DE69028216T2

DE69028216T2 - Vorrichtung zum Bestimmen von Fehlern einer Sauerstoffmesszelle und zum Kontrollieren des Luft-/Brennstoff-Verhältnisses

Info

Publication number: DE69028216T2
Application number: DE69028216T
Authority: DE
Inventors: Takao Kojima; Toshiki Sawada; Masura Yamano
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1989-06-16
Filing date: 1990-06-18
Publication date: 1997-01-09
Anticipated expiration: 2010-06-19
Also published as: DE69003459T2; DE69028216D1; EP0402953A3; EP0402953A2; EP0402953B1; US5020499A; KR970010317B1; DE69003459D1; EP0549566B1; EP0549566A2; KR910001231A; EP0549566A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach der Gattung des Anspruchs 1.
Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis einer einer Brennkraftmaschine zugeführten Mischung aus Luft und Kraftstoff wird im allgemeinen auf der Basis eines Signals geregelt, das von einem im Abgassystem der Maschine angeordneten Sauerstoffsensor abgegeben wird, um die Abgasemission der Maschine zu verringern. Wie in Fig. 19 dargestellt, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Sauerstoffsensors geregelt, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Nähe des stöchiometrischen Verhältnisses zu halten, bei dem die Reinigung von Abgaskomponenten die höchste Stufe erreicht.
Wenn der für die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses verwendete Sauerstoffsensor abnormal ist, kann die Abgasemission ansteigen. Verschiedene Techniken sind daher vorgeschlagen worden, um die Abnormalität des Sauerstoffsensors zu diagnostizieren und um weiterhin die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu kompensieren, wenn ei ne Abnormalität des Sauerstoffsensors festgestellt wird.
Eine Vorrichtung gemäß der Gattung des Anspruchs 1 ist aus der DE 33 11 131 A1 bekannt. Die bekannte Vorrichtung kann eine Abnormalität eines solchen Sauerstoffsensors detektieren, wenn jedoch eine Abnormalität einmal detektiert worden ist, liegt keine exakte Lehre vor, wie diese Erkennung während des weiteren Betriebs der Brennkraftmaschine berücksichtigt wird. Eine ähnliche Vorrichtung ist aus der US-A 39 38 075 bekannt, wo die gleichen Probleme vorliegen. Noch weitere Beispiele einer solchen Vorrichtung zum Diagnostizieren der Abnormalität des Sauerstoffsensors werden in den japanischen veroffentlichten ungeprüften Patentanmeldungen Nr. Sho-62-151 770 und Nr. Sho-53-95 421 dargestellt, und eine Vorrichtung zur Kompensation der Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ist in den japanischen veröffentlichten ungeprüften Patentanmeldungen Nr. Sho-58-222 939 und Nr. Sho-59-3137 gezeigt.
Wenn der Sauerstoffsensor durch verschiedene Substanzen kontaminiert ist, verstellt sich das Sensorausgangssignal in Richtung mager oder fett, wie dies in Fig. 20 gezeigt ist, das heißt, die Arbeitsweise des Sauerstoffsensors wird variiert. Die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nach einem Ausgangssignal des Sauerstoffsensors wird dadurch nicht in befriedigender Weise ausgeführt, und dadurch steigt die Abgasemission an.
Wenn der beispielsweise durch Silicium kontaminierte Sauerstoffsensor zur Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eingesetzt wird, erhöhen sich die Stickoxide (NOx) im Abgas, und wenn der durch Blei kontaminierte Sauerstoffsensor verwendet wird, erhöht sich der Kohlenmonoxidgehalt (CO) im Abgas.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur korrekten Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses einer Luft- und Kraftstoff-Mischung und zur Erkennung zu schaffen, ob ein Sauerstoffsensor abnormal ist.
Diese Aufgabe wird durch die charakteristischen Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das diese Aufgabe löst, ist eine Abnormalitätserfassungseinrichtung für Sauerstoffsensoren gemäß Fig. 1, die die Abnormalität eines Sauerstoffsensors M2 erfaßt, der ein Signal entsprechend der Sauerstoffkonzentration des von einer Brennkraftmaschine M1 ausgestoßenen Abgases abgibt. Die Abnormalitätserfassungseinrichtung enthält Vorgabemittel M3 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft- und Kraftstoff-Mischung, die der Brennkraftmaschine M1 mager oder fett durch ei ne prozeßgekoppelt-offene Regelung zugeführt wird, und Abnormalitätserfassungsmittel M4 zur Festlegung, daß der Sauerstoffsensor M2 abnormal ist, wenn ein Ausgangssignal des Sauerstoffsensors M2 nicht unterhalb eines vorbestimmten Schwellwerts liegt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch die Vorgabemittel M3 auf mager eingestellt ist. Der Sauerstoffsensor wird alternativ hierzu als abnormal erkannt, wenn ein Ausgangssignal des Sauerstoffsensors M2 nicht größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf fett eingestellt ist.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Abnormalitätserfassungseinrichtung für Sauerstoffsensoren wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der der Brennkraftmaschine M1 zugeführten Luft- und Kraftstoff-Mischung durch eine prozeßgekoppeltoffene Regelung mittels der Vorgabemittel M3 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager oder fett eingestellt. Wenn ein Ausgangssignal des Sauerstoffsensors M2 nicht unterhalb eines vorbestimmten Schwellwerts bei einem mager eingestellten Luft/Kraftstoff-Verhältnis liegt, erkennen die Abnormalitätserfassungsmittel M4 den Sauerstoffsensor M2 als abnormal. Wenn andererseits ein Ausgangssignal des Sauerstoffsensors M2 nicht größer als ein vorbestimmter Schwellwert bei einem fett eingestellten Luft/Kraftstoff- Verhältnis ist, erkennen die Abnormalitätserfassungsmittel M4 den Sauerstoffsensor M3 ebenfalls als abnormal.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine in Fig. 2 dargestellte Abnormalitätserfassungseinrichtung für Sauerstoffsensoren, die eine Abnormalität eines Sauerstoffsensors M6 erkennt, der ein der Sauerstoffkonzentration des von einer Brennkraftmaschine M5 ausgestoßenen Abgases entsprechendes Signal abgibt. Die Abnormalitätserfassungseinrichßung enthält Vorgabemittel M7 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur periodischen Änderung des der Brennkraftmaschine M1 zugeführten Luft/Kraftstoff- Verhältnisses der Luft- und Kraftstoff-Mischung zwischen mager und fett durch eine prozeßgekoppelt-offene Regelung, Grenzwerterfassungsmittel M8 zur Erfassung der Minimun- und Maximumwerte eines vom Sauerstoffsensor M6 abgegebenen Ausgangssignals, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch die Vorgabemittel M7 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf fett oder mager eingestellt ist, und Abnormalitätserfassungsmittel M9 zur Festlegung, daß der Sauerstoffsensor M6 abnormal ist, wenn wenigstens einer der von den Grenzwerterfassungsmitteln M8 erfaßten Minimum- und Maximumwerte innerhalb eines vorgegebenen Ausgangsbereichs liegen.
Die Minimum- und Maximumwerte eines Ausgangssignals können den Mittelwert mehrerer Messungen darstellen.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Abnormalitätserfassungseinrichtung für Sauerstoffsensoren wird das Luft/Kraftstoff- Verhältnis der der Brennkraftmaschine M5 zugeführten Luftund Kraftstoff-Mischung periodisch zwischen mager und fett durch eine prozeßgekoppelt-offene Regelung mittels der Vorgabemittel M7 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis verändert. Die Minimum- und Maximumwerte eines Ausgangssignals, das vom Sauerstoffsensor M6 abgegeben wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett oder mager vorgegeben wird, werden mittels der Grenzwerterfassungsmittel M8 erfaßt. Wenn wenigstens einer der Minimum- und Maximumwerte innerhalb eines vorgegebenen Ausgangsbereichs liegt, erkennen die Erfassungsmittel M9, daß der Sauerstoffsensor M6 abnormal ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine in Fig. 3 dargestellte Abnormalitätserfassungseinrichtung für Sauerstoffsensoren, die die Abnormalität eines Sauerstoffsensors M11 erfaßt, der ein Signal entsprechend der Sauerstoffkonzentration des von einer Brennkraftmaschine M10 abgegebenen Abgases ausgangsseitig erzeugt. Die Abnormalitätserfassungseinrichtung enthält Steuermittel M12 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur Regelung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses der der Brennkraftmaschine M10 entsprechend einem Ausgangssignal des Sauerstoffsensors M11 zugeführten Luft- und Kraftstoff-Mischung, und Abnormalitätserfassungsmittel M13 zur Festlegung, daß der Sauerstoffsensor M11 abnormal ist, wenn ein Ausgangssignal des Sauerstoffsensors M11 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, wenn die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durch die Steuermittel M12 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt wird.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Abnormalitätserfassungseinrichtung für Sauerstoffsensoren wird die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis eines vom Sauerstoffsensor M11 abgegebenen Ausgangssignals mittels der Steuermittel M12 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt. Liegt das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors M11 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, wenn die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses erfolgt, so erkennen die Abnormalitätserfassungsmittel M13, daß sich der Sauerstoffsensor M11 abnormal verhält.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zur Lösung der ersten, zweiten und anderer diesbezüglicher Aufgaben ist eine in Fig. 4 dargestellte Steuereinrichtung für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis einer Luft- und Kraftstoff-Mischung steuert, welche einer Brennkraftmaschine M14 in Abhängigkeit eines Ausgangssignals zugeführt wird, das von einem im Abgassystem der Brennkraftmaschine M14 angeordneten Sauerstoffsensor M15 abgegeben wird. Die Steuereinrichtung für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis enthält Abnormalitätserfassungsmittel M16 zur Erfassung der Abnormalität des Sauerstoffsensors M15 in Abhängigkeit der Variation eines Ausgangssignals des Sauerstoffsensors M15, Vorgabemittel M17 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur Einstellung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses einer der Brennkraftmaschine M14 zugeführten Luft- und Kraftstoff-Mischung auf mager und fett mittels einer prozeßgekoppelt-offenen Regelung, Medianwertberechnungsmittel M18 zur Bestimmung des Medianwerts von mager- und fett-Signalen, die vom Sauerstoffsensor M15 erzeugt werden, wenn das Luft/Kraftstoff- Verhältnis durch die Vorgabemittel M17 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf mager und fett gesetzt werden, und Schwellwertvorgabemittel M19 zur Vorgabe des durch die Medianwertberechnungsmittel M18 bestimmten Medianwerts als Schwellwert, der zwischen fetten und mageren Zuständen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses bei der Regelung unterscheidet, wenn eine Abnormalität des Sauerstoffsensors M15 durch die Abnormalitätserfassungsmittel M16 erkannt wird.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Steuereinrichtung für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird das Luft/Kraftstoff- Verhältnis der der Brennkraftmaschine M14 zugeführten Luft- und Krafstoff-Mischung in Abhängigkeit eines vom Sauerstoffsensor M15 abgegebenen Ausgangssignals gesteuert, der im Abgassystem der Brennkraftmaschine M14 vorgesehen ist. Wenn die Abnormalitätserfassungsmittel M16 erkennen, daß der Sauerstoffsensor M15 abnormal ist, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der der Brennkraftmaschine M14 zugeführten Mischung durch eine prozeßgekoppelt-offene Regelung mittels der Vorgabemittel M17 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf mager oder fett eingestellt. Dann wird der Medianwert des vom Sauerstoffsensor M15 abgegebenen mager- oder fett-Signal 5 durch die Medianwertberechnungsmittel M18 berechnet. Die Schwellwertvorgabemittel M19 legen den Medianwert als Schwellwert fest, der zwischen fetten und mageren Zuständen des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses bei der Regelung unterscheidet.
Hier können die Abnormalitätserfassungsmittel M16 durch eine Vielzahl von Prinzipien betrieben werden. Beispielsweise können die Mittel M16 im wesentlichen identisch mit einem der Abnormalitätserfassungsmittel M4, M9 und M13 sein.
Die prozeßgekoppelt-offene Regelung ist keine Regelung, bei der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft- und Kraftstoff-Mischung in Abhängigkeit eines von einem Sauerstoffsensor abgegebenen Ausgangssignals geregelt wird, sondern eine einfache Auswahlsteuerung, bei der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einfacher Weise in einen fetten oder mageren Zustand versetzt wird.
Die Prinzipien der Abnormalitätserfassungseinrichtungen für Sauerstoffsensoren werden nun beschrieben.

(1) In Fig. 1 dargestellte Anormalitätserfassungseinrichtung für Sauerstoffsensoren.

Wenn bei einem normalen Sauerstoffsensor das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von mager (z. B. Luftüberschußverhältnis λ = 1,03) auf fett (λ = 0,97) durch eine prozeßgekoppeltoffene Regelung verschoben wird, wechselt das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors von unterhalb eines ersten Schwellwerts V&sub1; (z. B. 300 mV) zu oberhalb eines zweiten Schwellwerts V&sub2; (z. B. 700 mV); ein Ausgangssignal des Sauerstoffsensors oszilliert nämlich mit einer großen Variationsbreite.
Wenn die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis eines Ausgangssignals eines mit Silicium kontaminierten Sauerstoffsensors ausgeführt wird, steigt der Austritt von Stickoxiden (NOx) an. Beim mit Silicium kontaminierten Sauerstoffsensor ist das Ausgangssignal (Spannung) höher als das des normalen Sauerstoffsensors, wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im mageren Zustand befindet. Wenn andererseits die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis eines Ausgangssignal 5 eines mit Blei kontaminierten Sauerstoffsensors ausgeführt wird, steigt der Austritt von Kohlenmonoxid (CO) an. Beim mit Blei kontaminierten Sauerstoffsensor ist das Ausgangssignal (Spannung) geringer als das des normalen Sauerstoffsensors, wenn sich das Luft/Kraftstoff- Verhältnis im fetten Zustand befindet.
Wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors nicht unter den ersten Schwellwert V&sub1; bei magerem Luft/Kraftstoff- Verhältnis absinkt, wird der Sauerstoffsensor als verschl echtert erkannt, so daß er bewirkt, daß die Brennkraftmaschi ne einen großen Anteil an NOx ausstößt. Wenn andererseits das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors nicht über den zweiten Schwellwert V&sub2; bei fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis ansteigt, wird der Sauerstoffsensor als verschlechtert erkannt, so daß er bewirkt, daß die Brennkraftmaschine einen großen Anteil an CO ausstößt.

(2) In Fig. 2 dargestellte Abnormalitätserfassungseinrichtung für Sauerstoffsensoren.

Wenn bei einem normalen Sauerstoffsensor das Luft/Kraftstoff-Verhältnis periodisch zwischen mageren und fetten Zuständen durch eine prozeßgekoppelt-offene Regelung verändert wird, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, oszilliert das Ausgangssignal mit einer großen Variationsbreite. Das Minimum des Ausgangssignals sinkt unter einen ersten Schwellwert V&sub1;, und das Maximum übersteigt einen zweiten Schwellwert V&sub2;.
Bei einem Sauerstoffsensor, der so kontaminiert ist, daß der Ausstoß von MOx ansteigt, hat das Ausgangssignal eine hohe Spannung und oszilliert um den zweiten Schwellwert V&sub2; mit einer kleinen Amplitude. Bei einem Sauerstoffsensor, der so kontaminiert ist, daß der Ausstoß von CO ansteigt, hat das Ausgangssignal eine geringe Spannung und oszilliert um den ersten Schwellwert V&sub1; mit einer kleinen Amplitude.
Wenn entweder das Minimum oder das Maximum des vom Sauerstoffsensor abgegebenen Ausgangssignals innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zwischen dem ersten Schwellwert V&sub1; und dem zweiten Schwellwert V&sub2; liegt, wird der Sauerstoffsensor als abnormal betrachtet.

3) In Fig. 3 dargestellte Abnormalitätserfassungseinrichtung für Sauerstoffsensoren.

Wenn bei einem normal en Sauerstoffsen sor die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist, oszilliert das vom Sauerstoffsensor abgegebene Ausgang signal mit einer großen Variationsbreite.
Bei einem Sauerstoffsensor, der so verschlechtert ist, daß der Ausstoß entweder von NOx oder CO ansteigt, wenn die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird, oszilliert das Ausgangssignal mit einer kleinen Amplitude in der Nähe eines Pegels VO zwischen dem Schwellwert VL und dem Schwellwert VH.
Wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors innerhalb eines vorbestimmten Bereichs um den Pegel VO liegt, wird der Sauerstoffsensor als abnormal erkannt.

KURZE DARSTELLUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung kann am besten verstanden werden unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele und die bei gefügten Zeichnungen, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und wobei
Fig. 1 ein Blockdiagramm darstellt, das eine Besonderheit einer Abnormalitätserfassungseinrichtung für Sauerstoffsensoren gemäß der Erfindung zeigt,
Fig. 2 ein Blockdiagramm darstellt, das eine andere Besonderheit einer Abnormalitätserfassungseinrichtung für Sauerstoffsensoren gemäß der Erfindung zeigt,
Fig. 3 ein Blockdiagramm darstellt, das eine weitere Besonderheit einer Abnormalitätserfassungseinrichtung für Sauerstoffsensoren gemäß der Erfindung zeigt,
Fig. 4 ein Blockdiagramm darstellt, das eine Besonderheit einer Steuereinrichtung für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß der Erfindung zeigt,
Fig. 5 eine erläuternde Ansicht darstellt, die die Prinzipien der Besonderheit der in Fig. 1 darstellten Erfindung zeigt,
Fig. 6 eine erläuternde Ansicht darstellt, die die Prinzipien der Besonderheit der in Fig. 2 dargestellten Erfindung zeigt,
Fig. 7 eine erläuternde Ansicht darstellt, die die Prinzipien der Besonderheit der in Fig. 3 dargestellten Erfindung zeigt,
Fig. 8 eine schematische, die Erfindung illustrierende Ansicht darstellt,
Fig. 9 ein Flußdiagramm darstellt, das die Arbeitsweise eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß der in Fig. 1 dargestellten Besonderheit zeigt,
Fig. 10 ein Flußdiagramm darstellt, das die Arbeitsweise eines zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der in Fig. 1 dargestellten Besonderheit zeigt,
Fig. 11 ein Flußdiagramm darstellt, das die Arbeitsweise eines dritten Ausführungsbeispiels gemäß der in Fig. 2 dargestellten Besonderheit zeigt,
Fig. 12 ein Flußdiagramm darstellt, das die Arbeitsweise eines vierten Ausführungsbeispiels gemäß der in Fig. 3 dargestellten Besonderheit zeigt,
Fig. 13 ein Flußdiagramm darstellt, das die Arbeitsweise eines fünften Ausführungsbeispiels gemäß der in Fig. 4 dargestellten Besonderheit zeigt,
Fig. 14A und 14B Diagramme darstellen, die ein Ausgangssignal des fünften Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 13 zeigen,
Fig. 15 ein Flußdiagramm darstellt, das die Arbeitsweise eines sechsten Ausführungsbeispiels gemäß der in Fig. 4 dargestellten Besonderheit zeigt,
Fig. 16A und 16B Diagramme darstellen, die ein Ausgangssignal des sechsten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 15 zeigen,
Fig. 17 ein Flußdiagramm darstellt, das die Arbeitsweise eines siebten Ausführungsbeispiels gemäß der in Fig. 4 dargestellten Besonderheit zeigt,
Fig. 18 ein Diagramm darstellt, das ein Ausgangssignal des siebten Ausführungsbeispiels zeigt,
Fig. 19 ein Diagramm darstellt, das die Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der Emission zeigt, und
Fig. 20 ein Diagramm darstellt, das die Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem Sensorausgangssignal zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Weil dabei viele Modifikationen möglich sind, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, sollen die nachfolgenden Ausführungsbeispiele nicht die Erfindung auf die Ausführungsbeispiele beschränken, sondern sie sollen die Erfindung deutlicher erläutern.
Fig. 8 stellt eine schematische, die Erfindung erläuternde Ansicht dar, das heißt, eine Vorrichtung zur Erfassung der Abnormalität eines Sauerstoffsensors und zur Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses.
Die Vorrichtung 1 enthält eine elektronische Steuereinheit 3 (nachfolgend als ESE bezeichnet) zum Erfassen der Verhältnisse eines Motors 2 und zur Ausführung verschiedener Vorgänge, z. B. zum Steuern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und zur Diagnose der Abnormalität des Sauerstoffsensors.
Der Motor 2 hat eine Verbrennungskammer 7, die einen Zylinder 4, einen Kolben 5 und einen Zylinderkopf 6 aufweist. Die Verbrennungskammer enthält weiterhin eine Zündkerze 8.
Das Einlaßsystem des Motors 2 enthält ein Einlaßventil 9, einen Einlaß 10, ein Saugrohr 11, einen Ausgleichsbehälter 12 zum Absorbieren von Druckstößen der Ansaugluft, eine Drosselklappe 14 zur Steuerung der Menge der Ansaugluft und einen Luftfilter 15.
Das Auslaßsystem des Motors 2 enthält ein Auslaßventil 16, einen Auslab 17, einen Auspuffkrümmer 18, einen mit einem Dreiwege-Katalysator gefüllten katalytischen Konverter 19 und ein Auspuffrohr 20.
Das Zündsystem des Motors 2 enthält eine Zündvorrichtung 21 zur Erzeugung einer für die Zündung ausreichenden Hochspannung und einen Verteiler 22, der mit einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) verbunden ist, um selektiv die durch die Zündvorrichtung 21 erzeugte Hochspannung auf die Zündkerze 8 zu verteilen.
Das Kraftstoffsystem des Motors 2 enthält ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil 25 zum Einspritzen von Kraftstoff, das von einem Kraftstofftank (nicht dargestellt) zugeführt wird, in den Einlaß 10.
Der Motor 2 weist weiterhin Sensoren zur Erfassung der Betriebsbedingungen auf, das heißt einen Ansaugluft-Drucksensor 31 zur Erfassung des Drucks der Ansaugluft, einen Ansaugluft-Temperatursensor 32 zur Erfassung der Temperatur der Ansaugluft, einen Drosselklappen-Positionssensor 33 zur Erfassung der Öffnung der Drosselklappe 14, einen Wassertemperatursensor 35 zur Erfassung der Temperatur des Kühlwassers und einen vorgeschalteten Sauerstoffsensor 36 (nachfolgend als Sauerstoffsensor bezeichnet) zur Erfassung der Sauerstoffkonzentration des Abgases, bevor es in den katalytischen Konverter 19 strömt. Ein nachgeschalteter Sauerstoffsensor 37 (nachfolgend als Hilfs-Sauerstoffsensor bezeichnet) kann soweit erforderlich vorgesehen sein, um die Sauerstoffkonzentration des Abgases nach seinem Ausströmen aus dem katalytischen Konverter 19 zu erfassen. Ein Zylinder-Selektionssensor 38 zur Erzeugung eines Standardsignals bei jeder Umdrehung einer Steuerwelle des Verteilers 22 und ein Motordrehzahlsensor 39 zur Erzeugung eines Drehwinkelsignals bei jeder 1/24-Umdrehung der Steuerwelle des Verteilers 22 sind vorgesehen.
Ein Ausgangssignal der Sensoren wird der ESE 3 zugeführt. Entsprechend dem Eingangssignal werden die Motordrehzahlsteuerung, die Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und andere Steuervorgänge ausgeführt. Die ESE 3 bildet eine logische Betriebsschaltung, die eine Zentraleinheit 3a (CPU), einen Festwertspeicher 3b (ROM), einen Arbeitsspeicher 3c (RAM), ein Sicherungs-RAM 3d und eine Zeittaktsteuerung 3e enthält. Die Komponenten der CPU sind mit einem Eingangs-/Ausgangs-Port 39 über einen gemeinsamen Bus 3f und weiterhin mit peripheren Einrichtungen verbunden. Die CPU 3a empfängt Detektionssignale von dem Ansaugluft-Drucksensor 31, dem Ansaugluft-Temperatursensor 32, dem Drosselklappen-Positionssensor 33, dem Wassertemperatursensor 35, dem Sauerstoffsensor 36 und dem Hilfs-Sauerstoffsensor 37 über einen A/D-Wandler 3h und den Eingangs-/Ausgangs-Port 39. Die CPU erhält auch Signale vom Zylinder-Selektionssensor 38 und dem Motordrehzahlsensor 39 über eine Signalformerschaltung 31 und den Eingangs-/Ausgangs-Port 3g. Die CPU 3a steuert und kontrolliert die Zündvorrichtung 21, das Kraftstoffeinspritzventil 25 und eine Prüf 1 ampe 40 zur Information einer Bedienperson über eine Abnormalität des Sauerstoffsensors 36.
Elektrizität wird dem Sicherungs-RAM 3d der ESE 3 unter Umgehung eines Zündschalters (nicht dargestellt) zugeführt. Dadurch werden verschiedene Daten, wie Schwellwerte für die Regelung, ohne Rücksicht auf die Zustände des Zündschalters aufrechterhalten.
Durch die ESE 3 ausgeführte Arbeitsabläufe des ersten bis vierten Ausführungsbeispiels zur Erfassung einer Abnormalität des Sauerstoffsensors 36 werden nun auf der Basis der entsprechenden Flußdiagramme erläutert. Die Vorrichtungen des ersten bis vierten Ausführungsbeispiels weisen einen im wesentlichen gleichen Aufbau auf, wie er in der schematischen Ansicht von Fig. 8 dargestellt ist.
Das erste Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 diskutiert werden. Der Verfahrensablauf zur Festlegung, ob der Sauerstoffsensor 36 durch Silicium kontaminiert und dadurch verschlechtert ist, so daß der gebrauchte Sensor 36 die Stickoxide (NOx) des Abgases bei der Regelung erhöht, wird auf der Basis des Flußdiagramms gemäß Fig. 9 erläuert. Dieser Verfahrensablauf beginnt nach dem Warmlauf des Motors 2.
Im Schritt 100 wird die Regelung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses gestoppt, und die prozeßgekoppelt-offene Regelung beginnt. Im Schritt 110 wird das Luft/Kraftstoff- Verhältnis bei der prozeßgekoppelt-offenen Regelung durch Steuern und Regulieren des Kraftstoffeinspritzventils 25 auf mager eingestellt. Die Öffnungszeitdauer des Kraftstoffeinspritzventils 25 wird verkürzt, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird mager eingestellt, beispielsweise auf ein Luftüberschußverhältnis λ = 1,03, und wird für eine bestimmte Zeitdauer aufrechterhalten. Das vom Sauerstoffsensor 36 abgegebene Ausgangssignal wird im Schritt 120 erfaßt. Wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 36 nicht unterhalb eines vorbestimmten Schwellwerts V&sub3; (z. B. 300 mV) liegt, wird im Schritt 130 festgestellt, daß der Sauerstoffsensor mit Silicium kontaminiert ist. Der Ausstoß von Stickoxiden wird daher überhöht sein. Die Prüflampe 40 wird dann im Schritt 140 aufleuchten, und das Programm beendet den Verfahrensablauf.
Dieses Verfahren erlaubt die leichte Unterscheidung von verschlechterten Sauerstoffsensoren, die kontaminiert sind, so daß der Ausstoß von NOx überhöht ist.
Das zweite Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 diskutiert werden. Der Verfahrensablauf zur Feststellung, ob der Sauerstoffsensor 36 mit Blei kontaminiert und dadurch verschlechtert ist, so daß die Verwendung des Sensors 36 Kohlenmonoxid (CO) im Abgas bei der Regelung erhöht, wird auf der Basis des Flußdiagramms gemäß Fig. 10 erläutert.
Im Schritt 200 wird die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gestoppt, und die prozeßgekoppelt-offene Regelung beginnt. Im Schritt 210 wird das Luft/Kraftstoff- Verhältnis bei der prozeßgekoppelt-offenen Regelung durch Betätigen und Regulieren des Kraftstoffeinspritzventils 25 fett eingestellt. Die Öffnungszeitdauer des Kraftstoffeinspritzventils 25 wird erhöht, und das Luft/Kraftstoff- Verhältnis wird fett eingestellt, beispielsweise auf λ = 0,97, und wird für eine bestimmte Zeitdauer aufrechterhalten. Das vom Sauerstoffsensor 36 abgebene Ausgangssignal wird im Schritt 220 erfaßt. Wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 36 nicht größer als ein vorbestimmter Schwellwert V&sub4; ist (z. B. 700 mV), wird im Schritt 230 festgestellt, daß der Sauerstoffsensor mit Blei kontaminiert ist. Der Ausstoß von Kohlenmonoxid wird dadurch überhöht sein. Die Prüflampe 40 wird dann im Schritt 240 aufleuchten, und das Programm beendet den Verfahresablauf. Durch dieses Verfahren kann leicht eine Verschlechterung von Sauerstoffsensoren festgestellt werden, die kontaminiert sind, so daß der Ausstoß von CO überhöht ist.
Das dritte Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert werden. Der Verfahrensablauf zur Festlegung, ob der Sauerstoffsensor 36 mit Silicium oder Blei kontaminiert und dadurch verschlechtert ist, wird auf der Basis des Flußdiagramms gemäß Fig. 11 erläutert.
Im Schritt 300 wird die Regelung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses gestoppt, und die prozeßgekoppelt-offene Regelung beginnt. Im Schritt 310 wird das Luft/Kraftstoff- Verhältnis periodisch zwischen mager und fett bei der prozeßgekoppelt-offenen Regelung durch Betätigung und Regulierung des Kraftstoffeinspritzventils 25 verändert. Die Öffnungszeitdauer des Kraftstoffeinspritzventils 25 wird eingestellt, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird periodisch zwischen fett, z. B. λ = 0,97, und mager, z. B. λ = 1,03, beim Zyklus von 2 Hz verändert. Das vom Sauerstoffsensor 36 abgegebene Ausgangssignal wird im Schritt 320 erfaßt. Das Verfahren geht zum Schritt 330 weiter, bei dem das Minimum und Maximum des Ausgangssignals erfaßt werden. Dann wird im Schritt 340 und 350 festgestellt, ob das Minimum und das Maximum des Ausgangssignals des Sauerstoffsensors 36 innerhalb eines vorbestimmten Ausgangssignal bereichs liegt. Wenn entweder beim Minimum oder beim Maximum des Ausgangssignals festgestellt wird, daß es innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, das heißt, wenn das Minimum nicht kleiner als ein erster Schwellwert V&sub1; (Schritt 340) oder wenn das Maximum nicht größer als ein zweiter Schwellwert V&sub2; (Schritt 350) ist, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, wird festgestellt, daß der Sauerstoffsensor 36 kontaminiert und dadurch seine Funktion verschlechtert ist. Die Prüflampe 40 leuchtet dann im Schritt 360 auf, und das Programm beendet den Verfahrensablauf.
Dieses Programm ermöglicht eine leichte Unterscheidung eines Sauerstoffsensors, dessen Funktion durch Kontaminierung verschlechtert ist.
Das vierte Ausführungsbeispiel stimmt mit den Merkmalen von Fig. 3 überein. Der Verfahrensablauf zur Feststellung, ob der Sauerstoffsensor 36 mit Silic um oder Blei kontaminiert und dadurch verschlechtert ist, wird auf der Basis des Flußdiagramms gemäß Fig. 12 erläutert. Dieses Verfahren zur Erfassung der Abnormalität des Sauerstoffsensors 36 wird während der Durchführung der Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt.
Im Schritt 400 wird ein vom Sauerstoffsensor 36 abgegebenes Ausgangssi gnal während der Durchführung der Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses erfaßt. Das Programm geht zum Schritt 410 über, bei dem das Minimum und Maximum des Ausgangssignals bestimmt werden. Dann wird im Schritt 420 und Schritt 430 bestimmt, ob das Minimum und das Maximum des Ausgangssignals innerhalb eines vorbestimmten Bereichs um einen Pegel VO zwischen dem Schwellwert VL und dem Schwellwert VH liegen. Wenn das Minimum im Schritt 420 nicht geringer als ein Schwellwert VL unterhalb des Pegels VO ist und wenn das Maximum im Schritt 430 nicht größer als ein Schweliwert VH oberhalb des Pegels VO ist, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist, wird festgestellt, daß der Sauerstoffsensor 36 kontaminiert und seine Funktion dadurch verschlechtert ist. Die Prüflampe 40 leuchtet dann im Schritt 440 auf, und das Programm beendet den Verfahrensablauf.
Die vorstehenden Verfahrensabläufe zur Feststellung einer Abnormalität des Sauerstoffsensors 36 können durchgeführt werden, wenn ein mit dem Sauerstoffsensor 36 versehenes Fahrzeug bei einer Verkehrsampel stoppt, oder wenn es in einer Garage kontrolliert und geprüft wird. Beim vorstehend genannten ersten bis vierten Ausführungsbeispiel wird die Verschlechterung des Sauerstoffsensors 36 erfaßt, jedoch können dieselben Verfahren zur Erfassung der Verschlechterung des Hilfs-Sauerstoffsensors 37 angewandt werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird bei einer in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung zur Erfassung der Abnormalität eines Sauerstoffsensors dieser Sauerstoffsensor als abnormal und seine Funktion als verschlechtert angesehen, wenn ein Ausgangssignal des Sauerstoffsensors bei einem mager eingestellten Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht unterhalb eines vorbestimmten Schwellwerts liegt, oder wenn ein Ausgangssignal des Sauerstoffsensors bei fett eingestelltem Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Verschlechterte Sauerstoffsensoren, die mit Silicium oder Blei kontaminiert sind und dadurch im Ergebnis einen erhöhten Ausstoß von NOx oder CO bei der Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses aufweisen, werden leicht und exakt erfaßt.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung zur Erfassung der Abnormalität eines Sauerstoffsensors werden das Minimum und das Maximum eines vorn Sauerstoffsensor abgegebenen Signals erfaßt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei prozeßgekoppelt-offener Regelung mager oder fett eingestellt wird. Der Sauerstoffsensor wird als abnormal und seine Funktion als verschlechtert angesehen, wenn wenigstens einer der Minimum- und Maximumwerte innerhalb eines vorbestimmten Ausgangssignal bereichs liegt. Verschlechterte Sauerstoffsensoren können somit leicht und exakt erfaßt werden.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung zur Erfassung der Abnormalität eines Sauerstoffsensors wird die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis eines vom Sauerstoffsensor abgegebenen Ausgangssignals durchgeführt. Wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors innerhalb eines vorbestimmten Ausgangssignalbereichs liegt, wird der Sauerstoffsensor als abnormal und daher seine Funktion als verschlechtert angesehen. Verschlecherte Sauerstoffsensoren werden leicht und exakt mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung erkannt.
Nun werden Beispiele erläutert, bei denen die Abnormalität des Sauerstoffsensors 36 durch die vorstehend genannten Verfahren erkannt wird.
Bei den nachfolgenden Beispielen ist der normale Sauerstoffsensor oder der verschlechterte Sauerstoffsensor 36 im Abgassystem eines Fahrzeugs montiert. Ausgangssignale des Sauerstoffsensors werden unter verschiedenen Bedingungen erfabt, beispielsweise bei Variation der Motordrehzahl oder des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses.

(Beispiel 1)

Spannungen der von mehreren Sauerstoffsensoren bei magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis abgegebenen Signale werden bei verschiedenen Motordrehzahlen gemessen. Die ausgestoßene Menge an Stickoxiden variiert in Abhängigkeit des Sauerstoffsensors. Tabelle 1 zeigt die Meßbedingungen und die Ergebnisse. In Tabelle 1 bezeichnen A und B Automobilmodelle, in denen die Sauerstoffsensoren montiert sind, und C und D bezeichnen Meßbedingungen. Die Bedingungen von C sind die folgenden: eine große Flubrate des Abgases, Motordrehzahl 1.500 U/m und Luftüberschußverhältnis λ = 1,04. Die Bedingungen von D sind die folgenden: eine geringe Flußrate des Abgases, Motordrehzahl 800 U/m und Luftüberschußverhältnis λ = 1,03. Die Muster Nr. 1 und Nr. 2 sind normale Sauerstoffsensoren, und Nr. 3 bis Nr. 5 sind verschlechterte Sensoren, die den Ausstoß an Stickoxiden erhöhen. Jeder sich ergebende Wert in Tabelle 1 ist der Durchschnitt von drei Messungen. Tabelle 1
Wie deutlich aus Tabelle 1 hervorgeht, werden bei den normalen Sauerstoffsensoren Nr. 1 und Nr.2 die Sensorausgangssignale im Bereich des mageren Luft/Kraftstoff- Verhältnisses kleingehalten, unabhängig von der Motordrehzahl. Bei den verschlechterten Sauerstoffsensoren Nr. 3 bis Nr. 5 werden andererseits die Sensorausgangssignale relativ groß. Bei einem vorbestimmten Schwellwert (z. B. 300 mV) werden daher Sauerstoffsensoren leicht als normal oder verschlechtert erkannt, in anderen Worten solche mit erhöhtem Ausstoß von NOx.
Die Tabelle 2 zeigt die bevorzugten Meßkonditionen. Tabelle 2

(Beispiel 2)

Spannungen der von mehreren Sauerstoffsensoren bei fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis abgegebenen Signale werden bei einer Vielzahl von Motordrehzahlen gemessen. Der ausgestoßene Anteil von Kohlenmonoxid variiert in Abhängigkeit des Sauerstoffsensors. Tabelle 3 zeigt die Meßbedingungen und die Resultate. In Tabelle 3 sind A und B gleich wie im Beispiel 1, und C und D sind ebenfalls gleich, mit Ausnahme des Luftüberschußverhältnisses λ = 0,97. Die Muster Nr. 1 und Nr. 2 sind normale Sauerstoffsensoren, und Nr. 3 und Nr. 4 sind verschlechterte Sensoren, die das Kohlenmonoxid ansteigen lassen. Jeder resultierende Wert in Tabelle 3 ist der Durchschnitt dreier Messungen. Tabelle 3
Wie deutlich in Tabelle 3 zu sehen ist, werden bei den normalen Sauerstoffsensoren Nr. 1 und Nr. 2 die Sensorausgangssignale bei fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis großgehalten, unabhängig von der Motordrehzahl. Bei den verschlechterten Sauerstoffsensoren Nr. 3 und Nr. 4 werden andererseits die Sensorausgangssignale relativ klein. Bei einem vorbestimmten Schwellwert (z. B. 700 mV) werden Sauerstoffsensoren daher leicht als normale oder verschlechterte erkannt, die das Ansteigen des CO-Ausstoßes ermöglichen.
Die Tabelle 4 zeigt die bevorzugten Meßbedingungen. Tabelle 4

(Beispiel 3)

Beim Beispiel 3 wird Luft/Kraftstoff-Verhältnis periodisch zwischen mager und fett verändert. Das Minimum und das Maximum der Spannungen der Ausgangssignale verschiedener Sauerstoffsensoren werden bei einer Vielzahl von Motordrehzahlen gemessen. Die Tabelle 5 zeigt die Meßergebnisse und die Resultate für NOx, und Tabelle 6 zeigt diese für CO. In den Tabellen 5 und 6 sind A und B gleich wie im Beispiel 1, und die Motordrehzahl für C und D ist ebenfalls gleich wie beim Beispiel 1. Das Luftüberschußverhältnis λ und der Umschaltzyklus (Hz) sind in Tabelle Tabelle 5 und 6 gleich. Die Muster Nr. 1 und 2 sind normale Sauerstoffsensoren und Nr. 3 bis Nr. 5 sind verschlechterte Sensoren. Tabelle 5 Tabelle 6
Wie deutlich aus Tabelle 5 und Tabelle 6 hervorgeht, ist bei den normalen Sauerstoffsensoren Nr. 1 und Nr. 2 der Unterschied der Sensorausgangssignale bei magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und fettem Luft/Kraftstoff- Verhältnis groß, unabhängig von der Motordrehzahl . Bei den verschlechterten Sauerstoffsensoren Nr. 3 bis Nr. 5 ist andererseits die Differenz der Sensorausgangs signale relativ klein. Mit zwei vorbestimmten Schwellwerten (z. B. 300 mV und 700 mV) werden Sauerstoffsensoren daher leicht als normale oder verschlechterte erkannt, die den Ausstoß an NOx oder CO erhöhen.
Tabelle 7 zeigt die bevorzugten Meßkonditionen. Tabelle 7

(Beispiel 4)

Im Beispiel 4 wird das Ausgangssignal nicht bei prozeßgekoppelt-offener Regelung, sondern bei geschlossener Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemessen. Das Minimum (bei magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis) und das Maximum (bei fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis) der Spannungen der Ausgangssignale verschiedener Sauerstoffsensoren werden während der geschlossenen Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemessen. Tabelle 8 zeigt die Meßbedingungen und die Resultate für NOx, und Tabelle 9 zeigt diese für CO. In den Tabellen 8 und 9 bezeichnen C und D Meßbedingungen, das heißt, das Automobilmodell A wird bei einer konstanten Drehzahl betrieben. Die Muster Nr. 1 und Nr. 2 sind normale Sauerstoffsensoren, und Nr. 3 und Nr. 4 sind verschlechterte Sensoren. Tabelle 8 Tabelle 9
Wie deutlich aus Tabelle 8 und Tabelle 9 hervorgeht, ist bei den normalen Sauerstoffsensoren Nr. 1 und Nr. 2 der Unterschied der Ausgangssignale zwischen magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und fettem Luft/Kraftstoff- Verhältnis (das heißt die Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum) groß. Bei den verschl echterten Sauerstoffsensoren Nr. 3 und Nr. 4 ist andererseits die Differenz der Sensorausgangssignale relativ klein. Mit zwei vorbestimmten Schwellwerten VL und VH, z. B. 250 mV und 850 mV, können daher Sauerstoffsensoren leicht als normale oder verschlechterte erkannt werden, mit anderen Worten als solche mit erhöhtem Ausstoß von NOx oder CO.
Die Abläufe beim fünften bis siebten Ausführungsbeispiel zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mittels der ESE 3 werden nun auf der Basis der korrespondierenden Flußdiagramme erläutert. Die Anordnungen des fünften bis siebten Ausführungsbeispiels weisen eine im wesentlichen identische Konstruktion auf, wie sie in der schematischen Ansicht gemäß Fig. 8 gezeigt ist.
Das fünfte Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 4 diskutiert. Der Arbeitsablauf zum Aufrechterhalten des mageren und dann des fetten Luft/Kraftstoff- Verhältnisses, zur Messung des Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 36 bei mageren und fetten Zuständen und die Bestimmung des Medianwerts des Ausgangssignals wird auf der Basis des Flußdiagramms gemäß Fig. 13 erläutert. Dieser Arbeitsablauf beginnt nach dem Warmlauf des Motors 2.
Im Schritt 500 wird die Regelung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses beendet, und die prozeßgekoppelt-offene Regelung beginnt. Im Schritt 501 wird das Luft/Kraftstoff- Verhältnis mager eingestellt (z. B. Luftüberschußverhältnis λ = 1,02) bei prozeßgekoppelt-offener Regelung durch Betätigung und Regulierung des Kraftstoffeinspritzventils 25 und wird für eine bestimmte Zeitdauer aufrechterhalten. Ein Ausgangssignal DL des Sauerstoffsensors 36 für den mageren Zustand wird im Schritt 520 erfaßt.
Dann wird im Schritt 530 das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett eingestellt (z. B. λ = 0,98) bei prozeßgekoppeltoffener Regelung durch Betätigung und Regulierung des Kraftstoffeinspritzventils 25 und wird für eine bestimmte Zeitdauer aufrechterhalten. Ein Ausgangssignal DR des Sauerstoffsensors 36 für den fetten Zustand wird im Schritt 540 erfaßt.
Wenn das Ausgangssi gnal DL des Sauerstoffsensors 36 im mageren Zustand nicht geringer als ein vorbestimmter Schwellwert VL (z. B. 400 mV) ist, wird der Sauerstoffsensor im Schritt 550 als abnormal erkannt, und die Prüflampe 40 wird dann im Schritt 560 eingeschaltet. Wenn andererseits das Ausgangssignal DR des Sauerstoffsensors 36 im fetten Zustand nicht größer als ein vorbestimmter Schwellwert VR (z. B. 700 mV) ist, so wird der Sauerstoffsensor im Schritt 570 als abnormal erkannt, und die Prüflampe 40 wird dann im Schritt 560 eingeschaltet.
Wenn der Sauerstoffsensor 36 im Schritt 550 oder im Schritt 570 als abnormal erkannt ist, wird der Medianwert VTH des Ausgangssignals DL im mageren Zustand und DR im fetten Zustand im Schritt 580 ermittelt. Das Programm geht zum Schritt 590 über, bei dem der Medianwert VTH als Schwellwert (Pegel) zur Unterscheidung von mager und fett bei der Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses festgesetzt wird, und beendet dann den Arbeitsablauf.
Wenn die Spannung des Ausgangssignals DL bei λ = 1,02 500 mV und die des Ausgangssignals DR bei λ = 0,98 900 mV beträgt, entspricht der Medianwert VTH 700 mV, wie dies in Fig. 14A dargestellt ist. Der Medianwert VTH wird als Schwellwert bei der Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses verwendet. Selbst wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 36 bei einer höheren oder niedrigeren Spannung oszilliert, wird die Mitte der Oszillation virtuell gleich dem Schwellwert. Dadurch werden magere und fette Zustände des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in geeigneter Weise voneinander unterschieden und in binäre Signale von 0 V und 5 V umgewandelt, wie dies in Fig. 14B dargestellt ist.
Der optimale Schwellwert wird entsprechend dem Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 36 festgelegt, wie vorstehend erläutert wurde. Selbst wenn der Sauerstoffsensor 36 kontarniniert und sein Ausgangssignal verschlechtert ist, werden die mageren und fetten Zustände exakt ermittelt, und das Luft/Krafts toff-Verhältnis wird in bevorzugter Weise geregelt.
Beim fünften Ausführungsbeispiel wird eine Abnormalität des Sauerstoffsensors 36 in einer ähnlichen Weise wie beim ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel ermittelt. Andere Verfahren können jedoch zur Erkennung der Abnormalität des Sauerstoffsensors angewandt werden. Beispielsweise sind jene des dritten und vierten Ausführungsbeispiels anwendbar.
Das sechste Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben werden. Der Arbeitsablauf zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses unter Verwendung des Minimums und Maximums des Ausgangssignals des Sauerstoffsensors 36 wird basierend auf dem Flußdiagramm gemäß Fig. 15 erläutert.
Im Schritt 600 wird die Regelung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses gestoppt, und die prozeßgekoppelt-offene Regelung beginnt. Im Schritt 610 wird das Luft/Kraftstoff- Verhältnis periodisch zwischen mager und fett bei prozeßgekoppelt-offener Regelung durch Betätigung und Regulierung des Kraftstoffeinspritzventils 25 verändert. Das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 36 im mageren und fetten Zustand wird im Schritt 620 erfaßt. Das Minimum VMIN und das Maximum VMAX des Ausgangssignals werden dann im Schritt 630 bestimmt. Selbst wenn ein Minimum oder Maximum des Ausgangssignals innerhalb eines vorbestimmten Ausgangssignalbereichs liegt, wird der Sauerstoffsensor 36 im Schritt 640 als abnormal erkannt, und die Prüflampe 40 wird dann im Schritt 650 eingeschaltet.
Wenn der Sauerstoff 36 im Schritt 640 als abnormal erkannt wird, wird der Medianwert VTH zwischen dem Minimum VMIN und dem Maximum VMAX im Schritt 660 bestimmt. Das Programm geht zum Schritt 670 über, indem der Medianwert VTH als Schwellwert zur Unterscheidung zwischen mager und fett bei der Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses festgesetzt wird, und beendet dann den Arbeitsablauf.
Wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 36 bei einer Spannung oszilliert, die höher als ein vorbestimmter Schwellwert VO ist, wird der Sauerstoffsensor 36 als abnormal angesehen, und der Medianwert VTH zwischen dem Minimum VMIN und dem Maximum VMAX wird als Schwellwert festgelegt, wie dies in Fig. 16A gezeigt ist. Selbst wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 36 abnormal ist, werden magere und fette Zustände des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses bei der Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in geeigneter Weise voneinander unterschieden und in binäre Signale von 0 V und 5 V umgewandelt, wie dies in Fig. 16B gezeigt ist.
Der optimale Schwellwert wird entsprechend dem Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 36 festgesetzt, wie dies vorstehend erläutert wurde. Selbst wenn daher der Sauerstoffsensor 36 kontaminiert ist und sein Ausgangssignal zu einer höheren oder niedrigeren Spannung verschoben wird, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in bevorzugter Weise gesteuert.
Das siebte Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert werden. Ein alternativer Arbeitsablauf zur Steuerung unter Verwendung des Medianwerts VTH des Ausgangssignals des Sauerstoffsensors 36 wird nun auf der Basis des Flußdiagramms gemäß Fig. 17 erläutert.
Wenn eine Abnormalität des Sauerstoffsensors 36 im Schritt 700 in der gleichen Weise erfaßt wird wie beim fünften oder sechsten vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel, wird der Medianwert VTH im Schritt 710 bestimmt. Das Programm geht zum Schritt 720 über, indem die Spannungen der Ausgangssignale des Sauerstoffsensors 36 bei der Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses proportional umgewandelt werden, basierend auf dem Medianwert VTH, wodurch das Ausgangssignal in ein normales Signal mit einer großen Amplitudenvariation umgewandelt werden kann, und das Programm beendet dann den Arbeitsablauf.
Die als Ausgangssignale des Sauerstoffsensors erzeugte Spannung wird gemäß Fig. 18 und Tabelle 10 umgewandelt. Tabelle 10
Wenn beispielsweise die Spannung des Ausgangssignals höher als ein vorbestimmter Schwellwert VO ist, wird ein Signal von 500 mV bei dem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1,02) in eines von 0 V umgewandelt und ein Signal von 900 mV bei dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (λ = 0,98) in eines von 1 V. Die Mitte der Amplitude des abnormal en Ausgangssignals des Sauerstoffsensors wird auf den vorbestimmten Schwellwert VO oder 500 mV korrigiert. Die Spannung eines abnormal en Signals wird nämlich proportional in das eines normalen Signals mit einer großen Variationsbreite umgewandelt. Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel X die gemessene Spannung und Y die umgewandelte Spannung bezeichnet, wird die Umwandlung auf der Basis der folgenden Umwandlungsgleichung durchgeführt:
Y = 2,5 X - 1250
Da ein Ausgangssignal in der vorstehend beschriebenen Weise kompliziert wird, selbst wenn das Signal zu einer höheren Spannung oder einer niedrigeren Spannung verschoben wird oder nur eine kleine Amplitude besitzt, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in angemessener Weise ermittelt unter Verwendung des vorbestimmten Schwellwerts VO und wird dadurch in bevorzugter Weise gesteuert.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird bei der Vorrichtung zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der Erfindung das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager oder fett durch eine prozeßgekoppelt-offene Regelung eingestellt, und der Medianwert eines Ausgangssignals des Sauerstoffsensors im mageren oder fetten Zustand wird ermittelt. Wenn festgestellt wird, daß der Sauerstoffsensor abnormal ist, wird der Medianwert als Schwellwert zur Unterscheidung zwischen magerem und fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei der Regelung festgelegt. Selbst wenn sich der Sauerstoffsensor durch Kontamination verschlechtert und ein abnorrnales Signal abgibt, wird dadurch die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in bevorzugter Weise durchgeführt.

Claims

1. Vorrichtung, die im Gebrauch die Abgasemission aus einer Brennkraftmaschine reguliert, mit:

Sauerstoffsensormitteln (M 2, M 6, M 11, M 15) zur Erzeugung eines Sauerstoffkonzentrationssignals, das die Konzentration im von einer Brennkraftmaschine abgegebenen Abgas angibt;

Schaltmitteln zum Umschalten vom geschlossenen Regelkreis zum Regulieren der Abgasemission basierend auf einem vorbestimmten Schwellwert und dem Wert des Sauerstoffkonzentrationssignals zum offenen Regelkreis;

Vorgabemitteln (M 3, M 7, M 12, M 17) für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur Einstellung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von Luft zu Kraftstoff in einer der Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Kraftstoff-Mischung auf fett oder mager bei offenem Regelkreis und zur Erfassung des Ausgangssignals der Sauerstoffsensormittel; und

Abnormalitätserfassungsmitteln (M 4, M 9,M 13, M 16) zur Festlegung, daß die Sauerstoffsensormittel abnormal sind, wenn das Sauerstoffkonzentrationssignal außerhalb normaler Werte liegt,

wobei die Abnormalitätserfassungsmittel (M 4, M 9, M 13, M 16) das Maximum und Minimum des Sauerstoffkonzentrationssignals bei offenem Regelkreis messen, während die Vorgabemittel (M 3, M 7, M 12, M 17) für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwischen mager und fett hin und her wechseln, dadurch gekennzeichnet,

daß die Abnormalitätserfassungsmittel (M 4, M 9, M 13, M 16) die Sauerstoffsensormittel (M 2, M 6, M 11, M 15) als abnormal festlegen, wenn wenigstens einer der Maximum- und Minirnumwerte innerhalb des Bereichs zwischen vorbestimmten ersten und zweiten Schwellwerten liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der, wenn die Abnormalitätserfassungsmittel (M 4, M 9, M 13, M 16) die Sauerstoffsensormittel (M 2, M 6, M 11, M 15) als abnormal festlegen, ein neuer Schweliwert (VTH) berechnet wird zur Unterscheidung zwischen mager und fett bei geschlossenem Regelkreis, um eine Regelung bei geschlossenem Regelkreis auf der Basis des neuen Schwellwerts (VTH) durchzuführen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit der der zweite vorbestimmte Schwellwert größer als der erste vorbestimmte Schwellwert ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der weiterhin die Abnormalitätserfassungsmittel (M 16), wenn sie festlegen, daß die Sauerstoffsensormittel abnormal sind, den neuen Schwellwert gemäß VTH = Vmin/2 + Vmax/2 berechnen und die Vorgabemittel (M 17) für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis dieses Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der Basis des neuen Schwellwerts und des Werts des Sauerstoffkonzentationssignals vorgeben.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Abnormalitätserfassungsmittel (M 16) bei als abnormal erkannten Sauerstoffsensormitteln einen Umwandlungsfaktor bestimmen, der auf dem Medianwert des Minimums und des Maximums des Ausgangssignals basiert, und ein umgewandeltes Sauerstoffkonzentrationssignal mit Hilfe des Umwandlungsfaktors berechnen, und die Vorgabemittel für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis dieses Luft/Kraftstoff-Verhältnis basierend auf dem Schwellwert und dem umgewandelten Sauerstoffkonzentrationssignal vorgeben.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Minimum- und Maximumwerte durch Mittelwertbildung aus mehreren Messungen bestimmt werden.