-(Ne)-sensor 32; eine Ba siskraftstoffeinspritzmengen-Berechnungsvorrichtung (33) zum Berechnen einer Basiseinspritzmenge Tp auf der Basis der gemessenen Motorlast und -geschwindigkeit; einen stromaufwärts liegenden (vorderen) Luft-Kraftstoffverhältnis- (z. B. O₂) Sensor 34, der in einem Abgasrohr vor dem Katalysator angeordnet ist, um ein Ausgangssignal VFO entsprechend dem Luft-Kraftstoffverhältnis auszugeben; eine Inversionsfeststellungsvorrichtung 35 zum Feststellen, ob das Stromauf-Sensorsignal VFO von der fetten oder mageren Seite invertiert wurde mit einem Zielwert als eine Grenze beim Vergleich des Stromauf-Sensorsignals VFO mit einem vorgegebenen Zielwert (z. B. dem stöchiometrischen Mischungsverhältnis; eine Basisregelungskonstanten-Bestimmungsvorrichtung 36 zum Bestimmen einer Basisregelungskonstanten P_R,L oder i_R,L (z. B. ein proportionaler Tabellenwert) zur Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsregelung, so daß das Stromauf-Sensorsignal VFO in der Nähe des Zielwertes auf der Basis des festgestellten Inversionsergebnisses R oder L geregelt werden kann; einen stromabwärts liegenden (hinteren) Luft-Kraftstoffverhältnis- (z. B. O₂) Sensor 37, der in dem Abgasrohr hinter dem Katalysator angeordnet ist, um ein Ausgabesignal VRO entsprechend dem Luft-Kraftstoffverhältnis auszugeben; eine Fett/Mager-Unterscheidungsvorrichtung 38 zum Unterscheiden, ob das Stromab-Sensorsignal VRO auf der fetten oder mageren Seite R oder L eines Luft-Kraftstoffverhältnis- Rückkopplungsregelungspegelwerts SL1 ist, durch Vergleich des Stromab-Sensorsignals VRO mit dem Luft-Kraftstoffver hältnis-Rückkopplungsregelungspegelwert SL1; eine Korrekturwertberechnungsvorrichtung 39 zum Berechnen eines Korrekturwerts PHOS der Basisregelungskonstanten auf der Basis des Fett/Mager-Unterscheidungsergebnisses; eine korrigierte Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsbetragbestimmungsvorrichtung 40 zum Bestimmen eines Luft-Kraftstoff-Rückkopp lungs-Korrekturkoeffizienten α auf der Basis der Basisregelungskonstanten P_R,L oder i_R,L korrigiert um den Korrekturbetrag PHOS; eine Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungsvorrichtung 41 zum Bestimmen einer Kraftstoffeinspritzmenge Ti durch Korrektur der Basiskraftstoffeinspritzmenge Tp auf der Basis des Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizienten α; und eine Ausgabevorrichtung 42 zur Ausgabe des festgestellten Kraftstoffeinspritzbetrags Ti an die Einspritzpumpe 4.

In dem Hauptausführungsbeispiel bestimmt die Kataly satordegradationsdiagnose-Pegelwertbestimmungsvorrichtung 44 den Katalysatordegradationsdiagnose-Pegelwert SL2 entsprechend dem Motorbetriebszustand derart höher als den Luft- Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsregelungspegelwert SL1, daß SL2 mit zunehmenden Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopp lungs-Korrekturkoeffizienten α zunimmt. Der Grund ist folgender: Da die Amplitude des Stromab-O₂-Sensorsignals VRO mit zunehmender Amplitude oder Periode des Korrekturkoeffizienten α nach Degradation des Katalysators zunimmt, wird ermöglicht, daß die Hysteresebreite des Katalysatordiagnose-Pegelwerts ebenfalls mit zunehmender Amplitude oder Periode des Korrekturkoeffizienten α zunimmt. Daher ist es möglich, dasselbe Diagnoseergebnis zu erhalten, selbst wenn die Amplitude von α entsprechend dem Motorbetriebszustand fluktuiert.

Fig. 1(B) ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt, welches umfaßt: zusätzlich zu einem Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelungssystem eine Periodenmeßvorrichtung 47 zum Messen der Periode T des Luft-Kraftstoff- Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten α auf der Basis des Ergebnisses der Inversionsfeststellungsvorrichtung 35; eine Amplitudenmeßvorrichtung 48 zum Messen der Amplitude des Luft-Kraftstoff-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten α auf der Basis des Ergebnisses der Inversionsfeststellungsvorrichtung 35 und des Luft-Kraftstoff-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten α; eine Katalysatordegradationsdiagnose-Pegel wertbestimmungsvorrichtung 49 zum Bestimmen eines fetten Ka talysatordegradationsdiagnose-Pegelwerts RSLH2 höher als der Luft-Kraftstoff-Rückkopplungsregelungspegelwert SL1 und zusätzlich eines mageren Katalysatordegradationsdiagnose-Pegelwerts RSLL2 niedriger als der Luft-Kraftstoff-Rückkopp lungsregelungspegelwert SL1, und zwar beide entsprechend irgendeiner von oder entsprechend dem Produkt von der gemessenen Amplitude (α_R-α_L) und der Periode T; und eine Kataly satordegradations-Feststellungsvorrichtung 45 zum Feststellen, ob der Katalysator degradiert ist, durch Vergleich zwischen den Katalysatordegradationsdiagnose-Pegelwerten RSLH2 und RSLL2 und des Stromab-Sensorsignals VRO.

In diesem zweiten Ausführungsbeispiel bestimmt die Kata lysatordegradationsdiagnose-Pegelwertbestimmungsvorrichtung 49 die fetten und mageren Katalysatordiagnose-Pegelwerte RSLH2 und RSLL2 entsprechend irgendeiner oder entsprechend dem Produkt der Periode und der Amplitude des Korrekturkoeffizienten α. Daher ist es möglich, eine fehlerhafte Diagnose während außergewöhnlicher Motorbetriebszustände, während derer der Korrekturkoeffizient α sowohl in der Amplitude als auch in der Periode ansteigt, zu vermeiden und dadurch die Diagnosegenauigkeit zu verbessern.

Bei den oben erwähnten, in den Fig. 1A und 2B gezeigten Komponenten entspricht die Basiskraftstoffeinspritzmengen-Berechnungsvorrichtung 33 dem in Fig. 2C gezeigten Schritt S21; die Einspritzmengenbestimmungsvorrichtung 41 entspricht den in Fig. 2C gezeigten Schritten S22 und S23; die Inversionsfeststellungsvorrichtung 35 entspricht den in Fig. 5 gezeigten Schritten S52, S53 und S54; die Basisregelungs konstanten-Bestimmungsvorrichtung 36 entspricht den Fig. 5 gezeigten Schritten S56, S59, S63 und S66; die Fett/Mager- Unterscheidungsvorrichtung 39 entspricht dem in Fig. 6 gezeigten Schritt S82; die Luft-Kraftstoffverhältnis-Korrek turkoeffizienten-Bestimmungsvorrichtung 40 entspricht den in Fig. 5 gezeigten Schritten S58, S61, S68, S57 und S64; die Periodenmeßvorrichtung 47 entspricht dem in Fig. 5 gezeigten Schritt S73; die Amplitudenmeßvorrichtung 48 entspricht den in Fig. 5 gezeigten Schritten S71 und S72; die Katalysator degradationsdiagnose-Pegelwerteinstellvorrichtung 49 entspricht den in Fig. 7 gezeigten Schritten S91 und S102; und die Katalysatordegradationsfeststellvorrichtung 45 entspricht den in Fig. 8 gezeigten Schritten S111 und S114, wie später im Detail beschrieben wird.

Fig. 3 ist ein Motorsystemdiagramm, auf das das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewandt wird. In Fig. 3 wird die angesogene Luft in einen Zylinder eines Motors 1 von einem Luftfilter über ein Ansaugrohr 3 eingeführt, und Kraftstoff wird von einer Kraftstoffeinspritzpumpe 4, die in Abhängigkeit von einem über eine Regelungseinheit 21 angelegten Einspritzsignal aktiviert wird, in eine Einlaßöffnung des Motors 1 eingespritzt. Innerhalb des Zylinders verbranntes Gas wird in einen unterhalb eines Abgasrohres 5 angeordneten Katalysator 6 eingeführt, damit schädliche Gase (CO, HC, NO_x), die sich in den Verbrennungsgasen befinden, von dem katalytischen Wandler Rhodium gereinigt werden, bevor sie ausgestoßen werden.

Die Menge der angesogenen Luft Qa wird durch ein Luftdurchflußmeßgerät 7 bestimmt und durch eine mit einem Gaspedal verbundene Drosselklappe 8 geregelt. Die Motorgeschwindigkeit Ne wird durch einen Kurbelwellenwinkelsensor 10 festgestellt, und die Kühlmitteltemperatur Tw eines Wassermantels wird von einem Temperatursensor 11 festgestellt.

Ein stromaufwärts liegender Luft-Kraftstoffverhältnis- (z. B. O₂) Sensor 12A ist im Abgasstrom stromauf des Katalysators 6 in dem Auspuffrohr angeordnet, und ein stromabwärts liegender Luft-Kraftstoffverhältnis- (z. B. O₂) Sensor 12B ist im Abgasstrom stromab des Katalysators 6 angeordnet. Beide Sensoren 12A und 12B sind mit solchen Eigenschaften versehen, daß sich die Ausgangsspannung abrupt mit dem stöchiometrischen (theoretischen) Mischungsverhältnis als Grenze ändert, so daß ein binäres Signal ausgegeben wird, das angibt, ob sich die Mischung auf der fetten oder mageren Seite verglichen mit dem theoretischen Luft-Kraftstoffverhältnis befindet. Zusätzlich kann ohne Beschränkung auf O₂-Sensoren eine breite Palette von Luft-Kraftstoffverhältnissensoren oder mageren Sensoren anstelle der O₂-Sensoren verwendet werden.

Das Motorsystem ist weiterhin mit einem Öffnungswinkelsensor 9 für die Drosselklappe 8, einem Klopfsensor 13 und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14 ausgestattet.

Die Ausgangssignale des Luftdurchflußmeßgeräts 7, des Kurbelwellenwinkelsensors 10, des Kühlmitteltemperatursensors 11, der beiden O₂-Sensoren 12A und 12B usw. werden alle der Regelungseinheit 21 zugeführt. Die Regelungseinheit 21 gibt das Kraftstoffeinspritzsignal an die Einspritzpumpe 4 und ein Alarmsignal an eine im Fahrgastraum angeordnete Anzeigelampe 28, wenn der Katalysator in dem katalytischen Wandler über eine vorgegebene Schwelle degradiert ist.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das die Regelungseinheit 21 zeigt, die aus einer I/O-(Eingabe/Ausgabe-)Einheit 22, einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) 23, einem Nurlesespeicher (ROM) 24, einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 25, einem BURAM (gepufferten Speicher mit wahlfreiem Zugriff) 26, einem Analog/Digital-(A/D-)Wandler 27 und einem Bus 28 besteht. Die analogen Ausgangssignale des Luftdurchflußmeßgeräts 7, der O₂-Sensoren 12A und 12B, des Temperatursensors 11, des Drosselklappenöffnungswinkelsensors 9 und des Klopfsensors 13 werden alle über den A/D-Wandler 27 an die CPU 23, den RAM 25 oder den BURAM 26 angelegt. Die digitalen Ausgangssignale des Kurbelwellenwinkelsensors 10 und des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 14 werden über die I/O-Einheit 22 angelegt. Ein Einspritzsignal, ein Zündsignal, ein ISC-(Integrierte Speicherregelungs-)Signal und ein Alarmsignal für die Lampe 28 werden über die I/O-Einheit 22 ausgegeben. Die I/O-Einheit 22 arbeitet als Ausgabevorrichtung 42.

Die CPU 23 der Regelungseinheit 21 regelt das Luft-Kraftstoffverhältnis durch eine Rückkopplungsschleife entsprechend den in den Fig. 5 und 6 gezeigten Abläufen und diagnostiziert außerdem die Katalysatordegradation entsprechend den in den Fig. 7 und 8 gezeigten Abläufen.

Fig. 5 zeigt einen Ablauf zur Rückkopplungsregelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses auf der Basis des Ausgangsspannungssignals VFO des stromaufwärts liegenden O₂-Sensors 12A, der synchron mit der Motorumdrehung ausgeführt wird.

Die Schritte S52 bis S54 entsprechen der Funktion der in den Fig. 1A und 1B gezeigten Inversionsfeststellungsvorrichtung 35. Das heißt, die Regelung stellt durch Vergleich des Sensorsignals VFO mit dem Pegelwert fest, ob das Stromauf- O₂-Sensorsignal VFO zur fetten Seite oder zur mageren Seite invertiert wurde, wobei der Pegelwert SL_F als Grenzwert dem stöchiometrischen Mischungsverhältnis entspricht.

Im Detail überprüft die Regelung zuerst, ob die Luft- Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsbedingung F/B durch den Stromauf-O₂-Sensor FO₂ erfüllt wird (Schritt S51). Falls NEIN, geht die Regelung zu Schritt S69, um den Luft-Kraft stoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten α festzulegen. Rückkopplungsbedingungen sind nicht erfüllt bei einer niedrigen Kühlmitteltemperatur, einem Motorstartzustand (oder einem Zustand unmittelbar nach dem Start), einem Motoraufwärmzustand, einem Zustand ohne Kraftstoff usw. Falls die Antwort in Schritt S51 JA lautet, vergleicht die Regelung die Stromauf-O₂-Sensorausgangsspannung VFO mit einem Pegelwert SL_F, der dem stöchiometrischen Mischungsverhältnis entspricht, und stellt fest, daß das Luft-Kraftstoffverhältnis auf der fetten Seite ist, wenn VFOSL_F, und auf der mageren Seite ist, wenn VFO<SL_F (in Schritt S52). Außerdem überprüft die Regelung wiederholt bei der folgenden Prüfung, ob das Luft-Kraftstoffverhältnis fett ist (in den Schritten S53 und S54).

Die Schritte S71 und S72 entsprechen den Funktionen der Amplitudenmeßvorrichtung 48, und der Schritt S73 entspricht der Funktion der Periodenmeßvorrichtung 47, die beide in Fig. 1B gezeigt sind.

Im Detail wird, wenn die Antwort in Schritt S53 NEIN ist (mager - fett), der augenblickliche Luft-Kraftstoffverhält nis-Rückkopplungs-Korrekturfaktor α für die Variable α_R eingesetzt (in Schritt S71), und der augenblickliche Zeitgeberwert wird für eine Variable T eingesetzt (in Schritt S73). Der Zeitgeber beginnt mit dem Zählen nach dem Löschen (in Schritt S74). Daher stellt der für die Variable T eingesetzte Zeitwert eine Periode von α dar. Die eine Periode von α anzeigende Variable T ist in Fig. 2E-2 gezeigt. Danach wird (wie in Fig. 6 gezeigt) der Ablauf zum Berechnen eines Korrekturwerts PHOS der Basisregelungskonstanten durchgeführt (in Schritt S55).

Wenn auf der anderen Seite in Schritt S54 die Antwort JA ist (fett - mager), wird der Korrekturkoeffizient α für α_L eingesetzt (in Schritt S72) und der Ablauf zur Berechnung eines Korrekturwertes PHOS der Basisregelungskonstanten (wie in Fig. 6 gezeigt) wird sofort ausgeführt (in Schritt S62).

Da bei den obigen Schritten die Regelung unmittelbar nach Wechsel des Stromauf-O₂-Sensorsignals VFO von der mageren auf die fette Seite zu Schritt S71 weitergeht, stellt der für α_R eingesetzte Wert den Maximalwert von α innerhalb einer Periode dar, und der für α_L eingesetzte Wert den Minimalwert von α innerhalb einer Periode dar. Beide Werte sind in Fig. 2E-2 gezeigt. Daher stellt der Wert (α_R-α_L) die Amplitude der Variablen α dar, wie ebenfalls in Fig. 2E-2 gezeigt.

Die Schritte S56, S59, S63 und S66 entsprechen der Funktion der Basisregelungskonstanten-Bestimmungsvorrichtung 36, wie in den Fig. 1A und 1B gezeigt. Das heißt, die Regelung liest einen proportionalen Tabellenwert P_R oder P_L (in Schritt S56 oder S63) oder einen integralen Tabellenwert i_R oder i_L (in Schritt S59 oder S66) entsprechend den Überprüfungsergebnissen und unter Bezugnahme auf Tabellen (mit einem Tabellennachschlageverfahren) ein und speichert den eingelesenen Wert in einem Register der CPU. Diese Tabellenwerte P_R, P_L, i_R, i_L sind vorgegebene Regelungskonstanten zur Rückkopplungskontrolle des Luft-Kraftstoffverhältnisses.

Außerdem wird ein endgültiger Integralwert I_R oder I_L durch Multiplikation des Tabellenwertes i_R oder i_L mit der Motorlast (z. B. der Kraftstoffeinspritzpulsbreite Ti) wie folgt erhalten (in den Schritten S60 und S67):

I_R = i_R × Ti (1)

I_L = i_L × Ti (2)

In der obigen Berechnung ist es auch möglich, anstelle von Ti Tp+OFST zu verwenden, wobei Tp die Basiseinspritzpulsbreite und OFST einen Offsetwert bezeichnen.

Der Grund für die Notwendigkeit der oben erwähnten Motorlastkorrektur ist folgender: die Amplitude des Luft-Kraft stoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten α nimmt bei dem Motorbetriebszustand zu, bei dem die Periode von α lang wird, so daß die Abgasreinigungsleistung durch den katalytischen Wandler Rhodium verschlechtert wird. Daher ist es vorzuziehen, die Amplitude von α weitgehend konstant zu halten, unabhängig von der Periode von α.

Die Schritte S58, S61, S65, S68, S57 und S64 entsprechen der Funktion der Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten-(α)-bestimmungsvorrichtung 40, die in den Fig. 1A und 1B gezeigt ist.

Die Regelung liest den auf der Basis des Stromab-O₂-Sensorsignals VRO bestimmten und im Register der CPU gespeicherten Korrekturwert PHOS und korrigiert den Korrekturwert PHOS um den proportionalen Tabellenwert P_R oder P_L wie folgt (in den Schritten S57 und S64):

P_R = P_R - PHOS (3)

P_L = P_L + PHOS (4)

Aufgrund der obigen Korrektur ist es möglich, durch diesen Korrekturwert einen Offset im Luft-Kraftstoffverhältnis von der stöchiometrischen Mischung entweder zur fetten oder zur mageren Seite zu korrigieren, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis auf der Basis des Stromauf-O₂-Sensorsignals VFO über eine Rückkopplung geregelt wird.

Die Regelung bestimmt den Luft-Kraftstoffverhältnis- Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten α auf der Basis der Werte P_R, P_L, I_R und I_L (in den Schritten S58, S61, S65 oder S68) und inkrementiert den Zählwert J_F, der die Anzahl der Inversionen des Stromauf-O₂-Sensorsignals VFO über den Pegelwert SL_F angibt (in den Schritten S75 oder S76), wie später nochmals beschrieben.

Fig. 6 zeigt einen Ablauf (durchgeführt in den Schritten S55 und S62 in Fig. 5) zum Berechnen eines Korrekturwerts PHOS der Basisregelungskonstanten, der immer dann ausgeführt wird, wenn das Stromauf-O₂-Sensorsignal VFO invertiert wird.

Schritt S82 entspricht der in den Fig. 1A und 1B gezeigten Fett/Mager-Unterscheidungsvorrichtung 38. Die Schritte S85 und S86 entsprechen der in den Fig. 1A und 1B gezeigten, korrekten Wertberechnungsvorrichtung.

Die Regelung überprüft, ob die Luft-Kraftstoffverhält nis-Rückkopplungsbedingung F/B von dem im Abgasstrom stromabwärts liegenden O₂-Sensor RO₂ erfüllt wird (in Schritt S81). Falls NEIN, geht der Ablauf zu Schritt S87, um den Basisregelungskonstantenkorrekturwert PHOS festzulegen. Falls JA, vergleicht die Regelung das Stromab-O₂-Sensorsignal VRO mit einem Pegelwert SL1 (der einem stöchiometrischen Mischungsverhältnis entspricht) zur Rückkopplungsregelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses (in Schritt S82). Falls VROSL1 (fett) geht der Ablauf zu den Schritten S83 und S85. Falls VRO≦ωτSL1 (mager), geht der Ablauf zu den Schritten S84 und S86.

Feste Werte RSLL1 und RSLH1 (RSLL1<RSLH1) werden für den Pegelwert SL1 eingesetzt (in den Schritten S83 und S84), wobei RSLL1 den mageren Unterscheidungspegelwert und RSLH1 den fetten Unterscheidungspegelwert für die Rückkopplungsregelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses bezeichnet und wobei die Differenz (RSLH1-RSLL1) zwischen den beiden die Hysteresebreite angibt. Das heißt, der Pegelwert SL1 für die Rückkopplungsregelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses ist mit einer Hysteresecharakteristik ausgestattet, wie in Fig. 9B gezeigt.

Die Regelung liest eine Variable PHOS ein und frischt die eingelesene Variable wie folgt auf (in Schritt S85):

PHOS= PHOS - DPHOS (5)

wobei der Anfangswert von PHOS gleich Null ist.

Der aufgefrischte Wert der Variablen PHOS wird zu einem Korrekturwert. In dem obigen Ausdruck (5) bezeichnet DPHOS die auf den neuesten Stand gebrachte Breite, und diese auf den neuesten Stand gebrachte Breite DPHOS wird aus folgendem Grund von PHOS abgezogen: Wenn die Regelung nach Schritt S85 weitergeht, muß, da die Regelung feststellt, daß das Luft-Kraftstoffverhältnis auf der fetten Seite ist, das Luft-Kraftstoffverhältnis auf die magere Seite gebracht werden. Zu diesem Zweck muß P_R (in Schritt S58 gezeigt) vergrößert werden, und P_L (in Schritt S65 gezeigt) muß verringert werden. Da jedoch der Korrekturwert PHOS in der Form der obigen Ausdrücke (3) oder (4) ausgedrückt wird, wird PHOS verringert, um P_R zu vergrößern und P_L weiter zu verringern.

Auf ähnliche Weise liest die Regelung eine Variable PHOS und bringt die eingelesene Variable wie folgt auf den neuesten Stand (in Schritt S86):

PHOS = PHOS + DPHOS (6)

Zusammengefaßt werden die in den Ausdrücken (5) und (6) der auf den neuesten Stand gebrachten Breite DPHOS beigefügten negativen und positiven Vorzeichen auf der Basis der Ergebnisse der in Schritt S82 durchgeführten Fett/Mager-Unterscheidung auf der Basis des Stromab-O₂-Sensorsignals VRO bestimmt.

Außerdem ist es, um das Luft-Kraftstoffverhältnis auf die magere Seite zurückzubringen, nicht notwendig, sowohl P_R als auch P_L zu ändern. Das heißt, das Luft-Kraftstoffverhältnis kann auf die magere Seite zurückgebracht werden entweder durch Erhöhen von P_R oder durch Erniedrigen von P_L.

Wieder in Fig. 5 entsprechen die Schritte S58, S61, S65 und S68 der Funktion der Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopp lungs-Korrekturkoeffizienten-Bestimmungsvorrichtung 40, die in den Fig. 1A und 1B zusammen mit den Schritten S57 und S64 gezeigt ist. In diesen Schritten wird der Luft-Kraft stoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient α auf der Basis der proportionalen Werte P_R, P_L, die auf der Basis des Korrekturwerts (der Variablen) PHOS korrigiert wurden, und der integrierten Werte I_R, I_L, die auf der Basis der Motorlast korrigiert wurden, bestimmt.

Der wie oben beschrieben erhaltene Korrekturkoeffizient wird verwendet, um die Kraftstoffeinspritzpulsbreite Ti entsprechend dem im Zusammenhang mit der Fig. 2C beschriebenen Ablauf zu bestimmen. In Fig. 2C entspricht der Schritt S21 der Funktion der Basiskraftstoffeinspritzmengen-Berechnungsvorrichtung 33; und die Schritte S22 und S23 entsprechen der Funktion der Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungsvorrichtung 41, die beide in den Fig. 1A und 1B gezeigt sind.

Der Zählerwert j_F, der die Anzahl der Inversionen des Stromauf-O₂-Sensorsignals VFO (über den Pegelwert SL_F) angibt, wird inkrementiert (in den Schritten S75 und S76).

Fig. 7 zeigt einen Ablauf zum Bestimmen eines Kataly satordegradationsdiagnose-Pegelwerts SL2 zusätzlich zu einem Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsregelungspegelwert SL1. Die Anzahl der Inversionen des Stromab-O₂-Sensorsignals VRO über den Pegelwert SL2 wird durch Vergleich von VRO mit SL2 gemessen.

Im Detail überprüft die Regelung, ob das Katalysatorde gradationsdiagnoseflag gesetzt ist (in Schritt S91). Falls JA, geht die Regelung zu den nachfolgenden Schritten, um zu überprüfen, ob das Stromab-O₂-Sensorsignal VRO invertiert wurde mit dem Katalysatordegradationsdiagnose-Pegelwert SL2 als Grenzwert (in den Schritten S92, S93, S94), und zwar auf dieselbe Weise wie in den Schritten S52 bis S54 in Fig. 5.

Falls die Antwort in Schritt S93 NEIN ist, bestimmt die Regelung einen mageren Katalysatordegradationsdiagnose-Pegelwert RSLL2 entsprechend (α_R-α_L)×T und unter Bezugnahme auf die in Fig. 12 gezeigte Tabelle, wobei (α_R-α_L) die Amplitude von α und T die Periode von α kennzeichnen (in Schritt S95). Auf ähnliche Weise bestimmt, falls die Antwort in Schritt S94 JA ist, die Regelung einen fetten Kataly satordegradationsdiagnose-Pegelwert RSLH2 entsprechend (α_R-α_L)×T und unter Bezugnahme auf dieselbe Tabelle (in Schritt S96).

Die in Fig. 12 gezeigte Tabelle zeigt, daß der fette Pegelwert PSLH2 mit wachsendem Produkt aus der Amplitude und Periode von α zunimmt, daß aber der magere Pegelwert RSLL2 mit wachsendem Produkt aus der Amplitude und Periode von α abnimmt.

Die obigen Schritte S95 und S96 entsprechen den Funktionen der Katalysatordegradationsdiagnose-Pegelwertbestimmungsvorrichtung 49 in Fig. 1B.

Die Regelung ersetzt den mageren Katalysatordiagnose-Pegelwert RSLL2 für den Pegelwert SL2 (in Schritt S97) und den fetten Katalysatordiagnose-Pegelwert RSLH2 (RSLH2<RSLL2) für den Pegelwert SL2 (in Schritt S98), um für den Pegelwert SL2 eine Hysterese zu erzeugen. Die Beziehung zwischen dem Ka talysatordegradationsdiagnose-Pegelwert SL2 und dem Luft- Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsregelungspegelwert SL1 ist in Fig. 9B als RSLH2<RSLH1 und RSLL2<RSLL1 gezeigt. Hier kennzeichnet der erste Buchstabe R den hinteren (rear) Sensor; der zweite und dritte Buchstabe SL kennzeichnen einen Pegelwert (slice level); der vierte Buchstabe H oder L kennzeichnet die fette (rich) und die magere (lean) Seite; und das fünfte Zeichen 1 oder 2 kennzeichnet entweder die Luft- Kraftstoffverhältnis-Regelung oder die Katalysatordiagnose.

Die Regelung inkrementiert den Zählerwert j_R (in den Schritten S99 und S100). Dieser Zählerwert gibt die Anzahl der Inversionen des Stromab-O₂-Sensorsignals VRO an (die Gesamtsumme der Anzahl, mit der VRO über RSLH2 steigt oder unter RSLL2 fällt). Falls die Antwort in Schritt S91 NEIN ist, da kein Katalysatordegradationsdiagnoseflag gesetzt ist, löscht die Regelung die beiden Zählerwerte j_R und j_R (in den Schritten S101 und S102).

Fig. 8 zeigt einen Ablauf zur Diagnose der Katalysatordegradation auf der Basis der gemessenen Anzahl von Inversionen der stromauf- und stromabwärts liegenden O₂-Sensoren über die Pegelwerte, welche der Funktion der Katalysatordegradations-Feststellungsvorrichtung 45 in den Fig. 1A und 1B entspricht zusammen mit den in den Fig. 5 und 7 gezeigten Schritten S75, S76 und S99 bis S102.

Die Regelung liest die beiden Zählerwerte j_R und j_F (in den Schritten S111 und S112), wobei j_F die Anzahl der Inversionen des stromaufwärts liegenden O₂-Sensors und j_R die Anzahl der Inversionen des stromabwärts liegenden O₂-Sensors angeben. Die Regelung überprüft, ob der Motor im stationären Zustand arbeitet und setzt das Katalysatordegradationsdiagnoseflag (in Schritt S113). Die Regelung setzt das Flag zurück, wenn der Motor nicht im stationären Zustand arbeitet. Diese Flag ist dasselbe wie das in Schritt S91 in Fig. 7 gezeigte.

Die Regelung vergleicht das Verhältnis j_R/j_F der beiden Zählerwerte mit einem vorgegebenen Wert (1 oder weniger als 1) (in Schritt S114). Dieses Verhältnis j_R/j_F stellt den Grad der Katalysatordegradation dar. Wenn der Katalysator zum Beispiel neu ist, j_R/j_F=0. Wenn jedoch der Katalysator degradiert ist und daher die Periode des Stromab-O₂-Sensorsignals VRO exakt mit der Periode des Stromauf-O₂-Sensorsignals VFO übereinstimmt, j_R/j_F=1. Daher ist es möglich festzustellen, daß der Katalysator degradiert ist, wenn j_R/j_F größer oder gleich einem vorgegebenen Wert ist. In diesem Schritt S114 ist es auch möglich festzustellen, daß der Katalysator degradiert ist, wenn j_R größer oder gleich einem vorgegebenen Wert ist, indem ganz einfach die Anzahl (j_R) der Inversionen des Stromab-O₂-Sensorsignals VRO mit einem vorgegebenen Wert vergleicht. Die Genauigkeit der Degradationsanalyse nach diesem einfachen Verfahren ist gering verglichen mit dem Vergleich von j_R/j_F mit einem vorgegebenen Wert.

Falls die Antwort in Schritt S114 JA ist, gibt die Regelung ein Alarmsignal an eine vor dem Fahrersitz angeordnete Anzeigelampe 28, um diese anzuschalten, damit der Fahrer über die Katalysatordegradation Bescheid weiß. Außerdem ist es möglich, dieses Signal für die Selbstdiagnose zu verwenden.

Die Funktion der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele wird hiernach beschrieben.

Im allgemeinen nimmt die Periode des Stromab-O₂-Sensorsignals VRO schrittweise ab, wenn der Katalysator degradiert, und erreicht die Periode des Stromauf-O₂-Sensorsignals VFO. Herkömmlicherweise wird daher das Stromab-O₂-Sensorsignal VRO mit zwei Pegelwerten verglichen, und es wird festgestellt, daß der Katalysator degradiert ist, wenn die Anzahl der Inversionen des Stromab-O₂-Sensorsignals VRO über den Pegelwert einen bestimmten Wert übersteigt.

In diesem Fall jedoch, bei dem derselbe Pegelwert sowohl für den Katalysatordegradationsdiagnose-Pegelwert als auch für den Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsregelungspegelwert verwendet wird, wie beim Stand der Technik, gibt es, da das Stromab-O₂-Sensorsignal ebenfalls aufgrund geringer Luft-Kraftstoffverhältnisfluktuationen, die verursacht werden, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis PI (proportional und integral) in Abhängigkeit von dem Stromauf-O₂-Sensorsignal VFO unter der Bedingung geregelt wird, daß das Stromab-O₂-Sensorsignal VRO in der Nähe des Pegelwerts ist, fluktuiert, insofern ein Problem, als die Luft-Kraftstoffverhältnisfluktuationen unvermeidlich als Anzahl von Inversionen des Stromauf-O₂-Sensorsignals VFO gezählt werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Katalysatordegradationsdiagnose verschlechtert wird.

Um dieses Problem zu lösen, wird bei der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 9B gezeigt, der fette Pegelwert zum Feststellen der Katalysatordegradation RSLH2 (wo R den im Abgasstrom stromabwärts liegenden O₂-Sensor, SL den Pegelwert, H die fette Seite und 2 die Katalysatordiagnose kennzeichnen) höher eingestellt als der fette Pegelwert zur Rückkopplungsregelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses RSLH1 (wo 1 die Luft-Kraftstoffverhältnisregelung kennzeichnet) und außerdem wird der magere Pegelwert zum Feststellen der Katalysatordegradation RSLL2 (wo L die magere Seite kennzeichnet) niedriger eingestellt als der magere Pegelwert zur Rückkopplungsregelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses RSLL1. In diesem Fall ist es, da die Amplitude des Stromab-O₂-Sensorsignals VRO nach der Katalysatordegradation verglichen mit einem neuen Katalysator heftig fluktuiert, möglich, die Inversionen des Stromab-O₂-Sensorsignals VRO über den Pegelwert nur dann zu messen, nachdem der Katalysator degradiert ist, wodurch die Messung eines neuen Katalysators von der eines verbrauchten Katalysators unterschieden wird.

Jedoch besteht bei der Katalysatordegradation, da die Amplitude des Stromab-O₂-Sensorsignals VRO sich entsprechend dem Motorbetriebszustand ändert, insofern ein Problem, als eine fehlerhafte Diagnose auftritt, wenn die Katalysatordiagnose-Pegelwerte RSLH2 und RSLL2 feste Werte sind.

Wenn zum Beispiel der fette Pegelwert RSLH2 genügend hoch über dem normalen Stromab-O₂-Sensorsignal VRO festgelegt wird, gibt es den Fall, daß VRO RSLH2 übersteigt, da die Amplitude von VRO bei hoher Geschwindigkeit und unter hoher Motorlast ansteigt. In diesem Fall wird daher irrtümlich der Katalysator als degradiert beurteilt, trotz der Tatsache, daß der Katalysator noch nicht degradiert ist. Im Gegensatz dazu wird, wenn VRO RSLH2 übersteigt und daher der Katalysator als degradiert beurteilt wird, wenn der Motorbetriebszustand in einen Zustand geht, in dem der Luft-Kraft stoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient α kleiner wird, da die Amplitude von VRO unter RSLH2 fällt, der verbrauchte Katalysator nicht als degradiert eingestuft.

Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, sind in der vorliegenden Erfindung RSLH2 und RSLL2 beide variabel. Im Detail ändern sich die Amplitude und die Periode des Luft- Kraftstoffverhältnisrückkopplungs-Korrekturkoeffizienten α entsprechend dem Motorbetriebszustand, da sich die Verzögerungszeit des Regelungssystems entsprechend der Motorgeschwindigkeit und -last ändert. Außerdem nimmt die Amplitude des Stromab-O₂-Sensorsignals VRO mit zunehmendem Produkt aus Amplitude und Periode von α im Falle desselben Katalysators zu, wie in Fig. 10 gezeigt. Der Grund ist folgender: Wenn das Produkt aus der Amplitude und der Periode von α steigt, nimmt, da die Fluktuation im Luft-Kraftstoffverhältnis aufgrund der Rückkopplungsregelung auf der Basis des Stromauf-O₂-Sensorsignals zunimmt, die Amplitude des Stromab- O₂-Sensorsignals VRO ebenfalls aufgrund des obigen Einflusses zu.

Daher ist es wünschenswert, daß der Diagnose-Pegelwert SL2 unter korrekter Berücksichtigung des Produkts aus der Amplitude und der Periode von α bestimmt wird, so daß der Einfluß des Produkts auf die Amplitude des Stomab-O₂-Sensorsignals VRO und den Pegelwert SL2 gegeneinander aufgehoben werden kann. Das heißt, es ist notwendig, um eine fehlerhafte Diagnose aufgrund einer Differenz in dem Produkt der Amplitude und Periode von α zu vermeiden, die Beziehung zwischen der Hysteresebreite (RSLH2-RSLL2) des Kataly satordegradationsdiagnose-Pegelwerts SL2 und dem Produkt der beiden wie in Fig. 11 gezeigt zu bestimmen, um dieselben Eigenschaften wie in Fig. 10 gezeigt zu erhalten.

Um diese Beziehung zu erhalten, werden die Eigenschaften von RSLH2 und RSLL2 bezüglich dem Produkt aus Periode und Amplitude von α (der Motorbetriebszustand) jeweils wie in Fig. 12 gezeigt als zwei unterschiedliche Variable festgelegt.

Wenn zum Beispiel die Amplitude des Stromab-O₂-Sensorsignals VRO bei hoher Motorgeschwindigkeit und -last zunimmt oder wenn deren Periode bei niedriger Motorgeschwindigkeit und -last zunimmt, nimmt RSLH2 zu, so daß die relative Beziehung zwischen VRO und RSLH2 konstant gehalten wird, unabhängig von dem Motorbetriebszustand. Demzufolge wird, wenn der Katalysator bei kleinen Amplituden und Perioden von α als degradiert festgestellt wird, derselbe Katalysator auch bei großen Amplituden und Perioden von α als degradiert festgestellt. Und wenn der Katalysator bei kleinen Amplituden und Perioden von α als nicht degradiert festgestellt wird, derselbe Katalysator auch bei großen Amplituden und Perioden von α als nicht degradiert festgestellt.

Auch wenn sich die Amplitude und Periode von α entsprechend der Motorgeschwindigkeit und -last ändern, wird der Katalysatordiagnose-Pegelwert so festgelegt, daß sich die relative Beziehung zwischen VRO und SL2 nicht ändert, wodurch die Diagnosezuverlässigkeit verbessert wird und nicht dem Einfluß des Motorbetriebszustands unterliegt.

Fig. 13 zeigt die relative Beziehung zwischen der Amplitude oder der Periode von α und dem Katalysatordegradationsdiagnose-Pegelwert SL2. Im Vergleich zwischen den beiden in den Fig. 12 und 13 gezeigten Verfahren ist das in Fig. 12 gezeigte Verfahren vom Standpunkt der Diagnosegenauigkeit vorzuziehen, da es einige Fälle gibt, in denen die Amplitude des Stromab-O₂-Sensorsignals VRO sich entsprechend der Periode von α ändert unter Bedingung, daß die Amplitude von α konstant ist. Die in den Fig. 12 und 13 gezeigte Beziehung zwischen der Amplitude und Periode von α und dem Kata lysatordegradationsdiagnose-Pegelwert SL2 entspricht der in Fig. 1A gezeigten Pegelwertbestimmungsvorrichtung 44.

Wie oben beschrieben, werden in dem Basisausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in Fig. 1A gezeigt ist, Pegelwerte für die Katalysatordegradationsdiagnose zusätzlich zu den Pegelwerten zur Rückkopplungsregelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses entsprechend dem Motorbetriebszustand bestimmt, wodurch die Genauigkeit der Katalysatordegradationsdiagnose verbessert wird, ohne daß diese dem Motorbetriebszustand unterliegt. Weiterhin wird in dem in Fig. 1B gezeigten Ausführungsbeispiel der fette Pegelwert für die Katalysatordegradationsdiagnose höher als der Pegelwert für die Rückkopplungsregelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses festgelegt und der magere Pegelwert für die Kata lysatordegradationsdiagnose wird niedriger als der Pegelwert für die Rückkopplungsregelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses festgelegt, wobei die Amplitude und Periode des Luft- Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten korrekt berücksichtigt wird, wodurch die Genauigkeit der Ka talysatordegradationsdiagnose weiter verbessert wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Diagnose der Katalysatordegradation des Katalysators (6) eines Verbrennungsmotors, der mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelungssystem ausgestattet ist, das

(a) eine Betriebszustandsmeßvorrichtung (31, 32) zum Messen des Motorbetriebszustands;
(b) eine Basiskraftstoff-Mengenberechnungsvorrichtung (33) zum Berechnen einer Basiskraftstoffmenge (Tp) entsprechend dem festgestellten Motorbetriebszustand;
(c) eine Luft-Kraftstoffverhältnis-Meßvorrichtung (34), die im Abgasstrom stromauf des Katalysators (6) angeordnet ist und ein Stromauf-Sensorsignal (VFO) erzeugt;
(d) eine weitere Luft-Kraftstoffverhältnis-Meßvorrichtung (37), die im Abgasstrom stromab des Katalysators (6) angeordnet ist und ein Stromab-Sensorsignal (VRO) erzeugt;
(e) eine Inversionsfeststellvorrichtung (35) zum Feststellen, ob der Stromauf-Sensorsignalpegel (VFO) den Pegel, der einem stöchiometrischen Mischungsverhältnis (SL_F) entspricht, zur fetten (R) oder mageren (L) Seite hin überschreitet;
(f) eine Basisregelungskonstanten-Bestimmungsvorrichtung (36) zum Bestimmen einer Basis-Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs-Regelungskonstanten (P_R,L oder i_R,L) auf der Basis eines von der Inversionsfeststellvorrichtung erhaltenen Ergebnisses;
(g) eine Fett/Mager-Unterscheidungsvorrichtung (38) zum Unterscheiden, ob der Stromab-Sensorsignalpegel (VRO) auf der, einem fetten oder mageren Mischungsverhältnis entsprechenden, Seite eines Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsregelungspegelwertes (SL1) ist;
(h) eine Korrekturwertberechnungsvorrichtung (39) zum Berechnen eines Korrekturwerts (PHOS) der Basisregelungskonstanten (P_R,L oder i_R,L) auf der Basis des von der Fett/Mager-Unterscheidungsvorrichtung festgestellten Ergebnisses;
(i) eine Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten-Bestimmungsvorrichtung (40) zum Bestimmen eines Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten α auf der Basis der Basisregelungskonstanten (P_R,L oder i_R,L), korrigiert um den Korrekturwert (PHOS);
(j) eine Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungsvorrichtung (41) zum Bestimmen einer Kraftstoffeinspritzmenge (Ti) durch Korrektur der Basiskraftstoffeinspritzmenge (Tp) durch den Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten α;
aufweist, mit einer Katalysatordegradations-Feststellvorrichtung (45), die zum Feststellen, ob der Katalysator degradiert ist, den Stromab-Sensorsignalpegel (VRO) mit einem Katalysatordegradationsdiagnose-Pegelwert (SL2) vergleicht, der von einer Katalysatordegradationsdiagnose-Pegelwertbestimmungsvorrichtung (44) bestimmt wird, die
(k) eine Periodenmeßvorrichtung (47) zum Messen einer Periode (T) des Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten α auf der Basis des von der Inversionsbestimmungsvorrichtung (35) erzeugten Ergebnisses;
(l) eine Amplitudenmeßvorrichtung (48) zum Messen einer Amplitude (α_R-α_L) des Luft-Kraftstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten α auf der Basis des von der Inversionsbestimmungsvorrichtung (35) erzeugten Ergebnisses; und
(m) eine Katalysatordegradationsdiagnose-Pegelwerteinstellvorrichtung (49) zum Einstellen eines fetten Katalysatordiagnose-Pegelwerts (RSLH2) höher als ein fetter Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsregelungspegelwert (RSLH1) und eines mageren Katalysatordiagnose-Pegelwerts (RSLL2) niedriger als ein magerer Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsregelungspegelwert (RSLH1) auf eine solche Weise, daß der fette Katalysatordiagnose-Pegelwert (RSLH2) zunimmt und der magere Katalysatordiagnose-Pegelwert (RSLL2) abnimmt beim Zunehmen irgendeiner von der gemessenen Periode und Amplitude des Luft-Kraftstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten α, aufweist.

2. Vorrichtung zur Diagnose der Katalysatordegradation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatordegradationsdiagnose-Pegelwerteinstellvorrichtung (49) die Pegelwerte (RSLH2, RSLL2) derart einstellt, daß der fette Katalysatordiagnose-Pegelwert (RSLH2) zunimmt und der magere Katalysatordiagnose-Pegelwert (RSLL2) abnimmt beim Zunehmen des Produkts der gemessenen Periode und Amplitude des Luft-Kraftstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten (α).

3. Verfahren zur Diagnose der Katalysatordegradation des Katalysators (6) eines Verbrennungsmotors, der mit einem Luft-Kraftstoffverhältnisregelungssystem ausgestattet ist, mit folgenden Verfahrensschritten:

(a) Feststellen des Luft-Kraftstoffverhältnisses stromauf des Katalysators und Ausgabe eines dementsprechenden, Stromauf-Sensorsignals (VFO);
(b) Feststellen des Luft-Kraftstoffverhältnisses stromab des Katalysators und Ausgabe eines dementsprechenden, Stromab-Sensorsignals (VRO);
(c) Überprüfen, ob der Stromauf-Sensorsignalpegel (VFO) den Pegel, der einem stöchiometrischen Mischungsverhältnis (SL_F) entspricht zur fetten (R) oder zur mageren (L) Seite hin überschreitet;
(d) Bestimmen einer Basis-Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsregelungskonstanten (P_R,L, i_R,L) entsprechend der festgestellten fetten oder mageren Seite;
(e) Überprüfen, ob der Stromab-Sensorsignalpegel (VRO) auf der, einem fetten (R) oder mageren (L) Mischungsverhältnis entsprechenden, Seite eines Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsregelungspegelwerts (SL1) liegt;
(f) Berechnen eines Korrekturwerts (PHOS) der Basis-Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsregelungskonstanten (P_R,L, i_R,L) entsprechend der festgestellten fetten oder mageren Seite;
(g) Bestimmen eines Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten α auf der Basis der Basisrückkopplungsregelungskonstanten (P_R,L, i_R,L), korrigiert um den Korrekturwert (PHOS);
(h) Messen einer Periode des Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten α;
(i) Messen einer Amplitude (α_R-α_L) des Luft-Kraftstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten α;
(j) Einstellen eines fetten Katalysatordiagnose-Pegelwerts (RSLH2) höher als ein fetter Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsregelungspegelwert (RSLH1) und eines mageren Katalysatordiagnose-Pegelwerts (RSLL2) niedriger als ein magerer Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsregelungspegelwert (RSLH1) auf eine solche Weise, daß der fette Katalysatordiagnose-Pegelwert (RSLH2) zunimmt und der magere Katalysatordiagnose-Pegelwert (RSLL2) abnimmt beim Zunehmen irgendeiner von der gemessenen Periode der Amplitude des Luft-Kraftstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten α;
(k) Zählen der Anzahl (j_F) von Inversionen des Stromauf-Sensorsignals (VFO) über das stöchiometrische Mischungsverhältnis (SL_F);
(l) Zählen der Anzahl (j_R) der Inversionen des Stromab-Sensorsignals (VRO) über die eingestellten Katalysatordiagnose-Pegelwerte (RSLH2, RSLL2); und
(m) Überprüfen, ob das Verhältnis des Zählwerts (j_R) des stromab liegenden Sensors zu dem (j_F) des stromauf liegenden Sensors einen vorgegebenen Wert übersteigt; und
(n) Bestimmen, daß der Katalysator degradiert ist, wenn das Verhältnis (j_R/j_F) einen vorgegebenen Wert übersteigt.

4. Verfahren zur Diagnose der Katalysatordegradation nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der fette Katalysatorpegelwert (RSLH2) zunimmt und der magere Katalysatorpegelwert (RSLL2) abnimmt bei zunehmendem Produkt der gemessenen Periode und Amplitude des Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizienten α.