DE69208401T2

DE69208401T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen von Katalysator-Funktionsstörungen

Info

Publication number: DE69208401T2
Application number: DE69208401T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Arthur Cook; Douglas Ray Hamburg
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1992-06-22
Publication date: 1996-07-04
Anticipated expiration: 2012-06-23
Also published as: EP0521641B1; EP0521641A1; DE69208401D1; JPH05196555A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um die Fehifunktion des Katalysators in einem Fahrzeug zu erfassen.
Es ist die Verwendung eines Katalysators, wie zum Beispiel eines Drei-Wege- Katalysators, im Abgassystem eines Automobus bekannt, um die verschiedenen Arten von Emissionen zu verringern. Ebenso ist der Versuch bekannt, den Zustand des Katalysators durch die Verwendung von Sauerstoffsensoren in den Abgasen zu bestimmen, wie zum Beispiel mit einem aufgeheizten Fühler für den Sauerstoff in den Abgasen (heated exhaust gas oxygen sensor, HEGO), der unterhalb vom Katalysator angeordnet ist. Ebenso ist die Verwendung eines solchen HEGO- Fühlers bekannt, um eine verbesserte Leistung des Regelkreises des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für den Motor des Fahrzeuges zu erreichen. Es wäre wünschenswert, den HEGO-Fühler zur Bestimmung des Zustandes des Katalysators durch die Verwendung der Frequenz des Grenzzyklus als Indikator für die Abnutzung des Katalysators einzusetzen.
US-A-4,662,809 offenbart ein Verfahren zum Prüfen und zum Einstellen von Abgaskatalysatorsteuerungssystemen von Verbrennungsmotoren, in denen das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mittels eines Prüfkopfs geregelt wird, der im Abgasstrom über dem Katalysator angeordnet ist, während der Abgasstrom unterhalb vom Katalysator von einem weiteren Priifkopf ausgewertet wird. Es werden der Durchschnittswert der Spannung und die Größe der Amplitude des vom Meßkopf erzeugten Signais bestimmt, und sie dienen zur Einstellung des Funktionspunktes des Steuerungssystems und zur Erkennung der Wirksamkeit des Katalysators.
Diese Erfindung lehrt die Verwendung des Einflusses des Katalysators auf die Closed-Loop-Wirkungsweise einer Luftlkraftstoff-Schleife des Regelkreises, um Fehlfunktionen im Katalysator zu erfassen. Insbesondere schlägt die Erfindung die Überwachung der Fluktuationen der Amplitude des Ausgabesignals des HEGO- Fühlers unterhalb vom Katalysator vor, wenn der Gewinn der Schleife des Regelkreises, umfassend den Katalysator und den Motor, auf gewisse Pegel eingestellt ist. Wenn ein Motor mit einem Katalysator mit hohem Konversionsvermögen betrieben wird und der Gewinn der Schleife des Regelkreises auf einen niedrigen Wert eingestellt ist, wird die Ausgabe des HEGO- Fühlers unterhalb vom Katalysator mit einer großen Amplitude bei einer unspezifischen Frequenz fluktuieren. Wenn die Einstellung des Gewinns der Schleife des Regelkreises erhöht wird, wird die Ausgabe des HEGO-Fühlers mit einem definierten Grenzzyklusmodus bei einer relativ niedrigen Frequenz fluktuieren.
Wenn man den Katalysator durch einen solchen ersetzt, der ein niedrigeres Konversionsvermögen aufweist, und der Gewinn der Schleife des Regelkreises niedrig eingestellt wird, wird die Ausgabe des HEGO-Fühlers unterhalb vom Katalysator auf eine im wesentlichen zufällig verteilte Weise mit einer Amplitude fluktuieren, die kleiner als jene ist, die vom Katalysator mit hohem Konversionsvermögen bereitgestellt wird, und die Ausgabe des HEGO-Fühlers wird mit einem gut definierten Grenzzyklusmodus bei einer Frequenz fluktuieren, die höher als jene ist, die für den besseren Katalysator beobachtet wird. Um eine reine Schwingung des Grenzzyklus zu erzeugen, muß der Closed-Loop-Gewinn für den Katalysator mit niedrigerem Konversionsvermögen höher eingestellt werden, als für den besseren Katalysator.
Wenn schließlich der Katalysator durch einen erschöpften oder einen unwirksamen Katalysator ersetzt wird und der Closed-Loop-Gewinn niedrig eingestellt wird, wird die Ausgabe des HEGO-Fühlers unterhalb vom Katalysator auf eine im wesentlichen zufällig verteilte Weise mit einer Amplitude fluktuieren, die kleiner als jene ist, die von aktiven Katalysatoren bereitgestellt wird. Wenn der Closed-Loop Gewinn beim erschöpften Katalysator erhöht wird, wird die Ausgabe des HEGO- Fühlers mit einem gut definierten Grenzzyklusmodus bei einer Frequenz fluktuieren, die höher als jene ist, die bei aktiven Katalysatoren erhalten wird. Um eine reine Schwingung des Grenzzyklus zu erzeugen, muß der Closed-Loop-Gewinn für den erschöpften Katalysator höher eingestellt werden als für aktive Katalysatoren. Die Erfindung schließt den Gedanken des Varuerens des Gewinns des Regelkreises ein, um mit den Eigenschaften eines beliebigen überwachten Katalysators verträglich zu sein, so daß eine optimale Closed-Loop-Betriebsweise zwecks zuverlässiger Auswertung des Katalysators erreicht werden kann.
Folglich stellt diese Erfindung ein Verfahren bereit, um die Abnahme des Konversionsvermögens eines Katalysators unter normalen Betriebsbedingungen eines Motors zu erfassen. Die Verschlechterung wird durch die Untersuchung der Amplitude der Fluktuationen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses erfaßt, die entstehen, wenn ein HEGO-Fühler unterhalb vom Katalysator in einer Luftlkraftstoff-Schleife des Regelkreises mit niedrigem Gewinn verwendet wird. Dies kann durch Graphen der Spannungsausgabe des HEGO-Fühlers für eine Rückkopplung von einem HEGO-Fühler, der unterhalb vom Katalysator angeordnet ist, für verschiedene Konversionsvermögen des Katalysators gekennzeichnet werden.
Die Erfindung wird nun weiterhin auf dem Wege eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
Abbildung 1a eine graphische Darstellung der Spannung aus dem HEGO-Fühler unterhalb vom Katalysator gegen die Zeit ist, für einen niedrigen Gewinn des Regelkreises und einen Katalysator mit hohem Konversionsvermögen;
Abbildung 1b eine Spannungsabgabe aus dem HEGO-Fühler unterhalb vom Katalysator gegen die Zeit ist, für einen niedrigen Gewinn des Regelkreises und einen Katalysator mit mittlerem Konversionsvermögen;
Abbildung 1c eine Spannungsabgabe aus dem HEGO-Fühler unterhalb vom Katalysator gegen die Zeit ist, für einen niedrigen Gewinn des Regelkreises und einen Katalysator mit einem Konversionsvermögen gleich null;
Abbildung 2 ein typisches Blockdiagramm für die Schaltung von zwei HEGO- Fühlern und deren Beziehung zu einem Katalysator ist;
Abbildung 3 ein Blockdiagramm einer Anordnung zur Signalverarbeitung aus einem EGO-Fühler unterhalb vom Katalysator ist, im Einklang mit einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung;
Abbildung 4 ein logisches Fließdiagramm im Einklang mit einer Ausführungsform dieser Erfindung ist, worin ein niedriger Gewinn verwendet und die Amplitude des Signais des EGO-Fühlers gemessen wird, wobei eine große Amplitude einen hohen Wirkungsgrad und eine kleine Amplitude einen geringen Wirkungsgrad anzeigt;
Abbildung 5 ein logisches Fließdiagramm im Einklang mit einer Ausführungsform dieser Erfindung ist, worin der Gewinn des Regelkreises solange erhöht wird, bis die Amplitude des Signals des EGO-Fühlers einen vorbestimmten Wert erreicht, und der Gewinn des Regelkreises dann mit einem vorbestimmten Wert für den Gewinn des Regelkreises verglichen wird, wobei ein höherer Gewinn ein geringeres Konversionsvermögen anzeigt; und
Abbildung 6 ein logisches Fließdiagramm im Einklang mit einer Ausführungsform dieser Erfindung ist, worin der Gewinn des Regelkreises solange erhöht wird, bis die Grenzzyklusbetriebsweise beginnt, und der Gewinn dann konstant gehalten wird, wobei die Frequenz der Grenzzyklusbetriebsweise den Ausfall des Katalysators anzeigt, wenn sie höher als eine vorbestimmte, abgespeicherte Frequenz für die Grenzzyklusbetriebsweise ist.
Als Veranschaulichung für diese Erfindung wird die Ausgabespannung eines unterhalb eines Katalysators angeordneten HEGO-Fühlers in den Abbildungen 1a, 1b und 1c für niedrige Gewinne des Regel kreises jeweils für einen Katalysator mit hohem Wirkungsgrad, einen Katalysator mit mittlerem Wirkungsgrad und einen erschöpften Katalysator gezeigt.
Unter Bezugnahme auf Abbildung 2 erzeugt eine Vorrichtung 20 zum Dosieren von Kraftstoff ein Steuerausgabesignal für einen Motor 21, der dann Abgase für einen Auspuffkrümmer 22 erzeugt. Der Abgasstrom trifft dann zunächst auf einen EGO- Fühler 23, der sich oberhalb vom Katalysator 24 befindet. Der Abgasstrom bewegt sich dann auf einen EGO-Fühler 25 zu, der sich unterhalb vom Katalysator befindet. Die Signale aus den EGO-Fühlern 23 und 25 werden dann einer Signalverarbeitungs- und Steuerungsvorrichtung 26 zugeführt. Die Ausgabe aus der Steuerungsvorrichtung 26 wird dem Treibstoffdosiersystem 20 zugeführt. Die Ausführungsformen dieser Erfindung sind anwendbar, wenn ein Sauerstoffsensor für die Abgase für jeden der EGO-Fühler 23 und 25 verwendet wird. Alternativ kann der obere EGO-Fühler 23 ein universeller EGO-Fühler (UEGO) sein, der eine lineare Ausgabe liefert. Der untere EGO-Fühler 25 wird als beheizter Fühler für Sauerstoff in den Abgasen ausgewählt. Ferner kann die nachstehend beschriebene erste Ausführungsform auch verwendet werden, wenn für die Fühler 23 und 25 ein UEGO verwendet wird.
Bei der Analyse von Abbildung 1 erkennt man, daß die Amplitude eine Funktion der Drehzahl und des Drehmomentes des Motors sein kann. Es ist jedoch der Versuch erwünscht, die Analyse von der Drehzahl und dem Drehmoment des Motors unabhängig zu machen. Ferner ist der Spitzen-Spitzenwert eines Signals für die Ziele dieser Erfindung wichtig, und der Gleichstromwert des Signals kann vernachlässigt werden.
Unter Bezugnahme auf Abbildung 3 würde in einer Variante der Erfindung der Gewinn der Luftlkraftstoff-Schleife des Regelkreises hinter dem Katalysator während der Zeitspanne der Katalysatorprüfung auf einen niedrigen Wert gesetzt werden. Es kann vorteilhaft sein, zum frühestmöglichen Zeitpunkt nach dem Beginn der Closed-Loop-Betriebsweise des Motors zu testen, und dann nicht länger als zirka 20 Sekunden. Der Ausdruck "niedriger Wert" bedeutet in diesem Falle, daß der Gewinn nicht hoch genug ist, eine definierte Schwingung des Grenzzyklus zu erzeugen, wenn das Konversionsvermögen des Katalysators sehr hoch ist. Wie vorstehend angemerkt wurde, würden die Fluktuationen der Amplitude der Ausgabe des HEGO-Fühlers hinter dem Katalysator unter diesen Bedingungen groß sein, unter der Voraussetzung, daß das Konversionsvermögen des Katalysators hoch ist. Wenn das Konversionsvermögen des Katalysators nachlassen sollte und der Gewinn des Regelkreises nicht verändert wird, würde die Amplitude der Fluktuationen der Ausgabe des HEGO-Fühlers ebenso abnehmen.
In dieser Variante der Erfindung wird jegliche Verschlechterung des Konversionsvermögens des Katalysators durch die Suche nach einer Abnahme der Amplitude der Fluktuationen der Ausgabespannung des HEGO-Fühlers erfaßt, die mit dem für einen guten Katalysator gemessenen Wert verglichen wird. Insbesondere wird der Katalysator, wenn die Amplitude der Fluktuationen der Ausgabespannung des HEGO-Fühlers unter einen vorbestimmten Wert fällt (wie zum Beispiel mit einem herkömmlichen Detektorschaltkreis für die Amplitude gemessen wird> , als defekt beurteilt, und es kann das Licht der Störungsanzeige angeschaltet werden, wenn dies erwünscht ist. Die Betriebsweise wird im Einklang mit dieser Erfindung vorzugsweise im Fenster des Katalysators gehalten. Eine Weise, dieses zu unterstützen, besteht in der Verwendung der Temperatur des HEGO-Fühlers hinter dem Katalysator, um den Luft/Kraftstoff-Sollwert des Regelkreises einzustellen, um die Steuerung des Verhältnisses Luft/Kraftstoff unabhängig von der Temperatur des Ausstoßes genau zu halten. Alternativ könnte die Temperatur des HEGO-Fühlers gesteuert werden, um jegliche Einflüsse der Temperatur der Abgase auszugleichen.
Unter Bezugnahme auf Abbildung 4, die das logische Fließdiagramm für diese erste Variante zeigt, startet die Überwachung des Katalysators mit Block 400. Der logische Fluß führt zum Block 401, worin der Gewinn der Schleife des Regelkreises des Sauerstoffsensors für die Abgase hinter dem Katalysator auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird. Der logische Fluß führt dann zu einem Entscheidungsblock 402, worin die Amplitude des Sauerstoffsensors für die Abgase hinter dem Katalysator mit einem abgespeicherten Wert verglichen wird. Wenn die Amplitude des Sauerstoffsensors för die Abgase hinter dem Katalysator nicht kleiner als der abgespeicherte Wert ist, endet der Test. Wenn die Amplitude kleiner als der abgespeicherte Wert ist, führt der logische Fluß zu einem Block 403, worin ein Licht zum Anzeigen einer Fehlfunktion erleuchtet wird.
Zusammenfassend wird in der ersten Variante ein niedriger Gewinn auf die Schleife des Regelkreises hinter dem Katalysator appliziert, und es wird die Ausgabe des EGO-Fühlers hinter dem Katalysator untersucht. Die verwendeten Kriterien sind, daß ein hohes Konversionsvermögen Luftlkraftstoff-Fluktuationen mit großer Amplitude ergibt, und daß ein niedriges Konversionsvermögen Luft/Kraftstoff-Fluktuationen mit kleiner Amplitude ergibt. Typische Ausgabewerte des EGO-Fühlers sind in den Abbildungen 1a, 1b und 1c gezeigt.
Im Einklang mit dieser ersten Ausführungsform der Erfindung und unter Bezugnahme auf Abbildung 3 besitzt ein Drei-Wege-Katalysator 30 einen darunter befindlichen EGO-Fühler 31, der eine einzelne Ausgabe einem Tiefpaßfilter 32 zuführt. Der Tiefpaßfilter ist insofern wünschenswert, als er jegliches Luft/Kraftstoff-Hochfrequenzrauschen eliminiert, das vom Motor erzeugt wird. Der Weg des Signals vom Tiefpaßfilter 32 führt zu einem Amplitudendetektor 33. Falls erwünscht, könnte ein getrennter Wechselrichter für das Signal an Stelle vom Amplitudendetektor 33 zum Entfernen des Gleichstrompegels verwendet werden, und das Ergebnis könnte dann vollständig gleichgerichtet werden. Der Signalfluß vom Amplitudendetektor 33 führt durch die aufeinanderfolgenden Blöcke eines Drehzahl- und Drehmomentsteueranschlusses 34, eines Probe- und Haltestromkreises 35, eines laufenden Mittelstromkreises 36 und dann eines Steuerstromkreises 37 für eine Leuchtanzeige für die Fehlfunktion. Ein Block 38 appliziert ein Steuersignal für die Drehzahl und das Drehmoment sowohl auf den Drehzahl- und Drehmomentsteueranschluß 34 als auch auf den Probe- und Haltestromkreis 35. Der Block 38 enthält Informationen darin, typisch aus den Ausgaben der Fühler des Motors bezüglich des Betriebsmodus des Motors. Der Block 38 wird zum Beschränken der Funktion auf gewisse Bereiche der Drehzahl und der Belastung verwendet, um eine gewünschte Genauigkeit in der Betriebsweise aufrechtzuerhalten.
In einer anderen Variante der Erfindung wiirde die Durchführung des Überwachungsschemas des Katalysators wie vorstehend beschrieben durch das automatische Einstellen des Gewinns der Schleife des Regelkreises modifiziert werden, um die Amplitude der Ausgabe des HEGO-Fühlers auf irgendeinem bestimmten Wert zu halten. Auf diese Weise würde der Gewinn, wenn das Konversionsvermögen des Katalysators sinkt, automatisch ansteigen. Die Erfindung würde wirken, indem sie den Punkt erfaßt, wo der Gewinn einen vorbestimmten Pegel überschreitet, und sie würde dann diese Bestimmung als Kriterium för das Versagen des Katalysators verwenden. Wenn der Gewinn den vorbestimmten Pegel übersteigt, kann die Leuchtanzeige für die Störung betätigt werden, wenn dies erwünscht ist.
Unter Bezugnahme auf Abbildung 5 wird in einer zweiten Variante dieser Erfindung der Überwachungstest für den Katalysator im Block 500 gestartet, und der logische Fluß führt zu einem Block 501. Im Block 501 wird der Gewinn der Schleife des Regelkreises des Sauerstoffsensors der Abgase hinter dem Katalysator auf einen niedrigen Wert eingestellt. Der logische Fluß führt zu einem Block 502, worin eine Zunahme des Gewinns der Schleife des Regelkreises des Sauerstoffsensors der Abgase hinter dem Katalysator um einen geeigneten Betrag stattfindet. Der logische Fluß führt dann zu einem Entscheidungsblock 503, worin die Amplitude des Sauerstoffsensors der Abgase hinter dem Katalysator mit einem voreingestellten Wert verglichen wird. Wenn sie nicht größer als der voreingestellte Wert ist, führt der logische Fluß zurück zum Block 502. Wenn die Amplitude des Sauerstoffsensors der Abgase hinter dem Katalysator größer als der voreingestellte Wert ist, führt der logische Fluß zurück zu einem Entscheidungsblock 504. Im Entscheidungsblock 504 wird der Gewinn der Schleife des Regelkreises des Sauerstoffsensors der Abgase hinter dem Katalysator mit einem gespeicherten Wert verglichen. Wenn er nicht größer als der gespeicherte Wert ist, endet der Test. Wenn er größer als der gespeicherte Wert ist, führt der logische Fluß zu einem Block 505, worin eine Leuchtanzeige für die Störung betätigt wird.
Zusammenfassend wird für die zweite Variante anfänglich ein niedriger Gewinn in der Schleife des Regeikreises verwendet. Während der Zeitdauer der Prüfung des Katalysators, wird der Gewinn des Regelkreises solange verstärkt, bis die Fluktuationen der Amplitude des EGO-Fühlers hinter dem Katalysator einen gewissen Wert erreichen. Das bedeutet, daß ein hohes Konversionsvermögen einen niedrigen Gewinn zum Erzeugen einer gut definierten Ausgabe aus dem EGO- Fühler voraussetzt. Ein niedriges Konversionsvermögen benötigt einen hohen Gewinn zum Erzeugen einer gut definierten Ausgabe. Die Anzeige des Versagens des Katalysators würde in diesem Fall stattfinden, wenn der zum Erzeugen einer gut definierten Ausgabe benötigte Gewinn einen bestimmten Schwellenwert übersteigen würde.
In einer dritten Variante der Erfindung würde der Gewinn der Schleife des Regelkreises hinter dem Katalysator anfänglich auf einen niedrigen Wert eingestellt werden, am Anfang der Zeitspanne für die Prüfung des Katalysators, genau wie bei den anderen Varianten. Der niedrige Wert für den Gewinn ist notwendig, um eine inakzeptabel große Amplitude der Schwingung des Grenzzyklus zu vermeiden, die den Katalysator sättigen würde. Der Gewinn würde dann so lange erhöht werden, bis sich eine klar bestimmte Schwingung des Grenzzyklus entwickeln würde, wie von der Ausgabe des HEGO-Fühlers hinter dem Katalysator angezeigt wird. Sobald eine definierte Schwingung des Grenzzyklus erfaßt wird, wird der Gewinn über die verbleibende Zeitdauer des Tests hinweg konstant gehalten und die Frequenz des Grenzzyklus bestimmt werden. Der Fall des Versagens des Katalysators würde dann angenommen werden, wenn die Frequenz des Grenzzyklus höher als ein gewisser vorbestimmter Wert ist. Eine solche Bestimmung könnte in der elektronischen Recheneinheit für die Motorsteuerung durchgeführt werden, indem die Zeitdauer zwischen den Schaltvorgängen der EGO-Fühler beobachtet wird; wenn die Schaltdauer unter irgendeinen vorbestimmten Wert fällt, wäre dies ein Hinweis auf das Versagen des Katalysators.
Um eine klar definierte Schwingung des Grenzzyklus mit diesem Schema festzulegen, müßte der Gewinn des Regelkreises für Katalysatoren mit geringerem Konversionsvermögen höher gesetzt werden als für Katalysatoren mit hohem Konversionsvermögen. Eine mögliche Schwierigkeit mit dieser Variante der Erfindung besteht darin, daß die Bestimmung der Frequenz des Grenzzyklus etwas unvorhersehbar sein könnte, wenn das Konversionsvermögen des Katalysators hoch ist. Tatsächlich deuten die Messungen darauf hin, daß bei Katalysatoren mit hohem Konversionsvermögen zahlreiche verschiedene Frequenzen des Grenzzyklus für die gleiche Einstellung des Gewinns auftreten können, je nach der vorausgegangenen Arbeitsweise des Katalysators. Jedoch können alle diese unterschiedlichen Frequenzen niedriger als jene besonderen Frequenzen des Grenzzyklus liegen, die fehlerhaften Katalysatoren entsprechen.
Unter Bezugnahme auf Abbildung 6 beginnt der logische Fluß für eine dritte Variante dieser Erfindung im Block 600, worin der Überwachungstest für den Katalysator gestartet wird. Der logische Fluß führt dann zu einem Block 601, worin der Gewinn der Schleife des Regelkreises des Sauerstoffsensors der Abgase hinter dem Katalysator auf einen niedrigen Wert eingestellt wird. Der logische Fluß führt dann zu einem Block 602, worin eine Zunahme des Gewinns der Schleife des Regelkreises des Sauerstoffsensors der Abgase hinter dem Katalysator um einen geeigneten Betrag stattfindet. Der logische Fluß führt dann zu einem Entscheidungsblock 603, worin die Amplitude des Sauerstoffsensors der Abgase hinter dem Katalysator der Amplitude des Grenzzyklusmodus gleichgesetzt wird. Wenn die Amplitude nicht gleich der Amplitude im Grenzzyklusmodus ist, kehrt der logische Fluß zum Block 602 zurück. Wenn die Amplitude die Amplitude im Grenzzyklusmodus erreicht hat, führt der logische Fluß zu einem Entscheidungsblock 604. Im Entscheidungsblock 604 wird der Wert der Frequenz des Grenzzyklus hinter dem Katalysator mit einem abgespeicherten Wert für die Frequenz verglichen. Wenn der Wert der Frequenz des Grenzzyklus hinter dem Katalysator nicht größer als der abgespeicherte Frequenzwert ist, endet der Test. Wenn der Wert der Frequenz des Grenzzyklus hinter dem Katalysator größer als der abgespeicherte Frequenzwert ist, führt der logische Fluß zu einem Block 605, worin eine Leuchtanzeige für die Störung betätigt wird.
Zusammenfassend wird für die dritte Variante der Gewinn des Regelkreises solange von einem niedrigen Anfangswert verstärkt, bis er hoch genug ist, um eine relativ reine Schwingung des Grenzzyklus zu erzeugen. Zu diesem Zeitpunkt wird der Gewinn konstant gehalten und die Frequenz des Grenzzyklus gemessen. Zunächst wird ein niedriger Gewinn verwendet, um das Übersteuern des Katalysators zu vermeiden, das eine Vielfalt von Frequenzen für den Grenzzyklus ergeben könnte. So stützt sich in diesem dritten Fall der Hinweis auf das Versagen des Katalysators auf eine Kombination aus dem Gewinn des Regelkreises, der zum Erzeugen einer Schwingung des Grenzzyklus benötigt wird, und dem Wert der Frequenz des Grenzzyklus.
Geschlossene Regelkreise für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, die die Rückkopplung von einem HEGO-Fühler hinter dem Katalysator verwenden, werden gleichermaßen die Rückkopplung von einem HEGO-Fühler vor dem Katalysator verwenden. In allen hierin erörterten Varianten der Erfindung muß der Gewinn einer solchen Schleife des Regeikreises, die den HEGO-Fühler vor dem Katalysator einschließt, während der Zeitspanne des Austestens des Katalysators auf einen niedrigen Wert gesetzt werden, um jegliche wahrnehmbare Schwingung des Grenzzyklus jener Schleife zu vermeiden. Täte man dies nicht, könnten die Schwingungen des Grenzzyklus vor dem Katalysator die Messungen der Amplitude/Frequenz des HEGO-Fühlers hinter dem Katalysator, auf die sich die Erfindung stützt, verbergen. Wenn ein UEGO- Fühler anstatt eines HEGO-Fühlers als Fühler vor dem Katalysator verwendet würde, bestünde selbstverständlich keine Notwendigkeit, die Schleife des Regelkreises vor dem Katalysator in einem Grenzzyklusmodus zu betreiben, und der Gewinn jener Schleife müßte nicht auf einen niedrigen Wert eingestellt werden. Ebenso sollte angemerkt werden, daß der HEGO-Fühler hinter dem Katalysator gleichermaßen durch einen UEGO-Fühler ersetzt werden könnte. Würde man dieses tun, wären die ersten zwei Varianten der Erfindung (d.h. die Methoden mit der Amplitudenmessung) noch anwendbar, aber die Methode mit der Frequenz des Grenzzyklus wäre es im allgemeinen nicht mehr.
Zusammenfassend ist es erwünscht, um sicherzustellen, daß die drei vorstehenden Varianten korrekt funktionieren, daß keine Amplitudenmodulation des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wegen des höhergelegenen HEGO-Fühlers (vor dem Katalysator) auftritt. Mögliche Wege, dieses zu gewährleisten, umfassen 1) das Abschalten der Schleife des Regelkreises vor dem Katalysator während des Prüfungsvorgangs auf den Katalysator (einen HEGO-Fühler mit Grenzzyklussteuerung vorausgesetzt), oder 2) die Verwendung eines universalen EGO-Fühlers, d.h. eines Fühlers mit linearem Antwortverhalten für die Schleife des Regelkreises vor dem Katalysator, die keinen Grenzzyklus erzeugt, oder 3) das Herausfiltern der Ausgabe aus dem EGO-Fühler hinter dem Katalysator, synchron zum Grenzzyklus vor dem Katalysator.

Claims

1. Ein Verfahren zur Erfassung der Fehlfunktion eines Katalysators in einem Fahrzeug, umfassend die Schritte:

des Bereitstellens einer Schleife des Regelkreises zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses als Funktion eines Signals von einem Sauerstoffsensor in den Abgasen unterhalb vom Katalysator;

des Einstellens des Gewinns des Regeikreises in der Schleife des Regeikreises auf einen niedrigen Anfangswert;

des Verstärkens des Gewinns des Regel kreises bis eine gewünschte Eigenschaft der Fluktuationen der Ausgabe des Sauerstoffsensors in den Abgasen erreicht wird; und

des Feststellens der Fehlfunktion des Katalysators als Funktion dieser Eigenschaft der Fluktuationen der Ausgabe des Sauerstoffsensors in den Abgasen oder des zum Erreichen dieser Eigenschaft notwendigen Gewinns des Regelkreises.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Verstärkens des Gewinns des Regelkreises durchgeführt wird, bis eine vorbestimmte Amplitude der Fluktuationen der Ausgabe des Sauerstoffsensors in den Abgasen erreicht wird, und der Schritt des Feststellens der Fehlfunktion des Katalysators die Bestimmung des Gewinns des Regelkreises umfaßt, seinen Vergleich mit einem vorbestimmten Gewinn des Regelkreises, und das Anzeigen einer Fehlfunktion, wenn der Gewinn des Regelkreises größer als der vorbestimmte Gewinn des Regelkreises ist.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 2, worin eine automatische Anpassung des Rückkopplungsgewinns der Schleife des Regelkreises stattfindet, um die Fluktuationen der Ausgabe des Sauerstoffsensors in den Abgasen bei der vorbestimmten Amplitude zu halten, so daß der Gewinn automatisch steigt, wenn das Konversionsvermögen des Katalysators nachläßt.

4. Ein Verfahren nach Anspruch 1, worin der Gewinn der Schleife des Regelkreises hinter dem Katalysator zu Beginn des Zeitraumes der Prüfung des Katalysators auf einen niedrigen Wert eingestellt wird, um eine Schwingung des Grenzzyklus mit großer Amplitude zu vermeiden, die den Katalysator sättigen würde, und wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

des Verstärkens des Gewinns, bis sich eine klar definierte Schwingung des Grenzzyklus entwickelt, wie von der Ausgabe des Sauerstoffsensors in den Abgasen hinter dem Katalysator angezeigt wird;

des Haltens des Gewinns während der übrigen Zeitdauer der Prüfung auf einem konstanten Wert;

des Bestimmens der Frequenz des Grenzzyklus; und

des Feststellens der Fehlfunktion des Katalysators, wenn die Frequenz des Grenzzyklus über einem gewissen, vorbestimmten Wert liegt.

5. Ein Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die Schritte:

des Verstärkens des Gewinns in der Schleife des Regeikreises, bis die Fluktuationen der Amplitude der Ausgabe des EGO-Fühlers hinter dem Katalysator einen vorbestimmten Wert erreichen;

des Feststellens, daß ein hohes Konversionsvermögen vorliegt, wenn ein niedriger Gewinn zum Erzeugen des vorbestimmten Wertes benötigt wird;

des Feststellens, daß ein niedriges Konversionsvermögen vorliegt, wenn ein hoher Gewinn zum Erzeugen des vorbestimmten Wertes benötigt wird;

des Bestimmens der Größe des zum Erzeugen des vorbestimmten Wertes benötigten Gewinns; und

des Feststellens einer Fehlfunktion des Katalysators, wenn der Gewinn über einer vorbestimmten Größe liegt.

6. Eine Vorrichtung zum Erfassen der Fehlfunktion des Katalysators in einem Fahrzeug, die einen Sauerstoffsensor in den Abgasen hinter dem Katalysator verwendet, umfassend:

eine Schleife des Regelkreises zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses als Funktion des Signals aus dem Sauerstoffsensor in den Abgasen;

eine Vorrichtung, um den Gewinn der Schleife des Regelkreises hinter dem Katalysator anfänglich auf einen niedrigen Wert einzustellen, zu Beginn des Zeitraumes der Prüfung des Katalysators, um eine große Amplitude der Schwingung des Grenzzyklus zu vermeiden, die den Katalysator sättigen würde;

eine Vorrichtung zum Verstärken des Gewinns bis sich eine klar definierte Schwingung des Grenzzyklus entwickelt, wie von der Ausgabe des Sauerstoffsensors in den Abgasen hinter dem Katalysator angezeigt wird;

eine Vorrichtung, um den Gewinn während der übrigen Zeitdauer der Prüfung konstant zu halten;

eine Vorrichtung zum Bestimmen der Frequenz des Grenzzyklus; und

eine Vorrichtung zum Feststellen der Fehifunktion des Katalysators, wenn die Frequenz des Grenzzyklus höher als ein gewisser, vorbestimmter Wert liegt.

7. Eine Vorrichtung zum Erfassen der Fehlfunktion des Katalysators in einem Fahrzeug, die einen Sauerstoffsensor in den Abgasen hinter dem Katalysator verwendet, umfassend:

eine Vorrichtung zum Auferlegen eines niedrigen Gewinns auf eine Schleife des Regelkreises hinter dem Katalysator;

eine Vorrichtung zum Verstärken des Gewinns in der Schleife des Regelkreises, bis die Fluktuationen der Amplitude der Ausgabe des EGO-Fühlers hinter dem Katalysator einen vorbestimmten Wert erreichen;

eine Vorrichtung zum Bestimmen, daß ein hohes Konversionsvermögen vorliegt, wenn ein niedriger Gewinn zum Erzeugen des vorbestimmten Wertes benötigt wird;

eine Vorrichtung zum Bestimmen, daß ein niedriges Konversionsvermögen vorliegt, wenn ein hoher Gewinn zum Erzeugen des vorbestimmten Wertes benötigt wird;

eine Vorrichtung zum Bestimmen der Größe des zum Erzeugen des vorbestimmten Wertes benötigten Gewinns; und

eine Vorrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion des Katalysators, wenn der Gewinn über einer vorbestimmten Größe liegt.