DE69635917T2

DE69635917T2 - Feststellungsvorrichtung der Katalysatorverschlechterung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69635917T2
Application number: DE69635917T
Authority: DE
Inventors: Noritake Toyota-shi Mitsutani
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-10-26
Filing date: 1996-10-24
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2016-10-25
Also published as: EP1184548A3; DE69634580T2; EP1236873A2; EP0770767A1; EP0770767B1; EP1471221B1; EP1236873A3; EP1471221A3; DE69635916D1; DE69634349T2; DE69635916T2; EP1471220B1; EP1471220A3; EP1184548A2; US5737916A; DE69627100T2; DE69634349D1; EP1471220A2; EP1236873B1; DE69627100D1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Katalysatorverschlechterungs-Feststellungsvorrichtung, die zur Abgasreinigung für eine Brennkraftmaschine in einer Abgasleitung eingebaut ist.
2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Drei-Wege-Katalysatoren für eine gleichzeitige Förderung der Oxidation von unverbrannten Bestandteilen (HC und CO) und Reduktion von Stickstoffoxiden (NO_x) in Kraftfahrzeuggasen wurden für Kraftfahrzeugmotoren zur Steuerung der Abgasemissionen eingesetzt. Für einen maximalen Oxidations-/Reduktions-Wirkungsgrad des Drei-Wege-Katalysators muss das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F), eine Maßnahme des Motorverbrennungszustands, innerhalb eines sehr engen Bereichs (sogenanntes Fenster) eingestellt werden und muss auf stöchiometrische Verhältnisse gebracht werden. Um dies zu erreichen, ist in der Kraftstoffeinspritzsteuerung in einem Motor ein O₂-Sensor (Sauerstoffkonzentrationssensor – siehe 1) angebracht und dieser detektiert auf der Basis der Konzentration von Restsauerstoff in dem Abgas, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch auf einer mageren Seite oder einer fetten Seite liegt, und eine Rückkopplungssteuerung beziehungsweise Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird zur Korrektur der Kraftstoffmenge basierend auf der Sensorausgabe durchgeführt.
In einer solchen Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist der O₂-Sensor zur Detektion der Sauerstoffkonzentration so nahe wie möglich bei der Verbrennungskammer angebracht, das heißt auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators. Um Variationen in der Ausgabecharakteristik des O₂-Sensors zu kompensieren, wurde weiterhin für kommerzielle Zwecke ein doppeltes O₂-Sensorsystem mit einem zweiten O₂-Sensor auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators eingesetzt.
Das Prinzip dieses Systems basiert auf der Tatsache, dass auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators das Abgas gründlich vermischt ist und dass seine Sauerstoffkonzentration durch die Drei-Wege-Katalysator-Wirkung beinahe im Gleichgewichtszustand ist; und das konsequenterweise die Ausgabe des stromabwärtigen O₂-Sensors verglichen mit der des stromaufwärtigen O₂-Sensors nur leicht schwankt und er somit anzeigt, ob die Luft-/Kraftstoff-Mischung als Ganzes auf der fetten Seite oder der mageren Seite liegt. In dem doppelten O₂-Sensorsystem wird eine untergeordnete Rückkopplungssteuerung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter Verwendung des hinsichtlich des Katalysators stromabwärtigen O₂-Sensors zusätzlich zu der Rückkopplungshauptsteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch den hinsichtlich des Katalysators stromaufwärtigen O₂-Sensors durchgeführt und der Koeffizient für die Luft-Kraftstoff-Verhältniskorrektur durch die Rückkopplungshauptsteuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses wird basierend auf der Ausgabe des stromabwärtigen O₂-Sensors korrigiert, um Variationen in der Ausgabecharakteristik des stromaufwärtigen O₂-Sensors auszugleichen und um dadurch die Präzision der Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu verbessern.
Selbst falls eine solch präzise Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird, kann eine hinreichende Abgasreinigungsleistung nicht erhalten werden, wenn der Katalysator sich aufgrund der Abgaswärmeexposition verschlechtert oder durch Blei oder andere Kontaminationsmittel vergiftet wird. Um diese Problem zu überwinden, wurden verschiedene Katalysatorverschlechterungs-Feststellungsvorrichtungen im Stand der Technik vorgeschlagen. Eine solche Vorrichtung diagnostiziert die Verschlechterung des Katalysators durch Detektion einer Abnahme der O₂-Speicherungswirkung (die Funktion zur Speicherung überschüssigen Sauerstoffs und der Wiederverwendung von diesem zur Reinigung von nicht verbrannten Abgasemissionen) nach der Aufwärmung unter Verwendung eines O₂-Sensors, der auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators angebracht ist. Das heißt, die Verschlechterung des Katalysators führt zu einer Erniedrigung der Reinigungsleistung und die Vorrichtung ist schließlich in der Reinigungsleistung aufgrund einer Abnahme der O₂-Speicherungswirkung erniedrigt; genauer gesagt erhält die Vorrichtung durch Verwendung eines Ausgabesignals von dem stromabwärtigen O₂-Sensor eine Ansprechkurvenlänge, eine Rückkopplungsfrequenz, usw. und detektiert die Abnahme der O₂-Speicherungswirkung, und dadurch die Verschlechterung des Katalysator. In einem speziellen Beispiel, das in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 5-98948 (entsprechend dem U.S.-Patent Nr. 5,301,501) offenbart ist, wird die Ansprechkurvenlänge der Ausgabe des stromabwärtigen O₂- Sensors während der Rückkopplungssteuerung auf die Stöchiometrie erhalten und durch einen Vergleich seiner Ansprechkurvenlänge oder des Verhältnisses dieser Länge zu der Ansprechkurvenlänge des stromaufwärtigen O₂-Sensors mit einem Referenzwert wird die Verschlechterung des Katalysators bestimmt.
Andererseits wurde in den letzten Jahren ebenso eine Brennkraftmaschine entwickelt, in welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis derart gesteuert wird, dass der Drei-Wege-Katalysator eine konstante und stabile Reinigungsleistung gewährleistet. Das heißt, die O₂-Speicherungsfähigkeit ist derart, dass überschüssiger Sauerstoff adsorbiert wird, falls das Abgas in einem mageren Zustand vorliegt, und dass notwendiger Sauerstoff freigesetzt wird, falls das Abgas in einem fetten Zustand ist, um dadurch das Abgas zu reinigen; jedoch ist eine solche Fähigkeit beschränkt. Um einen effektiven Einsatz der O₂-Sauerstoffspeicherfähigkeit zu gewährleisten ist es deshalb wichtig, die in dem Katalysator bei einem vorbestimmten Niveau gespeicherte Sauerstoffmenge (zum Beispiel die Hälfte der maximalen Sauerstoffspeicherungsmenge) beizubehalten, so dass die nächste Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ausgeglichen werden kann, egal ob es eine Änderung zu einem fetten Zustand oder einem mageren Zustand ist. Falls die Sauerstoffmenge in dieser Weise beibehalten wird, kann eine stetige O₂-Absorptions-/Desorptions-Funktion erzielt werden, wodurch eine stetige Oxidations-/Reduktions-Leistung des Katalysators sichergestellt wird.
In der Brennkraftmaschine, in welcher die O₂-Speichermenge auf ein konstantes Niveau gesteuert ist, um die Reinigungsleistung des Katalysators beizubehalten, wird ein Sensor für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) (siehe 2), der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis linear detektieren kann, eingesetzt und die Rückkopplungssteuerung (F/B-Steuerung) wird basierend auf proportionalen und integralen Operationen (PI-Operationen) durchgeführt. Das heißt, eine Rückkopplungs-Kraftstoffkorrekturmenge wird folgendermaßen berechnet: Nächste Kraftstoffkorrekturmenge = KP × (momentaner Kraftstofffehler) + KS × Σ(vorherige Kraftstofffehler)wobei
Kraftstofffehler = (Kraftstoffmenge, die momentan im Zylinder verbrannt wird) – (Kraftstoffsollmenge in dem Zylinder mit stöchiometrischer Luftbefüllung)
Kraftstoffmenge, die momentan im Zylinder verbrannt wird = detektierter Luftmengenwert/detektierter Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
K_P = proportionaler Verstärkungsfaktor
K_S = integraler Verstärkungsfaktor
Wie aus der vorstehenden Gleichung für die Kraftstoffkorrekturmenge ersichtlich ist, ist der Proportionalterm die Komponente, die zur Beibehaltung des Luft-Kraftstoffverhältnisses auf stöchiometrischen Wert bei der Rückkopplungssteuerung unter Verwendung eines O₂-Sensors wirkt, wohingegen der Integralterm die Komponente ist, die zur Eliminierung des Fehlers im stationären Zustand (offset) wirkt. Das heißt, durch die Wirkung des Integralterms wird die O₂-Speichermenge in dem Katalysator auf einem konstanten Wert gehalten. Falls beispielsweise, wie in 3 gezeigt ist, eine Entmagerung aufgrund einer abrupten Beschleunigung oder dergleichen auftritt, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch die Wirkung des Integralterms angereichert, und der Effekt der Entmagerung wird ausgeglichen. Eine Steuerung, die durchgeführt wird, um absichtlich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf diese Art und Weise zu variieren, um damit die O₂-Speichermenge auf einem konstanten Niveau zu halten, wird Gegensteuerung genannt.
In einer solchen Brennkraftmaschine, die mit einem Steuerungssystem für eine konstante O₂-Speichermenge mit einem A/F-Sensor, der auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators angebracht ist, ausgestattet ist, kann ebenso ein O₂-Sensor auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators zur Kompensierung von Variationen in der Ausgabecharakteristik der A/F-Sensors angebracht sein. In diesem Fall ist es ebenso möglich, die Verschlechterung des Katalysators durch Detektieren eines Abfalls der O₂-Speicherwirkung des Katalysators unter Verwendung des O₂-Sensors wie in dem doppelten O₂-Sensorssystem zu detektieren. Zum Beispiel offenbart die ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 6-101455 (entsprechend dem U.S. Patent Nr. 5,357,754) eine Brennkraftmaschine, in welcher eine Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses basierend auf der Ausgabe A/F-Sensors, der hinsichtlich des Drei-Wege-Katalysators stromaufwärtig angebracht ist, durchgeführt und die Verschlechterung des Katalysators wird basierend auf dem Mittelwert und der Variationsamplitude der Ausgabe eines hinsichtlich des Katalysators stromabwärtig angebrachten O₂-Sensors bestimmt.
Falls jedoch der vorstehende Katalysatorverschlechterungs-Feststellungsprozess in dem Steuerungssystem für eine konstante O₂-Speichermenge angewendet wird, treten die folgenden Probleme auf. Als erstes wird in dem Steuerungssystem für eine konstante O₂-Speichermenge bei Bedarf, wie vorstehend beschrieben, eine Gegensteuerung durchgeführt. Falls die Steuerung durchgeführt wird, schwanken die A/F-Sensorausgabespannung VAF und dadurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stark, wie in der 4A gezeigt ist (es treten keine Emissionsstörungen auf, da das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gases, das momentan in den Katalysator eintritt, sich innerhalb des Fensters befindet). Da weiterhin die untergeordnete Rückkopplungssteuerung durch den O₂-Sensor derart durchgeführt wird, dass die O₂-Sensorausgabe im oder nahe beim stöchiometrischen Bereich liegt (siehe 1), schwankt die Ausgabespannung VOS des O₂-Sensors mit der Änderung des Luft-Kraftstoffverhältnisses stark.
Zusätzlich tritt ein übermäßiges Ansprechen aufgrund einer plötzlichen Änderung in den Gasexpositionsbedingungen des O₂-Sensors auf. Dies kann eine fehlerhafte Bestimmung verursachen, wenn die Verschlechterung des Katalysators basierend auf der Ansprechkurvenlänge der Ausgabe des O₂-Sensors usw. bestimmt wird.
Ebenso tritt das folgende Problem auf. Die Amplitude der Schwingung des stromabwärtigen O₂-Sensors hängt von der Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des aus dem Katalysator austretenden Gases ab, welches wiederum von der Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in den Katalysator eintretenden Gases abhängt. Selbst falls keine Änderung der Katalysatorleistung auftritt, ändert sich demgemäß die Amplitude der Schwingung des stromabwärtigen O₂-Sensors ebenso, wenn eine Änderung der Amplitude der Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in den Katalysator eintretenden Gases auftritt. Deshalb tritt bei der Bestimmung der Verschlechterung des Katalysators basierend auf der Ausgabe des stromabwärtigen O₂-Sensors möglicherweise eine fehlerhafte Bestimmung aufgrund der Änderungen der Variationsamplitude des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in den Katalysator eintretenden Gases auf. Der Grund für das Auftreten von solchen fehlerhaften Bestimmungen wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt.
5 ist ein Diagramm, dass zeigt, wie die Ausgabespannung VOS des stromabwärtigen O₂-Sensors für normale Katalysator- und anormale (verschlechterte) Katalysatorbedingungen variiert, falls die Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in den Katalysator eintretenden Gases vereinfacht gleich „Minimum", „Klein", „Mittel", „Groß" bzw. „Maximum" ist (die Variation ist annähernd gleich zu der Ausgabespannung VAF des A/F-Sensors, der hinsichtlich des Katalysators stromaufwärtig angebracht ist und der linear das Luft-Kraftstoff-Verhältnis detektiert). Falls die VAF-Variation und daher die VAF-Kurvenlänge LVOS „Minimum" ist, ist die Amplitude der VOS-Variation und daher die VOS-Kurvenlänge LVOS unabhängig davon, ob die Katalysatorbedingung normal oder anormal ist, „Minimum" und das Ansprechkurvenlängenverhältnis von LVOS zu LVAF ist 1,0.
Als nächstes gilt, falls LVAF gleich „Klein" ist, bleibt LVOS aufgrund der O₂-Speicherwirkung „Minimum", wenn der Katalysator in einem normalen Zustand ist, und das Ansprechkurvenlängenverhältnis ist gleich 0,5;
andererseits wirkt die O2-Speicherwirkung nicht, wenn der Katalysator verschlechtert ist, und LVOS ist „Mittel", was zu einem Ansprechkurvenlängenverhältnis von 2,0 führt. Falls LVAF gleich „Mittel" ist, ist LVOS gleich „Klein", wenn der Katalysator in einem normalen Zustand ist, und das Ansprechkurvenlängenverhältnis liegt bei 0,2; wenn der Katalysator verschlechtert ist, erreicht LVOS einen Grenzwert „Groß" (die Grenze der sogenannten Z-Charakteristik des O₂-Sensors – siehe 1), während das Ansprechkurvenlängenverhältnis auf 1,5 sinkt. Als nächstes gilt, dass, falls LVAF „Groß" ist, LVOS gleich „Mittel" ist, wenn der Katalysator in einem normalen Zustand vorliegt, und das Ansprechkurvenlängenverhältnis liegt bei 0,4; wenn der Katalysator verschlechtert ist, verbleibt LVOS bei „Groß", und das Ansprechkurvenlängenverhältnis sinkt weiter auf 1,0. Letztendlich erreicht LVOS den Grenzwert „Groß", wenn LVAF gleich „Maximum" ist, falls der Katalysator in einem normalen Zustand vorliegt, und das Ansprechkurvenlängenverhältnis liegt bei 0,6; wenn der Katalysator verschlechtert ist, verbleibt LVOS bei „Groß" und das Ansprechkurvenlängenverhältnis sinkt weiter auf 0,6.
Die Verteilungen der Daten für die Ansprechkurvenlänge LVOS und das Ansprechkurvenlängenverhältnis LVOS/LVAF sind jeweils in den 6A und 6B gezeigt. In diesen Figuren sind die Zahlen (1), (2), ... (5) für normale Katalysatoren und [1], [2], ... [5] für verschlechterte Katalysatoren entsprechend den Zahlen in 5 ausgedruckt. Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, gibt es bei einer Bestimmung der Verschlechterung des Katalysators durch einfachen Vergleich der Ansprechkurvenlänge LVOS oder des Ansprechkurvenlängenverhältnisses LVOS/LVAF unter Verwendung der Technik gemäß dem Stand der Technik eine Region, in denen sich die Werte zwischen den normalen und verschlechterten Katalysatoren überlappen und in dieser Region ist eine Bestimmung der Verschlechterung des Katalysators unmöglich. Selbst falls es keine Änderungen der Katalysatorleistung gibt, wenn die Amplitude der Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in den Katalysator eintretenden Gases sich ändert, ändert sich die Amplitude der Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des aus dem Katalysator austretenden Gases in diesem Falle und daher auch die Amplitude der Schwingung des stromabwärtigen O₂-Sensors; und deshalb beinhaltet die Bestimmung der Verschlechterung des Katalysator basierend auf der Ausgabe des stromabwärtigen O₂-Sensors eine Möglichkeit zur fehlerhaften Bestimmung.
Die Druckschrift US 5 386 695 A offenbart ein System zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für eine Brennkraftmaschine, das einen Katalysator, der in dem Abgassystem angeordnet ist, und erste und zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren hat, die stromaufwärtig und stromabwärtig des Katalysators angeordnet sind, beziehungsweise eine ECU hat, die eine Korrekturmenge des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zumindest auf der Basis einer Ausgabe von dem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor berechnet, und die eine Verschlechterung des Katalysators auf der Basis einer Ausgabe von dem zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor feststellt, wenn sich der Motor in einem vorbestimmten Betriebszustand befindet. Die ECU verhindert eine Feststellung einer Verschlechterung des Katalysators, wenn die Korrekturmenge des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aus einem vorbestimmten Bereich herausfällt.
Die Druckschrift US 5 099 646 A offenbart ein System zur Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das stromabwärtig eines Drei-Wege-Katalysators einen einzigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor aufweist, wobei die Grobeinstellgröße und die O₂ Einstellgröße in Übereinstimmung mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor berechnet werden, und wobei eine Anfangszeitgebung der O₂ Einstellgröße verzögert wird, wenn der Katalysator verschlechtert ist, um auf diese Weise das Fahrverhalten eines Fahrzeugs zu verbessern.
Zusammenfassung der Erfindung
Hinsichtlich der vorstehenden Situation ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Katalysatorverschlechterungs-Feststellungsvorrichtung bereitzustellen, die eine Katalysatorverschlechterung auf der Basis der Ausgabe eines hinsichtlich des Katalysators stromabwärtig angebrachten O₂-Sensors akkurat bestimmen kann, wohingegen eine fehlerhafte Bestimmung aufgrund einer Gegensteuerung verhindert wird, und diese in einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann, in welcher die Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses basierend auf der Ausgabe eines hinsichtlich des Katalysators stromaufwärtig angebrachten A/F-Sensors durchgeführt wird.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Katalysatorverschlechterungs-Feststellungsvorrichtung bereitzustellen, die eine Katalysatorverschlechterung auf der Basis der Ausgabe eines hinsichtlich des Katalysators stromabwärtig angebrachten O₂-Sensors akkurat bestimmen kann, und zwar unabhängig von der Variation der Amplitude des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in den Katalysator eintretenden Gemisches, und diese in einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann, in welcher eine Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses basierend auf der Ausgabe eines A/F- Sensors, der stromaufwärtig des Katalysators angebracht ist, durchgeführt wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgasreinigungsverhalten zu verbessern, und durch Etablieren einer Technik zur Reinhaltung der Luft beizutragen, die eine Katalysatorverschlechterung an Hand eines O₂-Sensors, der stromabwärtig des Katalysators angebracht ist, akkurat bestimmen kann, und diese in einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann, in welcher ein Steuerungssystem für eine konstante O₂-Speichermenge unter Verwendung eines A/F-Sensors angewendet wird.
Erfindungsgemäß wird eine Katalysatorverschlechterungs-Feststellungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bereitgestellt, umfassend: einen Dreiwegekatalysator, der in einer Abgasleitung der Brennkraftmaschine eingebaut ist und der eine O₂-Speicherkapazität besitzt; einen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor für die lineare Feststellung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der stromaufwärtig des Dreiwegekatalysators eingebaut ist; eine Rückkopplungssteuerungseinrichtung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Rückkopplungssteuern auf der Grundlage der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors hin zu einem stöchiometrischen Verhältnis; einen O₂-Sensor, der stromabwärtig des Dreiwegekatalysators eingebaut ist, zum Feststellen, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett oder mager ist; eine Katalysatorverschlechterungs-Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Verschlechterung des Dreiwegekatalysators durch Vergleichen der Länge einer Ansprechkurve, welche die Ausgabe des O₂-Sensors beschreibt, oder des Verhältnisses der Länge der Ansprechkurve der Ausgabe des O₂-Sensors zu der der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors mit einem Verschlechterungsbestimmungsreferenzwert während der Zeitspanne, in der die Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch die Rückkopplungssteuerungseinrichtung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird; und eine Einrichtung zur Begrenzung einer Bestimmung einer Katalysatorverschlechterung zur Auferlegung einer Grenze, so dass die Bestimmung durch die Katalysatorverschlechterungs-Bestimmungseinrichtung nur durchgeführt wird, wenn die Länge einer Ansprechkurve oder Variation einer Amplitude der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors innerhalb eines vorgeschriebenen Bereichs ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und Bezugnahme der angehängten Zeichnungen offensichtlich:
1 ist ein charakteristisches Diagramm, dass die Ausgabespannung des O₂-Sensors als eine Funktion des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zeigt;
2 ist ein charakteristisches Diagramm, dass die Ausgabespannung des A/F-Sensors als eine Funktion des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zeigt;
3 ist ein Diagramm zur Erklärung der Gegensteuerung;
4A ist ein Zeitstrahl, der die Ausgabespannung des A/F-Sensors VAF veranschaulicht, und 4B ist ein Zeitstrahl, der die Ausgabespannung des O₂-Sensors VOS in Antwort auf die VAF zeigt;
5 ist ein Diagramm, das zeigt, wie die Ausgabespannung VOS des hinsichtlich des Katalysators stromabwärtig angebrachten O₂-Sensors für normale Katalysator- und anormale Katalysatorbedingungen variiert, falls die Variation des Luft-Kraftstoffverhältnisses des in den Katalysator eintretenden Gases (die Ausgabespannung VAF des hinsichtlich des Katalysators stromaufwärtig angebrachten A/F-Sensors) gleich Minimum, Klein, Mittel, Groß bzw. Maximum ist;
6A ist ein Diagramm, das die Verteilung der Daten der Ausgabeansprechkurvenlänge LVOS des O₂-Sensors in 5 zeigt, und 6B ist ein Diagramm, dass die Verteilung der Daten des Verhältnisses der Ausgabeansprechkurvenlänge des O₂-Sensors zu der des A/F-Sensors, LVOS/LVAF, in 5 zeigt;
7 ist ein schematisches Diagramm, das den allgemeinen Aufbau einer elektronisch gesteuerten Brennkraftmaschine zeigt, die mit einer Katalysatorverschlechterungs-Feststellungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform ausgestattet ist;
8 ist ein Blockdiagramm, das die Hardware-Konfiguration einer Motor ECU gemäß einer Ausführungsform zeigt;
9 ist ein Diagramm zur Erklärung des Prinzips einer ersten Ausführungsform, die kein Gegenstand der Erfindung ist;
10 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitungssequenz für eine Abschätzungsroutine für eine Zylinderluftmenge und eine Berechnungsroutine für eine Zylinderkraftstoffsollmenge gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, die kein Gegenstand der Erfindung ist;
11 ist ein Diagramm zur Erklärung, wie die abgeschätzte Zylinderluftmenge und die berechnete Zylinderkraftstoffsollmenge gespeichert werden;
12 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitungssequenz für eine Rückkopplungssteuerungshauptroutine für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht, die kein Gegenstand der Erfindung ist;
13 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitungssequenz für eine Rückkopplungssteuerungsroutine für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht, die kein Gegenstand der Erfindung ist;
14 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitungssequenz für eine Kraftstoffeinspritzsteuerungsroutine gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht, die kein Gegenstand der Erfindung ist;
Die 15A und 15B zeigen Flussdiagramme, die eine Verarbeitungssequenz für eine Katalysatorverschlechterungs-Feststellungsroutine gemäß der ersten Ausführungsform zeigen, die kein Gegenstand der Erfindung ist;
16 ist ein Diagramm zur Erklärung des Prinzips einer zweiten Ausführungsform, die kein Gegenstand der Erfindung ist;
Die 17A und 17B zeigen ein Flussdiagramm, welches eine Verarbeitungssequenz für eine Katalysatorverschlechterungs-Feststellungsroutine gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht, die kein Gegenstand der Erfindung ist;
18 ist ein Flussdiagramm, welches eine Verarbeitungssequenz für eine Rückkopplungssteuerungshauptroutine gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht, die kein Gegenstand der Erfindung ist;
19 ist ein Flussdiagramm, welches eine Verarbeitungssequenz für eine Rückkopplungssteuerungssubroutine für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht, die kein Gegenstand der Erfindung ist;
die 20A und 20B sind Diagramme zur Erklärung der Prinzipien einer dritten bzw. vierten Ausführungsform, die kein Gegenstand der Erfindung ist;
21 ist ein Diagramm, das eine Darstellung zeigt, um aus der Ausgabeansprechkurvenlänge LVAF der A/F-Sensorausgabe ein Referenzwert L_ref zur Bestimmung der Katalysatorverschlechterung basierend auf der Ansprechkurvenlänge LVOS der O₂-Senorausgabe erhalten wird;
die 22A und 22B zeigen ein Flussdiagramm, welches eine Verarbeitungssequenz für eine Katalysatorverschlechterungs-Festsstellungsroutine gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulicht;
23 ist ein Diagramm, welches eine Abbildung zeigt, wie aus der Ansprechkurvenlänge LVAF der A/F-Sensorausgabe ein Referenzwert R_ref zur Bestimmung der Katalysatorverschlechterung basierend auf dem Verhältnis der Ansprechkurvenlänge LVOS/LVAF zwischen den O₂-Sensor- und A/F-Sensorausgaben erhalten wird; und
die 24A und 24B zeigen ein Flussdiagramm, welches eine Verarbeitungssequenz für eine Katalysatorverschlechterungs-Feststellungsroutine gemäß der fünften Ausführungsform veranschaulicht.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die bevorzugten Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben.
7 ist ein schematisches Diagramm, dass den allgemeinen Aufbau einer elektronisch gesteuerten Brennkraftmaschine zeigt, die mit einer Katalysatorverschlechterungs-Feststellungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. Zur Verbrennung der in der Maschine 20 notwendigen Luft wird Luft durch eine Luftreinigungsvorrichtung 2 gefiltert und durch einen Drosselkörper 4 in einen Druckausgleichsbehälter 6 (Ansaugverteiler) zur Verteilung in eine Ansaugleitung 7 eines jeden Zylinders eingeführt. Die Durchflussrate der Ansaugluft wird mittels eines Durchflussmessers 40 gemessen und durch ein Drosselventil 5, das in dem Drosselkörper 4 bereitgestellt ist, reguliert. Die Temperatur der Ansaugluft wird mittels eines Temperatursensors für die Ansaugluft 43 detektiert. Weiterhin wird der Ansaugrohrdruck durch einen Vakuumsensor 41 detektiert.
Der Öffnungswinkel des Drosselventils 5 wird durch einen Drosselwinkelsensor 42 detektiert. Falls das Drosselventil 5 in einer voll geschlossenen Position vorliegt, wird ein Leerlaufschalter 52 angeschaltet, und seine Ausgabe als ein voll gedrosseltes Signal wird auf aktiv gesetzt. Ein Leerlaufgeschwindigkeitssteuerventil (ISCV) 66 zur Einstellung der Luftdurchflussrate während des Leerlaufs ist in einer Leerlaufeinstellpassage 8, die das Drosselventil 5 mittels eines Bypasses umgeht, installiert.
Andererseits wird der in einem Kraftstoffbehälter 10 gespeicherte Kraftstoff mittels einer Kraftstoffpumpe 11 gezogen, durch eine Kraftstoffleitung 12 hindurch geleitet und in die Ansaugleitung 7 durch ein Kraftstoffeinspritzventil 60 eingespritzt.
Die Luft und der Kraftstoff werden zusammen in der Ansaugleitung 7 vermischt und die Mischung wird durch ein Ansaugventil 24 in eine Verbrennungskammer 21 eines Zylinders 20, das heißt, in den Maschinenkörper, gezogen. In der Verbrennungskammer 21 wird die Luft/Kraftstoff-Mischung zuerst mittels des Kolbens 23 komprimiert und dann gezündet und verbrannt, wodurch ein schneller Druckanstieg verursacht wird und somit die Kraft erzeugt wird. Um die Zündung zu bewirken, wird ein Zündsignal an einen Zünder 62 angelegt, welcher die Zuführung und das Beenden eines primären Stroms zu einer Zündspule 63 steuert, und der resultierende sekundäre Strom wird zu einer Zündkerze 65 mittels eines Zündverteilers 64 zugeführt.
Der Zündverteiler 64 ist mit einem Bezugpositionsdetektionssensor 50, welcher einen Bezugpositionsdektionspuls für jeweils eine Rotation um 720°CA seines Schafts erzeugt, gemessen in Grad des Kurbelwellenwinkels (CA), und einem Kurbelwellenwinkelsensor 51 versehen, welcher einen Positionsdetektionspuls für jede 30°CA erzeugt. Die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit wird durch ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 53 detektiert, der Ausgabepulse erzeugt, welche die Fahrzeuggeschwindigkeit darstellen. Die Maschine 20 wird durch ein Kühlmittel, das in eine Kühlmittelpassage 22 eingeführt ist, gekühlt, und die Kühlmitteltemperatur wird mittels eines Kühlmitteltemperatursensors 44 detektiert.
Die verbrannte Luft/Kraftstoff-Mischung wird als Abgas in einem Abgasverteiler 30 durch ein Abgasventil 26 herausgeführt und dann in eine Abgasleitung 34 eingeführt. Die Abgasleitung 34 ist mit einem A/F-Sensor 45 zur linearen Detektion eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses basierend auf der Sauerstoffkonzentration des Abgases bestückt. Weiter stromabwärts in dem Abgassystem ist ein Katalysator 38 angebracht, welcher einen Drei-Wege-Katalysator zur gleichzeitigen Förderung der Oxidation von unverbrannten Bestandteilen (HC und CO) und der Reduktion von Stickstoffoxiden (NO_x), die in dem Abgas enthalten sind, enthält. Das so in dem Katalysator 38 somit gereinigte Abgas wird in die Atmosphäre herausgeführt.
Diese Maschine ist von einem Typ, der eine Rückkopplungsteilssteuerung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses durchführt, um Variationen in der Ausgabecharakteristik des A/F-Sensors 45 zu kompensieren, und ein O₂-Sensor 46 ist in dem Abgassystem stromabwärts hinsichtlich des Katalysators 38 angebracht.
Eine elektronische Steuerungseinheit der Maschine (Motor ECU) 70 ist ebenfalls gezeigt, welche einen Mikrocomputersystem ist, das die erfindungsgemäße Detektion der Katalysatorverschlechterung, sowie die Kraftstoffeinspritzsteuerung, die Zündzeitsteuerung, die Leerlaufgeschwindigkeitssteuerung, usw. steuert. Die Hardware-Konfiguration ist in dem Blockschaltbild der 8 gezeigt. Die Signale aus den verschiedenen Sensoren und Schaltern werden über eine A/D-Umwandlungsschaltung 75 oder über eine Eingabe-Interface-Schaltung 76 zu einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) 71 eingegeben, welche gemäß den Programmen und verschiedenen Belegungen, die in einem reinen Lesespeicher (ROM) 73 gespeichert sind, unter Verwendung der Eingabesignale Operationen durchführt, und basierend auf den Ergebnissen der Operationen Steuersignale für verschiedene Aktoren über entsprechende Ansprechsteuerschaltungen 77a–77d ausgibt. Ein Direktzugriffsspeicher (RAM) 74 wird zur temporären Speicherung von Daten während der Operation und während der Steuerungsprozesse eingesetzt. Ein Backup-RAM 79 wird mit Energie aus einer Batterie (nicht gezeigt), die direkt damit verbunden ist, zugeführt, und wird zur Speicherung von Daten (wie etwa verschiedene Lernwerte) eingesetzt, die beibehalten werden sollten, falls der Zündungsschalter abgeschaltet wird. Diese Bestandteile des ECU sind mittels einem Bus-System 72, dass aus einem Adressen-Bus, einem Daten-Bus und einem Steuerungs-Bus besteht, miteinander verbunden.
Nun wird der durch die ECU 70 durchgeführte Maschinensteuerungsprozess für die Brennkraftmaschine mit der vorstehend beschriebenen Hardware-Konfiguration beschrieben.
Die Zündzeitsteuerung wird durch Senden eines Zündsignals zu dem Zünder 62 über die Antriebssteuerungsschaltung 77b nach Bestimmung der optimalen Zündzeit durch umfassendes Studieren der Maschinenbedingungen basierend auf der Maschinen Upm, die von dem Kurbelwellenwinkelsensor 51 erhalten wird, und auf den Signalen von anderen Sensoren, durchgeführt.
In der Leerlaufgeschwindigkeitssteuerung wird ein Leerlaufzustand basierend auf dem voll gedrosselten Signal aus dem Leerlaufschalter 52 durchgeführt und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 53 detektiert, und die momentane Maschinen-Upm wird mit der Soll-Upm, berechnet gemäß der Maschinenkühlmitteltemperatur, die mittels des Kühlmitteltemperatursensors 44 gemessen wird, usw. verglichen. Basierend auf dem resultierenden Fehler wird die Steuerungsmenge, um die Soll-Upm zu erzielen, bestimmt, und die Luftmenge wird durch Steuerung des ISCV 66 über die Antriebssteuerungsschaltung 77c eingestellt, um dadurch eine optimale Leerlaufgeschwindigkeit beizubehalten.
Die Detektion der Katalysatorverschlechterung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend detaillierter zusammen mit der Kraftstoffeinspritzsteuerung beschrieben. In der ersten bis dritten Ausführungsform wird die Bestimmung der Katalysatorverschlechterung basierend auf dem hinsichtlich des Katalysators stromabwärtigen O₂-Sensors durchgeführt, während eine fehlerhafte Bestimmung aufgrund einer Gegensteuerung verhindert wird. In jeder Ausführungsform ist ein Steuerungssystem für eine konstante O₂-Speichermenge unter Anwendung eines A/F-Sensors beteiligt. Die erste bis dritte Ausführungsform ist nicht Gegenstand der Erfindung und ist nur aus Erläuterungsgründen beschrieben.
Als erstes wird die erste Ausführungsform beschrieben. Das Prinzip der ersten Ausführungsform ist in 9 gezeigt. Wie gezeigt wird die Aufsummierung der Daten (die Ausgabe VOS des O₂-Sensors 46) in der ersten Ausführungsform zur Bestimmung der Katalysatorverschlechterung für eine vorbestimmte Zeitspanne unter Berücksichtigung des Abstands zwischen den zwei Sensoren (die Zeit, die erforderlich ist, bis das mittels des A/F-Sensors detektierte Gas den O₂-Sensor erreicht), falls der absolute Wert der Ausgabe des A/F-Sensors 45 einen Grenzwert (obere Grenze „a" oder untere Grenze „b"), der zu einem übermäßigen Ansprechen des O₂-Sensors 46 führen kann, überschreitet.
10 ist ein Flussdiagramm, dass eine Verarbeitungssequenz für eine Routine zur Abschätzung der Zylinderluftmenge und eine Routine zur Berechnung der Zylinderkraftstoffsollmenge gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Diese Routine wird für jeden vorbestimmten Kurbelwellenwinkel ausgeführt. Als erstes wird eine Zylinderluftmenge MC_i und eine Zylinderkraftstoffsollmenge FCR_i, die aus der Maschinenoperation bis zur Ausführung der Routine erhalten werden, aktualisiert. Genauer gesagt, werden MC_i und FCR_i „i"-mal zurück (i = 0, 1, ..., n-1) auf MC_i+1 und FCR_i+1 „i+1"-mal zurück (Schritt 102) aktualisiert. Dies wird zur Speicherung der Daten der Zylinderluftmenge MC_i und der Zylinderkraftstoffsollmenge FCR_i für die vorhergehenden n-mal in den RAM 74 und zur Berechnung der neuen MC₀ und FCR₀ durchgeführt.
Dann wird basierend auf den Ausgaben des Vakuumsensors 41, des Kurbelwellenwinkelsensors 51 und des Drosselwinkelsensors 42 der vorliegende Ansaugverteilerdruck PM, die Maschinen-UpM NE und der Drosselwinkel TA erhalten (Schritt 104). Dann wird unter Verwendung der Daten PM, NE und TA die in dem Zylinder zugeführte Luftmenge MC₀ abgeschätzt (Schritt 106). Gewöhnlich kann die Zylinderluftmenge aus dem Ansaugverteilerdruck PM und der Maschinen-UpM NE abgeschätzt werden, aber in dieser Ausführungsform sind Vorkehrungen vorgesehen, um einen Übergangszustand basierend auf einer Änderung des Werts des Drosselwinkels TA zu detektieren, so dass eine zuverlässige Luftmenge in einem Übergangszustand berechnet werden kann.
Als nächstes wird unter Verwendung der Zylinderluftmenge MC₀ und des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AFT die Berechnung FCR0 ← MC0/AFTdurchgeführt, um die Kraftstoffsollmenge FCR₀, die zur Beibehaltung einer stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Mischung in den Zylinder zugeführt werden soll, berechnet (Schritt 108). Die somit berechnete Zylinderluftmenge MC₀ und die berechnete Zylinderkraftstoffsollmenge FCR₀ werden in dem RAM 74 gespeichert, wie in 11 gezeigt ist, und zwar als die letzten Daten, die von der momentanen Ausführung der Routine erhalten werden.
12 ist ein Flussdiagramm, dass eine Verarbeitungssequenz für eine Rückkopplungssteuerungshauptroutine des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulichen soll. Diese Routine wird für jeden vorbestimmten Kurbelwellenwinkel ausgeführt. Als erstes wird bestimmt, ob Bedingungen für eine Rückkopplung erfüllt sind (Schritt 202). Die Rückkopplungsbedingungen sind zum Beispiel nicht erfüllt, falls die Kühlmitteltemperatur unter einem vorbestimmten Wert liegt, die Maschine angedreht ist, die Kraftstoffmenge nach dem Maschinenstart oder während des Maschinenwarmlaufens gesteigert ist, und wenn keine Änderung des Ausgabesignals des A/F-Sensors 45 vorhanden ist, oder die Kraftstoffzuführung abgeschnitten ist. In anderen Fällen sind die Bedingungen erfüllt. Falls die Bedingungen nicht erfüllt sind, wird die Kraftstoffkorrekturmenge DF in der Rückkopplungssteuerung auf Null gesetzt (Schritt 220) und die Routine wird beendet.
Falls die Rückkopplungsbedingungen erfüllt sind, wird der Kraftstoffmengenfehler FD_i, der aus der Maschinenoperation bis zu der vorhergehenden Ausführung der Routine erhalten wird (der die Differenz zwischen der momentan verbrannten Kraftstoffmenge und der Zylinderkraftstoffsollmenge darstellt) aktualisiert. Genauer gesagt wird der FD_i „i"-mal zurück (i = 0, 1, ... m-1) auf FD_i+1 „i+1"-mal zurück aktualisiert (Schritt 204). Dies wird zur Speicherung der Daten des Kraftstoffmengenfehlers FD_i für die vorhergehenden m-male in den RAM 74 und zur Berechnung des neuen Kraftstoffmengenfehlers FD₀ durchgeführt.
Als nächstes wird der Ausgabespannungswert VAF des A/F-Sensors 45 detektiert (Schritt 206). Dann wird unter Verwendung der Korrekturmenge der Ausgabespannung des A/F-Sensors DV, die mittels der nachstehend beschriebenen untergeordneten Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses berechnet wird, die Berechnung VAF ← VAF + DVdurchgeführt, um die Ausgabespannung des A/F-Sensors VAF zu korrigieren (Schritt 208). Als nächstes wird wie in dem charakteristischen Diagramm der 2 gezeigt ist, basierend auf der korrigierten VAF das momentane Luft-Kraftstoff-Verhältnis ABF bestimmt (Schritt 210). Das charakteristische Diagramm der 2 wird in ein Speicherabbild umgewandelt und danach im ROM 73 gespeichert.
Als nächstes wird unter Verwendung der Zylinderluftmenge MC_n und der Zylinderkraftstoffsollmenge FCR_n (siehe 11), die schon mittels der Routine zur Abschätzung der Zylinderluftmenge und der Routine zur Berechnung der Zylinderkraftstoffsollmenge berechnet worden sind, die Berechnung FD0 ← MCn/ABF ← FCRn durchgeführt, um die Differenz zwischen der momentan verbrannten Kraftstoffmenge und der Zylinderkraftstoffsollmenge zu erhalten (Schritt 212). Die Zylinderluftmenge MC_n und die Zylinderkraftstoffsollmenge FCR_n n-mal zurück werden unter Berücksichtigung der Zeitdifferenz zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das momentan durch den A/F-Sensor detektiert wird, und der momentanen Verbrennung verwendet. In anderen Worten ausgedrückt, macht eine solche Zeitdifferenz es notwendig, die Zylinderluftmenge MC_i und die Zylinderkraftstoffsollmenge FCR_i für die vorherigen n-mal zu speichern.
Als nächstes wird die Berechnung DFP ← Kfp·FD0 durchgeführt, um den Proportionalterm der Proportional-Integral-Steuerung (PI-Steuerung) zu berechnen (Schritt 214). Hier ist K_fp die Proportionalerhöhung. Als nächstes wird eine Berechnung DFS ← Kfs·ΣFDi durchgeführt, um den Integralterm der PI-Steuerung zu berechnen (Schritt 216). Hier ist K_fs die Integralerhöhung. Letztendlich wird die Berechnung DF ← DFP + DFSdurchgeführt, um die Kraftstoffkorrekturmenge DF, die durch die Rückkopplungshauptsteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses angewendet wird, zu bestimmen (Schritt 218).
13 ist ein Flussdiagramm, dass eine Verarbeitungssequenz für die Rückkopplungssteuerungssubroutine des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Diese Routine wird mit vorbestimmten Zeitintervallen ausgeführt, die länger sind, als die Intervalle, mit denen die Rückkopplungssteuerungshauptroutine des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses ausgeführt wird. Als erstes wird ähnlich zu der Rückkopplungshauptsteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bestimmt, ob die Bedingungen für die untergeordnete Rückkopplungssteuerung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis erfüllt sind (Schritt 302). Wenn die Bedingungen nicht erfüllt sind, wird die Korrekturmenge der Ausgabespannung des A/F-Sensors DV auf Null gesetzt (Schritt 312) und die Routine wird beendet.
Falls die Rückkopplungsbedingungen erfüllt sind, wird der Spannungsfehler VD_i, der von der Maschinenoperation bis zu der vorhergehenden Ausführung der Routine erhalten wird (der die Differenz zwischen der Ausgabesollspannung O₂-Sensors und der momentan detektierten Ausgabespannung des O₂-Sensors darstellt) erhalten wird, aktualisiert. Genauer gesagt wird VD_i „i"-mal zurück (i = 0, 1, ..., p-1) auf VD_i+1 „i+1"-mal zurück aktualisiert (Schritt 304). Dies wird zur Speicherung der Daten des Spannungsfehlers VD_i für die vorherigen p-male in den RAM 74 und zur Berechnung eines neuen Spannungsfehlers VD₀ durchgeführt.
Als nächstes wird die Ausgabespannung VOS des O₂-Sensors 46 detektiert (Schritt 306). Dann wird unter Verwendung des VOS und der Ausgabesollspannung des O₂-Sensors VT (zum Beispiel 0,5 V) die Berechnung VD0 ← VT – VOSdurchgeführt, um den letzten Spannungsfehler VD₀ zu erhalten (Schritt 308).
Letztendlich wird die Berechnung DV ← Kvp·VD0 + Kvs·ΣVDi durchgeführt, um die Korrekturmenge der Ausgabespannung des A/F-Sensors DV, die durch die PI-Steuerung angewendet wird, zu bestimmen (Schritt 310). Hier sind K_vp und K_vs die Proportional- bzw. Integralverstärkungsfaktoren. Die somit bestimmte Korrekturmenge DV wird zur Kompensierung der Variationen in der Ausgabecharakteristik des A/F-Sensors in der Rückkopplungssteuerungshauptroutine des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eingesetzt, wie vorstehend beschrieben.
14 ist ein Flussdiagramm, dass eine Verfahrenssequenz für eine Kraftstoffeinspritzsteuerungsroutine gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Diese Routine wird für jeden vorbestimmten Kurbelwellenwinkel ausgeführt. Als erstes wird unter Verwendung der Zylinderkraftstoffsollmenge FCR₀, die in der Routine zur Berechnung der Zylinderluftmenge und der Zylinderkraftstoffsollmenge berechnet wurde, und die Rückkopplungskorrekturmenge DF, die in der Rückkopplungssteuerungshauptroutine für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet worden ist, die Berechnung FI ← FCR0·α + DF + βdurchgeführt, um die Kraftstoffeinspritzmenge VI zu bestimmen (Schritt 402). Hier sind α und β ein Multiplikationskoeffizient bzw. eine Zugabekorrekturmenge, welche mittels anderen Maschinenoperationsparametern bestimmt werden. Zum Beispiel schließt α Grundkorrekturen basierend auf Signalen von verschiedenen Sensoren wie etwa des Ansauglufttemperatursensors 43, des Kühlmitteltemperatursensors 44, usw. mit ein, wohingegen β Korrekturen basierend auf Änderungen in der Menge des Kraftstoffs, der an Wandoberflächen anhaftet, mit einschließt (diese Menge ändert sich mit einer Änderung des Ansaugverteilerdrucks in einer Übergangsantriebsbedingung) mit einschließt. Letztendlich wird die bestimmte Kraftstoffeinspritzmenge FI in der Antriebssteuerungsschaltung 77a für das Kraftstoffeinspritzventil 60 eingestellt (Schritt 404).
Die 15A und 15B zeigen ein Flussdiagramm, dass eine Verarbeitungssequenz für eine Katalysatorverschlechterungs-Feststellungsroutine gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Diese Routine wird bei vorbestimmten Zeitintervallen ausgeführt. Als erstes wird detektiert, ob die Ausgabespannung VAF des A/F-Sensors 45 gleich oder größer als der obere Grenzwert „a" oder unterhalb des unteren Grenzwerts „b" liegt (Schritt 502) oder ob dies nicht so ist. Wenn VAF ≥ a oder VAF ≤ b ist, dann wird ein bestimmter Überwachungsdeaktivierungszähler CMDIS auf einen vorbestimmten Wert A gesetzt (Schritt 504) und die Routine wird beendet.
Wenn a < VAF < b ist, wird bestimmt, ob der Wert des Überwachungsdeaktivierungszählers CMDIS positiv ist oder nicht (Schritt 506). Wenn CMDIS > 0 ist, geht der Prozess mit Schritt 508 weiter; wenn CMDIS ≤ 0 ist, geht der Prozess mit Schritt 512 weiter. In Schritt 508 wird CMDIS vermindert und im nächsten Schritt 510 wird bestimmt, ob CMDIS 0 ist oder nicht. Wenn er nicht 0 ist, wird die Routine beendet; wenn er 0 ist, geht der Prozess weiter mit Schritt 512. In Schritt 512 wird bestimmt, ob die Überwachungsbedingungen für die Bestimmung der Verschlechterung erfüllt sind oder nicht. Wenn die Überwachungsbedingungen nicht erfüllt sind, wird die Routine beendet; wenn die Überwachungsbedingungen erfüllt sind, geht der Prozess mit Schritt 514 und den nachfolgenden Schritten weiter.
In Schritt 514 wird die Ansprechkurvenmenge LVAF der Ausgabe VAF des A/F-Sensors 45 folgendermaßen berechnet: LVAF ← LVAF + |VAF – VAFO|im nächsten Schritt 516 wird VAFO ← VAFum die nächste Ausführung der Routine vorzubereiten.
In Schritt 518 wird die Ansprechkurvenlänge LVOS der Ausgabe VOS des o₂-Sensors 46 folgendermaßen berechnet: LVOS ← LVOS + |VOS – VOSO|
Im nächsten Schritt 512 wird VOSO ← VOSum die nächste Ausführung der Routine vorzubereiten.
Als nächstes wird ein bestimmter Zähler CTIME erhöht (Schritt 522) und es wird bestimmt, ob ein vorbestimmter Wert C₀ überschritten ist oder nicht (Schritt 524). Wenn CTIME > C₀ ist, geht der Prozess weiter mit Schritt 526; wenn CTIME ≤ C₀ ist, wird die Routine beendet. Im Schritt 526 wird ein Verschlechterungsbestimmungsreferenzwert L_ref aus LVAF bestimmt. Der Grund, warum der Verschlechterungsbestimmungsreferenzwert L_ref basierend auf LVAF bestimmt wird ist der, dass, falls die Verschlechterung des Katalysators basierend auf der Ansprechkurvenlänge LVOS der Ausgabe VOS des O₂-Sensors 46 bestimmt wird, der Bestimmungsreferenzwert, der zur Unterscheidung zwischen normalen und verschlechterten Katalysatorbedingungen verwendet wird, in Abhängigkeit der Ansprechkurvenlänge LVAF der Ausgabe VAF des A/F-Sensors 45 variiert. Der Referenzwert L_ref wird im voraus in ein Speicherabbild umgewandelt und dann in dem ROM 73 gespeichert. Als nächstes wird in Schritt 528 bestimmt, ob die Ansprechkurvenlänge LVOS der Ausgabe VOS des O₂-Sensors 46 größer oder gleich als der Verschlechterungsbestimmungsreferenzwert L_ref ist oder nicht. Wenn LVOS ≥ L_ref ist, wird bestimmt, dass der Katalysator verschlechtert ist und eine bestimmte Alarmflagge ALM wird auf 1 gesetzt (Schritt 530), während gleichzeitig eine Alarmlampe 68 (siehe 7 und 8) angeht (Schritt 532). Wenn LVOS < L_ref ist, wird bestimmt, dass der Katalysator nicht verschlechtert ist und die Alarmflagge ALM wird auf 0 gesetzt (Schritt 534). Die Alarmflagge ALM wird in dem Backup-RAM 79 gespeichert (Schritt 536), so dass er zum Zeitpunkt einer Reparatur oder Inspektion wieder hergestellt werden kann. Letztendlich werden CTIME, LVAF und LVOS gelöscht, um für die nächste Ausführung des Katalysatorverschlechterungs-Feststellungsverfahrens vorbereitet zu werden (Schritt 538).
Da gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform das Intervall während des stark Anstiegs der Menge der Änderung der O₂-Sensorausgabe abgedeckt ist, verbessert sich die Genauigkeit der Katalysatorverschlechterungsdiagnose. In der ersten Ausführungsform ist ein solches Intervall abgedeckt, wenn die Ausgabespannung VAF des A/F-Sensors 45 außerhalb des durch den oberen Grenzwert „a" und den unteren Grenzwert „b" definierten Bereichs liegt; alternativ können Vorsehungen getroffen werden, um das Intervall zu verdecken, wenn der Absolutwert der Änderungsmenge von VAF, |ΔVAF|, einen vorbestimmten Wert übersteigt.
Die zweite Ausführungsform wird nun beschrieben. In der ersten Ausführungsform war die Berechnung der Ansprechkurvenlänge während eines speziellen Intervalls in dem Katalysatorverschlechterungs-Bestimmungsprozess überdeckt. Im Gegensatz dazu ist in der zweiten Ausführungsform die Gegensteuerung während der Ausführung des Katalysatorverschlechterungs-Bestimmungsprozesses beschränkt, d.h. eine Obergrenze ist auf dem absoluten Wert des Integralterms der Kraftstoffberechnungsmenge eingeführt, um dadurch die Ausgabe des O₂-Sensors langsam bis zur Stöchiometrie zurückzuführen, wie in 16 gezeigt ist, und um somit eine übermäßige Antwort zu verhindern.
In der zweiten Ausführungsform sind die Routine für die Abschätzung der Zylinderluftmenge und die Routine zur Berechnung der Zylinderkraftstoffsollmenge, die Rückkopplungssteuerungssubroutine des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und die Kraftstoffeinspritzmengensteuerungsroutine die gleichen wie die in der ersten Ausführungsform eingesetzten, aber die Katalysatorverschlechterungs-Bestimmungsroutine und die Rückkopplungssteuerungshauptroutine des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses sind gegenüber den entsprechenden Routinen, die in der ersten Ausführungsform eingesetzt wurden, modifiziert.
Die 17A und 17B zeigen ein Flussdiagramm, welches eine Verarbeitungssequenz für die Katalysatorverschlechterungs-Feststellungsroutine gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Nur die Unterschiede zwischen dem Flussdiagramm der 15A und 15B in der ersten Ausführungsform und den 17A und 17B werden beschrieben. Als erstes sind die Schritte 502 bis 510 zur Beurteilung der Bedingungen für die A/F-Sensorausgabespannung ausgelassen. Anstelle werden die Schritte 604 und 606 neben dem Schritt 602 für die Beurteilung der Überwachungsbedingungen hinzugefügt. Das heißt, wenn die Überwachungsbedingungen nicht erfüllt sind, wird eine Überwachungsausführungsfortschrittsflagge MONEX auf 0 gesetzt, und wenn die Überwachungsbedingungen erfüllt sind, wird MONEX auf 1 gesetzt. Die Schritte 608 bis 630 sind die gleichen wie die Schritte 514 bis 536 in der ersten Ausführungsform. Im Schritt 632 wird ein Verfahren zur Löschung von MONEX zu dem Verfahren in Schritt 538 hinzugefügt. Auf diese Weise wird in der zweiten Ausführungsform die Katalysatorverschlechterungs-Feststellung ohne Bezug auf den Wert von VAF durchgeführt und während der Ausführung wird die Überwachungsausführungsfortschrittsflagge MONEX auf 1 gesetzt.
18 ist ein Flussdiagramm, welches die Rückkopplungssteuerungshauptroutine des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Der einzige Unterschied vom Flussdiagramm der 12 in der ersten Ausführungsform ist die Hinzufügung der Schritte 718 und 720. Das heißt, dass nach der Berechnung des Integralterms DFS der Kraftstoffkorrekturmenge DF in Schritt 716, wenn der Katalysatorverschlechterungs-Bestimmungsprozess durchgeführt wird (MONEX = 1), der absolute Wert des Integralterms, |DFS|, auf einen Wert unter einem vorbestimmten Wert B beschränkt wird.
Auf diesem Weg wird die Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unterdrückt, was die Ausgabe des O₂-Sensors langsam zur Stöchiometrie zurückführt, eine überschüssige Antwort eliminiert und die Genauigkeit der Diagnose verbessert. Als ein modifiziertes Beispiel der zweiten Ausführungsform kann die Steuerung derart durchgeführt werden, dass die Zunahme K_fs des Integralterms DFS während der Ausführung des Katalysatorverschlechterungs-Bestimmungsprozesses reduziert ist.
Als nächstes wird die dritte Ausführungsform beschrieben. In der dritten Ausführungsform wird die Ausgabekorrektur des A/F-Sensors, die basierend auf der Ausgabe des O₂-Sensors ausgeübt wird, während der Ausführung des Katalysatorverschlechterungs-Bestimmungsprozesses gehemmt, um dadurch die Ausgabe des O₂-Sensors langsam zur Stöchiometrie zurückzuführen, und um somit eine übermäßige Antwort wie in der zweiten Ausführungsform zu verhindern. In der dritten Ausführungsform ist die Routine zur Abschätzung der Zylinderluftmenge und die Routine zur Berechnung der Zylinderkraftstoffsollmenge die Gleiche wie die in der ersten und zweiten Ausführungsform eingesetzte, die Rückkopplungssteuerungshauptroutine des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist die Gleiche wie die in der ersten Ausführungsform eingesetzte, die Kraftstoffeinspritzsteuerungsroutine ist die Gleiche wie die in der ersten und zweiten Ausführungsform eingesetzte und die Katalysatorverschlechterungs-Feststellungsroutine ist die Gleiche wie die in der zweiten Ausführungsform eingesetzte; und nur die Rückkopplungssteuerungssubroutine des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist modifiziert.
19 ist ein Flussdiagramm, welches eine Verfahrenssequenz für die Rückkopplungssteuerungssubroutine gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht. Der einzige Unterschied bezüglich des Flussdiagramms der 13 in der ersten Ausführungsform ist die Hinzufügung des Schrittes 804. Das heißt, falls der Katalysatorverschlechterungs-Bestimmungsprozess durchgeführt wird (MONEX = 1), wird die A/F-Sensorausgabespannungskorrekturmenge DV auf Null gesetzt, sodass keine Korrektur für die Ausgabespannung VAF des A/F-Sensors 45 ausgeübt wird. Auf diesem Wege wird die Ausgabe des O₂-Sensors langsam zur Stöchiometrie zurückgeführt, eine übermäßige Antwort wird eliminiert und die Genauigkeit der Diagnose verbessert sich.
Die hierin nachstehend beschriebenen vierte und fünfte Ausführungsform gemäß der Erfindung sollen beide eine akkurate Bestimmung der Katalysatorverschlechterung basierend auf der Ausgabe des stromabwärtig des Katalysators angebrachten O₂-Sensors erreichen, und zwar unabhängig von der Variation der Amplitude des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der in den Katalysator eintretenden Mischung. Die 6A und 6B, die vorstehend angegeben worden sind, geben einfach die Daten der 5 in einer Dimension wieder, und zwar durch Angabe der Anspruchskurvenlänge LVOS oder des Ansprechkurvenlängenverhältnisses LVOS/LVAF entlang der Ordinate. Falls die gleichen Daten in zwei Dimensionen wiedergegeben werden, und zwar durch Verwendung der Ansprechkurvenlänge LVAF der A/F-Sensorausgabe entlang der Abszisse, sind die Ergebnisse wie sie in den 20A und 20B gezeigt sind. Es ist gezeigt, dass innerhalb eines speziellen Bereichs der LVAF ein Schwellenwert zur Unterscheidung zwischen normalen und verschlechterten Katalysatorbedingungen eingestellt werden kann. Anstelle der LVAF kann die Amplitude der Ausgabevariation verwendet werden, da die Amplitude der Ausgabevariation im Wesentlichen proportional zu der Ansprechkurvenlänge LVAF der A/F-Sensorausgabe ist. In der vierten und fünften Ausführungsform wird die Katalysatorverschlechterungs-Bestimmungsoperation basierend auf der Ausgabe des stromabwärtig des Katalysators angebrachten O₂-Sensors durchgeführt, wenn die Länge der Ansprechkurve der A/F-Sensorausgabe innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Die Verarbeitungsroutine für die Katalysatorverschlechterungsbestimmung gemäß der vierten und fünften Ausführungsform wird nachstehend beschrieben. In der vierten und fünften Ausführungsform sind die Routine zur Abschätzung der Zylinderluftmenge und die Routine zur Berechnung der Zylinderkraftstoffsollmenge, die Routine der Rückkopplungshauptsteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die Rückkopplungssteuerungssubroutine des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und die Kraftstoffeinspritzsteuerungsroutine entsprechend denen, die in den 10, 12, 13 und 14 gezeigt sind, und nur die Katalysatorverschlechterungsbestimmungsroutine wird neu erzeugt.
In der vierten Ausführungsform wird die Bestimmung der Verschlechterung des Katalysators basierend auf der Ansprechkurvenlänge LVOS der Ausgabe des O₂-Sensors 46 durchgeführt, und der Katalysatorverschlechterungs-Bestimmungsreferenzwert L_ref, der für diesen Zwecke eingesetzt wird, wird gemäß der Ansprechkurvenlänge LVAF der Ausgabe des A/F-Sensors 45 bestimmt, wie in 21 gezeigt ist. Der Referenzwert L_ref wird in ein Abbild umgewandelt und im Voraus in dem ROM 73 gespeichert. Die
22A und 22B zeigen ein Flussdiagramm, welches die Katalysatorverschlechterungs-Feststellungsroutine gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulicht. Diese Routine wird zu vorbestimmten Zeitintervallen ausgeführt.
Als erstes wird im Schritt 902 bestimmt, ob die Bedingungen für die Verschlechterungsbestimmung erfüllt sind oder nicht; wenn die Überwachungsbedingungen nicht erfüllt sind, wird die Routine beendet, und wenn die Überwachungsbedingungen erfüllt sind, geht der Prozess mit Schritt 904 und den nachfolgenden Schritten weiter. Die Überwachungsbedingungen sind Die Rückkopplungssteuerungshauptroutine des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses basierend auf der Ausgabe des A/F-Sensors 45 ist im Fortschritt; die Rückkupplungssteuerungssubroutine des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses basierend auf der Ausgabe des o₂-Sensors 46 ist im Fortschritt; und die Motorlast liegt über einem vorbestimmten Wert.
In Schritt 904 werden die Ausgabespannung VAF des A/F-Sensors 45 und die Ausgabespannung VOS des O₂-Sensors 46 detektiert. Als nächstes wird in Schritt 906 die Ansprechkurvenlänge LVAF des VAF durch die folgende Berechnung aktualisiert: LVAF ← LVAF + |VAF – VAFO|
Als nächstes wird in Schritt 908 die Ansprechkurvenlänge LVOS des VOS durch die folgende Berechnung aktualisiert: LVOS ← LVOS + |VOS – VOSO|
Als nächstes wird in Schritt 910, VAFO ← VAF VOSO ← VOSum für die nächste Ausführung der Routine vorzubereiten. Bei der Berechnung der Ansprechkurvenlänge LVAF des A/F-Sensors können zum Stoppen der Aufsummierung der Ansprechkurvenlängen LVAF und LVOS (die das Ergebnis der Aufsummierung halten) Vorkehrungen getroffen werden, wenn die Differenz zwischen den Maximal- und Minimalwerten der A/F-Sensorausgabe (die Amplitude der Ausgabe) momentan einen Schwellenwert überschreiten, und um die Aufsummierung wieder aufzunehmen, falls sie unter den Schwellenwert fällt.
Als nächstes wird in Schritt 912 der Zähler CTIME zur Messung der Überwachungszeit (Aufzeichnungszeit) gestartet und in Schritt 914 wird bestimmt, ob der Zählerwert den vorbestimmten Wert Co überschreitet oder nicht. Falls CTIME > Co ist, geht der Prozess mit Schritt 916 weiter, und falls CTIME ≤ Co ist, wird die Routine beendet. In Schritt 916 wird bestimmt, ob V₀ ≤ LVAF ≤ V₁ erfüllt ist oder nicht, d.h., ob der tatsächliche Wert von LVAF innerhalb der bestimmbaren Region der Katalysatorverschlechterung, die in 21 gezeigt ist, liegt oder nicht. Wenn er nicht innerhalb dieser Region liegt, wird die momentane Katalysatorverschlechterungs-Bestimmungsoperation beendet und der Prozess geht mit Schritt 930 weiter. Wenn andererseits der Wert innerhalb dieser Region liegt, geht der Prozess mit Schritt 918 weiter.
In Schritt 918 wird durch Bezugnahme auf die in 21 gezeigte Abbildung der Verschlechterungsbestimmungs-Referenzwert L_ref basierend auf dem Wert der LVAF bestimmt. Als nächstes wird in Schritt 920 bestimmt, ob die Ansprechkurvenlänge LVOS der O₂-Sensorausgabe größer oder gleich als der Verschlechterungsbestimmungs-Referenzwert L_ref ist. Wenn LVOS größer gleich L_ref ist, ist bestimmt, dass der Katalysator verschlechtert ist und die bestimmte Alarmflagge ALM wird auf 1 gesetzt (Schritt 922), während gleichzeitig die Alarmlampe 68 (siehe 7 und 8) angeht (Schritt 924). Wenn LVOS < L_ref ist, wird bestimmt, dass der Katalysator nicht verschlechtert ist und die Alarmflagge ALM wird auf 0 gesetzt (Schritt 926). Die Alarmflagge ALM wird in dem Backup-RAM 79 gespeichert (Schritt 928), sodass er zum Zeitpunkt einer Reparatur oder Inspektion wiederhergestellt werden kann. Letztendlich werden in Schritt 930 CTIME, LVAF und LVOS gelöscht, um für die nächste Ausführung des Katalysatorverschlechterungs-Bestimmungsverfahrens vorbereitet zu werden.
Die fünfte Ausführungsform wird als nächstes beschrieben. In der fünften Ausführungsform wird die Bestimmung der Verschlechterung des Katalysator basierend auf dem Verhältnis der Ansprechkurvenlänge LVOS der Ausgabe VOS des O₂-Sensors 46 zu der Ansprechkurvenlänge LVAF der Ausgabe VAF des A/F-Sensors 45, d.h. dem Ansprechkurvenlängenverhältnis LVOS/LVAF durchgeführt, und der Katalysatorverschlechterungs-Bestimmungsreferenzwert R_ref, der zu diesem Zwecke verwendet wird, wird gemäß der Ansprechkurvenlänge LVAF der Ausgabe des A/F-Sensors 45 bestimmt, wie in 23 gezeigt ist. Der Referenzwert R_ref wird in ein Abbild umgewandelt und im Voraus in dem ROM 73 gespeichert. Die 24A und 24B zeigen ein Flussdiagramm, welches die Katalysatorverschlechterungs-Feststellungsroutine gemäß der fünften Ausführungsform veranschaulicht.
Der einzige Unterschied zu dem Flussdiagramm der 22A und 22B in der vierten Ausführungsform ist der, dass die Inhalte der Schritte 1018 und 1020 von denen der entsprechenden Schritte 918 und 920 in der vierten Ausführungsform unterschiedlich sind. Genauergesagt wird in Schritt 1018 unter Bezugnahme auf das in 23 gezeigte Abbild der Verschlechterungsbestimmungs-Referenzwert R_ref basierend auf dem Wert der LVAF bestimmt. Dann wird in Schritt 1020 bestimmt, ob das Ansprechkurvenlängenverhältnis LVOS/LVAF größer oder gleich als der Verschlechterungsbestimmungs-Referenzwert R_ref ist oder nicht. Wenn LVOS/LVAF ≥ R_ref ist, ist bestimmt, dass der Katalysator verschlechtert ist, und wenn LVOS/LVAF < R_ref ist, ist bestimmt, dass der Katalysator nicht verschlechtert ist. Der Rest des Verfahrens ist der gleiche wie in der vierten Ausführungsform.
Gemäß dem Katalysatorverschlechterungs-Bestimmungsprozess der vorstehend beschriebenen vierten oder fünften Ausführungsform wird der Bestimmungsprozess basierend auf der Ansprechkurvenlänge LVOS der O₂-Sensorausgabe oder basierend auf dem Ansprechkurvenlängenverhältnis LVOS/LVAF zwischen dem O₂-Sensor und den A/F-Sensorausgaben durchgeführt, falls die Ansprechkurvenlänge LVAF der A/F-Sensorausgabe innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist; da der Bereich, in dem die Ansprechkurvenlänge oder das Ansprechkurvenlängenverhältnis mit den normalen und den verschlechterten Katalysatorbedingungen überlappt (siehe 6A und 6B), auf diese Art und Weise ausgeschlossen ist, wird eine fehlerhafte Bestimmung verhindert. Da ferner der Verschlechterungsbestimmungs-Referenzwert gemäß der Ansprechkurvenlänge LVAF der A/F-Sensorausgabe verändert wird, wird es möglich, die Effekte der Grenze der Z-Charakteristik des O₂-Sensors zu kompensieren (die Feststellung wird unmöglich, wenn die Variation des Katalysatorausgangsgases größer als ein vorbeschriebener Wert wird). Anstelle der LVAF kann die Amplitude der Ausgabevariation verwendet werden, da die Amplitude der Ausgabevariation im Wesentlichen proportional zu der Ansprechkurvenlänge LVAF der A/F-Sensorausgabe ist.
In jedem der Ausführungsformen, da die Verschlechterung des Katalysators an Hand eines O₂-Sensors, der stromabwärtig des Katalysators angebracht ist, akkurat bestimmt wird, verbessert sich das Abgasreinigungsverhalten, und als Resultat wird Luftverschmutzung verhindert.

Claims

Katalysatorverschlechterungs-Feststellungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit: einem Dreiwegekatalysator (38), der in einer Abgasleitung (34) der Brennkraftmaschine (26) eingebaut ist, und der eine O₂-Speicherfähigkeit besitzt; einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (45), der zur linearen Feststellung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromaufwärtig des Drei-Wege-Katalysators (38) eingebaut ist; einer Rückkopplungssteuerungseinrichtung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Rückkopplungssteuern auf der Grundlage der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors (45) hin zu einem stöchiometrischen Verhältnis; einem O₂-Sensor (46), der stromabwärtig des Drei-Wege-Katalysators (38) eingebaut ist, zum Feststellen, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett oder mager ist, einer Katalysatorverschlechterungs-Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Verschlechterung des Drei-Wege-Katalysators (38) auf der Grundlage der Länge einer Ansprechkurve, welche die Ausgabe des O₂-Sensors (46) während der Zeitspanne beschreibt, in der die Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch die Rückkopplungssteuerungseinrichtung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird; dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorverschlechterungs-Bestimmungseinrichtung die Länge der Ansprechkurve, welche die Ausgabe des O₂-Sensors beschreibt, oder das Verhältnis der Länge der Ansprechkurve der Ausgabe des O₂-Sensors zu der der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors (45) mit einem entsprechenden Verschlechterungsbestimmungsreferenzwert vergleicht, und, dass eine Einrichtung zur Begrenzung einer Bestimmung einer Katalysatorverschlechterung zur Auferlegung einer Grenze vorgesehen ist, so dass die Bestimmung durch die Katalysatorverschlechterungs-Bestimmungseinrichtung nur durchgeführt wird, wenn die Länge der Ansprechkurve oder die Variation der Amplitude der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors (45) innerhalb eines vorgeschriebenen Bereichs ist.