DE3533287C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Feststellung einer Abnormität in einem System zur Detektion der Konzentration eines in von einer Brennkraftmaschine emittierten Auspuffgasen enthaltenden Bestandteils gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bereits ein Verfahren zur Regelung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses eines einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Kraftstoff-Gemischs auf einen Wert innerhalb eines gewünschten Bereichs bekannt, mit dem die Konzentration eines speziellen, in den von dem Motor abgegebenen Auspuffgasen enthaltenen Bestandteils, z. B. die Konzentration von Sauerstoff, detektiert, der Wert eines Korrekturkoeffizienten für das Luft/Kraftstoff- Gemisch in Abhängigkeit von einem detektierten Wert der Sauerstoffkonzentration bestimmt und der Wert des Luft/ Kraftstoff-Gemischs unter Verwendung des so bestimmten Korrekturkoeffizienten für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrigiert werden kann, so daß der Wert des Luft/Kraftstoff- Gemischs in den gewünschten Bereich fällt.

Als Mittel zur Detektion der Sauerstoffkonzentration wird in großem Umfang ein Sauerstoff- bzw. O₂-Sensor verwendet, der z. B. aus einem Zirkontrockenelektrolyten (ZrO₂) zusammengesetzt ist. Dieser O₂-Sensor-Typ besitzt das charakteristische Merkmal, daß sich seine elektromotorische Kraft unvermittelt ändert, wenn das Luft/Kraftstoff- Verhältnis des Gemisches in der Nähe des theoretischen Gemischverhältnisses liegt. Mehr im einzelnen, er nimmt einen hohen Pegel an, wenn das Luft/Kraftstoff- Verhältnis reicher (kleiner) als theoretische Gemischverhältnis ist, und er nimmt einen niedrigen Pegel an, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer (größer) als das theoretische Gemischverhältnis ist. Wenn jedoch eine Abnormität in dem System zur Detektion der Konzentration von Auspuffgasbestandteilen, das den O₂-Sensor mit diesen Eigenschaften umfaßt, aufgrund einer Trennung oder Abschaltung in der Verdrahtung, eines Schlechterwerdens im Arbeiten bzw. der Funktion des O₂-Sensors an sich auftritt, wird es unmöglich, das Luft/Kraftstoff- Verhältnis des dem Motor zugeführten Gemischs genau zu regeln. Daher ist es erforderlich, den Betrieb des O₂-Sensors stets zu überwachen, um einen normalen Betrieb des Systems zur Detektion der Konzentration von Auspuffgasbestandteilen zu erhalten.

Aus der JP-OS 58-222 939 ist ein Verfahren zur Feststellung einer Abnormität im System zur Detektion der Konzentration von Auspuffgasbestandteilen bekannt, das in Fig. 1 veranschaulicht ist und bei dem der Wert des Korrekturkoeffizienten K O₂ für das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis verändert wird. Jedesmal wird zu dem Wert des Korrekturkoeffizienten K O₂ ein vorbestimmter Wert addiert oder von ihm subtrahiert, wenn der Ausgangswert des O₂-Sensors in bezug auf einen Referenzwert invertiert wird (Proportional-Term-Regelung), und anschließend wird jedesmal zu ihm ein kleiner fester Wert addiert oder von ihm subtrahiert, wenn ein vorbestimmter Zeitraum verstrichen ist, bis der Ausgangswert des O₂-Sensors wieder invertiert wird (Integral-Term- Regelung).

Gemäß diesem herkömmlichen Verfahren zur Feststellung einer Abnormität wird das Zeitintervall detektiert, bei dem der Wert des Korrekturkoeffizienten K O₂ stufenweise verändert wird, d. h. das Zeitintervall (T 1, T 2, . . . T 5 in Fig. 1), bei dem er von einem Wert zur Anreicherung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu einem Wert zur Abmagerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses invertiert wird oder umgekehrt. Es wird bestimmt, daß das System abnorm arbeitet, wenn das detektierte Zeitintervall einen vorbestimmten Zeitraum TFS überschreitet (beispielsweise, wenn das Zeitintervall T 5 von t 5 bis t 6 größer als TFS ist). Bei der Fehlerdetektion (t 6 in Fig. 1) wird der Wert des Korrekturkoeffizienten K O₂ auf einen vorbestimmten Wert eingestellt, wodurch eine Kompensation bzw. ein Ausgleich für die Abnormität im System ausgeführt wird.

Aus der JP-OS 59-3137 ist ein anderes Verfahren zur Detektion einer Abnormität bekannt, das ein Verfahren zur Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines einem Motor zugeführten Gemischs zum Gegenstand hat und eine Fortsetzung des Betriebs des Motors ermöglicht, selbst wenn eine Abnormität in der Einrichtung zur Detektion der O₂-Konzentration aufgetreten ist. Das bekannte Verfahren umfaßt, daß detektiert wird, ob der Wert des Korrekturkoeffizienten K O₂ in einen durch einen oberen Grenzwert K O₂H und einen unteren Grenzwert K O₂L begrenzten Bereich fällt oder nicht, der während des Normalbetriebs des Motors angenommen werden kann, daß der Zeitraum gemessen wird, der seit der Zeit verstrichen ist, zu der der Wert des Korrekturkoeffizienten K O₂ aus dem Bereich gefallen ist, und bestimmt wird, daß das System zur Detektion der O₂-Konzentration abnorm ist, wenn der gemessene Zeitraum einen vorbestimmten Zeitraum TFS′ überschreitet.

Obwohl mit diesen bekannten Verfahren Abnormitäten festgestellt werden, die eine deutliche Veränderung in der Ausgangscharakteristik, d. h. den Ausgangseigenschaften des O₂-Sensors, zur Folge haben, wie sie z. B. durch eine Trennung oder Abschaltung in der Leitung verursacht wird, können mit diesen Verfahren keine Abnormitäten festgestellt werden, die eine allmähliche Veränderung in den Ausgangseigenschaften des Sensors zur Folge haben. Um dies mehr im einzelnen darzulegen, sei nun angenommen, daß die während eines Zeitraums B in Fig. 1 erhaltenen Werte des Korrekturkoeffizienten K O₂ bei demselben Betriebszustand des Motors erhalten worden sind, wie die während des vorhergehenden Zeitraums A in Fig. 1 erhaltenen Werte, und ein Mittelwert KREF 2 der während des Zeitraums B erhaltenen Werte des Korrekturkoeffizienten K O₂ befindet sich auf einer reicheren Seite als ein Mittelwert KREF 1 der während des Zeitraums A erhaltenen Werte des Korrekturkoeffizienten K O₂, um das Luft/Kraftstoffverhältnis anzureichern. Wenn ein solches Phänomen eigentlich durch eine Veränderung in den Ausgangseigenschaften des O₂-Sensors aufgrund einer Verschlechterung seiner Funktion verursacht worden ist, kann eine solche Veränderung die Emissionseigenschaften und den Kraftstoffverbrauch des Motors nachteilig beeinflussen. Es ist daher erwünscht, daß eine derartige Verschlechterung der Funktion des O₂-Sensors so früh wie möglich detektiert wird. Gemäß den obigen herkömmlichen Verfahren können jedoch Abnormitäten im O₂-Sensor erst detektiert werden, wenn der Ausgangswert des Sensors aus dem Normalbereich fällt oder wenn das Zeitintervall, bei dem der Ausgangswert des Sensors in bezug auf einen vorbestimmten Wert invertiert worden ist, einen vorbestimmten Zeitraum überschreitet.

Aus der DE-OS 33 01 743 ist es bekannt, Ausgangssignale von Sensoren für die Maschinendrehzahl, eingespritzte Kraftstoffmenge und Stellung des Drosselventils mit entsprechenden vorbestimmten oberen und unteren Grenzwerten zu vergleichen. Liegen die Werte außerhalb eines durch diese Grenzwerte bestimmten Bereichs, wird festgestellt, daß eine Abnormität vorliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Feststellung einer Abnormität in einem System zur Detektion der Konzentration von Auspuffgasbestandteilen bei einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem die Abnormität rasch festgestellt werden kann, um hierdurch zu verhindern, daß die Abnormität die Emissionseigenschaften und den Kraftstoffverbrauch des Motors nachteilig beeinflußt.

Diese Aufgabe ist durch die Erfindung bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein erster Bereich durch einen oberen Grenzwert K O₂H eines Korrekturwerts K O₂ für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines dem Motor zugeführten Gemischs und durch einen unteren Grenzwert K O₂L dieses Korrekturwerts festgelegt, die bei normalen Betriebszuständen des Motors angenommen werden können. Innerhalb dieses ersten Bereichs ist ein zweiter Bereich durch einen ersten vorbestimmten Wert K O₂FSL und einen zweiten vorbestimmten Wert K O₂FSL festgelegt, der kleiner als der erste vorbestimmte Wert ist. Es wird entschieden, daß das eine Sensoreinrichtung umfassende System zur Detektion der Konzentration von Auspuffgasbestandteilen abnorm ist, wenn bestimmt worden ist, daß der Korrekturwert fortgesetzt außerhalb des zweiten Bereichs über einen begrenzten Zeitraum fällt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es auf diese Weise, Abnormitäten festzustellen, die zu einer allmählichen Änderung der Ausgangseigenschaften des Sensors führen.

Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung weiter ersichtlich. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Diagramm, das zur Erläuterung eines herkömmlichen Verfahrens zur Feststellung einer Abnormität in einem System zur Detektion der Sauerstoffkonzentration von Nutzen ist und die Art und Weise veranschaulicht, auf die der Wert eines Korrekturkoeffizienten K O₂ für ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis verändert wird,

Fig. 2 ein Blockdiagramm, das die gesamte Anordnung eines Steuerungs- und Regelsystems für die Kraftstoffzufuhr bei einer Brennkraftmaschine veranschaulicht, auf das das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann,

Fig. 3 ein Schaltbild, das die elektrische Schaltung in der elektronischen Steuer- und Regeleinheit (ECU) in Fig. 2 zeigt,

Fig. 4 ein Flußdiagramm, das die Art und Weise der Berechnung des Werts des Korrekturkoeffizienten K O₂ für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zeigt,

Fig. 5 eine Tabelle, die die Beziehung zwischen einem bei der Proportional-Term-Regelung des Werts des Korrekturkoeffizienten K O₂ für das Luft/Kraftstoff- Verhältnis verwendeten Korrekturbetrag Pi und der Drehzahl Ne des Motors veranschaulicht,

Fig. 6 ein Diagramm, das die Art und Weise zeigt, auf die der Wert des Korrekturkoeffizienten K O₂ für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis und ein Mittelwert KREF davon verändert wird,

Fig. 7 ein Flußdiagramm, das die Art und Weise zeigt, auf die eine Abnormität in einem System zur Detektion der Sauerstoffkonzentration gemäß dem Verfahren der Erfindung festgestellt wird, und

Fig. 8 ein Diagramm, das die Art und Weise zeigt, auf die der Wert des Korrekturkoeffizienten K O₂ für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis verändert wird, der bei der Feststellung der Abnormität gemäß dem Verfahren der Erfindung verwendet wird.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Es wird zunächst auf Fig. 2 Bezug genommen, wo die gesamte Anordnung eines Steuerungs- und Regelsystems einer Brennkraftmaschine für die Kraftstoffzufuhr veranschaulicht ist, auf das das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist.

Mit dem Bezugzeichen 1 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, bei der es sich beispielsweise um eine Vierzylindermaschine handeln kann und mit der ein Ansaugkanal bzw. -rohr 2 mit einem darin angeordneten Drosselventil 3 verbunden ist. Ein Sensor 4 für die Drosselventilöffnung ( R th) ist mit dem Drosselventil 3 verbunden, um dessen Ventilöffnung zu detektieren, und ist elektrisch mit einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit 5 (im folgenden als "ECU" bezeichnet) verbunden, um ihr ein elektrisches Signal zuzuführen, das die von dem Sensor detektierte Drosselventilöffnung R th anzeigt. Die ECU 5 bewirkt die Berechnung des gewünschten Luft/Kraftstoff- Verhältnisses eines dem Motor 1 zugeführten Gemischs, etc. sowie die Feststellung einer Abnormität in einem System zur Detektion der Konzentration von Auspuffgasbestandteilen auf eine nachfolgend beschriebene Weise.

Kraftstoffeinspritzventile 6 sind jeweils im Ansaugrohr 2 an einer Stelle etwas stromaufwärts eines Ansaugventils eines entsprechenden, nicht gezeigten Motorzylinders und zwischen dem Motor 1 und dem Drosselventil 3 angeordnet, um Kraftstoff zum entsprechenden Motorzylinder zuzuführen. Jedes der Kraftstoffeinspritzventile 6 ist mit einer nicht gezeigten Kraftstoffpumpe verbunden und ist elektrisch mit der ECU 5 auf eine Art und Weise verbunden, daß ihre Ventilöffnungsperioden oder Kraftstoffeinspritzmengen durch von der ECU 5 zugeführte Signale gesteuert bzw. geregelt werden.

Andererseits steht ein Absolutdruck- bzw. PBA-Sensor 8 über einen Kanal 7 mit dem Inneren des Ansaugrohrs 2 an einer Stelle stromabwärts des Drosselventils 3 in Verbindung. Der Absolutdrucksensor 8 kann den absoluten Druck PBA im Ansaugrohr 2 detektieren und führt der ECU 5 ein elektrisches Signal zu, das den detektierten absoluten Druck PBA anzeigt. Ein Ansauglufttemperatur- bzw. TA-Sensor 9 ist im Ansaugrohr 2 an einer Stelle stromabwärts des Kanals 7 angeordnet und ebenfalls elektrisch mit der ECU 5 verbunden, um ihr ein elektrisches Signal zuzuführen, das die detektierte Ansauglufttemperatur TA anzeigt.

Ein Motorkühlwassertemperatur- bzw. TW-Sensor 10, der als ein Thermistor oder dergleichen ausgebildet sein kann, ist am Hauptkörper bzw. -gehäuse des Motors 1 angebracht, wobei er in der peripheren Wand eines Motorzylinders eingebettet ist, dessen Innenraum mit Kühlwasser gefüllt ist, und sein elektrisches Ausgangssignal wird der ECU 5 zugeführt.

Ein Motordrehzahl- bzw. Ne-Sensor 11 und ein Zylinderunterscheidungs- bzw. CYL-Sensor 12 sind auf einer nicht gezeigten Steuer- bzw. Nockenwelle oder einer nicht gezeigten Kurbelwelle des Motors 1 angeordnet. Der Motordrehzahlsensor 11 kann bei einem speziellen Kurbelwinkel jedesmal einen Impuls erzeugen, wenn sich die Motorkurbelwelle um 180° dreht, d. h. bei jedem Impuls des oberen Totpunktpositions- bzw. TDC-Signals, während der Zylinderunterscheidungssensor 12 bei einem speziellen Kurbelwinkel eines speziellen Motorzylinders einen Impuls erzeugen kann. Die obigen durch die Sensoren 11 und 12 erzeugten Impulse werden der ECU 5 zugeführt.

Ein Dreiwegkatalysator 14 ist in einem Auspuffrohr 13 angeordnet, das sich vom Zylinderblock des Motors 1 erstreckt und dient zur Reinigung der in den Auspuffgasen enthaltenen Bestandteile HC, CO und NO _x . Ein O₂-Sensor 15 ist im Auspuffrohr 13 an einer Stelle stromaufwärts des Dreiwegkatalysators 14 eingefügt, um die Konzentration von in den Auspuffgasen enthaltenem Sauerstoff zu detektieren und der ECU 5 ein elektrisches, den detektierten Konzentrationswert anzeigendes Signal zuzuführen.

Weiter ist beispielsweise ein Sensor 16 für den Atmosphärendruck (PA) mit der ECU 5 verbunden, um Atmosphärendruck zu detektieren und der ECU 5 ein elektrisches Signal zuzuführen, das den detektierten Atmosphärendruck anzeigt.

Die ECU 5 arbeitet auf der Basis von verschiedenen, ihr eingegebenen Motorparametersignalen, um Motorbetriebsbedingungen zu bestimmen sowie die Ventilöffnungsperiode TOUT der Kraftstoffeinspritzventile 6 in Abhängigkeit von den bestimmten Motorbetriebsbedingungen mittels der folgenden Gleichung zu berechnen:

TOUT = Ti × K O₂ × K₁ + K₂ (1)

wobei Ti einen Basiswert für die Kraftstoffeinspritzperiode für die Kraftstoffeinspritzventile 6 darstellt und als Funktion der vom Ne-Sensor 11 detektierten Motordrehzahl Ne und des von dem PBA-Sensor 8 detektierten Absolutdrucks PBA im Ansaugrohr berechnet wird, und K O₂ stellt einen Korrekturkoeffizienten für das Luft/Kraftstoff- Verhältnis dar. Wenn eine Feedback-Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt wird, wird der Wert des Korrekturkoeffizienten K O₂ für das Luft/Kraftstoff- Verhältnis in Abhängigkeit von der durch das Ausgangssignal des O₂-Sensors 15 angezeigten Sauerstoffkonzentration eingestellt und wird auf eine in Fig. 4 gezeigte und nachfolgende beschriebene Art und Weise berechnet, während er auf einen Mittelwert KREF von Werten eingestellt wird, die während der Feedback-Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zugeführt werden, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit offenem Regelkreis geregelt wird.

In Gleichung (1) stellen des weiteren K₁ und K₂ Korrekturkoeffizienten und Korrekturvariable mit Werten dar, die von den Werten der Ausgangssignale von den oben erwähnten verschiedenen Sensoren abhängen, d. h. vom Sensor 4 für die Drosselklappenöffnung, Sensor 8 für den Absolutdruck im Ansaugrohr, Sensor 9 für die Ansauglufttemperatur, Sensor 10 für die Motorkühlwassertemperatur, Ne- Sensor 11, Zylinderdiskriminierungssensor 12, O₂-Sensor 15, Atmosphärendrucksensor 16 etc., und die Werte werden unter Verwendung von vorbestimmten Gleichungen berechnet, um das Startvermögen, die charakteristischen Emissionseigenschaften, den Kraftstoffverbrauch, das Beschleunigungsvermögen, etc. des Motors zu optimieren.

Die ECU 5 führt Steuer- bzw. Treibersignale den Kraftstoffeinspritzventilen 6 zu, um sie während einer Zeitdauer zu öffnen, die der Ventilöffnungsperiode TOUT entspricht, die mittels der Gleichung (1) berechnet worden ist.

Fig. 3 zeigt eine elektrische Schaltung in der ECU 5 von Fig. 2. Das Signal von Ne-Sensor 11 in Fig. 2 für die Motordrehzahl (U/min) wird einem Wellenform-Former 501 zugeführt, wo seine Wellenform geformt wird, und das geformte Signal wird einer Zentraleinheit (im folgenden als "CPU" bezeichnet) 503 als TDC-Signal sowie einem Me-Zähler 502 zugeführt. Der Me-Zähler 502 zählt das Zeitintervall zwischen einem vorhergehenden Impuls des Motordrehzahlsignals vom Ne-Sensor 11 und einem augenblicklichen Impuls desselben Signals, und dementsprechend ist sein gezählter Wert Me zum Reziprokwert der tatsächlichen Motordrehzahl Ne proportional. Der Me-Zähler 502 führt der CPU 503 den gezählten Wert Me über einen Datenbus 510 zu.

Die Spannungspegel der jeweiligen Ausgangssignale vom Sensor 4 für die Drosselventilöffnung, Sensor 8 für den Absolutdruck im Ansaugrohr, Sensor 10 für die Motorkühlwassertemperatur, O₂-Sensor 15, die alle in Fig. 2 dargestellt sind, und anderen Sensoren werden durch eine Pegelverschiebeeinheit 504 zu einem vorbestimmten Spannungspegel verschoben und nacheinander über einen Multiplexer 505 einem Analog/Digital-Wandler 506 zugeführt. Der A/D-Wandler 506 wandelt die obigen Signale der Reihe nach in Digitalsignale um und führt sie der CPU 503 über den Datenbus 510 zu.

Die CPU 503 ist auch über den Datenbus 510 mit einem Nur-Lese-Speicher (im folgenden als "ROM" bezeichnet) 507, einem Schreib/Lese-Speicher (im folgenden als "RAM" bezeichnet) 508 und einem Steuer- bzw. Treiberkreis 509 verbunden. Der ROM 507 speichert verschiedene Programme einschließlich eines Programms zur Feststellung einer Abnormität im System zur Detektion der O₂-Konzentration, das durch die CPU 503 auf eine nachfolgend beschriebene Weise ausgeführt wird, sowie verschiedene Daten und Tabellen oder Karten, die eine Tabelle mit Basiswerten Ti der Kraftstoffeinspritzperiode und eine Tabelle mit Bezugswerten K O₂FSH und K O₂FSL umfassen, die bei der Bestimmung verwendet werden, ob der Korrekturkoeffizient K O₂ einen abnormen Wert besitzt oder nicht, etc. Der RAM 508 speichert vorübergehend die resultierenden Werte verschiedener Berechnungen der CPU 503 sowie Daten, die vom Me-Zähler 502 und vom A/D-Wandler 506 zugeführt werden. Der Treiberkreis 509 führt den Kraftstoffeinspritzventilen 6 Steuersignale zu, die dem mittels der Gleichung (1) berechneten TOUT-Wert entsprechen, um die Kraftstoffeinspritzventile während einer Zeitdauer zu öffnen, die dem berechneten TOUT-Wert entspricht.

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das ein Programm zur Berechnung des Wertes des Korrekturkoeffizienten K O₂ für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zeigt, das in der CPU 503 synchron mit der Erzeugung der TDC-Signalimpulse ausgeführt wird.

Zuerst wird beim Schritt 1 festgestellt, ob der O₂-Sensor 15 aktiviert worden ist oder nicht. Genauer gesagt, es wird detektiert, ob die Ausgangsspannung des O₂-Sensors auf einen Anfangsaktivierungspunkt VX (z. B. 0,6 Volt) abgefallen ist oder nicht. Es wird detektiert, ob die vorbestimmte Zeitdauer (z. B. 60 Sekunden) verstrichen ist oder nicht, nachdem der Punkt VX erreicht worden ist. Wenn die Aktivierung des O₂-Sensors 15 beim Schritt 1 verneint wird, wird der Wert des Korrekturkoeffizienten K O₂ beim Schritt 2 auf einen Mittelwert KREF gesetzt, auf den später Bezug genommen wird. Wenn festgestellt wird, daß der O₂-Sensor 15 aktiviert ist, wird beim Schritt 3 ermittelt, ob das Drosselventil 3 voll geöffnet (WOT) ist oder nicht. Wenn die Antwort ja ist, wird der Wert von K O₂ auch auf den obigen Mittelwert KREF beim Schritt 2 gesetzt. Wenn das Drosselventil nicht voll geöffnet ist, wird beim Schritt 4 bestimmt, ob sich der Motor im Leerlaufzustand befindet oder nicht. Um es konkret darzustellen, wenn die Motordrehzahl Ne kleiner als ein vorbestimmter Wert NLDL (z. B. 1000 U/min) ist und der Absolutdruck PBA im Ansaugrohr kleiner als ein vorbestimmter Wert PBIDL (z. B. 360 mm Hg) ist, wird entschieden, daß der Motor im Leerlauf arbeitet, und dann wird der obige Schritt 2 ausgeführt, um den K O₂-Wert auf den Wert KREF zu setzen. Wenn nicht ermittelt wird, daß der Motor im Leerlaufzustand arbeitet, wird beim Schritt 5 festgestellt, ob der Motor die Geschwindigkeit verringert oder nicht. Um es konkret darzustellen, es wird entschieden, daß der Motor die Geschwindigkeit verringert, d. h. verlangsamt, wenn der Absolutdruck PBA niedriger als ein vorbestimmter Wert PBDEC (z. B. 200 mmHG) ist oder wenn eine eine Kraftstoffunterbrechung bewirkende Bedingung erfüllt ist, und wenn die Antwort ja ist, wird der Wert von K O₂ auf dem obigen Wert KREF beim Schritt 2 gehalten. Wenn andererseits bestimmt wird, daß der Motor nicht verlangsamt, wird beim Schritt 6 bestimmt, ob dann ein bei einem mageren stöchiometrischen Betrieb anwendbarer, das Gemisch abmagernder Koeffizient KLS einen Wert 1 besitzt. Wenn die Antwort ja ist, wird der K O₂-Wert auch bei dem obigen Wert KREF beim Schritt 2 gehalten, während das Programm zu den Schritten 7ff fortschreitet, was unten beschrieben wird, wenn die Antwort nein ist.

Die Schritte 7ff werden ausgeführt, wenn der Motor in einem Bereich arbeitet, in dem eine Feedback-Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, basierend auf dem Ausgangssignal des O₂-Sensors bewirkt werden sollte. Zuerst wird beim Schritt 7 bestimmt, ob eine Invertierung im Ausgangspegel des O₂-Sensors 15 aufgetreten ist oder nicht. Wenn die Antwort bejahend ist, wird beim Schritt 8 bestimmt, ob die vorhergehende Schleife eine offene Schleife war oder nicht. Wenn bestimmt worden ist, daß die vorhergehende Schleife keine offene Schleife war, schreitet das Programm zum Schritt 9 fort, um einen Korrekturbetrag Pi zu bestimmen, durch den der Koeffizient K O₂ korrigiert wird.

Dies wird mehr im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert, die eine Pi-Tabelle zeigt, die die Beziehung zwischen dem Korrekturbetrag Pi und der Motordrehzahl Ne erläutert, die im ROM 507 in Fig. 3 gespeichert ist. Es sind fünf unterschiedliche vorbestimmte Ne-Werte NFB 1 bis NFB 5 vorgesehen, die in einen Bereich von 1500 bis 3500 U/min fallen, während in bezug auf diese Ne-Werte fünf unterschiedliche vorbestimmte Pi-Werte P 1 bis P 6 vorgesehen sind. Der Wert des Korrekturbetrags Pi wird so aus der Motordrehzahl Ne beim Schritt 9 bestimmt.

Dann wird beim Schritt 10 bestimmt, ob der Ausgangspegel des O₂-Sensors niedrig ist. Wenn die Antwort ja ist, wird der aus der Tabelle von Fig. 5 erhaltene Pi-Wert beim Schritt 11 zum Koeffizienten K O₂ addiert. Wenn hingegen die Antwort nein ist, wird ersterer Wert von letzterem Wert beim Schritt 12 subtrahiert. Dann wird beim Schritt 13 von dem so erhaltenen Wert von K O₂ ein Mittelwert KREF berechnet. Die Berechnung des Mittelwerts KREF wird unter Verwendung der folgenden Gleichung ausgeführt:

wobei K O₂p einen Wert von K O₂, der unmittelbar vor oder unmittelbar nach einer Proportional-Term (P-Term)-Regeltätigkeit erhalten worden ist, A eine Konstante (z. B. 256), CREF eine Variable, die innerhalb eines Bereichs von 1 bis A - 1 gesetzt worden ist, und KREF′ einen Mittelwert von Werten K O₂ darstellt, die von Beginn der ersten Operation einer zugeordneten Steuer- bzw. Regelschaltung bis zur letzten Proportional-Term-Regeltätigkeit, diese eingeschlossen, erhalten worden sind. Der so berechnete Mittelwert KREF bleibt im RAM 508 selbst während des Anhaltens des Motors 1 gespeichert.

Da der Wert der Variablen CREF das Verhältnis des bei jeder P-Term-Regeltätigkeit erhaltenen Werts K O₂p zum Wert KREF bestimmt, kann ein optimaler Wert KREF erhalten werden, indem der Wert CREF auf einen geeigneten Wert im Bereich von 1 bis A - 1 in Abhängigkeit von den Spezifikationen oder den Daten eines Steuer- und Regelsystems für ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis, des Motortyps, etc. gesetzt wird, auf die die Erfindung angewendet wird.

Wie oben festgestellt wurde, wird der Wert KREF auf der Basis eines unmittelbar vor oder unmittelbar nach jeder P-Term-Regeltätigkeit erhaltenen Werts K O₂p berechnet. Dies beruht darauf, daß ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor zugeführten Gemischs, das unmittelbar vor oder unmittelbar nach einer P-Term-Regeltätigkeit auftritt, d. h. in einem Augenblick der Inversion des Ausgangspegels des O₂-Sensors, einen Wert zeigt, der dem theoretischen Gemischverhältnis (14,7) am nahesten kommt. Es kann somit ein Mittelwert von K O₂-Werten erhalten werden, die jeweils in einem Augenblick berechnet werden, in dem das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs einen Wert zeigt, der dem theoretischen Gemischverhältnis äußerst nahekommt, und es wird auf diese Weise ermöglicht, einen Wert KREF zu berechnen, der für den tatsächlichen Betriebszustand des Motors äußerst geeignet ist.

Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Art und Weise der Detektion (Berechnung) des Werts K O₂p zeigt, der unmittelbar nach einer P-Term-Regeltätigkeit detektiert wird. In Fig. 6 zeigt die Markierung · einen unmittelbar nach einer P-Term-Regeltätigkeit detektierten Wert K O₂p, und K O₂p 1 ist ein aktueller, gegenwärtig detektierter Wert, während K O₂p 6 ein Wert ist, der unmittelbar nach einer P-Term-Regeltätigkeit detektiert worden ist, die von der Gegenwart aus gesehen die sechste Tätigkeit ist.

Der Mittelwert KREF kann auch aus der folgenden Gleichung berechnet werden:

wobei K O₂pj einen Wert von K O₂p darstellt, der unmittelbar vor oder unmittelbar nach einer ersten von einer Anzahl j von P-Term-Regeltätigkeiten erhalten worden ist, die vor der augenblicklichen stattfinden, und B eine Konstante darstellt, die gleich einer vorbestimmten Anzahl von P-Term-Regeltätigkeiten (einer vorbestimmten Anzahl) von Invertierungen bzw. Umkehrungen des O₂-Ausgangssignals) ist, der einer Berechnung des Mittelwerts ausgesetzt ist. Je größer der Wert von B ist, umso größer ist das Verhältnis eines jeden Werts K O₂p zum Werkt KREF. Der Wert von B wird auf einen geeigneten Wert in Abhängigkeit von den Spezifikationen eines Feedback-Regelsystems für ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis, des Motortyps, etc. gesetzt, auf die die Erfindung angewendet wird. Gemäß Gleichung (3) wird eine Berechnung der Summe der Werte K O₂pj aus der P-Term-Regeltätigkeit, die vor der gegenwärtigen P- Term-Regeltätigkeit B mal bis zur gegenwärtigen P-Term- Regeltätigkeit stattfindet, jedesmal ausgeführt, wenn ein Wert von K O₂pj erhalten wird, und der Mittelwert dieser die Summe bildenden Werte K O₂pj wird berechnet.

Gemäß den obigen Gleichungen (2) und (3) wird der Mittelwert KREF jedesmal erneuert, wenn ein neuer Wert von K O₂p während der Feedback-Regelung, basierend auf dem O₂-Sensor- Ausgangssignal, erhalten wird, indem der obige neue Wert von K O₂p auf die Gleichungen angewendet wird. Auf diese Weise stellt der erhaltene Wert KREF stets den tatsächlichen Betriebszustand des Motors dar. Der wie oben beschrieben berechnete Mittelwert KREF wird zur Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Gemisches zusammen mit den anderen Korrekturkoeffizienten K 1, K 2 verwendet, die während eines Regelvorgangs mit offener Schleife unmittelbar folgend auf den Feedback-Regelbetrieb, basierend auf dem Ausgangssignal des O₂-Sensors, angewendet werden, bei dem derselbe Wert KREF berechnet worden ist. Der Regelbetrieb mit offener Schleife wird in speziellen Motorbetriebsbereichen, wie z. B. einem Motorleerlaufbereich, einem Gemischabmagerungsbereich, einem Betriebsbereich mit weit offenem Drosselventil und einem Verlangsamungsbereich ausgeführt.

Es wird nun wieder auf Fig. 4 Bezug genommen. Wenn die Antwort auf die Frage beim Schritt 7 nein ist, d. h. wenn der Ausgangspegel des O₂-Sensors auf demselben Pegel bleibt oder wenn die Antwort auf die Frage beim Schritt 8 ja ist, d. h. wenn die vorhergehende Schleife eine offene Schleife war, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs durch eine Integral-Term-Regelung (I-Term-Regelung) geregelt. Dies wird mehr im einzelnen erläutert. Beim Schritt 14 wird bestimmt, ob der Ausgangspegel des O₂-Sensors niedrig ist. Wenn die Antwort ja ist, werden TDC-Signalimpulse beim Schritt 15 gezählt, was davon begleitet ist, daß beim Schritt 16 bestimmt wird, ob die Zählung NIL einen vorbestimmten Wert NI (z. B. 30 Impulse) erreicht hat oder nicht. Wenn der vorbestimmte Wert NI noch nicht erreicht worden ist, wird der K O₂-Wert beim Schritt 17 auf seinem unmittelbar vorhergehenden Wert gehalten. Wenn festgestellt worden ist, daß der Wert NIL den Wert NI erreicht hat, wird ein vorbestimmter Wert Δ k (z. B. ungefähr 0,3% des K O₂-Werts) zum K O₂-Wert beim Schritt 18 addiert. Zur selben Zeit wird die Anzahl der bis dahin gezählten Impulse NIL beim Schritt 19 auf Null zurückgesetzt. Danach wird der vorbestimmte Wert Δ k zum K O₂- Wert jedesmal addiert, wenn der Wert NIL den Wert NI erreicht. Wenn es sich andererseits herausgestellt hat, daß die Antwort auf die Frage beim Schritt 14 nein ist, werden beim Schritt 20 TDC-Impulse gezählt, was davon begleitet ist, daß beim Schritt 21 bestimmt wird, ob die Zählung NIH den vorbestimmten Wert NI erreicht hat oder nicht. Wenn die Antwort beim Schritt 21 nein ist, wird der K O₂-Wert beim Schritt 22 auf seinem unmittelbar vorhergehenden Wert gehalten, während, wenn die Antwort ja ist, beim Schritt 23 der vorbestimmte Wert Δ k vom K O₂-Wert subtrahiert wird und gleichzeitig die Anzahl der bis dahin gezählten Impulse NIH beim Schritt 24 auf Null zurückgesetzt wird. Dann wird der vorbestimmte Wert Δ k vom K O₂-Wert jedesmal subtrahiert, wenn der Wert NIH den Wert NI auf dieselbe Weise wie oben erwähnt erreicht. Nach der Ausführung der Schritte 17, 19, 22 oder 24 schreitet das Programm zum Schritt 25 fort, bei dem eine Subroutine zur Feststellung einer Abnormität im System zur Detektion der Sauerstoffkonzentration gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, wie unten beschrieben wird.

Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, das die Subroutine zur Feststellung der Abnormität gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zeigt. Als erstes wird beim Schritt 1 bestimmt, ob ein erstes Flag (Markierung oder Zeichen) NFS 1 zur Fehler-Bestimmung und ein zweites Flag NFS 2 für denselben Zweck beide gleich dem Wert "1" sind. Wenn die Antwort auf die Frage beim Schritt "1" verneinend ist, schreitet das Programm zum Schritt 2 fort, wo bestimmt wird, ob in der augenblicklichen Schleife eine Feedback- Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, basierend auf dem Ausgangssignal des O₂-Sensors ausgeführt wird oder nicht. Wenn die Antwort verneinend ist, d. h. wenn keine O₂-Feedback-Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in der augenblicklichen Schleife ausgeführt wird, wird der Schritt 10 ausgeführt, um einen TFS 1- Zeitgeber zurückzusetzen, auf den später Bezug genommen wird. Dann wird der Schritt 11 ausgeführt, um den Wert des ersten Flags NFS 1 zu löschen, woraufhin die Ausführung des Programms beendet wird. Wenn andererseits in der augenblicklichen Schleife eine O₂-Feedback-Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt wird, werden die Schritte 3 und 4 ausgeführt, um zu bestimmen, ob der Wert des Korrekturkoeffizienten K O₂ abnorm ist oder nicht. Das heißt, es wird beim Schritt 3 bestimmt, ob der K O₂- Wert größer als ein erster vorbestimmter Wert K O₂FSH ist, der größer als 1,0 (z. B. K O₂FSH = 1,4), während beim Schritt 4 bestimmt wird, ob der K O₂-Wert kleiner als ein zweiter vorbestimmter Wert K O₂FSL ist oder nicht, der kleiner als 1,0 ist oder nicht (z. B. K O₂FSL = 0,8). Der erste vorbestimmte Wert K O₂FSH und der zweite vorbestimmte Wert K O₂FSL sind Bezugswerte für die Bestimmung einer Abnormität des K O₂- Werts und werden, wie in Fig. 8 gezeigt, so gesetzt, daß sie innerhalb eines Bereichs liegen, der durch einen oberen Grenzwert K O₂H, z. B. 1,6, des K O₂-Werts und einen unteren Grenzwert K O₂L, z. B. 0,6, desselben Werts begrenzt ist (der Mittelwert ist 1,0), der während des Normalbetriebs des Motors angenommen werden kann, während die O₂-Feedback-Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt wird. Der erste vorbestimmte Wert K O₂FSH wird auf einen Wert gesetzt, der zumindest um den Korrekturbetrag Pi kleiner als der obere Grenzwert K O₂H ist, während der zweite vorbestimmte Wert K O₂FSL auf einen Wert gesetzt wird, der zumindest um den Korrekturbetrag Pi größer als der untere Grenzwert K O₂L ist.

Wenn beide Schritte 3 und 4 eine negative Antwort ergeben, d. h. wenn der Wert des Korrekturkoeffizienten K O₂ in einen normalen Bereich (vor t 1, t 2 - t 3 und t 4 - t 5 in Fig. 8) fällt, werden die oben festgestellten Schritte 10 und 11 ausgeführt, woraufhin die Ausführung des Programms endet. Wenn andererseits einer der Schritte 3 oder 4 eine bejahende Antwort ergibt, d. h. wenn der K O₂-Wert außerhalb des normalen Bereichs (t 1 - t 2, t 3 - t 4 und t 5 - t 6 in Fig. 8) fällt, schreitet das Programm zum Schritt 5 fort, wo bestimmt wird, ob ein begrenzter Zeitraum TFS 1 verstrichen ist oder nicht, seit der K O₂-Wert aus dem normalen Bereich gefallen ist. Wenn die Antwort auf die Frage beim Schritt 5 verneinend ist, wird entschieden, daß der Wert des Korrekturkoeffizienten K O₂ lediglich zeitweilig abnorm wurde (t 1 - t 2 und t 3 - t 4 in Fig. 8), um die Ausführung des Programms zu beenden. Wenn andererseits die Antwort auf die Frage beim Schritt 5 bejahend ist, d. h. wenn der K O₂-Wert weiterhin aus dem normalen Bereich über den begrenzten Zeitraum TFS 1 herausfällt, wird der Schritt 6 ausgeführt.

Beim Schritt 6 wird bestimmt, ob das erste Flag NFS 1 zur Fehlerbestimmung gleich dem Wert "1" ist oder nicht. Wenn eine verneinende Antwort gegeben wird, wird der Schritt 7 ausgeführt, um den Wert des ersten Flags NFS 1 auf den Wert "1" zu setzen. Dann wird der TFS 1-Zeitgeber beim Schritt 8 wieder gestartet, woraufhin die Ausführung des Programms beendet wird. Der TFS 1-Zeitgeber besteht beispielsweise aus einem Programmzeitgeber zum Zählen von Impulsen des TDC-Signals, der bestimmen kann, daß die begrenzte Zeitdauer TFS 1 verstrichen ist, wenn er 2000 Impulse des TDC-Signals zusammengezählt hat. Somit wird die Länge des begrenzten Zeitraums TFS 1 entsprechend der Zunahme der Motordrehzahl Ne verringert, um die Länge des begrenzten Zeitraums TFS 1 für Betriebszustände des Motors geeignet zu machen. Wenn der Schritt 6 andererseits eine bejahende Antwort ergibt, d. h. wenn das erste Flag NFS 1 den Wert "1" besitzt, wird der Schritt 9 ausgeführt, um das zweite Flag NFS 2 auf den Wert "1" zu setzen, woraufhin die augenblickliche Abarbeitung des Programms beendet wird. Bei der nächsten Ausführung des Programms synchron mit der Erzeugung eines nachfolgenden Impulses des TDC-Signals wird der Schritt 1 eine bejahende Antwort ergeben, wodurch definitiv eine Abnormität im K O₂-Wert bestimmt wird. Dann schreitet das Programm zum Schritt 12 fort, wo eine Kompensationsfunktion für eine auf diese Weise im System zur Detektion der Sauerstoffkonzentration festgestellte Abnormität ausgeführt wird (t 6 in Fig. 8). Auf die obige Weise wird eine Abnormität im System zur Detektion der Sauerstoffkonzentration klar bestimmt, wenn das erste Flag NFS 1 und das zweite Flag NFS 2 zur Fehler-Bestimmung beide gleich dem Wert "1" sind, so daß vermieden wird, daß eine falsche Diagnose gemacht wird, daß eine Abnormität im System zur Detektion der Sauerstoffkonzentration aufgetreten ist, selbst in dem Fall, daß eines der Flags NFS 1 und NFS 2 irrtümlicherweise aufgrund äußeren Rauschens oder dergleichen auf den Wert "1" gesetzt wrid, wodurch eine exakte Feststellung einer Abnormität ermöglicht wird.

Die Kompensationsfunktion für eine detektierte Abnormität im System zur Detektion der Sauerstoffkonzentration kann beispielsweise umfassen, daß der Wert des Korrekturkoeffizienten K O₂ auf 1,0 oder auf den Mittelwert KREF (nach t 6 in Fig. 8) gesetzt wird und daß von der CPU 503 (in Fig. 3) ein Steuersignal einer nicht gezeigten Alarmvorrichtung zugeführt wird, um diese in Gang zu setzen. Sobald der Schritt 12 ausgeführt worden ist, wird die Ausführung der Kompensationsfunktion fortgesetzt, gerade bevor die Reparatur von damit in Beziehung stehenden Teilen des Systems vollendet worden ist, um dessen Normalbetrieb wieder herzustellen.

Obwohl beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel der zur Feststellung der Abnormität, wie sie im Flußdiagramm von Fig. 7 gezeigt wurde, verwendete TFS 1-Zeitgeber aus einem Programm-Zeitgeber zum Zählen von TDC-Signalimpulsen besteht, kann er alternativ aus einem Zeitgeber zum Zählen von Taktimpulsen bestehen, die durch einen Taktimpulsgenerator erzeugt werden, der gewöhnlich in der CPU 503 vorgesehen ist, der zur Detektion der Dauer eines abnormen Werts des Korrekturkoeffizienten K O₂ verwendet wird, um eine Abnormität im System zur Detektion der Sauerstoffkonzentration zu bestimmen, wenn eine begrenzte Zeitdauer TFS 1 verstrichen ist. Im alternativen Fall sollte der begrenzte Zeitraum TFS 1 vorzugsweise auf Werte gesetzt werden, die mit zunehmender Drehzahl Ne des Motors abnehmen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Feststellung einer Abnormität in einem System zur Detektion der Konzentration eines in von einer Brennkraftmaschine emittierten Auspuffgasen enthaltenen Bestandteils (O₂), wobei das System eine Sensoreinrichtung (15) zur Detektion der Konzentration des Auspuffgasbestandteils umfaßt, wobei ein Korrekturwert (K O₂) für das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis eines dem Motor zugeführten Gemischs in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal von der Sensoreinrichtung eingestellt wird und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in Abhängigkeit von dem so eingestellten Korrekturwert geregelt wird, wobei der Korrekturwert zur Feststellung der Abnormität angewendet wird und ein erster Bereich vorgesehen ist, der durch einen oberen Grenzwert (K O₂H) des Korrekturwerts und einen unteren Grenzwert (K O₂L) des Korrekturwerts festgelegt ist, der angenommen werden kann, wenn sich der Motor in normalen Betriebszuständen befindet, dadurch gekennzeichnet, daß

• (1) ein erster vorbestimmter Wert (K O₂FSH) und ein zweiter vorbestimmter Wert (K O₂FSL), der kleiner als der erste vorbestimmte Wert ist, eingestellt werden, wobei diese beiden Werte innerhalb des ersten Bereichs liegen,
• (2) bestimmt wird, ob der Korrekturwert (K O₂) weiterhin außerhalb eines zweiten, durch den ersten vorbestimmten Wert (K O₂FSH) und den zweiten vorbestimmten Wert (K O₂FSL) begrenzten Bereichs über einen begrenzten Zeitraum (TFS 1) herausfällt oder nicht und
• (3) entschieden wird, daß das die Sensoreinrichtung enthaltende System zur Detektion der Konzentration des Auspuffgasbestandteils abnorm ist, wenn beim Schritt (2) bestimmt wird, daß der Korrekturwert weiterhin aus dem zweiten Bereich über den begrenzten Zeitraum herausfällt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der begrenzte Zeitraum (TFS 1) als Funktion der Drehzahl (Ne) des Motors (1) festgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Impulse eines bei vorbestimmten Kurbelwinkeln des Motors (1) erzeugten Signals (TDC) detektiert werden und daß bestimmt wird, daß der begrenzte Zeitraum (TFS 1) verstrichen ist, wenn eine Erzeugung einer vorbestimmten Anzahl der Impulse detektiert worden ist.