DE69500627T2

DE69500627T2 - Vorrichtung zur Feststellung der Degradierung eines Katalysators

Info

Publication number: DE69500627T2
Application number: DE69500627T
Authority: DE
Inventors: Kenji Fukaya; Masahiro Hamaya; Kazuo Hayashi; Makoto Hori; Minoru Ohta
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-02-18
Filing date: 1995-02-17
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2015-02-18
Also published as: EP0668438B1; CA2142744C; CA2142744A1; US5545377A; JP3496307B2; JPH08189343A; DE69500627D1; EP0668438A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Katalysators. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Katalysators, bei welchen die Konzentration eines bestimmten Bestandteils im Abgas durch Luft/Kraftstoffverhältnissensoren erfaßt wird, die an einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite eines katalytischen Wandlers bereitgestellt sind, welcher das Abgas innerhalb einer Fahrzeugabgasanlage oder einer Abgasanlage eines anderen Typs reinigt, und welcher ein Signal erzeugt, das auf den Zustand der Verschlechterung des Katalysators beruht. Die Erfindung betrifft ebenso einen Luft/Kraftstoffverhältnissensor, der für eine Verwendung in der obigen Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Katalysators geeignet ist.
Als Verfahren eines Erfassens der Verschlechterung der Reinigungsleistung eines Katalysators durch Verwenden von Luft/Kraftstoffverhältnissensoren auf der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Katalysators sind (1) ein Verfahren, das das Verhältnis einer Frequenz von Ausgangssignalen von zwei Luft/Kraftstoffverhältnissensoren verwendet, und (2) ein Verfahren, das eine Flächendifferenz oder ein Flächenverhältnis zwischen zwei Luft/Kraftstoffverhältnissensoren verwendet, herkömmlich verfügbar gewesen (wie in JP-A-4-40355 und in JP-A-61-286550 offenbart). Da jedes dieser Verfahren Verhgltnisse oder Differenzen von Frequenzen oder Flächen von zwei Luft/Kraftstoffverhältnissensoren vorsehen, sind jedoch Schwellenwerte als Bezugswerte gegenüber Ausgangssignalwellenformen der zwei Luft/Kraftstoffverhältnissensoren erforderlich, und abhängig von dem Einsteilverfahren oder Einstellzustand für diese Schwellenwerte kann die von den Luft/Kraftstoffverhältnissensoren erzielte Information variieren.
Mit anderen Worten, Information, die aufgrund von ver änderlichen Faktoren eine andere als eine den Katalysator betreffende Information ist, wirkt sich auf die die Veränderung (Verschlechterung) des Reinigungsverhältnis des Katalysators betreffende Information aus, wie es zuvor beschrieben worden ist, und aus diesem Grund ist die Erfassungsleistung sehr niedrig.
Da sich die Luft/Kraftstoffverhältnissensoren in individuellen Leistungseigenschaften unterscheiden, kann zusätzlich zu diesem Problem eine fehlerhafte Beurteilung, eine angehaltene Beurteilung oder eine andere Abnormität verursacht werden, und die Verschlechterung eines Katalysators kann nicht konsistent und zuverlässig erfaßt werden.
Da Unterschiede in Ansprechempf mdl ichkeitseigenschaften der stromaufwärtsseitigen und der stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensoren bestehen, sind die Sensoren gewöhnlicherweise aus der gleichen Fertigungslosverteilung oder dem gleichen Standardbereich ausgewählt worden, welche beide ±10% der durchschnittlichen Sensoransprechempfindlichkeitseigenschaften aufweisen.
In EP-A-0 634 567 wird eine Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Katalysators offenbart, die alle Merkmale [a] bis [c] aufweist, die im Anspruch 1 gezeigt sind. Dieses Dokument ist jedoch nicht vorveröffentlicht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Katalysators zu schaffen, welche die Unterschiede in der Leistung der Luft/Kraftstoffverhältnissensoren in Betracht zieht und die Verschlechterung eines Katalysators konsistent und genau erfassen kann.
Um die obige Aufgabe zu lösen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Ansprechempfindlichkeitseigenschaften eines stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors und eines stromabwärtseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors ernsthaft untersucht. Das obige Problem konnte durch Verwendung einer Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Katalysators gelöst werden, die mindestens einen katalytischen Wandler, der zum Reinigen des Abgases vorgesehen ist, Luft/Kraftstoffverhältnissensoren, die jeweils auf der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des katalytischen Wandlers zum Erfassen der Konzentration von bestimmten Komponenten in dem Abgas vorgesehen sind, eine Steuervorrichtung zum Erzeugen eines Signals, das auf dem Ausgangssignalwellenformverhältnis der Ausgangssignale von den Luft/Kraftstoffverhältnissensoren beruht, und eine Warneinrichtung für eine Verschlechterung eines Katalysators aufweist, welche entsprechend dem von der Steuervorrichtung zum Warnen aufgenommenen Signal arbeitet, wobei die jeweilige Ansprechempfindlichkeit der zwei Luft/Kraftstoffverhältnissensoren die Beziehung erfüllt, die in Merkmal [d] des Anspruchs 1 gezeigt ist.
Vorzugsweise wird eine Ansprechempfindlichkeit eines Sensors über einen Zyklus von Ausgangssignalwellenformen eines Luft/Kraftstoffverhältnissensors hindurch gemessen.
Bei der Anordnung, wie sie oben beschrieben ist, können eine Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Katalysators und Luft/Kraftstoffverhältnissensoren vorgesehen werden, welche die Genauigkeit der Verarbeitung einer Katalysatorverschlechterungserfassung verbessern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

FIG. 1 zeigt ein Strukturdiagramm einer Luft/Kraftstoffverhältnissteuervorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
FIG. 2 zeigt eine Graphik der Ausgangssignalwellenform, die von einem in dem in FIG. 1 gezeigten System verwendeten Luft/Kraftstoffverhältnissensor erzielt wird;
FIG. 3 zeigt eine Graphik von Beispielen der Ausgangssignalwellenform, die durch den stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor und dem stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor erzeugt werden;
FIG. 4 zeigt eine Graphik des Katalysatorreinigungsverhältnisses und Beispiele der Ausgangssignalwellenformen, die von dem stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor und dem stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors erzielt werden;
FIG. 5 zeigt einen Graphen der Beziehung zwischen dem Katalysatorreinigungsverhältnisses und dem Ortskurvenverhältnis der Luft/Kraftstoffverhältnissteuervorrichtung;
FIG. 6 zeigt eine Querschnittsansicht des Luft/Kraftstoffverhältnissensors; und
FIG. 7 zeigt eine Querschnittsansicht von Luftlöchern des Luft/Kraftstoffverhältnissensors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER GEGENWÄRTIG BEVORZUGTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im Detail beschrieben.
FIG. 1 zeigt eine Luft/Kraftstoffverhältnissteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Figur, bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor, das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor, das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen katalytischen Wandler, das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Auspuffkrümmer, das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Motor, das Bezugszeichen 6 bezeichnet ein Kraftstoffeinspritzventil, das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Steuervorrichtung, das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine vordere Abgaspumpe, das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine hintere Abgaspumpe und das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Warneinrichtung für eine Verschlechterung eines Katalysators.
Die vordere Abgaspumpe 8, der katalytische Wandler 3 und die hintere Abgaspumpe 9 sind miteinander verbunden und stromabwärts von dem Auspuffkrümmer 4 angeordnet, der in dieser Reihenfolge mit dem Motor 5 verbunden ist. Der stromaufwärtsseitige Luft/Kraftstoffverhältnissensor 1 ist an der vorderen Abgaspumpe 8 angebracht, während der stromabwärtsseitige Luft/Kraftstoffverhältnissensor 2 an der hinteren Abgaspumpe 9 angebracht ist. Signale, die die Konzentration einer bestimmten Komponente in dem Abgas betreffen, die durch den stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 1 und den stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 2 erfaßt wird, werden durch die Steuervorrichtung 7 verarbeitet. Zur gleichen Zeit wird ein Signal von einer Rückkopplungsbedingungeinstelleinrichtung 11, die einen Wassertemperatursensor 11a und einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor lib beinhaltet, in die Steuervorrichtung 7 eingegeben. Die Signale, die auf dem verarbeiteten Signal, das die Konzentration einer bestimmten Komponente in dem Abgas betrifft, die durch den stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 1 und dem stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 2 erfaßt wird, und auf dem Signal von der Rückkopplungsbedingungeinstelleinrichtung 11 beruhen, werden als Rückkopplungssignale von der Steuereinrichtung 7 zu dem Kraftstoffeinspritzventil 6 übertragen, das an dem Motor 5 angebracht ist, und eine Luft/Kraftstoffverhältnissteuerung für den Motor 5 wird entsprechend den Rückkopplungssignalen durchgeführt. Weiterhin werden die Signale, die auf dem verarbeiteten Signal beruhen, das die Konzentration einer bestimmten Komponente in dem Abgas betrifft, die durch den stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 1 und dem stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 2 erfaßt wird, von der Steuereinrichtung 7 zu der Katalysatorverschlechterungswarneinrichtung 10 übertragen, und eine Warnung wird entsprechend dem Steuersignal an einen Bediener ausgegeben. Genau gesagt, ist die Katalysatorverschlechterungswarneinrichtung 10 zum Beispiel eine Anzeigelampe oder ein Wamsummer. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet eine Abgasemissionssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung den stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 1, den stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 2, die Steuervorrichtung 7, die vordere Abgaspumpe 8, die hintere Abgaspumpe 9 und die Katalysatorverschlechterungswarneinrichtung 10.
Bei der Abgasemissionssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durchläuft das Abgas, das von dem Motor 5 stammt, den Auspuffkrümmer 4 und die vordere Abgaspumpe 8 zu dem katalytischen Wandler 3. Das Abgas wird durch einen Abgasreinigungskatalysator gereinigt, der innerhalb des katalytischen Wandlers 3 vorgesehen ist, und wird dann von der hinteren Abgaspumpe 9 in die Atmosphäre entlüftet Hierbei werden die Signale, die die Konzentration der bestimmten Komponente in dem Abgas betrifft, die durch den stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 1 und den stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 2 erfaßt wird, und das Signal von der Rückkopplungsbedingungeinstelleinrichtung 11 in die Steuervorrichtung 7 eingegeben und von ihr verarbeitet. Weiterhin wird das Signal, das auf dem verarbeiteten Signal beruht, das die Konzentration der bestimmten Komponente in dem Abgas betrifft, die durch den stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 1 und dem stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 2 als ein Steuersignal von der Steuervorrichtung 7 zu der Katalysatorverschlechterungswarneinrichtung 10 übertragen und eine Warnung wird an einen Bediener ausgegeben, wenn geeignet
FIG. 2 zeigt eine Ausgangssignalwellenform des stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 1 und des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2. In dieser Figur ist eine Amplitude eine Spannungsbreite der Ausgangssignalwellenform, eine Periode ist ein Zyklus der Ausgangssignalwellenform und eine höhere Ansprechempfindlichkeit bedeutet, daß die Periode kürzer ist, d.h. daß der eine Zyklus kürzer ist.
FIG. 3 zeigt Ausgangssignalwellenformen des stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 1 und des stromabwärts seitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 2, die durch Verwendung eines Katalysators erzeugt werden, der ein hohes Reinigungsverhältnis aufweist, wenn eine Rückkopplungssteuerung mit der obigen Luft/Kraftstoffverhältnissteuervorrichtung durchgeführt wird. In dieser Figur zeigt die Ausgangssignalwellenform des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 einen etwas sanfteren übergang verglichen mit der Ausgangssignalwellenform des stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 1. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der stromabwärtsseitige Luft/Kraftstoffverhältnissensor 2 dem Abgas ausgesetzt ist, das durch den Abgasreinigungskatalysator gereinigt ist, der innerhalb des katalytischen Wandlers 3 vorgesehen ist.
Der sanfte übergang der Ausgangssignalwellenform des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 kann ebenso für einen Ausgangssignalwellenformabweichungskorrektursteuerbetrieb zum Steuern des stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 1 verwendet werden. Der sanfte übergang der Ausgangssignalwellenform des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 bedeutet ebenso, daß die Komponentenzusammensetzung des Abgases gegenüber seiner normalen (unkatalysierten) Zusammensetzung verringert worden ist.
FIG. 4 zeigt jeweils die charakteristischen Ausgangs signalwellenformen des stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 1 bzw. des stromabwärts seitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 in Bezug auf das Katalysatorreinigungsverhältnis (bezogen auf den Katalysatorverschlechterungsgrad). In dieser Figur ist ein Katalysatorreinigungsverhältnis (Prozentsatz) von 0% gleich einem Katalysatorverschlechterungsgrad von 100%. Die charakteristischen Merkmale dieses Falles können aus dem Ortskurvenverhältnis der Ausgangssignalwellenform des stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 1 zu der Ausgangssignalwellenform des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 wie folgt erzielt werden:

[Gleichung 1]

Ortkurvenverhältnis = Ortskurvenlänge der Ausgangssignalwellenform des stromabwärts-seitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2/Ortskurvenlänge der Ausgangssignalwellenform des stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 1
Die Ortskurve der Ausgangssignalwellenform von einer bestimmten Zeit t&sub0; zu einer bestimmten Zeit tN beruht auf dem Ausgangssignal V(t) pro Zeit dt durch die folgende Gleichung:

[Gleichung 2]

Ortskurvenlänge der Ausgangssignalwellenform
FIG. 5 zeigt eine Graphik, welche die Beziehung des Ortskurvenverhältnis zu dem Katalysatorreinigungsverhältnis zeigt, die auf der obigen Idee beruht. In dieser Figur ist der Prozentsatz der Ansprechempfindlichkeit des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 zu der Ansprechempfindlichkeit des stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 1 als ein Parameter (im folgenden als "Ansprechemrfindlichkeitsprozentsatz" bezeichnet) gezeigt. Wenn zum Beispiel die Ansprechempfindlichkeit des stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 1 l sec. und die Ansprechempfindlichkeit des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 0,8 sec. beträgt, beträgt der Ansprechempfindlichkeitsprozentsatz -20% {(0,8-1)/1 x 100%}. Wenn die Ansprechempfindlichkeit des stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 1 sec. beträgt und die Ansprechempfindlichkeit des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 1,3 sec. beträgt, beträgt der Ansprechempfindlichkeitsprozentsatz &spplus;30% {(1,3- 1)/1 X 100%}. Das in dieser Figur eingetragene Symbol A definiert einen Bereich, in welchem der Katalysator sich so verschlechtert hat, daß er als ein abnormaler Katalysator (Katalysatorreinigungsprozentsatz: 0% bis 50-60%) beurteilt wird, während das in dieser Figur eingetragene Symbol B einen Bereich definiert, innerhalb welchem der Katalysator normal (Katalysatorreinigungsprozentsatz: 80% bis 90-100%) ist und als ein normaler Katalysator beurteilt werden sollte. Das Symbol a in dieser Figur zeigt das maximal akzeptierbare Ortskurvenverhältnis, welches gleich 0,7 ist (wenn das Ortskurvenverhältnis gleich oder mehr als den Wert a beträgt, wird das Ortskurvenverhältnis als abnormal bestimmt). Aus dieser Graphik wird es klar ersichtlich, daß wenn die Ansprechempfindlichkeit des stromabwärtsseitigen )Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 höher ist als die Ansprechempfindlichkeit des stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 1 ist, eine hohe Ansprechempfindlichkeit einen niedrigen Wert in dem Ansprechempfindlichkeitsprozentsatz bedeutet, und der Ansprechempfindlichkeitsprozentsatz beträgt zum Beispiel -20% und -40% in FIG. 5.
Wenn der Sensor derartige negative Ansprechempfindlich keitsprozentsatzverhältnisse zeigt, wie aus FIG. 5 zu ersehen, bedeutet ihre hohe negative Steigung, wenn das Reinigungsverhältnis nahe bei 100% liegt, daß eine relativ kleine Verschlechterung in dem Reinigungsverhältnis (z.B. eine kleine Bewegung nach links auf der X-Achse des Graphen) zu einer relativ großen Verschiebung in Richtung des maximal akzeptierbaren Ortskurvenverhältnisses a (d.h. eine große Aufwärtsbewegung auf der Y-Achse) führt, wobei die Wahrscheinlichkeit steigt, daß der Katalysator als unakzeptabel verschlechtert bestimmt wird. Somit sollte die Ansprechempfindlichkeit des Stromabwärtssensors 2 niedriger als die des Stromaufwärtssensors 1 gehalten werden, um ein signifikant positives Ansprechempfindlichkeitsprozentsatzverhältnis aufrecht zu erhalten und dadurch derartige Bestimmungen zu vermeiden.
Es sollte jedoch festgehalten werden, daß der Beurteilungswert dieses Ortskurvenverhältnisses, welches von dem innerhalb des katalytischen Wandlers 3 vorgesehenen Abgasreinigungskatalysators abhängt, vorzugsweise innerhalb eines Wertebereichs von 0,3 bis 0,7 sein sollte. Wenn der Beurteilungswert des Ortskurvenverhältnisses nicht innerhalb des Wertebereichs von 0,3 bis 0,7 ist, sollte die An sprechempfindlichkeit des stromaufwärtsseitigen Luft/KraftstoffverhältnisBensors 1 und die Ansprechempfind lichkeit des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 innerhalb eines extrem engen Bereichs aufrechterhalten werden. Dies wird jedoch angesichts des Grades der Differenzen in einer Ansprechempfindlichkeit von derzeit erhältlichen Luft/Kraftstoffverhältnissensoren und der durch die Umgebung bewirkten Veränderungen von ihnen aufgrund eines Befestigens und Verwendens als extrem schwierig erachtet und daher kann die Verschlechterungserfassungsgenauigkeit nicht verbessert werden. Weiterhin ist es selbstverständlich, um die toxischen Komponenten zu reinigen und in dem Abgas zu verringern, daß die Rückkopplungssteuerung für den stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 1 vorzugsweise hoch sein sollte, und daß die Ansprechempfindlichkeit des stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 1 ebenso vorzugsweise hoch sein sollte. Demgemäß ist es nicht vorzuziehen, daß der Beurteilungswert a des Ortskurvenverhältnisses in der Nähe von 1 eingestellt wird. Wenn der Beurteilungswert ä des Ortskurvenverhältnisses in der Nähe von 0 eingestellt wird, wird die Ansprechempfindlichkeit des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 extrem erniedrigt, und folglich wird eine Rückkopplungssteuerung verzögert. Dies ist der Reinigung von toxischen Komponenten in dem Abgas nicht förderlich. Durch Einstellen der Ansprechempfindlichkeit des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 in einem Bereich, der um 20% bis 100% in Bezug auf den stromaufwärtsseitigen Sensor verzögert ist, kann daher die Genauigkeit der Rückkopplungssteuerung aufrechterhalten werden und zur gleichen Zeit die Genauigkeit der Katalysatorverschlechterungsbestimmung verbessert werden.
Wenn die Ansprechempfindlichkeit des stromaufwärtssei tigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 1 zum Beispiel auf 1 gesetzt wird, ist die Ansprechempfindlichkeit des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 innerhalb eines Bereichs von 1,2 bis 2. Wenn die Ansprechempfindlichkeit des stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 1 eine Dispersion innerhalb eines Bereichs von 0,9 bis 1,1 aufweist, kann die Ansprechempfmdl ichkeit des stromabwärts seitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 eingestellt werden, um eine Dispersion innerhalb eines Bereich von 1,32 bis 1,80 aufzuweisen. Insbesondere wenn die Ansprechempfindlichkeit des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnis 2 um 40% bis 50% verzögert wird, können die vorteilhaftesten Effekte erzielt werden.
Bei dieser Ausführungsform wird die Katalysatorverschlechterung durch Verwenden von Parametern beurteilt, die die Ortskurve, das Katalysatorreinigungsverhältnis und den Prozentsatz der Ansprechempfindlichkeit des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 zu der Ansprechempfindlichkeit des stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 1 anzeigen. Es ist jedoch akzeptabel, daß statt dessen das Verhältnis des Ausgangssignals des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 zu dem Ausgangssignal der stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 1 verwendet wird.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, kann durch ein Einstellen des Prozentsatzes der Ansprechempfindlichkeit der stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 zu der Ansprechempfindlichkeit des stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 1 auf einen Bereich, der um etwa 20% bis 100% oder vorzugsweise um etwa 40% bis 50% verzögert ist, die Genauigkeit der Katalysatorverschlechterungsbestimmungsverarbeitung verbessert werden.
Als nächstes wird eine Beschreibung eines stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 gegeben, welcher die obigen Kriterien erfüllt.
Der stromaufwärtsseitige Luft/Kraftstoffverhältnissensor 1 und der stromabwärtsseitige Luft/Kraftstoffverhältnissensor 2 werden im folgenden als "Luft/Kraftstoffverhältnissensoren" bezeichnet. FIG. 6 zeigt den Aufbau eines Luft/Kraftstoffverhältnissensors 90. In dieser Figur weist der Luft/Kraftstoffverhältnissensor 90 ein Sauerstofferfassungselement 91 und ein Gehäuse 92 zum Unterbringen des Sauerstofferfassungselements 91 auf. Das Gehäuse 92 weist ein Hüllenteil 93, das mit einem Flansch 931 an dem ungefähren Mittelteil des Gehäuses 92 vorgesehen ist, eine Abgasabdeckung 94 an dem unteren Teil davon, welcher in den Abgaskanal einzufügen ist, und eine Atmosphärenabdeckung 95 an seinem oberen Teil auf, welcher in Kontakt mit der Atmosphäre steht. Die Abgasabdeckung 94 weist eine innere Abdeckung 941 aus rostfreiem Stahl und eine äußere Abdeckung 942 auf. Die innere Abdeckung 941 und die äußere Abdeckung 942 weisen Luftlöcher 943 bzw. 944 auf.
Die Atmosphärenabdeckung 95 weist eine Hauptabdeckung 951, die an dem Hüllenteil 93 angebracht ist, und eine Nebenabdeckung 952 auf, die das hintere Endteil der Hauptabdeckung 951 abdeckt. Die Hauptabdeckung 951 und die Nebenabdeckung 952 sind mit jeweiligen Atmosphären-Einlaßanschlüssen (nicht gezeigt) vorgesehen. Der Luft/Kraftstoffverhältnissensor 90 wird bei dem Hüllenteil 93 durch ein isolierendes Teilmaterial 932 gehalten. Das Sauerstofferfassungselement 91 weist eine innere Elektrode 911 und eine äußere Elektrode 912 auf. Die innere Elektrode 911 und die äußere Elektrode 912 sind durch metallische plattenartige Anschlüsse 961 bzw. 962 verbunden, abgedeckt und gehalten. Die plattenartigen Anschlüsse 961 und 962 sind mit zum Ausgang gezogenen Leiterdrähten 971 bzw. 972 verbunden. Genauer gesagt sind die plattenartigen Anschlüsse 961 und 962 mit streifenartigen Anschlußstücken 963 und 964 gegenüber von Kontaktstücken 965 und 966 hervorstehend vorgesehen. Die streifenartigen Anschlußstücke 963 und 964 sind an ihren Enden mit Verbindern 981 bzw. 982 verbunden, deren jeweilige anderen Enden 983 und 984 mit dem zum Ausgang gezogenen Leiterdrähten 971 bzw. 972 verbunden sind. Die plattenartigen Anschlüsse 961 und 962 sind durch ein Überarbeiten von invertiert T-förmigen Metallplatten in eine zylinderartige Form zum Halten der inneren Elektrode bzw. der äußeren Elektrode 912 ausgebildet. Ein geeigneter Betrag an Kontaktdruck wird zwischen den plattenartigen Anschlüssen 961 und 962 und der inneren Elektrode 911 bzw. der äußeren Elektrode 912 durch die Elastizität der Metallplatten zugeführt. Andererseits wird eine Arbeitszugkraft auf die zum Ausgang gezogenen Leiterdrähte 971 und 972 in axialer Richtung des Sauerstoffsensors 90 ausgeübt. Daher können die plattenartigen Anschlüsse 961 und 962 in der axialen Richtung durch die Verbinder 981 bzw. 982 gezogen und verschoben werden. Um diese Verschiebung zu verhindern, ist ein Endteil des Sauerstoffsensors 90 mit einem Stopper 993 zwischen Gummitüllen 991 und 992 vorgesehen. Dieser Stopper 993, der zum Verhindern der Verschiebung der Verbinder 981 und 982 aufgebaut ist, ist für ein Aufrechterhalten einer Isolation zwischen den zum Ausgang gezogenen Leiterdrähten 971 und 972 aus einem Harzmaterial hergestellt. Nebenbei bemerkt bezeichnet das Bezugszeichen 973 einen Draht für einen Erwärmer zum Erwärmen des Sauerstofferfassungselements 91. Die Abgasabdeckung 94 des Sauerstoffsensors 90 wird in den Abgaskanal eingefügt und der Flansch 931 wird zum Fixieren des Sauerstoffsensors 90 in dem Abgaskanal verwendet. Der Sauerstoffsensor 90 in der obigen Zusammensetzung ist eine elektrochemische Zelle, bei der an beiden Seiten eines Festkörperelektrolyts, welcher ein Sauerstoffionenleiter ist, Elektroden vorgesehen sind. Diese elektrochemische Zelle führt das Abgas einer Elektrode und die Atmosphäre der anderen Elektrode zu, und erfaßt das Luft/Kraftstoffverhältnis aus der Potentialdifferenz zwischen den Elektroden.
Im folgenden wird die innere Abdeckung 941 und die äußere Abdeckung 942 im Detail beschrieben.
Bei der inneren Abdeckung 941 und der äußeren Abdeckung 942 des stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 1 sind Luftlöcher 943 und 944 in einem Muster von 3 Zeilen zu 8 Spalten angeordnet. Jedes dieser Luftlöcher 943 und 944 weist einen Durchmesser von 2 mm auf und die gesamte Öffnungsfläche davon beträgt 75 mm². Andererseits weist die innere Abdeckung 941 und die äußere Abdeckung 942 des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 die Luftlöcher 943 und 20 944 auf, die in einem Muster von 2 Zeilen zu 6 Spalten angeordnet sind. Jedes der Luftlöcher 943 und 944 weist einen Durchmesser von 2 mm auf und die gesamte Öffnungsfläche davon beträgt 38 mm². (FIG. 7 zeigt diese Ausführungsform.) Bei dieser Anordnung ist der Abgasfluß, der von den Luftlöchern 943 und 944 zugeführt wird, die in der inneren Abdekkung 941 bzw. äußeren Abdeckung 942 des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 hergestellt sind, langsamer als der Abgasfluß, der von den Luftlöchern 943 und 944 zugeführt wird, die in der inneren Abdeckung 941 bzw. äußeren Abdeckung 942 der stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 1 hergestellt sind. Daher ist die Ansprechempfindlichkeit des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 niedriger als die Ansprechempfindlichkeit des stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 1. Als Ergebnis einer Untersuchung der Luftlöcher 943 und 944 mit verschiedenen Öffnungsflächen wurde herausgefunden, daß die Ansprechempfindlichkeit des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 erniedrigt wurde, wenn die folgende Gleichung aufgestellt wird:

[Gleichung 3]

Flächenverhältnis = Öffnungsfläche der Luftlöcher des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2/< 1 Öffnungsfläche der Luftlöcher des stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 1
Es ist weiterhin bevorzugt, daß das Flächenverhältnis innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 0,9 gesetzt werden sollte.
Durch Vorsehen einer Differenz bei den Öffnungsflächen der zwei Sensoren kann die Ansprechempfindlichkeit des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 verzögert werden.
Obwohl die obige Ausführungsform einen doppelten Abdekkungsaufbau offenbart, kann der gleiche Effekt auch durch einen einfachen Abdeckungsaufbau erzielt werden.
Bei der obigen Ausführungsform wurde weiterhin das Flächenverhältnis (Flächendifferenz) der Löcher, die in den Abdeckungen hergestellt sind, zum Vorsehen einer Differenz in einer Ansprechempfindlichkeit zwischen den Luft/Kraftstoffverhältnissensoren verwendet, die stromaufwärts und stromabwärts von dem Katalysator angeordnet sind. Außer diesem Verfahren können verschiedene Entwurfswerte für die Dicke oder Porosität der Überzugsschicht und der Dicke und Porosität der Elektrode verwendet werden, um die überzugsdurchlässigkeit zu verändern und dadurch ähnliche Resultate vorgesehen werden.
Zudem ist jegliche Betriebsart des Festkörperelektrolyts anwendbar, nicht nur die elektromotorische Kraft einer Sauerstoffkonzentration sondern auch eine TiO&sub2;-Betriebsart, welche den Widerstand mit einer Sauerstoffkonzentration än dert, oder irgend eine andere Betriebsart.
Bei der obigen Ausführungsform ist ebenso nur einer des stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors und des stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors vorgesehen. Es ist jedoch selbstverständlich, daß mehrfache stromaufwärtsseitige Luft/Kraftstoffverhältnissensoren und stromabwärtsseitige Luft/Kraftstoffverhältnissensoren ebenso vorgesehen werden können.

Claims

1. Vorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Katalysators, die aufweist:

[a] einen katalytischen Wandler (3), der zum Reinigen von Abgas vorgesehen ist;

[b1] einen auf einer stromaufwärtigen Seite des katalytischen Wandlers (3) vorgesehenen stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor (1) zum Erfassen einer Konzentration von bestimmten Komponenten in dem Abgas und zum Erzeugen eines ersten Ausgangssignals, wobei der stromaufwärtsseitige Luft/Kraftstoffverhältnissensor (1) eine erste Ansprechempfindlichkeit (Rl) aufweist, wobei die Ansprechempfindlichkeit auf der Zeit beruht, die benltigt wird, um das Ausgangssignal als Reaktion auf eine Änderung der jeweils erfaßten Konzentration zu ändern;

[b2] einen auf einer stromabwärtigen Seite des katalytischen Wandlers (3) vorgesehenen stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor (2) zum Erfassen einer Konzentration von bestimmten Komponenten in dem Abgas und zum Erzeugen eines zweiten Ausgangssignals, wobei der stromabwärtsseitige Luft/Kraftstoffverhältnissensor (2) eine zweite Ansprechempfindlichkeit (R2) aufweist; und

[c] eine Steuervorrichtung (7) zum Vergleichen des ersten mit dem zweiten Ausgangssignal, um eine Katalysatorverschlechterung zu erfassen und um ein diese anzeigendes Warnsignal auszugeben;

wobei

[d] die erste und zweite Ansprechempfindlichkeit (R1, R2) die folgende Beziehung:

0,2 ≤ (R2 - R1) / Rl ≤ 1

oder vorzugsweise die folgende Beziehung erfüllen:

0,4 ≤ (R2 - R1) / R1 ≤ 0,5.

2. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechempfindlichkeit durch die jeweilige Geschwindigkeit definiert ist, mit welcher das Ausgangssignal seinen Wert als Reaktion auf eine Änderung der erfaßten Konzentration ändert.

3. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Ausgangssignale im wesentlichen periodisch sind, wobei die erste und zweite Ansprechempfindlichkeit (R1, R2) Perioden der ersten bzw. zweiten Signale entsprechen.

4. Erfassungsvorrichtüng nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (7) die ersten und zweiten Ausgangswellenformen auf der Grundlage eines Ortkurvenverhältnisses (LR) der Wellen formen verarbeitet, wobei das Ortkurvenverhältnis (LR) als das Verhältnis zwischen der Ortskurvenlänge (L) der Ausgangswellenformen (V(t)) der Luft/Kraftstoffverhältnissensoren (1, 2) definiert ist, wobei die Ortkurvenlänge (L) durch die folgende Gleichung ausgedrückt ist:

in welcher L eine Ortskurve einer der Ausgangswellenformen ist, V'(t) eine erste Ableitung einer die Wel lenform beschreibenden Gleichung ist, t&sub0; eine Zeit ist, bei welcher eine Periode der Wellenform beginnt, und tN eine Zeit ist, bei welcher eine Periode der Wellenform endet.

5. Erfassungsvorrichtungnach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ortskurvenverhältnis (LR) in Übereinstimmung mit der Gleichung

LR = L1 / L2

berechnet wird, in welcher L1 die Ortskurve des ersten Ausgangssignals und L2 die Ortskurve des zweiten Ausgangssignals bezeichnet.

6. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ortskurvenverhältnis (LR) so eingestellt ist, daß es sich in einem Bereich von 0,3 bis 0,7 befindet.

7. Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der stromaufwärtssei tigen und stromabwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensoren (1, 2) aufweist:

ein Erfassungselement (91), dessen Ausgangssignal sich in Übereinstimmung mit der jeweiligen Konzentration ändert;

ein Gehäuse (92), das auf einer stromaufwärtigen Seite bzw. stromabwärtigen Seite des ein Abgas reinigenden katalytischen Wandlers (3) vorgesehen ist, zum Unterbringen des Erfassungselements (91);

eine Einrichtung zum Entnehmen eines Signals aus dem Erfassungselement (91); und

eine Auspuffabdeckung (94), die in einen in dem Gehäuse (92) vorgesehenen Auspuffdurchgang eingefügt ist und die Luftlöcher (943, 944) aufweist;

wobei ein Flächenverhältnis (A2/A1), welches durch das Verhältnis der Öffnungsfläche (A2) der Luftlöcher des stromabwärtigsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors (2) zu der entsprechenden Öffnungsfläche (A1) des stromaufwärtigsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors (1) definiert ist, die Beziehung

A2 / A1 < 1

erfüllt.

8. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenverhältnis (A2/A1) in einem Bereich von 0,1 bis 0,9 eingestellt ist.

9 Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Erfassungselement (91) des stromaufwärtigen Sensors (1) und ein Erfassungselement (91) des stromabwärtigen Sensors (2) beide Sauerstofferfassungs elemente sind und die Komponente des Abgases Sauerstoff ist.

10. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassungselement (91) eine Deckschicht aufweist, die das Erfassungselement (91) bedeckt und eine vorbestimmte Durchlässigkeit aufweist, wobei die Durchlässigkeit der Deckschicht des stromabwärtigen Sensors (2) kleiner als die Durchlässigkeit der Deckschicht des stromaufwärtigen Sensors (1) ist.

11. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Durchlässigkeit der stromabwärtigen Deckschicht zwischen 10% und 90% der Durchlässigkeit der stromaufwärtigen Deckschicht befindet.

12. Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassungselement (91) eine elektromotorische Kraft erzeugt, die auf eine Konzentration der Komponente in dem Abgas reagiert, das das Element berührt, wobei das Erfassungselement eine elektromotorische Kraft erzeugt, die auf eine Konzentration von Sauerstoff in dem Abgas reagiert.

13. Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassungselement (91) seinen Widerstandswert ändert, der auf eine Konzentration der Komponente in dem Abgas reagiert, das das Element berührt, wobei eine Vorspannungsquelle ein Vorspannungssignal erzeugt, um das Erfassungselement derart vorzuspannen, daß jeder Sensor ein Ausgangssignal sich ändernder Amplitude erzeugt.

14. Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Katalysatorverschlechterungs-Warneinrichtung (10), welche in Übereinstimmung mit dem von der Steuereinrichtung (7) aufgenommenen Warnsignal arbeitet, um eine Warnung zu erzeugen.