DE4339299A1

DE4339299A1 - Vorrichtung und Verfahren einer bordeigenen Katalysator-Wirkungsgrad-Überwachung

Info

Publication number: DE4339299A1
Application number: DE4339299A
Authority: DE
Inventors: Peter J Grutter
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1992-11-25
Filing date: 1993-11-18
Publication date: 1994-05-26
Anticipated expiration: 2013-11-19
Also published as: DE4339299C2; US5289678A; JPH06212956A

Description

Die Erfindung betrifft die Überwachung des Katalysator-Wir kungsgrades bei der Behandlung von Abgasen einer Ver brennungskraftmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung die Kraftstoffregelung eines geschlossenen, mit stromaufwärts und stromabwärts eines Katalysators angeordneten Abgas-Sauer stoff-Sensoren (EGO) ausgerüsteten Luft/Kraftstoff-Regel kreises einer Verbrennungskraftmaschine mit einer periodi schen bordeigenen Überwachung des Katalysator-Wirkungsgrades.

Es ist bekannt, daß der Wirkungsgrad oder die Wirksamkeit ei nes Katalysators bei der Behandlung von Abgasen einer Ver brennungskraftmaschine nennenswert durch das der Maschine zu geführte Verhältnis von Luft zu Kraftstoff beeinflußt wird. Beim stöchiometrischen Verhältnis ist der katalytische Um wandlungs-Wirkungsgrad sowohl für die Oxidations- als auch für die Reduktionsumwandlungen hoch. Das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis ist definiert als das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff, welches bei einer perfekten Verbren nung zu einem vollständigen Verbrauch des Kraftstoffes führen würde. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAMDA eines Luft/ Kraftstoffgemisches ist das Verhältnis von

a) dem Luftgewichtsbetrag geteilt durch den Kraftstoff gewichtsbetrag, der bzw. des zu einem Zeitpunkt tat sächlich der Maschine zugeführten Luft bzw. Kraftstoffes, zu
b) dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis.

Ein Einsatz geschlossener Kraftstoffregelkreissysteme ist als sog. Umwandlungsfenster bekannt, mit dem das Luft/Kraftstoff- Verhältnis in einem engen Bereich um das stöchiometrische Verhältnis gehalten wird. Um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis innerhalb des Umwandlungsfensters zu halten, sind geschlos sene Kraftstoffregelkreissysteme bekannt, die jeweils einen vor und hinter dem Katalysator angeordneten EGO-Sensor verwenden.

Es ist weiterhin bekannt, daß der Wirkungsgrad oder die Wirk samkeit einer katalytischen Umwandlung durch die Sauer stoffspeicherfähigkeit des Katalysators beeinflußt wird. Ein gut arbeitender Katalysator senkt die Sauerstoffkonzentrationsschwankungen in dem Abgasstrom. Ein System zum Te sten des Katalysator-Wirkungsgrades, das in dem SAE-Papier Nr. 900062, "Detection of Catalyst Performance Using On-Board Diagnostics", vorgeschlagen wurde, verwendet zur Erfassung des Sauerstoffgehalts im Abgas zwei Abgassauerstoffsensoren (EGO), einen stromaufwärts und einen stromabwärts des Katalysators. Das System verwendet Testsignale in der Form von Luft/Kraftstoff-Verhältnisschwingungen auf beiden Seiten der Stöchiometrie in vorbestimmten Beträgen oder Frequenzen, die durch Kraftstoffregelsystemstörungen bewirkt werden. Durch Vergleich des Wechsels in den Reaktionsmustern zwischen dem stromaufwärts- und dem stromabwärtsliegenden EGO-Sensor kann eine Aussage über die Katalysatorwirksamkeit gemacht werden.

Es wird ein Verfahren zur genauen und verläßlichen Bestimmung des Katalysatorwirkungsgrades benötigt, insbesondere in einem bordeigenen System und vorteilhafterweise ein Verfahren, wel ches geeignet ist, in ein gesamt-Kraftstoff-Regelsystem einer Maschine eingefügt zu werden.

Gemäß der Erfindung ist ein bordeigenes Verfahren zur Überwa chung des Katalysator-Wirkungsgrades bezüglich der Behandlung von Abgas vorgesehen, welches typischerweise direkt aus einer Verbrennungskraftmaschine kommt. Der Katalysatorwirkungsgrad wird bestimmt durch die Messung einer Umwandlercharakteristik bezogen auf den Behandlungs-Wirkungsgrad von Kohlenwasser stoff (HC), speziell die Sauerstoff-Speicherkapazität des Katalysators. In vorteilhafter Weise ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung des Luft/Kraftstoffverhältnisses einer Luft/Kraftstoff-Mischung, die einer Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird, zur Abgasbehandlung der Maschine und zur Durchführung einer bordeigenen Überwachung des Katalysa torwirkungsgrades bezüglich der Abgasbehandlung vorgesehen.

Das Abgas wird von der Maschine dem Katalysator durch eine stromaufwärtsliegende Abgasleitung zugeführt, wobei es einer ersten EGO-Sensorvorrichtung ausgesetzt wird, wobei ein er stes EGO-Signal erzeugt wird, welches einen dem Sauerstoffge halt des Abgases entsprechenden Wert hat. Das Abgas wird stromabwärts des Katalysators durch eine zweite Abgasleitung geführt, in der es einer zweiten EGO-Sensorvorrichtung ausge setzt wird, wobei ein zweites EGO-Signal zu erzeugt wird, welches einen dem Sauerstoffgehalt in dem stromabwärtsseiti gen Abgas entsprechenden Wert hat.

Kraftstoff-Regelvorrichtungen dienen zur Regelung des Luft zu Kraftstoffverhältnisses, unter dem der Maschine Kraftstoff in Abhängigkeit von einem Kraftstoff-Strömungs- Regelungssignal zugeführt wird. Das Regelsignal basiert bei bevorzugten Ausführungsformen nach dem Stand der Technik üblicherweise wenigstens teilweise auf den Signalen der ersten und zweiten EGO-Sensoren. So wird beispielsweise in einer bevorzugten Ausführungsform das Kraftstoff-Strömungs- Regelsignal der Kraftstoff-Regelvorrichtung auf der Basis des ersten EGO-Sensors erzeugt, um das Verhältnis im wesentlichen innerhalb der Umwandlungsfenstergrenzen zu halten, die einen Bereich um einen mittleren Luft- zu Kraftstoff-Verhältniswert definieren, der einem stöchiometrischen Luft/Kraft stoffverhältnis entspricht. Der mittlere Luft/Kraft stoffverhältniswert wird auf der Basis des zweiten stromabwärtsseitigen EGO-Signals gemäß der oben genannten bekannten Technik eingestellt oder "getrimmt". Das heißt, beide EGO-Sensoren arbeiten in Regelschleifen vom Grenzzyklustyp. Im Fall des ersten EGO-Sensors, d. h. des stromaufwärtsseitigen EGO-Sensors, wird ein intern berechnetes Gleichgewichtsverhältnis des Vor- und Rückdurch laufes in Abhängigkeit von dem Status des ersten EGO-Sensors eingehalten, um die Kraftstoffströmung zur Erzielung eines gewünschtes Kraftstoffverhältnis zu regeln. Dieser Zyklus be wirkt ein fortlaufendes Umschalten des ersten EGO-Sensors zwischen seinem satten und seinem mageren Status. Die Um schaltrate variiert beispielsweise mit der Maschinendrehzahl und mit der Maschinenbelastung. Der Betriebspunkt, welchen der erste EGO-Sensor regelt, wird zyklisch in Abhängigkeit von dem Status des stromabwärtsseitigen EGO-Sensors nach hin ten und vorne verschoben, um die Maschine in dem bezüglich der Immissionsverringerung vorteilhaftesten Luft/Kraftstoff verhältnis zu betreiben. Infolgedessen schaltet der stromab wärtsseitige EGO-Sensor ebenfalls fortlaufend zwischen seinem satten und mageren Status um. Die Frequenz, in welcher der stromabwärtseitige EGO-Sensor schwingt, ist ein Maß für die Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators, wird jedoch auch durch die Drehzahl und die Belastung beeinflußt, bei bzw. unter welcher die Maschine betrieben wird.

Bei einem neuen Katalysator liegt die Schaltfrequenz des er sten EGO-Sensors üblicherweise im Bereich der 10fachen Schaltfrequenz des stromabwärtsseitigen EGO-Sensors. Bei schwächer werdendem Katalysator nimmt die stromabwärtsseitige EGO-Schaltfrequenz zu, während die Schaltfrequenz des ersten EGO-Sensors im wesentlichen von der Katalysatorabschwächung unbeeinflußt bleibt. Im Ergebnis ändert sich das Verhältnis der zwei Frequenzen, wenn der Katalysator schwächer wird. Bei dem Abschwächungsgrad, der zu erfassen beabsichtigt ist, hat das Verhältnis der zwei Frequenzen einen charakteristischen Wert für ein gegebenes System (beispielsweise für ein gegebe nes Fahrzeugkraftübertragungssystem mit der Maschine, der Kraftstoffregelvorrichtung, dem Katalysator usw.). Erreicht das Frequenzverhältnis seinen charakteristischen Wert, stellt das Überwachungssystem einen Katalysatorfehler fest. Bei Zweischleifenlösungen wird die Abhängigkeit der Schalt frequenz des stromabwärtsseitigen EGO-Sensors von der Dreh zahl und der Belastung durch den normalisierenden Effekt der Frequenzverhältnisrechnung reduziert. Daraus resultiert, daß die Katalysatorüberwachung über einen großen Maschinen betriebsbereich verläßlich ist.

Somit wird ein Wirkungsgradwert für den Katalysator auf der Basis des Verhältnisses der Schaltfrequenz der ersten EGO- Sensorvorrichtung im Vergleich zur Schaltfrequenz der zweiten EGO-Sensorvorrichtung bestimmt. Der Wirkungsgradwert wird dann mit einem vorbestimmten, gespeicherten Wert verglichen, der einem annehmbaren Minimumwirkungsgrad des Katalysators entspricht. Ein Katalysatorfehlersignal kann erzeugt oder eine andere Maßnahme eingeleitet werden, wenn der Vergleich des Wirkungsgradwertes mit dem gespeicherten Wert anzeigt, daß der Katalysatorwirkungsgrad unterhalb des akzeptablen Mi nimumwertes liegt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bringen be merkenswerte Vorteile, insbesondere bei der bordeigenen Über wachung des Wirkungsgrades eines Katalysators, insbesondere eines Drei-Wege-Katalysators. Solche bevorzugten Ausführun gen, welche im Detail weiter unten beschrieben werden, be treffen ein 2-EGO geschlossenes Kraftstoff-Regelsystem mit einer periodischen bordeigenen Katalysatorüberwachung. Wei tere Vorteile und Merkmale verschiedener bevorzugter Ausfüh rungen ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Be schreibung.

Verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Verbrennungs kraftmaschine eines Fahrzeuges mit einer Vorrichtung zur Regelung des Luft/Kraftstoffverhältnisses des Luft- und Kraftstoffgemisches für die Maschine, zur Behandlung der Maschinenabgase und zur periodischen Überwachung der Katalysatorwirksamkeit bei der Be handlung der Abgase gemäß einer bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Regelblockdiagramm für das Kraftstoffregel-, Ab gasbehandlungs- und Überwachungssystem der Ausführungsform gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Diagramm, welches den Spannungsausgang eines EGO- Sensors als Funktion des Luft-/Kraftstoffverhältnis ses LAMBDA zeigt,

Fig. 4 ein Flußdiagramm, welches die Verfahrensschritte zeigt, die bei Berechnung der Kraftstoffströmungsrate FPW während des Normalbetriebs der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung durchgeführt werden,

Fig. 5 ein Flußdiagramm, welches die Verfahrensschritte zeigt, die bei der Berechnung des Luft/Kraftstoffver hältnis-Korrekturbetrages LAMCOR in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 durchgeführt werden,

Fig. 6 ein Diagramm, welches den Spannungsausgang eines Be grenzers zeigt, der in Verbindung mit einem Aus führungsbeispiel der Erfindung verwendet wird und

Fig. 7 ein Flußdiagramm, welches die für die Katalysator überwachung bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 durchzuführenden Verfahrensschritte zeigt.

Der Fachmann erkennt aus dem Vorstehenden, daß die vor liegende Erfindung in einer Vorrichtung, bei einem Verfahren und bei einem System zur periodischen bordeigenen Überwachung und/oder Diagnose des Wirkungsgrades eines Katalysators be züglich der Behandlung der Abgase einer Verbren nungskraftmaschine eingesetzt werden kann.

Die Begriffe "Wirkungsgrad" und "Wirksamkeit" werden hier austauschbar verwendet und bedeuten jede geeignete Bewertung der Effektivität des Katalysators bei der Abgasbehandlung. Somit kann der oben beschriebene Katalysator-Wirkungsgradwert als ein Verhältnis, ein Teil, eine Prozentangabe usw. be stimmt, gespeichert oder ausgedrückt werden. Mit "periodisch" ist gelegentlich oder intermittierend gemeint, beispielsweise einmal oder mehrmals, jedesmal nach einem erneuten Start nach einer Nicht-Betriebsphase. In diesem Zusammenhang bedeutet der Hinweis auf den Beginn des Tests oder der Testphase wäh rend des im wesentlichen gleichmäßigen Betriebes der Maschine das Starten des Tests, wenn die Maschine in einem geschlosse nen 2-EGO-Sensorregelbetrieb ist, vorteilhafterweise unter normalen Drehzahl- und Belastungsbedingungen, aber nicht not wendigerweise, daß die Maschine unter solchen Bedingungen verbleiben muß oder während der gesamten geplanten Testphase in einem Gleichgewichtsstatus verbleiben muß. Üblicherweise dauert eine Testphase 20 Sekunden. Dabei wird die Anzahl der Schaltungen des stromaufwärtsseitigen EGO-Sensors (von satt zu mager und/oder umgekehrt) gezählt und gespeichert. Ent sprechend werden die Schaltungen des stromabwärtsseitigen EGO-Sensors gezählt und gespeichert. Der Katalysator- Wirkungsgradwert stellt das Verhältnis dieser zwei Zahlen dar oder wird auf andere Weise darauf basierend bestimmt. Es ist vorteilhaft, daß eine derartige Katalysatorüberwachung keine Unterbrechung des normalen Betriebsmodus des Kraft stoffregelsystems erfordert und darüber hinaus fortlaufend ausgeführt werden kann.

Wie oben ausgeführt, wird die Katalysatorüberwachung in vor teilhafter Weise bei Ausführungsformen eingesetzt, welche ein 2-EGO-Sensor geschlossenes Kraftstoffregelsystem aufweisen und sowohl einen stromaufwärtsseitigen als auch einen stromabwärtsseitigen EGO-Sensor verwenden. Eine große Zahl solcher Kraftstoffregelsysteme ist dem Fachmann bekannt und kann entsprechend der vorliegenden Erfindung in einfacher Weise so ausgestaltet werden, daß die vorbeschriebene bordei gene Katalysatorüberwachung realisiert wird. Ein geeignetes 2-EGO-Kraftstoffregelsystem ist in der US-A-724,394 vom 28. 06. 1991 durch A.Y. Gopp offenbart, worauf nachfolgend Be zug genommen wird. In dem Gopp-Regelsystem wird ein einzelner PI-Regler verwendet, dessen Ausgang auf Eingangssignalen ba siert, die wenigstens die Ausgangssignale sowohl des strom aufwärtsseitigen als auch des stromabwärtsseitigen EGO- Schaltsensors umfassen. Das Signal des stromaufwärtsseitigen EGO-Sensors wird durch ein Hochpaßfilter verarbeitet, welches als ein Echtzeitdifferenziergerät arbeitet. Das bearbeitete Signal des stromaufwärtsseitigen EGO-Sensors wird fortlaufend in einer Grenzzyklusfolge zwischen einem satten und einem ma geren Luft/Kraftstoffverhältnis hin- und hergeschoben, wobei ein Magersignal des EGO1-Sensors bewirkt, daß das Regelsystem ein satteres Luft/Kraftstoffgemisch der Maschine zuführt und daß das u. U. resultierende Sattsignal die Rückführung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zur mageren Seite des stö chiometrischen Verhältnisses bewirkt. Das stromabwärtsseitige EGO-Sensorsignal wird verwendet, um den stromaufwärtsseitigen geschlossenen Regelkreis einzustellen oder zu trimmen, indem der Schaltpunkt verändert wird, an welchem das stromauf wärtsseitige EGO-Sensorsignal zur Umschaltung zwischen mager und satt abgenommen wird.

Zu Zwecken der Beschreibung und nicht der Beschränkung werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele offenbart und beschrieben, welche Doppel-EGO- Kraftstoff-Regelvorrichtungen, -verfahren und -systeme für eine Verbrennungskraftmaschine bereitstel len, welche den bordeigenen Katalysatorüberwachungsaspekt der Erfindung bei einer 2-EGO-Kraftstoff-Regelvorrichtung verwirklichen, wobei die Verfahren und Systeme den Offenba rungen der A.Y. Gopp Patentanmeldung entsprechen. Bei solchen bevorzugten Ausführungsbeispielen, die im folgenden detail liert beschrieben werden, sind bei einer Verbren nungskraftmaschine ein Katalysator und 2 EGO-Sensoren vorge sehen, wobei der eine stromaufwärts und der andere stromab wärts des Katalysators angeordnet ist. Das Kraftstoff- Regelsystem umfaßt einen ersten Vergleicher zur Erzeugung ei nes ersten Signals aus dem Ausgangssignal des stromaufwärts seitigen EGO-Sensors. Ein solches erstes Signal hat einen konstanten Absolutwert (beispielsweise "1"), verändert sich jedoch hinsichtlich des Vorzeichens als eine Funktion des Ausgangssignals des stromaufwärtsseitigen EGO-Sensors. Ein zweiter Vergleicher, oder alternativ eine Beschrän kungsvorrichtung, erzeugt ein zweites Signal als eine Funk tion des stromabwärtsseitigen EGO-Sensorsignals. Das zweite Signal hat ebenfalls einen konstanten Absolutwert, variiert jedoch hinsichtlich des Vorzeichens als eine Funktion des stromabwärtsseitigen EGO-Sensorausgangssignals. Eine Korrek turvorrichtung mit einem Hochpaßfilter, welcher auf das erste Signal reagiert, erzeugt ein drittes Signal. Eine Vorrichtung zur Verbindung der skalierten zweiten und dritten Signale er zeugt ein viertes Signal, und eine Regelvorrichtung, die einen auf das vierte Signal reagierenden PI-Regler verwendet, erzeugt ein Luft-Kraftstoff-Verhältniskorrektursignal. In vorteilhafter Weise umfaßt das Regelsystem weiterhin eine Vorrichtung zur offenen Regelung (open loop control) einer Luft-Kraftstoffmischung, die während bestimmter Phasen unab hängig von den EGO-Sensorausgangssignalen ist, beispielsweise während des Anfangsbetriebs der Maschine, solange einer oder beide EGO-Sensoren noch nicht die Betriebstemperatur erreicht haben.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird ein Mikrocomputer 100 zur Rege lung des Luft/Kraftstoffverhältnisses eingesetzt, welches ei ner Verbrennungskraftmaschine 102 zugeführt wird. Der Mikro computer 100 umfaßt eine zentrale Recheneinheit (CPU) 104, einen Nur-Lesespeicher (ROM) 106 zum Speichern einer Hauptma schinenregelroutine und anderer Routinen, wie beispielsweise eine Kraftstoffströmungsroutine und Einstellkonstanten, Nach schlagetabellen usw., einen Zugriffsspeicher (RAM) 108 und herkömmliche Eingangs-/Ausgangsschnittstellen (I/O) 110. Die Schnittstellen 110 umfassen Analog/Digitalwandler (A/D) zur Umwandlung verschiedener analoger Eingangssignale, digitale Eingänge, Digital/Analogwandler (D/A) zur Umwandlung ver schiedener digitaler Ausgangssignale und digitale Ausgänge.

Der Mikrocomputer 100 umfaßt weiterhin herkömmliche Elemente, wie einen Zeitgenerator und eine Vorrichtung zur Erzeugung verschiedener Zeitsignale, Zähler, Treiber u. dgl. Der Mikro computer 100 regelt das Luft/ Kraftstoffverhältnis durch das Ansteuern von Einspritztreibern 112 in Abhängigkeit von Be dienermaßnahmen und variablen Betriebsbedingungen und Parame tern der Maschine 102. Der Mikrocomputer 100 sammelt Eingangsparameter und führt Berechnungen von Regelsignalen in einem festgelegten Sammelintervall DELTA T (T), wie bei spielsweise 20 msec., aus. Ist der Mikrocomputer 100 zum Be trieb mit einer variablen Sampling-Rate ausgelegt, sollte ein Timer verwendet werden, welcher eine Zeitmessung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sampling-Intervallen durchführen und eine Sampling-Zeit DELTA T messen kann.

Die Maschine 102 ist in diesem besonderen Ausführungsbeispiel als herkömmliche Vier-Zylinder-Verbrennungskraftmaschine aus gebildet, welche Kraftstoffeinspritzdüsen 114, 116, 118 und 120 aufweist, die mit einer Kraftstoffleitung 121 verbunden sind. Jede Kraftstoffeinspritzdüse wird elektronisch durch entsprechende Signale von dem Einspritztreiber 112 aktiviert. Jede Einspritzdüse 114, 116, 118 und 120 steht weiterhin in herkömmlicher Weise mit einem entsprechenden Verbrennungszy linder in Verbindung. Die Abgase aus dem Verbrennungszylinder werden über einen Auspuffkrümmer bzw. Abgasverteiler 122 ab geleitet, über einen Drei-Wege-Katalysator 124, welcher CO, HC und NO_X Schadstoffe aus dem Abgas entfernt, geführt und durch einen Auspuff 126 ausgestoßen. In dem Abgasverteiler 122 ist stromaufwärts des Katalysators 124 ist ein erster EGO-Sensor 128 (EGO1) zur Erfassung der Sauerstoffkonzen tration in den stromaufwärtsseitigen Abgasen angeordnet. In dem Auspuffrohr 126 ist stromabwärts des Katalysators 124 ein zweiter EGO-Sensor 130 (EGO2) zur Erfassung der Sauer stoffkonzentration hinter dem Katalysator 124 vorgesehen. Beide EGO-Sensoren 128 und 130 erzeugen Ausgangsspan nungssignale, welche auf den Analog/Digitalwandler der I/O- Schnittstelle 110 übertragen werden. Dem Fachmann sind ver schiedene geeignete alternative schaltbare EGO-Sensoren be kannt, einschließlich beheizter EGO-Sensoren (HEGO), usw. In diesem Zusammenhang wird Bezug genommen auf die Erörterung beispielhaft geeigneter EGO-Sensoren in der US-PS 5,077,970, Hamburg.

Ein Lufteinlaß 132 in Verbindung mit einem Einlaßverteiler 134 dient dazu, Luft an einer Drosselklappe 136 vorbei in die Verbrennungszylinder einzuleiten. Ein Drosselklappen positionssensor 138 ist mit der Drosselklappe 136 zur Erzeugung eines Drosselklappenpositionssignals TP verbunden. Weiterhin ist mit dem Einlaßverteiler 134 ein Luft massenstromsensor 140 verbunden, um ein Luftmassenstromsignal MAF zu erzeugen, welches der Masse des in die Maschine gelei teten Luftstroms entspricht, und ein Temperatursensor 142 zur Erzeugung eines Signals TA erfaßt die Temperatur der einge führten Luft. Mit dem Zylinderblock der Maschine 102 ist ein Kühlwassertemperatursensor 144 verbunden, der ein die Maschinenkühlmitteltemperatur anzeigendes Signal TW erzeugt. Ein Kurbelwinkelpositionssensor 146 ist mit der Kurbelwelle der Maschine 102 verbunden, um ein Kurbel winkelpositionssignal CA der Kurbelposition zu erfassen.

Ein Ansaugdrucksensor MAP kann anstelle eines Luft massenstromsensors 140 verwendet werden, welcher in bekannter Weise die Belastung der Maschine anzeigen kann. Andere, für den Betrieb der Maschine erforderliche herkömmliche Kom ponenten, wie beispielsweise ein Zündsystem, sind in Fig. 1 nicht dargestellt. Es ist weiterhin zu bemerken, daß die Er findung in vorteilhafter Weise in Verbindung mit anderen Maschinentypen verwendet werden kann, beispielsweise mit Ma schinen mit einer anderen Zylinderzahl als vier, Dreh kolbenmaschinen u. dgl.

Der Betrieb eines 2-EGO-Sensor geschlossenen Kraftstoff-Re gelsystems bei der Regelung des Luft/Kraftstoffverhältnisses wird im folgenden unter besonderem Hinweis auf ein Regel blockdiagramm gemäß Fig. 2 und das dazugehörige Diagramm in Fig. 3 erläutert, welches die EGO-Sensorausgangsspannung VEGO als Funktion von LAMBDA zeigt, also das Luft/Kraftstoff verhältnis relativ zum stöchiometrischen Luft/Kraftstoffver hältnis.

Die Ausgangsspannungen VEGO1 und VEGO2 des stromauf wärtsseitigen EGO1-Sensors 128 und des stromabwärtsseitigen EGO2-Sensors 130 werden entsprechend über einen A/D-Wandler in der I/O-Vorrichtung 110 entsprechenden Vergleichern 200 und 202 zugeführt. An jedem Vergleicher liegt ein Referenzsignal REF1 und REF2 an, welche den EGO- Ausgangsspannungen bei einem stöchiometrischen Verhältnis entsprechen, VREF, wie in Fig. 3 gezeigt. Jeder Vergleicher 200 und 202 erzeugt ein Ausgangssignal COMP1 und COMP2, welches jeweils einen konstanten Absolutwert hat, jedoch hinsichtlich des Vorzeichens variiert, je nachdem auf welcher Seite des stöchiometrischen Verhältnisses das entsprechende EGO-Ausgangsspannungssignal, VEGO1 und VEGO2, liegt.

Der Ausgang COMP1 des Vergleichers 200 wird durch einen Kor rekturblock 204 modifiziert. Der Korrekturblock 204 ist in vorteilhafter Weise ein Hochpaßfilter, welcher bei diesem Ausführungsbeispiel als ein Hochpaßfilter erster Ordnung dar gestellt ist, jedoch auch ein Hochpaßfilter höherer Ordnung sein kann. Der Hochpaßfilter erster Ordnung, im Regelungsbe reich auch als Echtzeitdifferenzierer bekannt, kann durch die folgende Differentialgleichung beschrieben werden:

T_d _*(DIF)/dt + DIF = d(COMP1)/dt (Gl. 1)

wobei:

DIF = das Ausgangssignal des Hochpaßfilters erster Ordnung;
T_d = die Zeitkonstante des Filters, ein einstellba rer Parameter des Regelsystems und
d(. . .)/dt = das Symbol ist, welches die erste Ableitung des entsprechenden Signals anzeigt.

Die Differenzengleichung, die zur Berechnung in digitalen Mikrocomputern geeignet ist, ist von der Gleichung 1 abgelei tet und lautet in der einfachsten Form:

wobei:

DELTA T = das oben beschriebene Mikrocomputer- Samplingintervall ist; i und i-1 indizieren das laufende und das vorhergehende Ergebnis der Berechnungen oder Messungen.

Der Ausgang COMP2 des zweiten Vergleichers 202 ist mit dem eine konstante Verstärkung K aufweisenden Verstärkerblock 206 verbunden, so daß das Ausgangssignal des Vergleichers 202 gleich K _* COMP2 ist. Während des Normalbetriebsmodus werden die Ausgangssignale beider Vergleicher 200 und 202 miteinan der mit einem zusätzlichen Vorspannsignal BIAS durch einen Addierblock 202 aufsummiert. Das Vorspannsignal BIAS wird zu Abgleichzwecken bereitgestellt und dient im Ergebnis dazu, das Referenzsignal REF2 zu modifizieren, wenn dies gewünscht wird. Das Ausgangssignal SUM des Addiererblocks wird wie folgt berechnet:

SUM = DIF + K_*COMP2 + BIAS (Gl. 2)

Das SUM-Signal wird einem Reglerblock 210 zugeführt. Der Reg lerblock 210 ist vorzugsweise ein Proportional- und Integral regler (PI), welcher die beschriebenen Berechnungen mittels folgender Differentialgleichung durchführt:

d(LAMCOR)/dt = H_*d(SUM)/dt + G_*SUM (Gl. 3)

wobei:
LAMCOR das Ausgangssignal des PI-Reglers ist und einen Luft/Kraftstoffverhältnis-Korrekturbetrag dar stellt, und
H und G Rückstell- und Rampenwert des PI-Reglers sind und einstellbare Parameter des Regelsystems dar stellen.

Eine für die Berechnung in digitalen Mikrocomputern geeignete Differentialgleichung ist von Gleichung 3 abgeleitet und lau tet in der einfachsten Form:

LAMCOR(i)=LAMCOR(i-1)+H_*(SUM(i)-SUM(i-1))+G_*DELTA T_*SUM(i-1).

Dem Fachmann wird auffallen, daß die Darstellung der Diffe rentialgleichungen (Gleichung 1 und Gleichung 3) in unter schiedlicher Form erfolgen kann. Die Kalibrierparameter des Regelsystems H, G, K und T_d können als Funktion der Drehzahl-/Belastungstabellen 215 modifiziert werden. Obwohl sich diese Beschreibung auf eine Mikrocomputerausführung bezieht, kann das Regelsystem auch durch analoge Mittel realisiert werden.

Der Kraftstoffberechnungsblock 212 berechnet die Kraft stoffströmungsrate FPW, ein Regelsignal für die Ein spritztreiber 112, in herkömmlicher Weise durch Verwendung des Luft/Kraftstoff-Korrekturbetragssignals LAMCOR des PI- Reglers 210 wie folgt:

FPW = FB_*FCOR_*LAMCOR

wobei:

FB die Basiskraftstoffströmung bei offener Schleife als Funktion der Werte der Belastungs/Dreh zahltabelle ist, welche aus dem ROM-Speicher 106 entnommen wird oder im Kraftstoffberech nungsblock 212 gespeichert ist;
FCOR ein Kraftstoffkorrekturbetrag ist, der bei spielsweise auf der Maschinenaufwärmtemperatur, der Batteriespannung und der gleichen basiert und ebenfalls vorzugsweise aus Auslesetabellen entnehmbar ist und
LAMCOR wie bei Gleichung 3 definiert ist.

Der Betrieb des Mikrocomputers 100 bei der Regelung der Kraftstoffströmung wird im folgenden unter besonderem Hinweis auf das Flußdiagramm gemäß Fig. 4 beschrieben. Es wird von dem Fachmann bemerkt werden, daß die Kraftstoffregelunter routinen, wie in Fig. 4 gezeigt, in typischer Weise eine Reihe von Unterroutinen sind, die wiederholt nacheinander während der Maschinenregelung durchgeführt werden, beispiels weise in Verbindung mit einer Zündregelungsunterroutine, EGR- Unterroutine usw.

Zu Beginn eines jeden Samplingintervalls werden die Ma schinenparameter in einem Schritt 400 abgerufen. Die Maschi nendrehzahl und -belastung werden dann in herkömmlicher Weise aus dem Kurbelwellenpositionssignal CA und dem Luft massenstromsignal MAF berechnet. Während eines Schritts 402 wird der Basis-Kraftstoffeinspritzbetrag FB bei offener Schleife durch Auslesung und Interpolation einer Dreh zahl/Belastungstabelle aus dem ROM-Speicher 106 bestimmt. Bei einem Schritt 404 wird der Kraftstoff-Korrekturbetrag FCOR, basierend auf Eingangswerten, beispielsweise der An sauglufttemperatur TA und der Kühlwassertemperatur TW, der Batteriespannung u. dgl., berechnet.

In einem Schritt 406 wird geprüft, ob der stromauf wärtsseitige EGO-Sensor 128 ausreichend aufgewärmt und/oder andere Bedingungen für den Beginn des geschlossenen Schlei fenbetriebes erfüllt sind. Diese Bedingungen können bei spielsweise das Erreichen eines vorgewählten Bereiches der Kühlwassertemperatur TW, die Ansauglufttemperatur TA, ein be obachtetes EGO-Sensorschalten, die seit dem Start abgelaufene Zeit u. dgl. sein, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Wei terhin können verschiedene Maschinenbetriebszustände, wie beispielsweise eine weit geöffnete Drosselklappe oder ein verlängerter Leerlauf eine offene Schleifenregelung erfor dern, selbst wenn die geschlossenen Schleifenbedingungen an derweitig erfüllt sind. Der Betrieb der Maschine kann mit beiden, der stromaufwärtsseitigen und der stromabwärtsseiti gen offenen Schleifenregelung erfolgen, d. h., die Signale beider Sensoren, des stromaufwärtsseitigen und des stromab wärtsseitigen EGO-Sensors, werden außer acht gelassen. Dies erfolgt typischerweise dann, wenn beispielsweise während ei nes Kaltstartes und/oder zu irgend einer anderen Zeit die EGO-Sensoren nicht ausreichend aufgewärmt sind. Befindet sich das Regelsystem in der stromaufwärtsseitigen offenen Schleifenregelung, befindet es sich bei dem hier bevorzugten Ausführungsbeispiel auch immer in dem stromabwärtsseitigen offenen Schleifenregelungsmodus. Bei bestimmten Bedingungen kann eine stromaufwärtsseitige geschlossene Schleifenregelung erfolgen (d. h. daß das Regelsystem das stromaufwärtsseitige EGO-Sensorsignal empfängt und verwendet), während stromabwärtsseitig eine offene Schleifenregelung durchgeführt wird. Dies kann dann vorkommen, wenn beispielsweise der stromaufwärtsseitige EGO-Sensor ausreichend erwärmt wurde, während der stromabwärtsseitige EGO-Sensor noch nicht ausreichend auf gewärmt wurde und/oder während einiger harter Beschleunigungsbedingungen, wie es für den Fachmann offensichtlich sein wird. Unter normalen Standardbedingungen wird das System jedenfalls eine stromaufwärtsseitige und eine stromabwärtsseitige geschlossene Schleifenregelung durchführen.

Wird die geschlossene Schleifenregelung aufgerufen, wird in Schritt 408 der Luft/Kraftstoffverhältnis-Korrekturbetrag LAMCOR berechnet, wobei das Ausgangssignal des PI-Reglers 210 einen Luft/Kraftstoffverhältnis-Korrekturbetrag für die geschlossene Schleife darstellt. Im übrigen wird LAMCOR in Schritt 410 auf 1 gesetzt. Die Frequenz des Grenzzyklus wird in der Hauptsache durch Parameter des stromaufwärtsseitigen Bereiches des Regelsystems bestimmt. Der stromabwärtsseitige EGO-Sensor stellt jedoch ein Vorspannungssignal bereit, wel ches den Satt/Magerschaltpunkt für das stromaufwärtsseitige EGO-Sensorsignal verschiebt. Der Ausgang des stromab wärtsseitigen EGO2-Sensors wird um seine Referenzspannung REF2 zentriert (d. h. es erfolgt eine Umschaltung von der einen Seite zur anderen Seite). Die Schritte 410 und 408 münden in einen Schritt 412, welcher einen endgültigen Kraft stoffströmungswert FPW auf der Basis der oben angegebenen Hauptkraftstoff-Strömungsgleichung berechnet:

FPW = FP_*FCOR_*LAMCOR

und betätigt die Kraftstoffeinspritzdüsen entsprechend in einem Schritt 414. Schritt 416 führt das System von der Kraftstoffströmungs-Berechnungsroutine zur Hauptroutine zu rück.

Die Berechnung des Luft/Kraftstoffverhältnis-Korrekturbe trages LAMCOR in Schritt 408 wird im folgenden unter besonderem Hinweis auf das in Fig. 5 gezeigte Ablaufdiagramm beschrieben. Schritte 504, 506 und 508 beschreiben den ersten Vergleicher 200 und berechnen dessen Ausgang COMP1. Der Wert von COMP1 wird in Schritt 510 in RAM 108 zur Verwendung im nächsten Sampling-Intervall gespeichert. Schritt 512 führt eine Berechnung gemäß Gleichung 1 aus, welche den Hochpaßfilter 204 beschreibt. Dann wird in Schritt 514 geprüft, ob der stromabwärtsseitige EGO-Sensor 130 ausreichend auf gewärmt ist und andere Erfordernisse für den Beginn der stromabwärtsseitigen geschlossenen Schleifen regelung erfüllt sind. Diese Bedingungen entsprechen den Bedingungen für den stromaufwärtsseitigen geschlossenen Schleifenbetrieb, wie oben beschrieben (s. Schritt 406). Wenn die Bedingungen erfüllt sind, wird in Schritten 516, 518 und 520 das Ausgangssignal COMP2 des zweiten Vergleichers 202 berechnet.

Schritt 522 entspricht dem Addierblock 208 und berechnet die Gleichung 2. Der Ausgangswert SUM aus Schritt 522 wird in Schritt 524 in dem RAM 108 zur Verwendung im nächsten Samplingintervall gespeichert. Schritt 526 führt die Berechnung gemäß Gleichung 3 aus, welche den PI-Regler 210 beschreibt. Schritt 530 setzt diese Routine zurück auf Schritt 412 zur Kraftstoff-Strömungsberechnung. Wenn die Bedingungen von Schritt 514 nicht erfüllt sind, setzt Schritt 528 COMP2 auf Null und DIF auf den gleichen Wert wie COMP1, so daß der zweite geschlossene schleifenbetrieb und der Hochpaßfilter außer Betrieb gesetzt werden. Schritt 528 setzt dann auf Schritt 522. Somit erfolgt eine automatische Umschaltung von einem 1-EGO- zum 2-EGO-Sensorbetrieb mit ge schlossener Schleifenkraftstoffregelung.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Begrenzerblock anstelle des zweiten Vergleichers 202 eingesetzt. Die Spannungscharakteristik des Begrenzers ist in Fig. 6 aufgezeigt und hat eine Verstärkung von 1 in der Nähe der Referenzspannung. Ihre oberen und unteren Grenzen liegen symmetrisch um die Referenzspannung und überschreiten die Minimum-Vmin- oder die Maximum-Vmax-Spannungen der EGO- Sensorausgangssignale VEGO nicht. Die Berechnung des Luft/Kraftstoffverhältnis-Korrekturbetrages LAMCOR bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt entsprechend dem Hauptaus führungsbeispiel. In diesem Fall werden die Schritte 516, 518 und 520 gemäß Fig. 5 durch die Berechnung Wertes LIM für den Begrenzer ersetzt, welcher dem Wert COMP2 in dem Haupt ausführungsbeispiel entspricht. Wenn die Bedingungen für die stromabwärtsseitige geschlossene Schleifenregelung nicht erfüllt sind, wird LIM auf Null gesetzt und DIF COMP1 gleichgesetzt. Der Addiererblock berechnet dann den Ausgangswert SUM:

SUM = DIF + K_*LIM + BIAS

wobei diese Gleichung erkennbar der Gl. 2 gemäß Schritt 522 in dem Hauptausführungsbeispiel entspricht.

Es versteht sich von selbst, daß während verschiedener Maschinenbetriebsmodi, insbesondere bei unterschiedlichen Drehzahlen und Belastungen, die kalibrierbaren Parameter des Regelsystems eine Nachstellung für eine optimale Regelung erfordern. Diese Parameter umfassen den Rückstellwert H und den Rampenwert G des PI-Reglers 210, die Zeitkonstante Td des Hochpaßfilters 204, den Verstärkerwert K des Verstärkerblocks 206 und das Vorspannsignal BIAS für den Addiererblock 208. Für eine Nacheichung aller oder einiger Kombinationen der Parameter werden eine Vielzahl von Funktionen oder Tabellen (beispielsweise Tabelle 214 in Fig. 2) mit Maschinendrehzahl- und Belastungswerten als Eingangswerte verwendet, wie in den Flußdiagrammen in Fig. 5 und 7 gezeigt. Es versteht sich weiterhin, daß verschiedene Maßnahmen, wie beispielsweise Zeitverzögerer oder Tiefpaßfilter verwendet werden können, um das Regelsystem vor Auswirkungen einer Hochfrequenz-EGO- Sensor-Umschaltung zu schützen. Solche Veränderungen können vom Fachmann in einfacher Weise bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Beachtung der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden.

Der Betrieb des Systems zur periodischen Katalysator überwachung bei gleichzeitiger Kraftstoff-Flußregelung zu der Maschine wird im folgenden unter Hinweis auf die Fig. 2 und 7 beschrieben. Ein Testintervall beginnt typischerweise während eines im wesentlichen gleichmäßigen Maschinenbetriebs und dauert ca. 20 Sekunden. Mehrfache Versuche können erforderlich sein, bevor ein gültiger Test vervollständigt ist. Einer oder mehrere gültige Tests können während einer gegebenen Periode gleichmäßigen Betriebs durchgeführt werden. Ein Überwachungstest beginnt während eines Normalbetriebs mit geschlossener Schleife. Der Begriff "periodisch" wird in der Bedeutung von gelegentlich oder intermittierend verwendet, beispielsweise einmal (oder öfter) zu jedem Zeitpunkt, an dem der Maschinenbetrieb nach einer Periode des Nicht-Betriebs wieder gestartet wird. In diesem Zusammenhang bedeutet die Bezugnahme auf das Einleiten einer Testperiode während des im wesentlichen gleichförmigen Betriebs der Maschine, den Beginn der Testperiode dann, wenn die Maschine im geschlossenen Schleifenbetrieb arbeitet, nicht notwendigerweise, daß alle Maschinenbetriebsparameter konstant sein müssen und auch nicht notwendigerweise, daß die Maschine in dem gleichförmigen Betrieb während der gesamten geplanten Testperiode verbleiben muß.

Wie in Fig. 2 gezeigt, werden die Signale VEGO1 und VEGO2 der stromaufwärtsseitigen und stromabwärtsseitigen EGO-Sensoren vorzugsweise nach der Signalumwandlung in die entsprechenden Signale COMP1 und COMP2 durch Schaltzähler 302 und 304 bearbeitet. Der Fachmann kann, unterstützt durch die vorliegende Offenbarung, geeignete Schaltungserfassungs- und Zählvorrichtungen und weiterhin geeignete dazugehörige, weiter unten beschriebene, Entscheidungs-Blockvorrichtungen in bekannte Kraftstoffregelsysteme einbauen. Die Schaltungserfassungs- und Zählvorrichtung kann beispielsweise ein oder mehrere Register in dem Mikrocomputer 100 umfassen. Der Schaltzähler 302 zählt während der Testphase die Anzahl, wie oft das Signal des stromaufwärtsseitigen EGO-Sensors 128 von satt zu mager schaltet und/oder von mager zu satt. Entsprechend zählt der Zähler 304 während der Testphase die Anzahl, wie oft das Signal des stromabwärtsseitigen EGO- Sensors 130 schaltet. Die beiden Anzahlen werden dem Entscheidungsblock 306 zugeführt, welcher einen Katalysator- Wirkungsgradwert auf der Basis des Verhältnisses der beiden gezählten Werte bestimmt. Der Entscheidungsblock vergleicht dann den resultierenden Katalysator-Wirkungsgradwert mit einem gespeicherten Wert, der so vorbestimmt ist, daß er einem akzeptablen Minimalwirkungsgrad für den Katalysator entspricht. Der gespeicherte Wert kann in einfacher Weise vom Fachmann empirisch vorbestimmt werden und hängt von der jeweiligen Maschine und den Abgassystemcharakteristika ab. Typisch ist beispielsweise für einen gut funktionierenden Katalysator, daß der stromaufwärtsseitige EGO-Sensor 10mal während jeder Schaltung des stromabwärtsseitigen EGO-Sensors schaltet. Wird der Katalysator schwächer, wandert dieses Verhältnis in Richtung 1 zu 1. Somit kann der gespeicherte Wert so gewählt werden, daß er dem minimalen Katalysatorumwandlungswert entspricht, beispielsweise einem Wirkungsgrad von 45%.

Wenn der bestimmte Wirkungsgradwert einen nicht akzeptablen niedrigen Katalysatorwirkungsgrad anzeigt, erzeugt der Entscheidungsblock ein Fehlersignal oder leitet eine geeignete Maßnahme ein. Optional kann das Fehlersignal einen Licht- und/oder Geräuschalarm für die Fahrzeugbedienungsper son erzeugen. Wenn das Testergebnis eine annehmbare Katalysatorleistung anzeigt, kann weiterhin optional ein entsprechendes Signal erzeugt werden.

Unter Bezugnahme auf das logische Flußdiagramm gemäß Fig. 7 werden die Verfahrensschritte der Katalysatorüberwachung beschrieben. In einem Schritt 702 wird bestimmt, ob die beiden geschlossenen Schleifenbedingungen erfüllt sind. Wenn die Bedingungen nicht erfüllt sind, wird der Test in Schritt 704 abgebrochen und die Logik kehrt zur Hauptmaschinenregelroutine zurück. Üblicherweise wird die Überwachungsunterroutine während des nächsten Zyklus erneut gestartet. Der logische Ablauf umfaßt als nächstes den Entscheidungsblock 706, welcher bestimmt, ob ein Katalysatortest erforderlich ist. Ein Test kann beispiels weise erforderlich sein, wenn ein Test bisher noch nicht erfolgreich während des laufenden Betriebs der Maschine seit dem Anlassen nach einer Nicht-Betriebsphase abgeschlossen werden konnte. Ist ein Test nicht erforderlich, wird der Test wie vorher abgebrochen. Ist ein Test erforderlich, werden im Schritt 708 die Stationärzustandsbedingungen (steady state conditions) überprüft. Zusätzlich kann in Schritt 708 geprüft werden, ob weitere Vorbedingungen erfüllt sind. Anwendbare behördliche Vorschriften können Fahrzeug- und Maschinendrehzahl- und Belastungsbedingungen, ein Aufwärmen der stromaufwärts- und stromabwärtsseitigen EGO-Sensoren usw. spezifizieren und definieren. Wenn alle derartigen Bedingungen erfüllt sind, wird der logische Weg in Schritt 710 fortgesetzt. Anwendbare Vorschriften können es erforderlich machen, daß der Test in einer vorgegebenen Zeitperiode abgeschlossen wird, beispielsweise in 20 Sekunden. Vorzugsweise weist daher der Mikrocomputer 100 einen Zeitmesser auf, um die seit Testbeginn abgelaufene Zeit zu überwachen. Dieser Zeitmesser wird in Schritt 710 aktualisiert. In Schritt 712 wird geprüft, ob die vorbestimmte Testdauer erreicht ist. Wenn nicht, beginnt ein Zählblock 714 das Zählen der Schaltungen des stromaufwärtsseitigen EGO-Sensorsignals oder fährt mit dem Zählen fort und aktualisiert die Zahl in einem Rechenblock 718. Entsprechend beginnt ein Zählblock 716 und/oder fährt fort, die Schaltungen des stromabwärtsseitigen EGO- Sensorsignals zu zählen und die Zahl im Rechenblock 718 zu aktualisieren. Ist die Testdauer erreicht, berechnet der Rechenblock 718 den Katalysator-Wirkungsgradwert und vergleicht diesen mit dem gespeicherten, vorbestimmten Wert, welcher dem akzeptablen Katalysator-Minimumwirkungsgrad ent spricht. Der Zähler wird auf Null zurückgesetzt, wenn ein Test abgeschlossen ist oder abgebrochen wird. Wenn der Block 718 vom Block 720 aufgefordert wird, initiiert dieser ein Fehlersignal, wie oben beschrieben.

Das Lesen der vorhergehenden Beschreibung verschiedener bevorzugter Ausführungsbeispiele wird den Fachmann zu weiteren Abwandlungen und Modifikationen innerhalb des Gei stes und des Umfanges der Erfindung anregen. Das Spektrum der folgenden Ansprüche soll alle derartigen Abwandlungen und Modifikationen umfassen.

Claims

1. Vorrichtung zur Überwachung des Wirkungsgrades eines Ka talysators (124) bei der Behandlung von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine (102), umfassend:
Einen Katalysator (124);
eine Abgasleitungsvorrichtung zum Führen von stromauf wärtsseitigem Abgas von der Maschine (102) zum Ka talysator (124);
einen ersten EGO-Schaltsensor (Abgassauerstoffsensor; 128), welcher dem stromaufwärtsseitigen Abgas ausge setzt ist, um ein erstes EGO-Signal zu erzeugen, welches dem Sauerstoffgehaltswert des stromaufwärts seitigen Abgases entspricht;
eine zweite Abgasleitungsvorrichtung zum Führen des Abgases stromabwärtsseitig des Katalysators (124);
einen zweiten EGO-Schaltsensor (130), welcher dem stromabwärtsseitigen Abgas in der zweiten Abgasleitung ausgesetzt ist, um ein zweites EGO-Signal zu erzeugen, welches dem Sauerstoffgehaltswert des stromabwärts seitigen Abgases entspricht;
eine Kraftstoff-Regelvorrichtung zur Regelung des Luft zu Kraftstoffverhältnisses, in welchem Kraftstoff der Maschine (102) in Abhängigkeit eines Kraftstoff-Strö mungsregelsignals zugeführt wird; und
eine Vergleichsvorrichtung zur Bestimmung eines Kataly sator-Wirkungsgradwertes, der auf dem Verhältnis der Schaltfrequenz des ersten EGO-Sensors (128) und des zweiten EGO-Sensors (130) basiert, zum Vergleichen des Wirkungsgradwertes mit einem vorbestimmten, gespeicher ten Wert, der einem akzeptierbaren Minimumwirkungsgrad des Katalysators (124) entspricht und zur Erzeugung eines Katalysatorfehlersignals, wenn der Katalysator- Wirkungsgradwert anzeigt, daß der Katalysator-Wirkungs grad unterhalb des akzeptablen Minimumwirkungsgrades liegt.

2. Vorrichtung zur Steuerung des Luft- zu Kraftstoffver hältnisses einer Luft- und Kraftstoffmischung, die einer Verbrennungskraftmaschine (102) zugeführt wird, zur Behandlung des Abgases der Maschine (102) und zur periodischen Überwachung des Katalysator-Wirkungsgrades bei der Abgasbehandlung, umfassend:
Einen Katalysator (124);
eine Abgasleitungsvorrichtung zum Führen des stromauf wärtsseitigen Abgases von der Maschine (102) zum Katalysator (124), mit einem ersten EGO-Sensor (128), welcher dem stromaufwärtsseitigen Abgas zur Erzeugung eines ersten EGO-Signals ausgesetzt ist, welches einen Wert hat, der dem darin enthaltenen Sauerstoff gehaltswert entspricht;
eine zweite Abgasleitungsvorrichtung zum Führen des Abgases stromabwärtsseitig des Katalysators (124), mit einem zweiten EGO-Sensor (130), welcher dem stromabwärtsseitigen Abgas ausgesetzt ist, um ein zweites EGO-Signal zu erzeugen, welches einen Wert hat, der dem darin enthaltenen Sauerstoffgehaltswert entspricht;
eine Kraftstoff-Regelvorrichtung zur Erzeugung eines Kraftstoff-Strömungsregelsignals, welches wenigstens teilweise auf dem ersten und dem zweiten EGO-Signal ba siert, um das Luft- zu Kraftstoffverhältnis zu regeln, in welchem der Maschine (102) Kraftstoff zugeführt wird; und
eine Vergleichsvorrichtung zur Bestimmung eines Kataly sator-Wirkungsgradwertes, der auf dem Verhältnis der Schaltfrequenz des ersten EGO-Sensors (128) und des zweiten EGO-Sensors (130) basiert, zum Vergleich des Wirkungsgradwertes mit einem vorbestimmten, gespeicher ten Wert, der einem akzeptierbaren Minimumwirkungsgrad des Katalysators (124) entspricht, und zur Erzeugung eines Katalysatorfehlersignals, wenn der Katalysator- Wirkungsgradwert anzeigt, daß der Katalysatorwir kungsgrad unterhalb des akzeptablen Minimumwirkungs grades liegt.

3. Verfahren zur Überwachung des Katalysator-Wirkungsgrades bei der Abgasbehandlung einer Verbrennungskraftmaschine (102), umfassend:

A) Führen von Abgas von der Maschine (102) zum Kataly sator (124) durch eine erste Abgasleitungsvorrich tung, wobei das Abgas einem ersten EGO-Schaltsensor (128) ausgesetzt wird, um ein erstes EGO-Signal zu erzeugen, welches dem darin enthaltenen Sauerstoffge haltswert entspricht;
B) Führen von Abgas von dem Katalysator (124) durch eine zweite Abgasleitungsvorrichtung, wobei es einem zweiten EGO-Schaltsensor (130) ausgesetzt wird, um ein zweites EGO-Signal zu erzeugen, welches dem darin enthaltenen Sauerstoffgehaltswert entspricht;
C) Betreiben einer Kraftstoff-Regelvorrichtung zur Rege lung des Luft- zu Kraftstoffverhältnisses, bei welchem Kraftstoff der Maschine (102) in Abhängigkeit von einem Kraftstoff-Strömungsregelsignal zugeführt wird, und
D) Bestimmen eines Katalysator-Wirkungsgradwertes, ba sierend auf dem Verhältnis der Schaltfrequenz des ersten EGO-Sensors (128) und des zweiten EGO-Sensors (130) und Vergleichen des Wirkungsgradwertes mit einem vorbestimmten, gespeicherten Wert, der einem akzeptierbaren Minimumwirkungsgrad des Katalysators (124) entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch das Auslösen eines Fehlersignals, wenn der Katalysatorwir kungsgradwert anzeigt, daß der Katalysatorwirkungsgrad wert unterhalb des akzeptablen Minimumwirkungsgrades liegt.