DE602004004990T2

DE602004004990T2 - Verfahren zur Verschlechterungsfeststellung eines Abgasreinigers

Info

Publication number: DE602004004990T2
Application number: DE602004004990T
Authority: DE
Inventors: Hidetaka Maki
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2004-10-22
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2024-10-23
Also published as: CN1611751A; JP2005133639A; CN100419229C; US8590289B2; EP1548256A1; JP4118784B2; DE602004004990D1; CA2486221A1; CA2486221C; EP1548256B1; US20050138917A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen eines Verschleißzustands einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine (im Folgenden als „Maschine" bezeichnet) angeordneten Abgasreinigungseinrichtung.
Eine Abgasreinigungseinrichtung (Katalysator) ist in einem Abgaskanal einer Maschine eines Fahrzeugs angeordnet, um Abgas von der Maschine zu reinigen. Der Katalysator reinigt das Abgas durch Oxidation oder Reduktion von Kohlenwasserstoff HC, Stickoxid NOx und Kohlenmonoxid CO, welche die drei Hauptverunreinigungen sind, die von der Maschine ausgestoßen werden.
Im fortschreitenden Verlauf der Verwendung des Katalysators nimmt jedoch eine effektive Oberfläche des Katalysators allmählich ab, was zu einem Verschleiß des Katalysators führt. Wenn der Verschleiß zunimmt, so geht die Reinigung der Verunreinigungen nicht ordnungsgemäß vonstatten und ein Anteil der Verunreinigungen in dem Abgas, der in die Atmosphäre ausgegeben wird, nimmt zu, was einen negativen Einfluss auf die Umwelt haben kann.
Es ist daher bei der Reinigung des Abgases wichtig, den Verschleißzustand des Katalysators zu erfassen. Es sind einige Techniken als Versuch zur Erkennung eines solchen Verschleißzustands des Katalysators offenbart. Die Veröffentlichung des Eintritts in die nationale Phase (Kohyo) Nr. 2001-522015 offenbart eine Technik zur Bewertung des Wirkungsgrads eines Katalysators durch schwingungsmäßige Änderung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und Verwendung eines Ausgangssignals eines Sauerstoffsensors. Die japanische ungeprüfte Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. HEI7-269330 offenbart eine Technik zur Bewertung des Ansprechverhaltens eines Katalysators auf Grundlage einer Antwortzeit von einem Abgassensor, der stromabwärts des Katalysators angeordnet ist, wenn eine stufenartige Änderung des Kraftstoffs durch eine Kraftstoffabschaltung oder dergleichen bewirkt wird.
Das japanische Patent Nr. 2938288 offenbart eine Technik zum Bestimmen des Verschleißes eines Katalysators auf Grundlage eines Vergleichsergebnisses zwischen einer Ausgabe eines stromabwärts des Katalysators angeordneten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors und einem gefilterten Wert der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors. Daneben offenbart das japanische Patent Nr. 3216067 eine Technik zum Bestimmen des Verschleißes eines Katalysators auf Grundlage einer Phasendifferenz von jeweiligen Sensorwerten auf der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Katalysators.
Die in Kokai Nr. 2001-522015 offenbarte Technik bestimmt eine Fähigkeit des Katalysators auf Grundlage einer Dämpfung der Hochfrequenzkomponenten in dem Restsignal der Sensorausgabe, von welcher die gefilterte Ausgabe subtrahiert ist. Diese Technik weist jedoch das Problem einer geringen Genauigkeit auf, da sie die Katalysatoreigenschaft nur auf Grundlage des Signals mit positivem Wert des Restsignals ermittelt. Zurzeit nimmt die Notwendigkeit zur Erfassung eines Verschleißzustands einer Abgasreinigungseinrichtung mit höherer Präzision zu, um eine Verstärkung der Emissions-Steuerung/Regelung zu bewältigen.
Nebenbei bestimmt die in der Kokai Nr. HEI7-269330 offenbarte Technik einen Verschleißzustand des Katalysators auf Grundlage einer Antwortzeit, wenn die stufenweise Änderung des Kraftstoffs angewendet wird. Die Antwortzeit kann sich jedoch in Abhängigkeit vom Zustand des Katalysators, wie etwa der Menge an in dem Katalysator gespeichertem O2, verändern. Ferner kann sich die Antwortzeit in Abhängigkeit vom Einfluss der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Spitze aufgrund des Übergangsbetriebs verändern.
Eine Verschleißerkennungsvorrichtung und ein zugehöriges Verfahren zum Erkennen eines Verschleißzustands einer Abgasreinigungsvorrichtung sind aus der Druckschrift US-A-5953910 bekannt. Diese Verschleißerkennungsvorrichtung des Stands der Technik umfasst einen stromaufwärts angeordneten Abgassensor und einen stromabwärts angeordneten Abgassensor, welche jeweils stromaufwärts bzw. stromabwärts einer Abgasreinigungseinrichtung in einem Abgaskanal angeordnet sind. Ein Verschleißzustand der Abgasreinigungseinrichtung wird auf Grundlage eines Verhältnisses einer Oszillationsfrequenz eines Ausgangssignals von dem stromabwärtigen Abgassensor und einer Oszillationsfrequenz eines Ausgangssignals von dem stromaufwärtigen Abgassensor bestimmt, wobei das Verhältnis in einem Abgasreinigungseinrichtung-Bewertungsmittel berechnet wird. Das Abgasreinigungseinrichtung-Bewertungsmittel der bekannten Vorrichtung bestimmt einen Verschleiß der Abgasreinigungseinrichtung, wenn das Verhältnis einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
Eine weitere Verschleißerkennungsvorrichtung sowie ein zugeordnetes Verfahren zum Erkennen eines Verschleißzustands einer Abgasreinigungseinrichtung sind aus der EP-A-0823546 bekannt, in welcher ein Verschleißzustand einer Abgasreinigungseinrichtung auf Grundlage der Ausgabe zweier Abgassensoren erkannt wird, die stromaufwärts bzw. stromabwärts der Abgasreinigungseinrichtung angeordnet sind. Die bekannte Vorrichtung umfasst Mittel zum Berechnen einer Kraftstoffeinspritzmenge durch Multiplizieren eines Rückkopplungswerts, der aus der Ausgabe des stromaufwärtigen Abgassensors erhalten wird, mit einer Basiskraftstoffeinspritzmenge, sowie Mittel zum Erfassen eines Verschleißzustands der Abgasreinigungseinrichtung auf Grundlage eines Längenverhältnisses sowie eines Frequenzverhältnisses der Ausgabe des stromabwärtigen Abgassensors zur Ausgabe des stromaufwärtigen Abgassensors.
Zur weiteren Illustration des fachlichen Hintergrunds von Abgasreinigungs systemen kann auch auf die US-A-2001/002539 verwiesen werden.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Katalysatorbewertungstechnik zum Bewerten des Vorhandenseins/der Abwesenheit von Verschleiß des Katalysators mit höherer Genauigkeit und mit geringem Einfluss durch einen Katalysatorzustand zum Zeitpunkt der Bewertung bereitzustellen.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Verschleißerkennungsvorrichtung bereitgestellt, um einen Verschleißzustand einer Abgasreinigungseinrichtung, die in einem Abgaskanal in einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, auf Grundlage einer Ausgabe eines Abgassensors, der stromabwärts der Abgasreinigungseinrichtung angeordnet ist, zu erkennen. Die Vorrichtung umfasst Erfassungssignal-Erzeugungsmittel zum Erzeugen eines Erfassungssignals mit bestimmten Frequenzkomponenten und Multiplizieren des erzeugten Erfassungssignals mit einer Basiskraftstoffeinspritzmenge, um eine Kraftstoffeinspritzmenge zu berechnen, und Abgasreinigungseinrichtung-Bewertungsmittel zum Extrahieren einer Frequenzantwort entsprechend dem Erfassungssignal von einer Ausgabe des Abgassensors der Maschine, wobei die Ausgabe in Antwort auf die berechnete Kraftstoffeinspritzmenge erfolgt, um so einen Zustand der Abgasreinigungseinrichtung auf Grundlage der extrahierten Frequenzantwort zu bestimmen. Gemäß dieser Erfindung kann ein Anteil der Erfassungsfrequenzkomponenten, die in dem Abgas enthalten sind, bei einem hohen Niveau gehalten werden, da die Kraftstoffmenge zugeführt wird, die mit dem Erfassungssignal mit bestimmter Frequenz multipliziert ist. Nebenbei kann in einer solchen Situation der Zustand der Abgasreinigungseinrichtung auf Grundlage der Frequenzantwort in der Frequenz der Ausgabe des Abgassensors erkannt werden, so dass ein Anteil an Rauschelementen, die in dem Abgas enthalten sind, auf einfache Weise reduziert werden kann und die Genauigkeit zur Bestimmung des Verschleißes der Abgasreinigungseinrichtung kann verbessert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das mit der Basiskraftstoffeinspritzmenge zu multiplizierende Erfassungssignal ein Signal, welches erhalten wird durch Addieren einer einzelnen Welle eine trigonometrischen Funktion oder einer zusammengesetzten Welle, gebildet aus zwei oder mehreren Wellen einer trigonometrischen Funktion, zu einem vorbestimmten Verschiebungswert.
Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung kann die Antwort der bestimmten Frequenz zur Bewertung der Reinigungseinrichtung verwendet werden, indem das Signal verwendet wird, das auf einfache Weise so erzeugt werden kann, dass es einen ausreichenden Anteil an den Frequenzkomponenten zur Erfassung aufweist, während die Amplitude der Erfassungsfrequenzkomponenten in dem Abgas aufrechterhalten bleibt, so dass die Erfassungsgenauigkeit für den Verschleiß der Abgasreinigungseinrichtung weiter verbessert werden kann. Die zusammengesetzte Welle, welche durch zwei oder mehrere Wellen einer trigonometrischen Funktion mit jeweils unterschiedlicher Frequenz gebildet ist, ist dabei in einem solchen Betriebsbereich gegeben, in welchem die Erfassung besonders schwierig ist, so dass die Antwort auf zwei oder mehrere Frequenzen zur Bestimmung des Zustands der Abgasreinigungseinrichtung verwendet werden kann. Die Erfassungsgenauigkeit des Verschleißfehlers der Abgasreinigungseinrichtung kann ferner verbessert werden, da die Wellen der trigonometrischen Funktion so aufgebaut sind, dass sie eine gewünschte, bestimmte Wellenform bilden, die eine einfache Bestimmung des Zustands der Abgasreinigungseinrichtung ermöglicht, und sich eine solche zusammengesetzte Welle einer trigonometrischen Funktion in der Kraftstoffeinspritzmenge widerspiegelt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bestimmt das Abgasreinigungseinrichtung-Bewertungsmittel den Zustand der Abgasreinigungseinrichtung, wenn eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, seit dem die Kraftstoffeinspritzmenge der Maschine zugeführt worden ist. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung kann die Bestimmung des Zustands der Abgasreinigungseinrichtung stabil durchgeführt werden, indem ein instabiler Zustand des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, der zu dem Zeitpunkt unmittelbar nach Reflektion des Erfassungssignals im Kraftstoff auftreten kann, gemieden wird. Dementsprechend kann die Erfassungsgenauigkeit für den Verschleiß der Abgasreinigungseinrichtung weiter verbessert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bestimmt das Abgasreinigungseinrichtung-Bewertungsmittel den Zustand der Abgasreinigungseinrichtung unter Verwendung einer Ausgabe von dem Abgassensor, nachdem die Ausgabe einer Bandpassfilterung unterzogen wurde. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung werden bei der Bestimmung des Zustands der Abgasreinigungseinrichtung die anderen Frequenzkomponenten, welche neben der Erfassungsfrequenz in dem Abgas enthalten sind, entfernt, da diese Frequenzen Rauschen sind. Dementsprechend kann die Erfassungsgenauigkeit für den Verschleiß der Abgasreinigungseinrichtung weiter verbessert werden.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bestimmt das Abgasreinigungseinrichtung-Bewertungsmittel, dass sich die Abgasreinigungseinrichtung in einem Fehlerzustand befindet, wenn ein Wert, welcher erhalten wird durch eine Integrationsberechnung oder eine Glättungsberechnung von Beträgen der Bandpass-gefilterten Ausgaben des Abgassensors, einen vorbestimmten Wert überschreitet. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung kann die Erfassungsgenauigkeit für den Verschleiß der Abgasreinigungseinrichtung weiter verbessert werden, da die Veränderungen der Ausgaben von dem Abgassensor gemittelt werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Verschleißerkennungseinrichtung ferner einen zweiten Abgassensor, welcher stromaufwärts der Abgasreinigungseinrichtung in dem Abgaskanal angeordnet ist, und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel zum Steuern/Regeln eines der Maschine zuzuführenden Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf einen vorbestimmten Wert auf Grundlage wenigstens einer Ausgabe des zweiten Abgassensors. Die Kraftstoffeinspritzmenge wird nach Maßgabe eines Rückkopplungskoeffizienten korrigiert, welcher auf Grundlage der Ausgabe des zweiten Abgassensors bestimmt wird. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung wird die Kraftstoffeinspritzmenge so korrigiert, dass ein Driften in Richtung fett oder mager, das durch die Einwirkung des Erfassungssignals auf die Kraftstoffeinspritzmenge hervorgerufen wird, unterdrückt werden kann. Im Ergebnis kann die Abnahme der Katalysatorreinigungsrate, welche aufgrund der Erfassungstechnik der vorliegenden Erfindung auftreten kann, verhindert werden, während die Erfassungsgenauigkeit für den Katalysatorverschleiß aufrechterhalten werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung stellt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel einen vorbestimmten Parameter in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel ein, um die Steuerung/Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auszusetzen oder eine Änderungsgeschwindigkeit des Rückkopplungskoeffizienten bei Zuführung der Kraftstoffeinspritzmenge zu der Maschine abzusenken. Die Kraftstoffeinspritzmenge wird so korrigiert, dass ein Driften in Richtung fett oder mager, das durch Wirken des Erfassungssignals auf die Kraftstoffeinspritzmenge hervorgerufen wird, unterdrückt werden kann. Als Ergebnis kann eine Abnahme der Katalysatorreinigungsrate, welche aufgrund der Erfassungstechnik der vorliegenden Erfindung auftreten kann, vermieden werden, so dass die Erfassungsgenauigkeit aufrechterhalten bleibt, während die Zunahme der ausgestoßenen Menge von in dem Abgas enthaltenen schädlichen Bestandteilen unterdrückt werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung, welche eine Katalysator-Verschleißerkennungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 zeigt ein Beispiel einer ECU zur Verwendung in einer Katalysator-Verschleißerkennungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt schematisch beispielhafte Charakteristiken einer in der vorliegenden Erfindung verwendeten Bandpassfilterfrequenz.
5 zeigt schematisch ein Beispiel einer Wellenform einer Sauerstoffsensorausgabe SVO_2.
6 zeigt schematisch ein Beispiel eines Katalysator-Verschleißparameters CAT_DLYP.
7 zeigt schematisch ein Beispiel eines Katalysator-Verschleißparameters CAT_AVE.
8 ist eine schematische Darstellung, welche eine Katalysator-Verschleißerkennungsvorrichtung zeigt, bei welcher ein anderes Verfahren zur Berechnung eines Rückkopplungskoeffizienten verwendet wird.
9 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einschließlich eines Verfahrens zur Unterbrechung einer Regelung und dergleichen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1. Beschreibung funktioneller Blöcke
Jeder funktionelle Block wird unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. 1 ist eine schematische Darstellung einer Gesamtstruktur zum Beschreiben des Konzepts der vorliegenden Erfindung.
Eine Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 101 dient dazu, ein vorbestimmtes Erfassungssignal KIDSIN zu erzeugen, in welchem eine Welle einer trigonometrischen Funktion FDSIN oder dergleichen einem Verschiebungswert IDOFT überlagert ist. Eine Ansprechempfindlichkeit-Bewertungseinheit 105 dient dazu, auf eine Ausgabe von einem Nach-Katalysator-Abgassensor 103 hin eine Bandpassfilterung auszuführen, den gefilterten Wert dann in einen Absolutwert/Betrag umzuwandeln, die umgewandelten Werte ferner über eine vorbestimmte Zeitdauer zu integrieren und den Integralwert schließlich an eine Katalysator-Bewertungseinheit zu übertragen. Die Ausgabe des Nach-Katalysator-Abgassensors 103 kann beispielsweise ein Äquivalenzverhältnis KACT sein, welches eine lineare AF-(LAF)-Sensorausgabe ist, eine Spannung SVO2 einer Sauerstoffsensorausgabe, eine Ausgabe eines Kohlenwasserstoffsensors oder eines Stickoxidsensors oder dergleichen sein. In der folgenden Beschreibung wird die Spannung SVO2 der Sauerstoffsensorausgabe verwendet.
Die Katalysator-Bewertungseinheit dient dazu, den Verschleiß eines Katalysators auf Grundlage dieser Werte zu bestimmen. Die oben beschriebene Katalysator-Bewertungseinheit, die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 101 und die Ansprechempfindlichkeit-Bewertungseinheit 105 können in einer ECU (elektronische Steuer-/Regeleinheit) implementiert sein, so dass der Betrieb jeder Einheit später im Detail unter Bezugnahme auf die Beschreibung der ECU und eines Katalysator-Verschleißerkennungsprozesses beschrieben wird.
Eine Maschine 102 ist eine Brennkraftmaschine, in welcher eine Kraftstoffeinspritzmenge durch eine Einspritz-Steuer-/Regeleinheit auf Grundlage eines berechneten Werts in einer Kraftstoffmengen-Berechnungseinheit gesteuert/geregelt werden kann.
Ein Vor-Katalysator-Abgassensor 109, welcher in dieser Ausführungsform ein LAF-Sensor (ein Breitband-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor) ist, ist ein solcher Sensor, der aus dem von der Maschine 102 ausgegebenen Abgas ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis erfasst, das sich über einen breiten Bereich von fett zu mager erstreckt, um ein Äquivalenzverhältnis KACT zu erzeugen.
Ein Rückkopplungskompensator 104 dient dazu, einen Rückkopplungskoeffizienten KAF zu erzeugen, der dazu verwendet wird, das Luft-Kraftstoff Verhältnis auf einem geeigneten Niveau zu halten, und zwar auf Grundlage des Ausgabewerts von dem LAF-Sensor 109.
Die oben beschriebenen Funktionen der Katalysator-Bewertungseinheit, der Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 101 und der Ansprechempfindlichkeit-Bewertungseinheit 105 können integriert durch die in 2 gezeigte ECU realisiert werden. 2 zeigt schematisch eine Gesamtstruktur einer elektronischen Steuer-/Regeleinheit (ECU) 200. In dieser Ausführungsform sind die Funktionen der Katalysator-Bewertungseinheit 203, der Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 202 und der Ansprechempfindlichkeit-Bewertungseinheit 204 in einer solchen gewöhnlichen ECU integriert, um ein Maschinensystem, einschließlich der Kraftstoffmengen-Berechnungseinheit 206 usw. zu steuern/zu regeln, wenngleich die ECU so konstruiert sein kann, dass sie eine speziell vorgesehene Steuer-/Regeleinheit zur Erkennung des Katalysator-Verschleißes ist. Die ECU 200 ist ausgestattet mit einem Prozessor zur Durchführung verschiedener Berechnungen, einem Arbeitsspeicher (RAM) zum Bereitstellen von Speicherplätzen für die temporäre Speicherung verschiedener Daten und eines Arbeitsbereichs für die Berechnungen durch den Prozessor, einen Nur-Lese-Speicher (ROM) für vorab gespeicherte Programme, die durch den Prozessor auszuführen sind, und verschiedene Daten, die für die Berechnung benötigt werden, sowie einem wieder beschreibbaren, nichtflüchtigen Speicher zum Speichern von Berechnungsergebnissen des Prozessors sowie von zu speichernden Daten aus den von jedem Abschnitt des Maschinensystems erhaltenen Daten. Der nichtflüchtige Speicher kann als RAM mit einer Datensicherungsfähigkeit implementiert sein, an welchen eine bestimmte Spannung selbst nach Unterbrechung des Systems stets angelegt ist.
Eine Eingangsschnittstelle 201 ist als Schnittstelle zwischen der ECU 200 und jedem Abschnitt des Maschinensystems vorgesehen. Die Eingangsschnittstelle 201 empfängt Betriebszustände des Fahrzeugs anzeigende Informationen, welche von verschiedenen Abschnitten des Maschinensystems übertragen werden, verarbeitet ein Signal, wandelt analoge Informationen in digitale Signale um und liefert dann diese Signale an die Kraftstoffmengen-Berechnungseinheit 206, die Katalysator-Bewertungseinheit 203 und die Ansprechempfindlichkeit-Bewertungseinheit 204. Wenngleich die Ausgangsspannung SVO2 von dem Nach-Katalysator-Abgassensor, der von dem LAF-Sensor 109 ausgegebene KACT-Wert, eine Fahrzeuggeschwindigkeit V, eine Maschinendrehzahl NE und eine Maschinenbelastung W in 2 als Eingaben der Eingangsschnittstelle 201 gezeigt sind, so sind die Eingaben nicht auf diese Werte beschränkt, sondern irgendwelche anderen verschiedenen Informationen können eingegeben werden.
Die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 202 dient dazu, ein vorbestimmtes Erfassungssignal KIDSIN zu erzeugen. Das Erfassungssignal wird erzeugt durch Addieren einer Welle einer trigonometrischen Funktion FDSIN oder dergleichen zu einem Verschiebungswert IDOFT auf Grundlage einer Anweisung von der Katalysator-Bewertungseinheit 203. Dieses Erfassungssignal KIDSIN wird später unter Bezugnahme auf ein Verfahren zum Erkennen des Katalysator-Verschleißes beschrieben.
Die Katalysator-Bewertungseinheit 203 führt eine notwendige Berechnung und Bestimmung des Zustands zum Ausführen eines Prozesses zum Erkennen des Katalysator-Verschleißes auf Grundlage der von der Eingangsschnittstelle 201 gelieferten Daten (dieser Prozess wird später beschrieben) aus. Zusätzlich steuert/regelt diese Einheit 203 die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 202 und die Ansprechempfindlichkeit-Bewertungseinheit 204. Nach Maßgabe einer Anweisung von der Katalysator-Bewertungseinheit 203 führt die Ansprechempfindlichkeit-Bewertungseinheit 204 eine Bandpassfilterung für eine Ausgabe SVO2 von dem Nach-Katalysator-Abgassensor 103 aus, führt eine Umwandlung des gefilterten Werts in einen Absolutwert aus und integriert dann die umgewandelten Werte über eine vorbestimmte Zeitdauer. Diese Funktionen werden später im Detail unter Bezugnahme auf einen Prozess zum Erkennen des Katalysatorverschleißes beschrieben.
Die Kraftstoffmengen-Berechnungseinheit 206 dient dazu, das durch die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 202 erzeugte Erfassungssignal KIDSIN zu empfangen, das Erfassungssignal mit einer Basis-Kraftstoffeinspritzmenge zu multiplizieren und dann die sich ergebende Kraftstoffeinspritzmenge INJ an eine Ausgangsschnittstelle 205 zu liefern.
Die Ausgangsschnittstelle 205 dient dazu, die Kraftstoffeinspritzmenge INJ einer Einspritzfunktion der Maschine bereitzustellen. Nebenbei empfängt die Ausgangsschnittstelle 205 ein Steuer-/Regelsignal von der Katalysator-Bewertungseinheit 203 und stellt eine Ausgabe an eine Fehlerleuchte bereit. Die Funktionen der Ausgangsschnittstelle 205 sind jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern es kann irgendeine andere Steuer-/Regeleinheit oder dergleichen mit der Ausgangsschnittstelle 205 verbunden werden.
2. Beschreibung eines Verfahrens zur Erkennung eines Verschleißes eines Katalysators
Im Folgenden wird ein Katalysator-Verschleißerkennungsverfahren zum Erkennen eines Verschleißfehlers des Katalysators 110 beschrieben.
Wenn in 3 der Katalysator-Verschleißerkennungsprozess von einem Hauptprogramm aufgerufen wird, so überprüft die Katalysator-Bewertungseinheit 203 ein Katalysatorbewertungs-Fertigstellungsflag, um zu bestimmen, ob der Verschleiß des Katalysators bereits bewertet worden ist (S301). Da die Katalysatorbewertung noch nicht ausgeführt wurde, ist anfangs das Katalysatorbewertungs-Fertigstellungsflag auf 0 gesetzt, so dass der Prozess zum Schritt S302 weiter schreitet.
Im Schritt S302 bestimmt die Katalysator-Bewertungseinheit 203, ob der Nach-Katalysator-Abgassensor bereits aktiviert worden ist. Wenn nach dem Maschinenstart nur eine kurze Zeit verstrichen ist, so ist der Nach-Katalysator-Abgassensor nicht ausreichend aktiviert. Wenn daher seit dem Start der Maschine eine vorbestimmte Zeitdauer nicht verstrichen ist, so schreitet die Katalysator-Bewertungseinheit 203 in dem Prozess weiter zum Schritt S314. Im Schritt S314 sendet die Katalysator-Bewertungseinheit 203 eine Anweisung an die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 202, um IDOFT auf einen konstanten Wert von 1,0 zu setzen und FDSIN auf einen konstanten Wert von 0 zu setzen und dann ein zusammengesetztes Signal KIDSIN durch miteinander Addieren von IDOFT und FDSIN zu erzeugen (zu diesem Zeitpunkt beträgt das zusammengesetzte Signal KIDSIN 1,0). KIDSIN ist ein Koeffizient, der mit einer Basis-Kraftstoffeinspritzmenge zu multiplizieren ist, um eine Kraftstoffeinspritzmenge auszugeben, die durch die Einspritzfunktion tatsächlich einzuspritzen ist. Wenn dementsprechend KIDSIN gleich 1,0 ist, so wird die zum Zeitpunkt eines normalen Betriebs zu verwendende Basis-Kraftstoffeinspritzmenge von der Einspritzfunktion eingespritzt.
Anschließend stellt die Katalysator-Bewertungseinheit 203 eine vorbestimmte Zeit in einem Integrationsstartzeitgeber TM_SVO2FD ein und startet einen Abwärtszählvorgang des Zeitgebers TM_SVO2FD (S315). Die in diesem Schritt in dem Integrationsstartzeitgeber TM_SVO2FD einzustellende vorbestimmte Zeit ist eine Zeit, bis eine Antwort auf die das Erfassungssignal reflektierende Kraftstoffeinspritzung stabil ausgegeben wird, ausgehend von der Ausführung der das Erfassungssignal reflektierenden Kraftstoffeinspritzung, nachdem die Bedingung für die Katalysatorbewertung erfüllt worden ist. Durch Einstellen des Zeitgebers zum Zweck des Starts einer Integration (welche später beschrieben wird), wenn die vorbestimmte Zeit verstrichen ist, kann die Antwort unter Aussparung eines unstabilen Zustands bewertet werden, wie er auftreten kann, kurz nachdem sich das Erfassungssignal in der Kraftstoffeinspritzmenge widergespiegelt hat, so dass die Erfassungsgenauigkeit verbessert werden kann.
Nach dem Einstellen der vorbestimmten Zeit in dem Integrationsstartzeitgeber TM_SVO2FD stellt die Katalysator-Bewertungseinheit 203 eine vorbestimmte Zeit in einem Integrationsdauerzeitgeber TM_CATDET ein und startet dann einen Abwärtszählvorgang des Zeitgebers TM-CATDET (S316). Die in dem Zeitgeber TM_CATDET einzustellende vorbestimmte Zeit ist eine Integrationszeitdauer, über welche eine Integraloperation über Absolutwerte ausgeführt wird. Der sich ergebende Integralwert ist zur Verwendung für die Bestimmung des Katalysatorverschleißes vorgesehen. Nach dem Einstellen des Integrationsdauerzeitgebers TM_CATDET setzt die Katalysator-Bewertungseinheit 203 das Katalysatorbewertungs-Fertigstellungsflag auf 0 zurück (S317) und beendet dann diesen Prozess.
Nach der oben beschriebenen Beendigung des Prozesses wird der Katalysator-Verschleißerkennungsprozess durch das Hauptprogramm erneut aufgerufen. Wenn das Katalysatorbewertungs-Fertigstellungsflag in dem oben beschriebenen Prozess zurückgesetzt wurde und wenn der Nach-Katalysator-Abgassensor nach Verstreichen der vorbestimmten Zeit seit dem Start der Maschine aktiviert ist, so schreitet die Katalysator-Bewertungseinheit 203 im Prozess weiter vom Schritt S301 zum Schritt S303, um zu bestimmen, ob eine Bewertungsbedingung erfüllt ist. Die Bewertungsbedingung meint einen Zustand, in welchem eine Fahrzeuggeschwindigkeit V, eine Maschinendrehzahl NE und eine Maschinenbelastung W sich in ihren jeweiligen vorbestimmten Bereichen befinden. Die Katalysator-Bewertungseinheit 203 empfängt somit die Fahrzeuggeschwindigkeit V, die Maschinendrehzahl NE und die Maschinenbelastung W über die Eingangsschnittstelle 201, um zu bestimmen, ob alle diese Werte sich innerhalb der jeweiligen vorbestimmten Bereiche befinden oder nicht. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, so schreitet der Prozess weiter zu Schritt S314. Die Vorgänge im Schritt S314 und den nachfolgenden Schritte sind die gleichen wie oben beschrieben.
Wenn alle der vorstehend beschriebenen Bewertungsbedingungen erfüllt sind, so sendet die Katalysator-Bewertungseinheit 203 eine Anforderung zur Berechnung eines Erfassungssignals KIDSIN, welches eine Welle einer trigonometrischen Funktion oder dergleichen enthält, an die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 202. Auf den Empfang der Anforderung zur Berechnung von KIDSIN hin erzeugt die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 202 zunächst eine Sinuswelle FDSIN mit einer Frequenz fid (in diesem Beispiel wird 3 Hz verwendet) und einer Amplitude aid (in diesem Beispiel 0,03) und addiert dann einen Verschiebungsbetrag (in diesem Beispiel 1,0) zu der erzeugten Sinuswelle FDSIN, um im Schritt S304 KIDSIN zu erhalten (nämlich in diesem Beispiel 1,0 + 0,03·sin6πt). Dieses die Sinuswelle enthaltende Erfassungssignal KIDSIN wird kontinuierlich an die Kraftstoffmengen-Berechnungseinheit 206 übertragen. Auf den Empfang des Erfassungssignals KIDSIN hin multipliziert die Kraftstoffmengen-Berechnungseinheit 206 eine Basis-Kraftstoffeinspritzmenge mit KIDSIN, um eine Kraftstoffeinspritzmenge INJ zu erhalten. Diese Kraftstoffeinspritzmenge INJ wird über die Ausgangsschnittstelle 205 der Einspritzfunktion der Maschine 102 eingegeben. Wenn die Maschine nach Maßgabe einer solchen Kraftstoffeinspritzmenge INJ arbeitet, so wird das Abgas, welches eine Ausgabe entsprechend der Kraftstoffeinspritzmenge INJ als Eingabe ist, aus einem Abgassystem der Maschine ausgegeben. Anschließend erfasst der Nach-Katalysator-Abgassensor 103 das ausgegebene Abgas stromabwärts des Katalysators und gibt seine Ausgabe SVO2 über die Eingangsschnittstelle 201 in die Ansprechempfindlichkeit-Bewertungseinheit 204 ein. Die Ansprechempfindlichkeit-Bewertungseinheit 204 setzt SVO2 in die folgende Gleichung ein, um eine Bandpass-gefilterte Ausgabe SVO2_F zu berechnen (S305). SVO2_F(k) = a1 SVO2_F (k – 1) + a2 SVO2_F (k – 2) + a3 SVO2_F (k – 3) + b0 SVO2 (k) + b1 SVO2 (k – 1) + b2 SVO2 (k – 2) + b3 SVO2 (k – 3),wobei a1, a2, a3, b0, b1, b2 und b3 Filterkoeffizienten sind.
Eine Frequenzcharakteristik des hierbei verwendeten Bandpassfilters ist derart gestaltet, dass eine Frequenz von 3 Hz durchgelassen wird, welche die gleiche ist wie die des Erfassungssignals, wie in 4 gezeigt ist.
Nachdem der gefilterte Ausgangswert SVO2_F (5) berechnet wurde, berechnet die Ansprechempfindlichkeit-Bewertungseinheit 204 einen Absolutwert SVO2_FA aus SVO2_F (S306). Auf die Fertigstellung der Berechnung des Absolutwerts SVO2_FA in der Ansprechempfindlichkeit-Bewertungseinheit 204 hin bestimmt die Katalysator-Bewertungseinheit 203, ob der Integrationsstartzeitgeber TM_SVO2FD gleich 0 ist (S307). Wenn der Zeitgeber TM_SVO2FD nicht 0 ist, so schreitet die Katalysator-Bewertungseinheit 203 im Prozess weiter zum Schritt S316. Die Vorgänge im Schritt S316 und in den folgenden Schritten sind die gleichen wie oben beschrieben. Wenn andererseits der Integrationsstartzeitgeber TM_SVO2FD gleich 0 ist, so informiert die Katalysator-Bewertungseinheit 203 die Ansprechempfindlichkeit-Bewertungseinheit 204 darüber, dass die Zeitgeberbedingung erfüllt ist. Auf eine solche Information hin startet die Ansprechempfindlichkeit-Bewertungseinheit 204 eine nachfolgende Berechnung eines Integralwerts CAT_DLYP (S308). Speziell wird die Integralberechnung jedes Mal dann ausgeführt, wenn dieser Prozess aufgerufen wird und der Schritt S308 ausgeführt wird. Speziell wird ein Wert, welcher erhalten wird durch Multiplizieren eines kleinen Zeitwerts Δt mit dem Absolutwert SVO2_FA, mit dem vorhergehenden Integralwert addiert, der in dem vorhergehenden Integralberechnungsdurchlauf berechnet worden ist, so dass der momentane Integralwert erhalten wird. 6 zeigt ein Beispiel des Ergebnisses des Integralwerts CAT_DLYP gegenüber der kontinuierlichen Zeit in einer horizontalen Achse.
Auf die Fertigstellung der Berechnung von CAT_DLYP in der Ansprechempfindlichkeit-Bewertungseinheit 204 hin bestimmt die Katalysator-Bewertungseinheit 203, ob der Integrationsdauerzeitgeber TM_CATDET gleich 0 ist. Wenn der Zeitgeber TM_CATDET nicht 0 ist, so schreitet der Prozess weiter zum Schritt S317. Die Vorgänge im Schritt S317 und in den nachfolgenden Schritten sind die gleichen wie oben beschrieben. Wenn andererseits der Integrationsdauerzeitgeber TM_CATDET gleich 0 ist, so überträgt die Ansprechempfindlichkeit-Bewertungseinheit 204 den momentanen Integralwert CAT_DLYP an die Katalysator-Bewertungseinheit 203 und der Prozess schreitet dann weiter zum Schritt S310. Im Schritt S310 bestimmt die Katalysator-Bewertungseinheit 203, ob der Integralwert CAT_DLYP gleich einem vorbestimmten Wert CAT_DLYP_OK oder kleiner als dieser ist oder nicht. Der Wert CAT_DLYP_OK ist ein Schwellwert für die auf Grundlage des Integralwerts CAT_DLYP durchgeführte Bestimmung, ob der Katalysator verschlissen ist. Wenn der Integralwert CAT_DLYP gleich dem vorbestimmten Wert CAT_DLYP_OK oder kleiner als dieser ist, so bestimmt die Katalysator-Bewertungseinheit 203, dass der Katalysator nicht verschleißt, setzt das Katalysatorbewertungs-Fertigstellungsflag auf 1 (S311) und beendet diesen Prozess.
Wenn andererseits der Integralwert CAT_DLYP den Bestimmungswert CAT_DLYP_OK überschreitet, so bestimmt die Katalysator-Bewertungseinheit 203, dass der Katalysator verschlissen ist und schaltet über die Ausgangsschnittstelle 205 eine Katalysatorabnormalitätsfeststellungs-Fehlerleuchte ein (S312). Die Einheit 203 setzt dann das Katalysatorbewertungs-Fertigstellungsflag auf 1 (S313) und beendet diesen Prozess.
Als alternative Methode zur Bestimmung des Verschleißzustands wird anstelle der Bestimmung des Verschleißes des Katalysators auf Grundlage des in Schritt S308 berechneten Integralwerts CAT_DLYP eine Glättungsberechnung ausgeführt, wie sie in 7 gezeigt ist, in welcher ein gleitender Mittelwert für die Integralwerte SVO2_FA berechnet wird und der Verschleiß des Katalysators dann auf Grundlage eines solchen geglätteten Werts CAT_AVE bestimmt werden kann. Es folgt ein Beispiel für eine Gleichung zum Berechnen eines geglätteten Werts CAT_AVE: CAT_AVE = (1 – C1) × SVO2_FAi–1 + C1 × SVO2_FAi,wobei C₁ einen Glättungskoeffizienten repräsentiert.
In diesem Fall bestimmt die Katalysator-Bewertungseinheit 203 im Schritt S310, ob der geglättete Wert CAT_AVE gleich einem im Zusammenhang mit dem geglätteten Wert CAT_AVE zu verwendenden Bestimmungswert CAT_AVE_OK oder kleiner als dieser ist oder nicht. Wenn der geglättete Wert CAT_AVE den Bestimmungswert CAT_AVE_OK überschreitet, so bestimmt die Katalysator-Bewertungseinheit 203, dass der Katalysator verschlissen ist. Wenn andererseits der Wert CAT_AVE gleich dem Bestimmungswert CAT_AVE_OK oder kleiner als dieser ist, so bestimmt die Katalysator-Bewertungseinheit 203, dass der Katalysator nicht verschlissen ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Maschine die Kraftstoffeinspritzmenge bereitgestellt, welche mit einem Erfassungssignal wie einer Sinuswellenvariation zur Verwendung bei der Bewertung des Katalysators multipliziert ist, und das Vorhandensein/Nichtvorhandensein des Katalysatorverschleißes wird auf Grundlage der nachfolgenden Ausgaben des Abgassensors beurteilt. Es ist somit möglich, dass die Katalysatorbewertung weniger durch eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schwankung aufgrund des Übergangsbetriebs oder/und des Zustands der Sauerstoffabsorption des Katalysators beeinflusst ist. Somit kann die Erfassungsgenauigkeit verbessert werden und der Erfassungsbereich kann ausgedehnt werden.
Wenngleich dabei in der oben beschriebenen Ausführungsform die Sinuswelle als ein Erfassungssignal verwendet wurde, so kann der selbe Effekt durch die Verwendung entweder einer Welle einer trigonometrischen Funktion mit einzelner Frequenz, einer Rechteckwelle oder einer trigonometrischen Welle oder einer zusammengesetzten Welle, umfassend eine Mehrzahl dieser Wellen, erhalten werden. In jedem Fall können dann, wenn das Erfassungssignal eine Begrenzung der Amplitude aufweist, die Spektrumsbestandteile der gewünschten einzelnen Frequenz oder der mehreren Frequenzen erweitert werden, so dass die Genauigkeit der Erfassung des Katalysatorverschleißes gegenüber dem Rauschen verstärkt werden kann.
Nebenbei können durch die Verwendung der Bandpass-gefilterten Ausgaben, zusätzlich zu einem Effekt der Beibehaltung der Erfassungsfrequenzen bei einem konstanten Niveau, Rauschelemente zum Zeitpunkt der Messung eliminiert werden, da die Frequenzkomponenten mit Ausnahme der für die Erfassung zu verwendenden Frequenz entfernt werden können. Die Erfassungsgenauigkeit kann durch die Eliminierung des Einflusses der anderen Frequenzkomponenten, welche durch die Schwankung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses oder dergleichen hervorgerufen werden, die insbesondere zum Zeitpunkt des Übergangsbetriebs auftreten können, weiter verbessert werden.
Da der Verschleißfehler des Katalysators auf Grundlage des geglätteten Werts bestimmt wird, einschließlich des Mittelwerts oder des Integralwerts über die vorbestimmte Zeitdauer für die Absolutwerte der Bandpass-gefilterten Ausgabewellen, kann ferner der Einfluss einer plötzlich auftretenden Spitze des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses oder dergleichen, welche durch eine Schwankung der Maschinenbelastung oder dergleichen hervorgerufen wird, aus der Bewertung für die Erfassung des Katalysatorverschleißes entfernt werden, so dass die Genauigkeit der Verschleißfehlerbestimmung weiter verbessert werden kann.
Ferner kann wahlweise eine Regelung auf die Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge angewendet werden. Speziell wird, wie in 1 und 8 gezeigt, der Wert KACT einem Rückkopplungskompensator eingegeben, um einen Rückkopplungskoeffizienten KAF zur Steuerung/Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (der Maschine zugeführt) auf einem vorbestimmten Wert zu berechnen. Das Ergebnis der Multiplikation der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge mit dem Wert KIDSIN wird dann ferner mit diesem Rückkopplungskoeffizienten KAF multipliziert, um eine tatsächliche Kraftstoffeinspritzmenge zu erzeugen. Für den Fall einer solchen Regelung ist die die ECU verwendende Ausführungsform so gestaltet, dass der Rückkopplungskompensator (nicht gezeigt) mit der Kraftstoffmengen-Berechnungseinheit 206 verbunden ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Kraftstoffeinspritzmenge auf Grundlage des Rückkopplungskoeffizienten korrigiert, der auf Grundlage entweder der Ausgabe des Vor-Katalysator-Abgassensors oder der Ausgabe des Nach-Katalysator-Abgassensors oder der Ausgabe beider Sensoren bestimmt wird, so dass eine Tendenz in Richtung fett oder mager, welche durch Wirkung des Erfassungssignals auf die Kraftstoffeinspritzmenge verursacht wird, vermieden werden kann. Im Ergebnis kann die Abnahme der Katalysatorreinigungsrate, welche während des Verschleißfehler-Erkennungsprozesses für den Katalysator auftreten kann, vermieden werden und die Zunahme der ausgestoßenen Menge an schädlichen Bestandteilen, die in dem Abgas enthalten sind, kann verhindert werden, während die Erfassungsgenauigkeit aufrechterhalten werden kann.
Es sollte angemerkt werden, dass die gewöhnliche LAF-Rückkopplung in der oben beschriebenen Ausführungsform integriert ist. In einem Fall, in welchem der Soll-Wert oder/und der Korrekturkoeffizient in dem Regelsystem die Frequenzkomponenten in der Nachbarschaft der gleichen Frequenz fid wie die Erfassungssignalfrequenz enthält, kann sich jedoch die Erfassungsgenauigkeit der Ausgangsantwort manchmal verschlechtern. Eine Gegenmaßnahme gegen dieses Problem ist die Aussetzung der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung und/oder die Berechnung des Soll-Werts des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung, welche auf Grundlage der Ausgabe des Abgassensors bestimmt werden, oder die Verzögerung der Reaktion der Regelung während der Ausführung des Katalysator-Verschleißerkennungsprozesses, wie in einem Regelungsaussetzungsbestimmungsprozess in 9 gezeigt ist, so dass das Regelsystem die Frequenzen in der Nachbarschaft von fid nicht enthalten kann.
Ein Prozess zum Bestimmen der Regelungsaussetzung wird unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. Wenn der Prozess zum Bestimmen der Regelungsaussetzung anfänglich durch das Hauptprogramm aufgerufen wird, so überprüft der Prozess zunächst ein Katalysatorbewertungs-Anforderungsflag, um zu bestimmen, ob die Katalysatorbewertung angefordert wird (S901). Wenn die Bewertung nicht angefordert wird, so schreitet die Katalysator-Bewertungseinheit 203 weiter im Prozess zum Schritt S906, in welchem die Einheit 203 eine vorbestimmte Zeit in einem Regelungsaussetzungszeitgeber einstellt und einen Abwärtszählvorgang startet. Dieser Prozess wird dann beendet.
Wenn der Regelungsaussetzungs-Bestimmungsprozess dann erneut aufgerufen wird, so bestimmt die Katalysator-Bewertungseinheit 203 erneut, ob die Katalysatorbewertung angefordert ist (S901). Wenn das Katalysatorbewertungs-Anforderungsflag auf 1 gesetzt ist, was anzeigt, dass die Bewertung angefordert wird, so weist die Katalysator-Bewertungseinheit 203 die Rückkopplungskompensationseinheit an, die Regelung auszusetzen (S902). In Schritt S903 bestimmt die Einheit 203 dann, ob der Rückkopplungsaussetzungszeitgeber gleich 0 ist. Momentan ist die vorbestimmte Zeit nach Ausgabe der Katalysatorbewertungsanforderung nicht abgelaufen und dementsprechend ist der Regelungsaussetzungszeitgeber nicht gleich 0. Somit beendet die Einheit 203 den Prozess. Wenn andererseits der Regelungsaussetzungszeitgeber gleich 0 ist, so ruft die Katalysator-Bewertungseinheit 203 den Regelungsaussetzungs-Bestimmungsprozess auf (S904). Wenn der aufgerufene Regelungsaussetzungs-Bestimmungsprozess vollständig abgelaufen ist, so schreitet die Katalysator-Bewertungseinheit 203 im Prozess weiter zum Schritt S905, in welchem die Einheit 203 das Katalysatorbewertungs-Fertigstellungsflag überprüft, welches in dem Katalysatorverschleiß-Erkennungsprozess gesetzt oder zurückgesetzt wurde, um zu bestimmen, ob die Katalysator-Verschleißerkennung fertig gestellt ist oder nicht. Wenn die Katalysator-Verschleißerkennung nicht fertig gestellt ist, so wird der Prozess hier beendet. Wenn andererseits die Katalysator-Verschleißerkennung fertig gestellt wurde, so schreitet die Einheit 203 im Prozess weiter zum Schritt S907, um die Regelungskompensationseinheit anzuweisen, die Aussetzung der Regelung zu beenden, um so die Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge INJ über die Regelung erneut zu starten. Der Prozess wird dann beendet.
In einem Fall, in welchem die Abgassensoren sowohl stromabwärts als auch stromaufwärts des Katalysators angeordnet sind, kann eine Regelungs-Sollwert-Berechnungseinheit bereitgestellt werden, welche einen Algorithmus für eine Nachkatalysator-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung/Regelung aufweist, und ein Rückkopplungskompensator kann vorgesehen sein, der einen adaptiven Typ einer Vorkatalysator-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung/Regelung ausführt, um einen Rückkopplungskoeffizienten KAF von sowohl einem Äquivalenzverhältnis KACT als auch einem Rückkopplungs-Sollwert, der von der Regelungs-Sollwert-Berechnungseinheit herausgeben wird, zu erhalten, wie in 8 gezeigt ist. Da die Berechnung des Regelungssollwerts und der adaptive Typ der Vorkatalysator-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung/Regelung beispielsweise in der ungeprüften Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2003-195907 offenbart sind, werden diese Techniken in diesem Dokument nicht weiter beschrieben.
Selbst wenn eine solche Steuerung/Regelung durchgeführt wird, so kann die Erfassungsgenauigkeit sich im Zusammenhang mit der auszugebenden Reaktion verschlechtern, wenn der Sollwert in dem Regelsystem Komponenten in der Nachbarschaft derselben Frequenz fid wie das Erfassungssignal enthält. In einem solchen Fall können die folgenden Verfahren (1) bis (6) als Alternative für das Verfahren im Schritt S902 verwendet werden.

(1) Aussetzen der Regelung des Vor-Katalysator-Abgassensors. Mit diesem Verfahren kann verhindert werden, dass dieselben Frequenzkomponenten wie die Erfassungsfrequenz in den Rückkopplungskoeffizienten eingeschlossen werden, was zur Verhinderung einer Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit beiträgt.
(2) Aussetzen der Berechnung des Regelungs-Sollwerts für den Nach-Katalysator-Abgassensor. Mit diesem Verfahren kann verhindert werden, dass dieselben Frequenzkomponenten wie die Erfassungsfrequenz in den Regelungs-Sollwert eingeschlossen werden. Im Ergebnis kann nicht nur eine solche Situation verhindert werden, in der der Rückkopplungskoeffizient, der den Vor-Katalysator-Abgassensor verwendet, während der Anstrebung des Sollwerts die Erfassungsfrequenz erzeugen kann, sondern es können außerdem die tendenzielle Verschiebung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und die Zunahme der Abgasbestandteile durch die rückkoppelnde Verwendung des Vor-Katalysator-Abgassensors verhindert werden.
(3) Ausführen beider vorstehender Verfahren (1) und (2). Mit beiden Aussetzungsvorgängen kann nicht nur die gleiche Wirkung erhalten werden wie für das Verfahren (1), sondern es kann auch eine Verschwendung von ECU-Betriebsleistungsressourcen, welche durch fortwährende Berechnung des Soll- Werts verursacht wird, vermieden werden, während die Vor-Katalysatorregelung ausgesetzt wird.
(4) Reduzierung der Schwankungsgeschwindigkeit des Rückkopplungskoeffizienten für den Vor-Katalysator-Abgassensor. Die Schwankungsgeschwindigkeit des Rückkopplungskoeffizienten kann durch eine Änderung der Parameter gesenkt werden, die dazu verwendet werden, die Regelungsgeschwindigkeit für den Vor-Katalysator-Abgassensor zu bestimmen. Da mit diesem Verfahren verhindert werden kann, dass die gleichen Frequenzkomponenten wie die Erfassungsfrequenz in den Rückkopplungskoeffizienten eingeschlossen werden, kann eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit verhindert werden. Durch die Regelung unter Verwendung des Vor-Katalysator-Abgassensors kann nebenbei die tendenzielle Verschiebung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wirkungsvoller verhindert werden und die Zunahme der Abgasbestandteile kann ebenfalls stärker vermieden werden als dann, wenn die Regelung ausgesetzt wird.
(5) Reduzierung der Schwankungsgeschwindigkeit des Soll-Werts der Regelung des Nach-Katalysator-Abgassensors. Die Schwankungsgeschwindigkeit des Soll-Werts kann abgesenkt werden, indem die Parameter verändert werden, welche dazu verwendet werden, die Steuer-/Regelgeschwindigkeit zum Berechnen des Regelungs-Sollwerts für den Nach-Katalysator-Abgassensor zu bestimmen. Mit diesem Verfahren kann verhindert werden, dass die gleichen Frequenzkomponenten wie die Erfassungsfrequenz in den Soll-Wert eingeschlossen werden. Dementsprechend kann eine Situation verhindert werden, in der der Rückkopplungskoeffizient, der den Vor-Katalysator-Abgassensor verwendet, die Erfassungsfrequenz im Laufe der Anstrebung des Soll-Werts erzeugen kann, so dass die Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit verhindert werden kann. Nebenbei kann die Zunahme der Abgasbestandteile durch die Regelung, welche den Vor-Katalysator-Abgassensor verwendet, vermieden werden.
(6) Absenken beider Steuer-/Regelgeschwindigkeiten der vorstehenden Verfahren (4) und (5) durch Ändern der Parameter, die zur Bestimmung dieser Steuer-/Regelgeschwindigkeiten zu verwenden sind. Mit diesem Verfahren können beide Wirkungen der vorstehenden Verfahren (4) und (5) erhalten werden. Da verhindert werden kann, dass die gleichen Frequenzkomponenten wie die Erfassungsfrequenz in den Rückkopplungskoeffizienten eingeschlossen werden, kann insbesondere die Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit verhindert werden.

Durch die Regelung, die den Vorkatalysator-Abgassensor verwendet, kann nebenbei die tendenzielle Verschiebung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wirkungsvoller verhindert werden und die Zunahme der Abgasbestandteile kann ebenfalls besser verhindert werden als dann, wenn die Regelung ausgesetzt wird.
Mit diesem Verfahren kann das Problem der Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit äquivalent der oben beschriebenen Art gelöst werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Einfluss der Frequenzkomponenten in der Nachbarschaft der gleichen Frequenz fid wie das Erfassungssignal von der Änderung des Rückkopplungskoeffizienten ausgeschlossen werden, indem die oben beschriebenen Verfahren während der Bewertung der Ansprechempfindlichkeit in dem Verschleißfehler-Bestimmungsprozess für den Katalysator angewendet werden. Somit kann die Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit, welche verursacht wird durch Kombinieren der Katalysator-Verschleißbestimmung mit der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung, vermieden werden und die Erfassungsgenauigkeit für den Katalysatorverschleiß kann verbessert werden.
Die Erfindung stellt eine Verschleißerkennungsvorrichtung zum Erkennen eines Verschleißzustands einer in einem Abgaskanal in einer Maschine angeordneten Abgasreinigungseinrichtung auf Grundlage eines Sensorwerts eines stromabwärts der Reinigungseinrichtung angeordneten Abgassensors bereit. Die Vorrichtung umfasst eine Erfassungssignal-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines Erfassungssignals, das bestimmte Frequenzkomponenten aufweist, und zum Multiplizieren des erzeugten Signals mit einer Basis-Kraftstoffeinspritzmenge, um eine Kraftstoffeinspritzmenge zu berechnen, sowie ein Abgasreinigungseinrichtung-Bewertungsmittel zum Extrahieren einer Frequenzantwort entsprechend dem Erfassungssignal von einer Ausgabe des Abgassensors der Maschine, wobei die Ausgabe in Antwort auf die berechnete Kraftstoffeinspritzmenge erfolgt, um so einen Zustand der Reinigungseinrichtung auf Grundlage der extrahierten Frequenzantwort zu bestimmen.

Claims

Verschleißerkennungsvorrichtung zum Erkennen eines Verschleißzustands einer Abgasreinigungseinrichtung, die in einem Abgaskanal in einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, auf Grundlage einer Ausgabe eines Abgassensors, welcher stromabwärts der Abgasreinigungseinrichtung angeordnet ist, umfassend: ein Erfassungssignal-Erzeugungsmittel zum Erzeugen eines Erfassungssignals, welches bestimmte Frequenzkomponenten aufweist, und zum Multiplizieren des erzeugten Erfassungssignals mit einer Basiskraftstoffeinspritzmenge, um eine Kraftstoffeinspritzmenge zu berechnen, und ein Abgasreinigungseinrichtung-Bewertungsmittel zum Extrahieren einer Frequenzantwort entsprechend dem Erfassungssignal von einer Ausgabe des Abgassensors der Maschine, wobei die Ausgabe in Antwort auf die berechnete Kraftstoffeinspritzmenge erfolgt, um so einen Zustand der Abgasreinigungseinrichtung auf Grundlage der extrahierten Frequenzantwort zu bestimmen.
Verschleißerkennungsvorichtung nach Anspruch 1, in welcher das mit der Basiskraftstoffeinspritzmenge zu multiplizierende Erfassungssignal ein Signal umfasst, welches durch Addieren einer einzelnen Welle einer trigonometrischen Funktion oder einer zusammengesetzten Welle, gebildet aus zwei oder mehreren Wellen einer trigonometrischen Funktion, zu einem vorbestimmten Verschiebungswert erhalten wird.
Verschleißerkennungsvorichtung nach Anspruch 1, in welcher das Abgasreinigungseinrichtung-Bewertungsmittel den Zustand der Abgasreinigungseinrichtung bestimmt, wenn eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, seitdem die Kraftstoffeinspritzmenge der Maschine zugeführt worden ist.
Verschleißerkennungsvorichtung nach Anspruch 1, in welcher das Abgasreinigungseinrichtung-Bewertungsmittel den Zustand der Abgasreinigungseinrichtung unter Verwendung der Ausgabe des Abgassensors, welche Bandpass-gefiltert worden ist, bestimmt.
Verschleißerkennungsvorichtung nach Anspruch 1, in welcher das Abgasreinigungseinrichtung-Bewertungsmittel bestimmt, dass sich die Abgasreinigungseinrichtung in einem Fehlerzustand befindet, wenn ein Wert, welcher erhalten wird durch eine Integrationsberechnung oder eine Glättungsberechnung von Beträgen der Bandpass-gefilterten Ausgaben des Abgassensors, einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Verschleißerkennungsvorichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen zweiten Abgassensor, welcher stromaufwärts der Abgasreinigungseinrichtung in dem Abgaskanal angeordnet ist, und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel zum Steuern/Regeln eines der Maschine zuzuführenden Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf einen vorbestimmten Wert auf Grundlage wenigstens einer Ausgabe des zweiten Abgassensors, wobei die Kraftstoffeinspritzmenge nach Maßgabe eines Rückkopplungskoeffizienten korrigiert wird, welcher auf Grundlage der Ausgabe des zweiten Abgassensors bestimmt wird.
Verschleißerkennungsvorichtung nach Anspruch 6, in welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel einen vorbestimmten Parameter in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuer-/Regelmittel einstellt, um die Steuerung/Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auszusetzen oder eine Änderungsgeschwindigkeit des Rückkopplungskoeffizienten bei Zuführung der Kraftstoffeinspritzmenge zu der Maschine abzusenken.
Verfahren zum Erkennen eines Verschleißzustands einer Abgasreinigungseinrichtung, die in einem Abgaskanal in einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, auf Grundlage eines Sensorwerts eines Abgassensors, welcher stromabwärts der Abgasreinigungseinrichtung angeordnet ist, umfassend die Schritte: Erzeugen eines Erfassungssignals, welches bestimmte Frequenzkomponenten aufweist, und Multiplizieren des erzeugten Erfassungssignals mit einer Basiskraftstoffeinspritzmenge, um eine Kraftstoffeinspritzmenge zu berechnen, und ein Extrahieren einer Frequenzantwort entsprechend dem Erfassungssignal von einer Ausgabe des Abgassensors der Maschine, wobei die Ausgabe in Antwort auf die berechnete Kraftstoffeinspritzmenge erfolgt, um so einen Zustand der Abgasreinigungseinrichtung auf Grundlage der extrahierten Frequenzantwort zu bestimmen.
Verschleißerkennungsvorichtung nach Anspruch 1, welche mit einem Computerprogramm zum Durchführen der Erkennung eines Verschleißzustands der Abgasreinigungseinrichtung ausgestattet ist, wobei das Computerprogramm die folgenden Funktionen durchführt: Erzeugen eines Erfassungssignals, welches bestimmte Frequenzkomponenten aufweist, und Multiplizieren des erzeugten Erfassungssignals mit einer Basiskraftstoffeinspritzmenge, um eine Kraftstoffeinspritzmenge zu berechnen, und ein Extrahieren einer Frequenzantwort entsprechend dem Erfassungssignal von einer Ausgabe des Abgassensors der Maschine, wobei die Ausgabe in Antwort auf die berechnete Kraftstoffeinspritzmenge erfolgt, um so einen Zustand der Abgasreinigungseinrichtung auf Grundlage der extrahierten Frequenzantwort zu bestimmen.