DE69612326T2

DE69612326T2 - Vorrichtung zum Feststellen der Verschlechterung eines Katalysators einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69612326T2
Application number: DE69612326T
Authority: DE
Inventors: Shin Adachi; Noritake Mitsutani
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-06-12
Filing date: 1996-06-11
Publication date: 2001-08-23
Anticipated expiration: 2016-06-12
Also published as: EP0748927A1; US5724809A; DE69612326D1; EP0748927B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feststellen bzw. Bestimmen der Verschlechterung eines Katalysators bzw. eines katalytischen Wandlers für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. In mehr spezifischer Weise betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, welche das Luft- Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine auf der Grundlage mindestens der Ausgabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors regelt, der in einem Abgaskanal zustromseitig eines katalytischen Wandlers angeordnet ist und die Verschlechterung des katalytischen Wandlers auf der Grundlage mindestens der Ausgabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sensors erfaßt, der in dem Abgaskanal abstromseitig des katalytischen Wandlers angeordnet ist.
Ein bekanntes Verfahren zum Bestimmen der Verschlechterung eines katalytischen Wandlers auf der Grundlage der Ausgangssignale von 1uft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren, die in einem Abgaskanal zustromseitig und abstromseitig eines katalytischen Wandlers einer Brennkraftmaschine angeordnet sind, ist in der Technik bekannt. In diesem Verfahren wird die Verschlechterung des katalytischen Wandlers gewöhnlich auf der Grundlage mindestens des Ausgangssignals des abstromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors bestimmt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den katalytischen Wandler strömt, auf der Grundlage mindestens der Ausgabe des zustromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors auf ein stöchiometrisches Gemisch geregelt wird.
Ein Drei-Wege-Katalysator weist gewöhnlich ein O&sub2;-Speichervermögen auf, d. h. ein Vermögen zum Absorbieren von Sauerstoff in dem Abgas, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den katalytischen Wandler strömenden Abgases im Vergleich zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist, und zum Freisetzen des absorbierten Sauerstoffs, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den katalytischen Wandler strömenden Abgases im Vergleich zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist. Wenn sich der katalytische Wandler nicht verschlechtert hat, wird infolge dieses O&sub2;-Speichervermögens die Schwankung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases zustromseitig des katalytischen Wandlers durch den katalytischen Wandler ausgeglichen, und dadurch schwankt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases abstromseitig des katalytischen Wandlers mit einer verhältnismäßig kleinen Amplitude und mit einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz im Vergleich zu jenem des Abgases zustromseitig des katalytischen Wandlers.
Das O&sub2;-Speichervermögen des katalytischen Wandlers verschlechtert sich jedoch, wenn die Verschlechterung des katalytischen Wandlers fortschreitet, und die durch den katalytischen Wandler absorbierte oder freigesetzte Sauerstoffmenge wird gering, wenn sich der katalytische Wandler verschlechtert hat. Dies verursacht, daß das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des Abgases abstromseitig des katalytischen Wandlers in einer Weise ähnlich den Schwankungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases zustromseitig des katalytischen Wandlers schwankt. Da die Sauerstoffmenge, die durch den katalytischen Wandler absorbiert wird, gering ist, wenn sich das O&sub2;-Speichervermögen verschlechtert hat, setzt der verschlechterte katalytische Wandler den gesamten absorbierten Sauerstoff in einer kurzen Zeitdauer frei, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases im Vergleich zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einer Fettseite hin schwankt, und danach setzt der katalytische Wandler keinen Sauerstoff frei, selbst wenn das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des Abgases auf der Fettseite verbleibt. In diesem Fall wird daher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem katalytischen Wandler strömenden Abgases ebenfalls fett, kurz nachdem das in den katalytischen Wandler strömende Abgas fett ist. Wenn im Gegensatz dazu das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des in den katalytischen Wandler strömenden Abgases im Vergleich zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis zu einer Magerseite schwankt, absorbiert der verschlechterte katalytische Wandler Sauerstoff mit maximaler Kapazität in einer kurzen Zeitdauer, und danach absorbiert der katalytische Wandler keinen Sauerstoff in dem Abgas. Daher wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem katalytischen Wandler ausströmenden Abgases ebenfalls mager, kurz nachdem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den katalytischen Wandler strömenden Abgases mager ist. Wenn sich daher der katalytische Wandler verschlechtert hat, ist die Art der Schwankung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases abstromseitig des katalytischen Wandlers ähnlich dem des Abgases zustromseitig des katalytischen Wandlers, d. h., die Amplitude und die Frequenz der Schwankung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases abstromseitig des katalytischen Wandlers werden größer.
Wenn daher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den katalytischen Wandler strömenden Abgases regelmäßig mit einer verhältnismäßig kurzen Zyklusdauer schwankt, kann die Verschlechterung des katalytischen Wandlers durch Überwachen der Ausgabe des abstromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses festgestellt werden.
Wenn jedoch die Verschlechterung des katalytischen Wandlers durch die Ausgabe des abstromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors festgestellt ist, wird das Ergebnis der Bestimmung durch den Durchflußrate des Abgases beeinflußt. Die durch den katalytischen Wandler je Zeiteinheit absorbierte oder freigesetzte Sauerstoffmenge ändert sich gemäß der Durchflußrate des Abgases, selbst wenn das O&sub2;-Speichervermögen dasselbe ist. Wenn z. B. die Durchflußrate des Abgases groß ist, ist die durch den katalytischen Wandler freigesetzte Sauerstoffmenge groß. Wenn daher die Durchflußrate des Abgases sehr groß ist, setzt selbst ein normaler katalytischer Wandler den gesamten absorbierten Sauerstoff frei, kurz nachdem die Periode, in welcher das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des in den katalytischen Wandler strömenden Abgases im Vergleich zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis zu einer Fettseite schwankt, beginnt (d. h. "eine Fettperiode"), und der katalytische Wandler kann den Sauerstoff während des Rests der Fettperiode nicht freisetzen. Auf ähnliche Weise absorbiert der normale katalytische Wandler Sauerstoff mit maximaler Kapazität nachdem die Periode beginnt, in welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases nach einer Magerseite schwankt (d. h. "eine Magerperiode"), und der katalytische Wandler kann während des Rests der Magerperiode keinen Sauerstoff absorbieren. Wenn daher die Durchflußrate des Abgases sehr groß ist, ist die Schwankung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases abstromseitig des katalytischen Wandlers groß, selbst wenn sich der katalytische Wandler nicht verschlechtert hat.
Wenn im Gegensatz dazu die Durchflußrate des Abgases klein ist, gibt selbst ein verschlechterter katalytischer Wandler nicht den gesamten Sauerstoff ab, den dieser während der Fettperiode der Schwankung des Abgases absorbiert hat, und absorbiert Sauerstoff nicht mit der maximalen Kapazität während der Magerperiode der Schwankung des Abgases. In diesem Fall ist die Schwankung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases abstromseitig des katalytischen Wandlers klein, selbst wenn sich der katalytische Wandler nicht verschlechtert hat.
Wenn die Verschlechterung des katalytischen Wandlers aus der Ausgabe des abstromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors festgestellt ist, kann ein normaler katalytischer Wandler unkorrekt als verschlechtert bestimmt werden, wenn die Durchflußrate des Abgases groß ist, und ein verschlechterter katalytischer Wandler kann unkorrekt als normal bestimmt werden, wenn die Durchflußrate des Abgases klein ist.
Um diese Probleme zu lösen, schlägt JP-A-63-97852 vor, die Feststellung der Verschlechterung des katalytischen Wandlers nur auszuführen, wenn der Wert des Ansaugluftdurchflusses innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist. In der JP-A- 6397852 wird der katalytische Wandler als verschlechtert festgestellt, wenn die Periode des Schwankungszyklus der Ausgabe des abstromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sensors kürzer als ein vorbestimmter Wert ist, und die Feststellung der Verschlechterung des katalytischen Wandlers wird nur ausgeführt, wenn die Durchflußrate der Ansaugluft (d. h. die Durchflußrate des Abgases) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist, um die Fehlermöglichkeit auszuschließen, die durch eine übermäßig große oder eine übermäßig kleine Durchflußrate des Abgases verursacht wird.
Selbst wenn jedoch die Bestimmung in einem vorbestimmten Bereich der Durchflußrate des Abgases ausgeführt wird, wie in JP-A-63-97852 vorgeschlagen, kann infolge verschiedener Faktoren noch ein Fehler bei der Bestimmung auftreten. Z. B. hängt das O&sub2;-Speichervermögen des katalytischen Wandlers nicht nur von der Verschlechterung des katalytischen Wandlers ab, sondern auch von der Temperatur des katalytischen Wandlers. Wenn die Temperatur des katalytischen Wandlers hoch ist, ist das O&sub2;-Speichervermögen groß, und wenn die Temperatur niedrig ist, ist das O&sub2;-Speichervermögen klein. Wenn daher die Temperatur des katalytischen Wandlers hoch ist, kann ein verschlechterter katalytischer Wandler unkorrekt als normal bestimmt werden, da das O&sub2;-Speichervermögen des verschlechterten katalytischen Wandlers bei einer hohen Temperatur auf ein ausreichendes Niveau ansteigen kann, um zu bewirken, daß die Schwankung des Luft-Kraftstoff-Verhaltnisses des abstromseitigen Abgases gering ist. Wenn auf ähnliche Weise die Temperatur des katalytischen Wandlers niedrig ist, kann ein normaler katalytischer Wandler infolge einer Verminderung des O&sub2;-Speichervermögens als verschlechtert bestimmt werden.
Die JP-A-5-248227 schlägt die Änderung des Schwellenwerts zur Bestimmung der Verschlechterung des katalytischen Wandlers gemäß der Temperatur des katalytischen Wandlers vor. Die Vorrichtung der JP-A-5-248227 bestimmt, daß sich der katalytische Wandler verschlechtert hat, wenn die Zyklusdauer der Schwankung der Ausgabe des abstromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors (oder wahlweise die Differenz zwischen der Fläche, die durch die Ausgangsansprechkurve des zustromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors eingeschlossen ist, und der Fläche, die durch die Ausgangsansprechkurve des abstromseitig Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sensors eingeschlossen ist) kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert wird, und dieser Schwellenwert wird gemäß der Temperatur des katalytischen Wandlers bestimmt. Da sich jedoch in der Vorrichtung der JP-A-5-248227 die Temperatur des katalytischen Wandlers infolge von Änderungen der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine verändert, wenn sich die Temperatur des katalytischen Wandlers während der Bestimmungsoperation verändert, ist in die Bestimmung ein Fehler eingeschlossen. Ferner streut die gemessene Zyklusdauer der Schwankung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors oder die Fläche sehr, die durch die Ausgangsansprechkurve eingeschlossen ist, und der Streuungsgrad des gemessenen Werts ändert sich gemäß der Durchflußrate des Abgases, wie weiter nachstehend erläutert ist. Wenn daher die Bestimmung der Verschlechterung in dem Durchflußratebereich des Abgases ausgeführt wird, in welchem die Streuung des gemessenen Werts groß ist, kann ein Bestimmungsfehler eintreten, selbst wenn der Schwellenwert gemäß der Temperatur des katalytischen Wandlers bestimmt ist.
Wie ferner weiter nachstehend erläutert ist, wurde erkannt, daß verschiedene Faktoren die Art der Schwankung der Ausgabe des abstromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors beeinflussen können. Z. B. ändert sich die Schwankung der Ausgabe des abstromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors gemäß der Drehzahl der Brennkraftmaschine, selbst wenn die Durchflußrate des Abgases gleich ist. Die Schwankung des abstromseitigen Abgases ist groß, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine niedrig ist, selbst wenn die Durchflußrate der Ansaugluft (d. h. die Durchflußrate des Abgases) dieselbe ist. Selbst wenn daher die Bestimmung der Verschlechterung in demselben Durchflußratenbereich ausgeführt wird, kann das Bestimmungsergebnis unterschiedlich sein, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine nicht gleich ist.
Die durch den katalytischen Wandler je Zeiteinheit absorbierte oder freigesetzte Sauerstoffmenge ändert sich auch gemäß dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases während der Fettperiode und der Magerperiode in der Schwankung. Die Sauerstoffmenge, die durch den katalytischen Wandler je Zeiteinheit freigesetzt wird, ist groß, wenn der Fettgrad des Abgases während der Fettperiode der Schwankung hoch ist (d. h. das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases während der Fettperiode weicht am häufigsten von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der Fettseite ab), und die durch den katalytischen Wandler je Zeiteinheit absorbierte Sauerstoffmenge wird größer, wenn der Magergrad des Abgases während der Magerperiode hoch ist (d. h. das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases während der Magerperiode weicht am häufigsten von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis zu der Magerseite ab). Wenn daher der Fettgrad und der Magergrad des Abgases während der Fettperiode und der Magerperiode der Schwankung hoch sind, ist die Schwankung der Ausgabe des abstromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors groß, selbst wenn sich der katalytische Wandler nicht verschlechtert hat, und wenn der Fettgrad und der Magergrad des Abgases während der Fettperiode und der Magerperiode der Schwankung niedrig ist, ist die Schwankung der Ausgabe des abstromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sensors gering, selbst wenn sich der katalytische Wandler verschlechtert hat. Selbst wenn daher die Bestimmung der Verschlechterung des katalytischen Wandlers in demselben Durchflußbereich ausgeführt wird, kann das Ergebnis der Bestimmung unterschiedlich sein, wenn die Abweichung des Luft- Kraftstoff-Verhaltnisses des Abgases von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht gleich ist.
Eine generische Vorrichtung zur Bestimmung der Verschlechterung eines katalytischen Wandlers ist aus der US-A-5 381 657 bekannt. Ein zustromseitiger Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sensor ist in einem Abgaskanal zustromseitig des katalytischen Wandlers zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Abgases angeordnet. Ein abstromseitiger Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor ist abstromseitig des katalytischen Wandlers angeordnet. Eine Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Regelungsvorrichtung regelt das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des in den katalytischen Wandler strömenden Abgases auf der Grundlage des Ausgangssignals des zustromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors. Eine Bestimmungsvorrichtung bestimmt auf der Grundlage der Ausgabe des abstromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, ob sich der katalytische Wandler verschlechtert hat. Eine Luftstrom-Erfassungsvorrichtung erfaßt die Durchflußrate der Ansaugluft. Eine Unterbindungsvorrichtung unterbindet das Ausführen der Bestimmungsoperation durch die Bestimmungsvorrichtung, wenn die Durchflußrate der Ansaugluft größer oder kleiner als ein vorbestimmter zulässiger Durchflußratenbereich ist. Eine Erfassungsvorrichtung erfaßt Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Verschlechterung eines katalytischen Wandlers gemäß dem Oberbegriff so weiterzuentwickeln, daß die Verschlechterung des katalytischen Wandlers genau erfaßbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Bestimmung der Verschlechterung eines katalytischen Wandlers erfüllt, welcher die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen definiert.
Erfindungsgemäß wird die Bestimmung, ob sich der katalytische Wandler verschlechtert hat, nur ausgeführt, wenn die Durchflußrate der Ansaugluft der Brennkraftmaschine (d. h. die Durchflußrate des Abgases) innerhalb des zulässigen Bereichs ist, und dieser Durchflußratenbereich wird anstelle des Schwellenwerts zum Bestimmen der Verschlechterung des katalytischen Wandlers gemäß den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine verändert. Die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine schließen z. B. ein: die Temperatur des katalytischen Wandlers, die Temperatur der Brennkraftmaschine, die Drehzahl der Brennkraftmaschine und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zustromseitig des katalytischen Wandlers usw. Da sich der Bereich der Durchflußrate der Ansaugluft, in welchem die Bestimmung der Verschlechterung des katalytischen Wandlers ausgeführt wird, gemäß den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ändert, muß der Durchflußratenbereich, der für die Bestimmung der Verschlechterung geeignet ist, gemäß den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine bestimmt werden, um einen Fehler des Bestimmungsergebnisses auszuschließen. Daher ist in dieser Ausführungsform durch Auswahl eines geeigneten Durchflußratenbereichs der Ansaugluft gemäß den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine die Verschlechterung des katalytischen Wandlers genau bestimmbar.
Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn auf eine Brennkraftmaschine eines Kräftfahrzeugs angewendet,
Fig. 2A und 2B zeigen das Prinzip, das zur Bestimmung der Verschlechterung des katalytischen Wandlers auf der Grundlage der Länge der Ansprechkurve der Ausgabe eines abstromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors verwendet wird,
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Beispiels zur Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge der Brennkraftmaschine,
Fig. 4 und 5 zeigen ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Beispiels der ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung auf der Grundlage der Ausgabe des zustromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors,
Fig. 6 und 7 zeigen ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Beispiels der zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung auf der Grundlage der Ausgabe des abstromseitigen Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensors,
Fig. 8 zeigt ein Zeitsteuerdiagramm zur Erläuterung der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung in Fig. 4 bis 7,
Fig. 9A und 9B zeigen die Änderung des Verhältnisses der Längen der Ausgangsansprechkurven des zustromseitigen Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensors und des abstromseitigen Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, welche durch die Änderungen der Durchflußrate der Ansaugluft und der Temperatur des katalytischen Wandlers verursacht sind,
Fig. 10 zeigt die Änderung des zulässigen Bereichs der Durchflußrate der Ansaugluft gemäß der Temperatur des katalytischen Wandlers,
Fig. 11 und 12 zeigen Beispiele der Beziehung zwischen der Änderungsrate der Temperatur des katalytischen Wandlers und der Durchflußrate der Ansaugluft,
Fig. 13 zeigt ein Beispiel der Form des numerischen Kennfelds, das in dem Ablaufdiagramm der Fig. 14 verwendet ist,
Fig. 14 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Beispiels des Programms zum Erfassen der Temperatur des katalytischen Wandlers,
Fig. 15 und 16 zeigen ein Ablaufdiagramm zur Darstellung einer Ausführungsform der Bestimmungsoperation der Verschlechterung des katalytischen Wandlers,
Fig. 17 zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels des Verfahrens zur Berechnung der Länge der Ausgangsansprechkurve des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors,
Fig. 18 zeigt die Änderung in dem Verhältnis der Längen der Ausgangsansprechkurven des zustromseitigen und des abstromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, welche durch die Änderung der Drehzahl der Brennkraftmaschine verursacht ist,
Fig. 19 zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen dem zulässigen Durchflußratenbereich und der Drehzahl der Brennkraftmaschine,
Fig. 20 und 21 zeigen ein Ablaufdiagramm zur Darstellung einer anderen Ausführungsform der Bestimmungsoperation der Verschlechterung des katalytischen Wandlers,
Fig. 22 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung einer anderen Ausführungsform der Bestimmungsoperation der Verschlechterung des katalytischen Wandlers,
Fig. 23 bis 25 zeigen die Werte der Koeffizienten, die in dem Ablaufdiagramm der Fig. 22 verwendet werden,
Fig. 26 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung einer anderen Ausführungsform der Bestimmungsoperation der Verschlechterung des katalytischen Wandlers,
Fig. 27 zeigt die Änderung des zulässigen Durchflußratenbereichs der Ansaugluft zwischen einem Kraftfahrzeug, das mit einem Handschaltgetriebe ausgestattet ist, und einem Kraftfahrzeug, das mit einem Automatikgetriebe ausgestattet ist,
Fig. 28 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung der Operation zur Einstellung des Werts des Zählers, der in dem in Fig. 27 gezeigten Ablaufdiagramm verwendet wird,
Fig. 29 zeigt ein Kurvenbild, das die Ausgangskennlinie eines O&sub2;-Sensors schematisch darstellt,
Fig. 30 zeigt ein Kurvenbild, das die Ausgangskennlinie eines linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors schematisch darstellt,
Fig. 31 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des Kraftstoff einspritzmengen-Berechnungsprogramms, das in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird,
Fig. 32 bis 34 zeigen Ablaufdiagramme zur Darstellung der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 35 zeigt ein Kurvenbild zur Darstellung der Einstellung des zulässigen Durchflußratenbereichs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 36 und 37 zeigen ein Ablaufdiagramm der Bestimmungsoperation der Verschlechterung des katalytischen Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 38 zeigt ein Kurvenbild mit einem Schwellenwert, der in dem in Fig. 36 und 37 gezeigten Ablaufdiagramm zur Bestimmung der Verschlechterung des katalytischen Wandlers verwendet wird.
Fig. 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zur Bestimmung der Verschlechterung des katalytischen Wandlers, wenn die vorliegende Erfindung auf eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs angewendet ist.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung für ein Kraftfahrzeug, und das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Ansaugluftkanal der Brennkraftmaschine 1. Der Ansaugluftkanal 2 ist mit Einlaßöffnungen der jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine 1 (in Fig. 1 ist nur ein Zylinder der Brennkraftmaschine 1 gezeigt) über einen Druckbehälter 2b und einen Ansaugkrümmer 2a verbunden. Der Ansaugluftkanal 2 ist z. B. mit einer Luftdurchflußrate-Meßvorrichtung 3 der Flügeltype, die ein Potentiometer aufweist, versehen. Die Luftdurchflußrate- Meßvorrichtung 3 erzeugt ein analoges Spannungssignal, welches proportional der Durchflußrate der in die Brennkraftmaschine 1 angesaugten Ansaugluft ist. Das Signal von der Luftdurchflußrate-Meßvorrichtung 3 wird zu einem Multiplexer übertragen, der einen integrierten Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) 101 einer Steuerschaltung 10 aufweist.
Kurbelwinkelsensoren 5 und 6 zum Erfassen des Winkels der Kurbelwelle (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine 1 sind an einem Verteiler 4 der Brennkraftmaschine 1 angeordnet.
In dieser Ausführungsform erzeugt der Kurbelwinkelsensor 5 ein Impulssignal bei jedem 720º-Kurbelwinkel, und der Kurbelwinkelsensor 6 erzeugt ein Impulssignal bei jedem 30º- Kurbelwinkel. Die Impulssignale von den Kurbelwinkelsensoren 5 und 6 werden einer Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle (I/O- Schnittstelle) 102 der Steuerschaltung 10 zugeführt. Ferner wird das Impulssignal des Kurbelwinkelsensors 6 dann einem Unterbrechungsanschluß einer Zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) 103 zugeführt.
In dem Ansaugkrümmer 2a ist ein Kraftstoffeinspritzventil 7 in einem Einlaßkanal jedes Zylinders der Brennkraftmaschine 1 zum Zuführen von unter Druck stehendem Kraftstoff von dem Kraftstoffsystem zu den Zylindern der Brennkraftmaschine 1 angeordnet. Die von dem Kraftstoffeinspritzventil 7 eingespritzte Kraftstoffmenge wird durch ein Steuersignal von der Steuerschaltung 10 geregelt. Die Kraftstoffeinspritzregelung wird weiter nachstehend ausführlich erläutert.
Ein Kühlmitteltemperatursensor 9 zum Erfassen der Temperatur des Kühlmittels ist in einem Kühlwassermantel eines Zylinderblocks 8 der Brennkraftmaschine 1 angeordnet. Der Kühlmitteltemperatursensor 9 erzeugt als Reaktion auf die Temperatur THW des Kühlmittels ein analoges Spannungssignal und überträgt dieses Signal zu dem A/D-Wandler 101 der Steuerschaltung 10.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 11 einen Abgaskrümmer, der mit Abgasöffnungen der jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine 1 verbunden ist. Der Abgaskrümmer 11 ist mit einem Abgaskanal 14 verbunden. Ein katalytischer Dreiwege-Reduzier- und Oxidierwandler 12 ist in dem Abgaskanal 14 abstromseitig des Abgaskrümmers 11 angeordnet. Der katalytische Wandler 12 weist ein O&sub2;-Speichervermögen auf und ist in der Lage, gleichzeitig drei Schadstoffe in dem Abgas zu entfernen, d. h. CO, HC und NOx, wenn das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des in den katalytischen Wandler 12 strömenden Abgases ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufweist.
Das Bezugszeichen 18 in Fig. 1 bezeichnet ein Zweitluft- Zuführventil (ASV). Das Zweitluft-Zuführventil 18 ist mit einer Luftquelle (nicht gezeigt), wie z. B. eine Luftpumpe, verbunden und führt während der Bremsung des Kraftfahrzeugs und der Leerlaufoperation der Brennkraftmaschine 1 Zweitluft in den Abgaskrümmer 11 ein, um die Emission von HC und CO in das Abgas zu vermindern.
Ein zustromseitiger Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 13 ist in dem Abgaskrümmer 11 angeordnet, d. h. zustromseitig des katalytischen Wandlers 12. Ein abstromseitiger Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 15 ist in einem Abgasrohr 14 abstromseitig des katalytischen Wandlers 12 angeordnet. In dieser Ausführungsform werden O&sub2;-Sensoren, welche Ausgangssignale entsprechend der Konzentration der Sauerstoffkomponente in dem Abgas erzeugen, für den zustromseitigen Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 13 und den abstromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 15 verwendet. In mehr spezifischer Weise erzeugen die O&sub2;-Sensoren 13 und 15 Ausgangsspannungssignale, die sich demgemäß verändern, ob das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett oder mager im Vergleich zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. In dieser Beschreibung bedeutet der Ausdruck "Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases" das Verhältnis der Luftmenge und der Kraftstoffmenge, die der Brennkraftmaschine und dem Abgaskanal zustromseitig eines betrachteten Punkts zugeführt werden. Werden daher keine Zweitluft oder kein Kraftstoff dem Abgaskanal zugeführt, stimmt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mit einem Betriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine (d. h. ein Luft- Kraftstoff-Verhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs) überein. Die durch die O&sub2;-Sensoren 13 und 15 ausgegebenen Signale werden zu dem A/D-Wandler 101 der Steuerschaltung 10 übertragen.
Die Steuerschaltung 10, welche einen Mikrocomputer aufweisen kann, weist ferner auf: eine Zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 103, einen Nur-Lese-Speicher (ROM) 104 zum Speichern eines Hauptprogramms und von Unterbrechungsprograrnmen, wie z. B. ein Kraftstoffeinspritzprogramm und ein Zündzeiteinstellprogramm, und Konstanten usw., einen Schreib-Lese-Speicher (RAM) 105 zum zeitweiligen Speichern von Daten, einen Datensicherungs-RAM 106 und einen Taktgenerator 107 zum Erzeugen verschiedener Taktsignale. Der Datensicherungs-RAM 106 ist mit einer Batterie (nicht gezeigt) direkt verbunden, und daher wird der Inhalt des Datensicherungs-RAM 106 erhalten, selbst wenn der Hauptschalter der Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) ausgeschaltet ist.
Eine Drosselklappe 16, welche durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigt wird, ist in dem Luftansaugkanal 2 zusammen mit einem Leerlaufschalter 17 zum Erfassen der Öffnung der Drosselklappe und zum Erzeugen eines Signals ("LL-Signal"), wenn die Drosselklappe 16 vollständig geschlossen ist, angeordnet. Dieses LL-Signal wird der I/O-Schnittstelle 102 der Steuerschaltung 10 zugeführt.
Das Bezugszeichen 19 bezeichnet eine Alarmvorrichtung, die ausgelöst wird, wenn der katalytische Wandler 12 als verschlechtert ermittelt ist.
Ein Abwärtszähler 108, eine Kippschaltung 109 und eine Ansteuerschaltung 110 sind in der Steuerschaltung 10 zum Steuern des Kraftstoffeinspritzventils 7 vorgesehen.
Wenn eine Kraftstoffeinspritzmenge TAU in einem weiter nachstehend erläuterten Kraftstoffeinspritzmengen-Berechnungsprogramm berechnet ist, wird die Menge TAU in dem Abwärtszähler 108 voreingestellt, und gleichzeitig wird die Kipp- Schaltung 109 gesetzt, und demzufolge leitet die Ansteuerschaltung 110 die Erregung des Kraftstoffeinspritzventils 7 ein. Der Abwärtszähler 108 zählt das Taktsignal von dem Taktgenerator 107, und schließlich wird ein logisches 1- Signal an dem Anschluß des Abwärtszählers 108 bereitgestellt, um die Kippschaltung 109 zurückzusetzen, so daß die Ansteuerschaltung 110 die Erregung des Kraftstoffeinspritzventils 7 unterbricht, wodurch eine Kraftstoffmenge entsprechend der Kraftstoffeinspritzmenge TAU den Zylindern zugeführt wird.
Unterbrechungen treten in der CPU 103 ein, wenn der A/D- Wandler 101 eine A/D-Wandlung abschließt und ein Unterbrechungssignal erzeugt, wenn der Kurbelwinkelsensor 6 ein Impulssignal erzeugt, und wenn der Taktgenerator 107 ein spezielles Taktsignal erzeugt.
Die Ansaugluftdurchflußratedaten Q von der Luftdurchflußrate-Meßvorrichtung 3 und die Kühlmitteltemperaturdaten THW von dem Kühlmitteltemperatursensor 9 werden durch ein A/D- Wandlerprogramm (A/D-Wandlerprogramme) abgerufen, das in vorbestimmten Intervallen ausgeführt wird, und dann in dem RAM 105 gespeichert, d. h., die Daten Q und THW werden in vorbestimmten Intervallen in dem RAM 105 aktualisiert. Die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine wird durch ein Unterbrechungsprogramm berechnet, das bei jedem 30º-Kurbelwinkel ausgeführt wird, d. h. bei jedem Impulssignal des Kurbelwinkelsensors 6, und in dem RAM 105 gespeichert.
Die I/O-Schnittstelle 102 der Steuerschaltung ist mit dem Zweitluft-Zuführventil 18 und der Alarmvorrichtung 19 über jeweilige Ansteuerschaltungen (nicht gezeigt) verbunden, um die Erregung des Ventils 18 und die Alarmvorrichtung 19 zu steuern.
In dieser Ausführungsform regelt die Steuerschaltung 10 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine 1 auf der Grundlage der Ausgangssignale der O&sub2;-Sensoren 13 und 15 in einer solchen Weise, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den katalytischen Wandler 12 strömenden Abgases regelmäßig zwischen einer Fettseite und einer Magerseite im Vergleich zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis schwankt. Wie weiter nachstehend erläutert, erfaßt die Steuerschaltung 10 ferner die Temperatur des katalytischen Wandlers 12 indirekt aus den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 1 und bestimmt einen zulässigen Durchflußratenbereich der Ansaugluft. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine 1 auf der Grundlage der Ausgaben der O&sub2;-Sensoren 13 und 15 geregelt wird und die Durchflußrate der Ansaugluft innerhalb des zulässigen Durchflußratenbereichs ist, der aus der Temperatur des katalytischen Wandlers 12 bestimmt ist, führt die Steuerschaltung 10 die Bestimmungsoperation des katalytischen Wandlers 12 auf der Grundlage des Verhältnisses der Länge LVOS der Ausgangsansprechkurve des abstromseitigen O&sub2;-Sensors 15 und der Länge LVOM der Ausgangsansprechkurve des zustromseitigen O&sub2;-Sensors 13 aus, d. h. des Werts LVOS/LVOM.
Fig. 2A und 2B zeigen die Änderungen der Längen LVOS (abstromseitiger O&sub2;-Sensor 15) und LVOM (zustromseitiger O&sub2;- Sensor 13) infolge der Verschlechterung des katalytischen Wandlers 12. Fig. 2A zeigt die Längen LVOS und LVOM, wenn sich der katalytische Wandler 12 nicht verschlechtert hat. Wie vorstehend erläutert, wenn sich der katalytische Wandler 12 nicht verschlechtert hat, da das O&sub2;-Speichervermögen des katalytischen Wandlers 12 groß ist, schwankt die Ausgabe VOS des abstromseitigen O&sub2;-Sensors infolge der zweiten Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Regelung über eine lange Zeitdauer, wie weiter nachstehend erläutert, selbst wenn die Ausgabe VOM des zustromseitigen O&sub2;-Sensors zwischen einer Fettseite des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und einer Magerseite des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit einer verhältnismäßig kurzen Zyklusdauer schwankt. In diesem Fall ist die Länge LVOS des abstromseitigen O&sub2;-Sensors 15 viel kleiner im Vergleich zu der Länge LVOM des zustromseitigen O&sub2;-Sensors 13 infolge der langen Zyklusdauer der Schwankung der Ausgabe VOS. Wenn sich der katalytische Wandler 12 nicht verschlechtert hat, ist daher das Verhältnis LVOS/LVOM viel kleiner als 1,0.
Wenn sich im Gegensatz dazu der katalytische Wandler 12 verschlechtert hat, schwankt die Ausgabe LVOS des abstromseitigen O&sub2;-Sensors 15 in der ähnlichen Weise zu der Ausgabe LVOM des zustromseitigen O&sub2;-Sensors 13, wie in Fig. 2B gezeigt ist. Daher nähert sich die Länge LVOS des abstromseitigen O&sub2;- Sensors 15 der Länge LVOM des zustromseitigen O&sub2;-Sensors 13 an, wodurch das Verhältnis LVOS/LVOM größer wird und sich 1,0 annähert, wenn die Verschlechterung des katalytischen Wandlers 12 fortschreitet.
In dieser Ausführungsform berechnet die Steuerschaltung 10 die Längen LVOS und LVOM, wie weiter nachstehend ausführlich erläutert, und bestimmt, daß sich der katalytische Wandler 12 verschlechtert hat, wenn das Verhältnis LVOS/LVOM größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
Um die Verschlechterung des katalytischen Wandlers 12 nach dem vorstehend erwähnten Verfahren zu bestimmen, ist es erforderlich, daß das Betriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine in einer solchen Weise geregelt wird, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den katalytischen Wandler 12 strömenden Abgases regelmäßig zwischen einer Fettseite des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und einer Magerseite des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses schwankt, d. h., die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung der Brennkraftmaschine 1 ist eine Voraussetzung für die Bestimmungsoperation des katalytischen Wandlers 12. Daher wird die Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Regelung der vorliegenden Ausführungsform erläutert, bevor die tatsächliche Bestimmungsoperation des katalytischen Wandlers 12 erläutert wird.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Kraftstoffeinspritzmengen-Berechnungsprogramms der vorliegenden Ausführungsform. Das in Fig. 3 gezeigte Programm wird durch die Steuerschaltung 10 bei vorbestimmten Kurbeldrehwinkeln (z. B. nach jeder 360º-Drehung der Kurbelwelle) abgearbeitet. In dem in Fig. 3 gezeigten Programm wird die Kraftstoffeinspritzmenge TAU, d. h. die Dauer der Periode, in welcher das Kraftstoffeinspritzventil 7 Kraftstoff einspritzt, gemäß der Menge der Ansaugluft je Umdrehung der Brennkraftmaschine Q/Ne und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktor FAF, welcher weiter nachstehend erläutert wird, berechnet. D. h., in dem in Fig. 3 gezeigten Programm werden die Ansaugluft-Durchflußratedaten Q und die Brennkraftmaschinen-Drehzahldaten Ne aus dem vorbestimmten Speicherbereich des RAM 105 gelesen, und der Wert Q/Ne wird berechnet (Schritt 301). Dann wird eine Kraftstoffeinspritzgrundmenge TAUP gemäß dem Wert Q/Ne durch TAUP = α · Q/Ne (im Schritt 302) berechnet. Die Kraftstoffeinspritzgrundmenge TAUP ist eine Kraftstoffeinspritzmenge, die erforderlich ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des der Brennkammer der Brennkraftmaschine 1 zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs stöchiometrisch auszubilden, und α ist eine Konstante.
Die tatsächliche Kraftstoffeinspritzmenge TAU wird aus der Kraftstoffeinspritzgrundmenge TAUP und dem Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Korrekturfaktor FAF nach der folgenden Formel berechnet (Schritt 303):
TAU = TAUP · FAF · β · γ,
wobei β und γ Konstanten sind, die gemäß den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine bestimmt sind. Wenn die Kraftstoff einspritzmenge TAU nach den vorstehend erläuterten Schritten berechnet ist, wird der Wert TAU in dem Abwärtszähler 108 im Schritt 304 voreingestellt, und dadurch wird die dem Wert TAU entsprechende Kraftstoffmenge von dem Kraftstoffeinspritzventil 7 eingespritzt.
Fig. 4 und 5 zeigen ein erstes Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Regelprogramin, in welchem der Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktors FAF gemäß dem Ausgangssignal des zustromseitigen O&sub2;-Sensors 13 bestimmt ist. Das in Fig. 4 und 5 gezeigte Programm wird durch die Steuerschaltung 10 in vorbestimmten Intervallen (z. B. alle 4 ms) abgearbeitet.
In diesem Programm wird der Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktors FAF vermindert, wenn ein Ausgangs- Spannungssignal VOM des O&sub2;-Sensors 13 größer als eine Bezugsspannung VR&sub1; ist (d. h. VOM > VR&sub1;), und wird vergrößert, wenn die Ausgabe VOM kleiner als oder gleich der Bezugsspannung VR&sub1; ist (d. h. VOM ≤ VR&sub1;). Die Bezugsspannung VR&sub1; ist eine AusgangsSpannung des O&sub2;-Sensors 13, welche dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht. Der O&sub2;-Sensor 13 gibt ein Spannungssignal von z. B. 0,9 V aus, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf einer Fettseite im Vergleich zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und von z. B. 0,1 V, wenn das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des Abgases auf einer Magerseite im Vergleich zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Die Bezugsspannung VR&sub1; des O&sub2;-Sensors ist in dieser Ausführungsform z. B. auf 0,45 V eingestellt. Durch Einstellen des Werts von FAF gemäß dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine nahe dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhalten, selbst wenn die Eigenschaften der Elemente in dem KraftstoffZuführsystem, wie z. B. die Luftdurchflußrate- Meßvorrichtung 3 und das Kraftstoffeinspritzventil 7, in einem gewissen Grad von den Entwurfseigenschaften abweichen.
Das Ablaufdiagramm in Fig. 4 und 5 wird kurz erläutert. Wenn das in Fig. 4 gezeigte Programm im Schritt 401 gestartet wird, erfolgt die Bestimmung, ob die Bedingungen zum Ausführen der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung erfüllt sind. Die im Schritt 401 bestimmten Bedingungen sind z. B., ob der O&sub2;-Sensor 13 aktiviert ist, ob die Brennkraftmaschine 1 aufgewärmt ist und ob eine vorbestimmte Zeitdauer seit einer Kraftstoffabschaltoperation (in welcher die Kraftstoffeinspritzung unterbrochen wird) abgelaufen ist, wenn z. B. eine Fahrzeugbremsoperation abgeschlossen wird. Sind diese Bedingungen im Schritt 401 erfüllt, führt das Programm die Schritte 402 und andere Schritte aus, um den Wert von FAF zu berechnen. Wenn eine der Bedingungen nicht erfüllt ist, endet das Programm nach dem Einstellen des Werts eines Anzeigers XMFB auf 0 im Schritt 425 in Fig. 5. XMFB ist ein Anzeiger, welcher darstellt, ob die erste Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Regelung ausgeführt wird, und XMFB = 0 bedeutet, daß die erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung unterbrochen ist.
Die Schritte 402 bis 415 in Fig. 4 sind Schritte zum Ermitteln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases. F1 in den Schritten 409 und 415 ist ein Anzeiger, der darstellt, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf einer Fettseite (F1 = 1) oder auf einer Magerseite (F1 = 0) im Vergleich zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Der Wert von F1 wird von 0 nach 1 umgeschaltet (umgekehrt) (ein Magerzustand in einen Fettzustand), wenn der O&sub2;-Sensor 13 kontinuierlich länger als eine vorbestimmte Zeitdauer (TDK) ein Fettsignal ausgibt (d. h. VOM > VR&sub1;) (Schritte 403 und 404 bis 409). Auf ähnliche Weise wird der Wert von F1 von 1 auf 0 umgeschaltet (umgekehrt) (ein Fettzustand in einen Magerzustand), wenn der O&sub2;-Sensor 13 kontinuierlich länger als eine vorbestimmte Zeitdauer (TDL) ein Magersignal (VOM ≤ VR&sub1;) ausgibt (Schritte 403 und 410 bis 415). CDLY in dem Ablaufdiagramm ist ein Zähler zum Bestimmen der Zeitsteuerung zum Umkehren des Werts des Anzeigers Fl. In dieser Ausführungsform ist TDL im Schritt 407 eine negative Konstante, und TDR im Schritt 413 ist eine positive Konstante.
In den Schritten 416 bis 424 in Fig. 5 wird der Wert von FAF gemäß dem Wert des Anzeigers F1 eingestellt, der durch die vorstehend erläuterten Schritte festgelegt ist. Im Schritt 416 wird bestimmt, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases umgekehrt ist (d. h. von einem fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnis in ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder umgekehrt verändert ist), seit das Programm zuletzt ausgeführt wurde, um zu bestimmen, ob der Wert von F1 von 1 auf 0 oder von 0 auf 1 verändert wurde. Wenn der Wert von F1 von 1 auf 0 verändert wurde (ein Fettzustand in einen Magerzustand), seit das Programm zuletzt ausgeführt wurde (Schritte 416 und 417), wird der Wert von FAF schrittweise um eine relativ große Menge RSR erhöht (Schritt 418), und wenn der Wert von F1 von 0 auf 1 verändert ist (ein Magerzustand in einen Fettzustand), seit das Programm zuletzt ausgeführt wurde (Schritte 416 und 417), wird der Wert von FAF schrittweise um eine relativ große Menge RSL vermindert (Schritt 419). Wenn sich der Wert von F1 nicht veränderte, seit das Programm zuletzt ausgeführt wurde, und wenn der Wert von F1 = 0 ist, wird der Wert von FAF beim Ausführen des Programms jedesmal um eine relativ kleine Menge KIR erhöht, solange der Wert von F1 = 0 ist (Schritte 416, 420 und 421). Wenn sich auf ähnliche Weise der Wert von F1 nicht verändert hat und wenn der Wert von F1 = 1 ist, wird der Wert von FAF beim Ausführen des Programms (Schritte 416, 420 und 422) jedesmal um eine relativ kleine Menge KIL vermindert. D. h., wenn der Wert von F1 nicht umgekehrt ist, wird der Wert von FAF allmählich erhöht oder vermindert, gemäß dem Zustand, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (F1) fett oder mager ist. Ferner wird der Wert von FAF durch den Maximalwert (z. B. 1, 2) und den Minimalwert (z. B. 0,8) beschränkt, um den Wert von FAF innerhalb des Bereichs zu erhalten, der durch den Maximalwert und den Minimalwert bestimmt ist (Schritt 423). Dann beendet das Programm diesen Ablauf, nachdem der Wert des Anzeigers XMFB im Schritt 424 auf 1 gesetzt ist.
Nachstehend wird eine zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Regelung erläutert, in welcher die Werte von RSR und RSL gemäß der Ausgabe VOS des abstromseitigen O&sub2;-Sensors 15 bestimmt sind. Fig. 6 und 7 zeigen ein Ablaufdiagramm, welches das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelprogramm der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In diesem Programm werden die Werte der zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktoren RSR und RSL gemäß der Ausgabe des abstromseitigen O&sub2;-Sensors 15 berechnet. Dieses Programm wird normalerweise in Intervallen abgearbeitet, die länger als jene der ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Reglung sind (z. B. alle 500 ms).
In diesem Programm wird die Ausgangsspannung VOS des abstromseitigen O&sub2;-Sensors 15 mit einer Bezugsspannung VR&sub2; verglichen, und die Mengen RSR und RSL, die in dem ersten Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Regelungsprogramm verwendet sind, werden gemäß dem Zustand verändert, ob VOS größer oder kleiner als VR&sub2; ist. Die Bezugsspannung VR&sub2; ist eine Ausgangsspannung des abstromseitigen O&sub2;-Sensors 15, welche dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht. Wenn VOS > VR&sub2; ist d. h., wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases abstromseitig des katalytischen Wandlers im Vergleich zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist, wird die Menge RSR vermindert, und gleichzeitig wird die Menge RSL vergrößert. Wenn auf ähnliche Weise VOS ≤ VR&sub2; ist, d. h., wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases abstromseitig des katalytischen Wandlers im Vergleich zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist, werden gleichzeitig die Menge RSR erhöht und die Menge RSL vermindert. Wird die Menge RSR größer, wird der Wert von FAF ebenfalls größer, und dadurch wird die Kraftstoffeinspritzmenge, die durch das in Fig. 3 gezeigte Programm bestimmt wird, ebenfalls größer. Wenn im Gegensatz dazu die Menge RSL zunimmt, wird der Wert von FAF kleiner, und die Kraftstoffeinspritzmenge wird kleiner. Selbst wenn sich die Eigenschaften der Elemente in dem Kraftstoffsystem verändern, wird daher die Abweichung von den Entwurfseigenschaften durch die Änderung der Werte RSR und RSL korrigiert, und daher wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhalten.
Das Ablaufdiagramm des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Regelungsprogramms in den Fig. 6 und 7 wird nachstehend kurz erläutert.
In Fig. 6 wird in den Schritten 601 und 602 bestimmt, ob die Bedingungen zum Ausführen der zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung erfüllt sind. Die Bedingungen, die in dem Schritt 601 bestimmt werden, sind ähnlich den Bedingungen, die in dem Schritt 401 in Fig. 4 bestimmt werden. In diesem Programm wird jedoch im Schritt 602 bestimmt, ob das erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungsprogramm auf der Grundlage des Werts des Anzeigers XMFB ausgeführt wird. Wenn alle Bedingungen im Schritt 601 erfüllt sind und das erste Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Regelungsprogramm ausgeführt wird, erfolgt das Setzen eines Werts des Anzeigers XFSB auf 1 im Schritt 604, und die Werte von RSR und RSL werden in den Schritten 605 bis 614 in Fig. 7 eingestellt. Ist eine der Bedingungen im Schritt 601 nicht erfüllt, oder wenn das erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungsprogramm unterbrochen ist, wird der Wert des Anzeigers XFSB im Schritt 603 auf 0 gesetzt, und das Programm wird sofort beendet. XFSB ist ein Anzeiger, der darstellt, ob die zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung ausgeführt wird, und XFSB = 1 bedeutet, daß die zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung ausgeführt wird, und XFSB = 0 bedeutet, daß die zweite Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Regelung unterbrochen ist.
In den Schritten 605 bis 614 wird der Wert von RSR gemäß dem Zustand verkleinert oder vergrößert, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des durch den abstromseitig O&sub2;-Sensor 15 erfaßte Abgas fett oder mager ist. D. h., im Schritt 605 wird die Ausgabe VOS des abstromseitigen O&sub2;-Sensors 15 durch den A/D-Wandler gelesen. Im Schritt 606 wird VOS mit der Bezugsspannung VR&sub2; verglichen, um zu bestimmen, ob das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases abstromseitig des katalytischen Wandlers fett oder mager ist. Wenn VOS ≤ VR&sub2; ist (mager), wird der Wert von RSR um eine Menge ARS im Schritt 607 vergrößert, und danach wird der Wert von RSR durch den Maximalwert MAX in den Schritten 608 und 609 beschränkt. Auf ähnliche Weise wird der Wert von RSR um die Menge ARS vermindert, wenn VOS > VR&sub2; (fett) im Schritt 610 ist, und daraufhin wird der Wert von RSR durch den Minimalwert MIN in den Schritten 611 und 612 beschränkt (z. B. MIN = 0,01 in dieser Ausführungsform). Der Wert von RSL wird dann im Schritt 613 durch RSR = 0,l - RSR berechnet. D. h., die Summe der Werte von RSR und RSL wird immer auf einem konstanten Wert 0,1 erhalten. Wenn daher bei der zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung der abstromseitige O&sub2;-Sensor ein Signal für ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgibt (d. h. VOS > VR&sub2;), werden gleichzeitig RSR verkleinert und RSL erhöht, und wenn der abstromseitige O&sub2;-Sensor ein Signal für ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgibt (d. h. VOS < VR&sub2;), werden gleichzeitig RSR vergrößert und RSL verkleinert.
Nach der Berechnung der Werte von RSR und RSL werden die Werte von RSR und RSL in dem RAM 105 im Schritt 614 gespeichert, und das Programm wird beendet.
Fig. 8 zeigt Änderungen der Werte des Zählers CDLY (die Kurve (b) in Fig. 8), den Anzeiger F1 (die Kurve (c) in Fig. 8) und FAF (die Kurve (d) in Fig. 8) gemäß der Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (L/K, in Fig. 8 mit A/F bezeichnet), das durch den zustromseitigen O&sub2;-Sensor 13 erfaßt ist (die Kurve (a) in Fig. 8), wenn das Luft-Kraftstoff- Verhältnis durch die Programme in Fig. 4, 5 und 6, 7 geregelt wird. Wie durch die Kurve (c) in Fig. 8 gezeigt, ändert sich der Wert des Anzeigers F1 nicht sofort von 0 auf 1, selbst wenn sich das durch den zustromseitigen O&sub2;-Sensor 13 erfaßte Luft-Kraftstoff-Verhältnis L/K von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnis verändert. Der Wert von F1 ändert sich nur von 0 auf 1, wenn sich der Wert des Zählers CDLY von 0 auf TDR (TDR > 0) erhöht, d. h., der Wert von F1 ändert sich von 0 auf 1, wenn eine Periode, welche dem Wert von TDR entspricht (durch T) in Fig. 8 gezeigt), abgelaufen ist, nachdem sich L/K von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert hat. Auf ähnliche Weise ändert sich der Wert von F1 von 1 auf 0, wenn eine Periode (durch T2 in Fig. 8 gezeigt), welche dem Wert von TDL (TDL < 0) entspricht, abgelaufen ist, nachdem sich L/K von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert hat. Folglich ändert sich der Wert von F1 nicht, selbst wenn sich L/K für eine kurze Zeitdauer ändert (durch N in Fig. 8 gezeigt), infolge z. B. von Rauschen in dem Ausgangssignal des zustromseitigen O&sub2;-Sensors, und dadurch wird die Stabilität der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung in Fig. 4 bis 7 erhöht.
Als ein Ergebnis der ersten und der zweiten Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Regelung schwankt der Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Korrekturfaktor FAF regelmäßig um einen Mittelwert 1,0, und das Betriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine wechselt regelmäßig zwischen einem fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis und einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis. Wie ferner aus der Kurve (d) in Fig. 8 deutlich wird, wenn durch die zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Regelung in Fig. 5 und 6 gleichzeitig der Wert von RSR vergrößert wird und der Wert von RSL verkleinert wird, schwankt der Wert von FAF mehr zu einer Fettseite des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses als zu einer Magerseite des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, und dadurch verschiebt sich das Luft- Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine insgesamt zu einer Fettseite des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. Wenn auf ähnliche Weise durch die zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Regelung der Wert von RSR verkleinert wird (der Wert von RSL wird erhöht), verschiebt sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine insgesamt zu einer Magerseite des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. Wenn daher die Werte von RSR und RSL durch die zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung verändert werden, verschiebt sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den katalytischen Wandler strömt, zu einer Fettseite des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses oder einer Magerseite des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. Obgleich die Faktoren RSR und RSL in dieser Ausführungsform durch die zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung in Fig. 6 und 7 verändert werden, können andere Faktoren (wie z. B. KIR und KIL, TDR und TDL oder die Bezugsspannung VR&sub1;) gemäß der Ausgabe VOS verändert werden, um das Luft-Kraftstoff- Verhältnis der Brennkraftmaschine zu regeln.
Nachstehend werden die Erfassungsoperation des katalytischen Wandlers 12 und der zulässige Durchflußratenbereich der Ansaugluft, in welcher die Erfassungsoperation erlaubt ist, erläutert.
In dieser Ausführungsform wird die Verschlechterung des katalytischen Wandlers auf der Grundlage des Verhältnisses LVOS/LVOM der O&sub2;-Sensoren 13 und 15 bestimmt, wie durch Fig. 2A und 2B erläutert. Es wurde jedoch erkannt, daß die Schwankung der Ausgabe des abstromseitigen O&sub2;-Sensors 15 durch verschiedene Faktoren beeinflußt wird. Die Faktoren, welche die Schwankung der Ausgabe des abstromseitigen O&sub2;- Sensors 15 wesentlich beeinflussen, sind die Temperatur des katalytischen Wandlers 12 und die Durchflußrate des Abgases (d. h. die Durchflußrate der Ansaugluft). Da z. B. das O&sub2;- Speichervermögen des katalytischen Wandlers 12 größer ist, wenn die Temperatur des katalytischen Wandlers 12 höher ist, schwankt die Ausgabe VOS des abstromseitigen O&sub2;-Sensors 15 mit einer längeren Zyklusdauer, wenn die Temperatur des katalytischen Wandlers 12 hoch ist, und schwankt mit einer, kürzeren Zyklusdauer, wenn die Temperatur des katalytischen Wandlers 12 niedrig ist. Daher ist das Verhältnis LVOS/LVOM kleiner, wenn die Temperatur hoch ist, und ist größer, wenn die Temperatur niedrig ist, selbst wenn der Grad der Verschlechterung des katalytischen Wandlers 12 derselbe ist.
Da andererseits der katalytische Wandler 12 in einer kürzeren Zeit Sauerstoff freisetzt, wenn die Durchflußrate des Abgases groß ist, schwankt die Ausgabe VOS des abstromseitigen O&sub2;-Sensors 15 mit einer kürzeren Zyklusdauer, wenn die Durchflußrate des Abgases hoch ist. Daher ist das Verhältnis LVOS/LVOM größer, wenn die Durchflußrate des Abgases hoch ist, und wird kleiner, wenn die Durchflußrate des Abgases niedrig ist, selbst wenn der Verschlechterungsgrad des katalytischen Wandlers 12 derselbe ist.
Ferner wurde festgestellt, daß der Wert LVOS/LVOM, der aus den tatsächlichen Ausgaben der O&sub2;-Sensoren 13 und 15 berechnet ist, wesentlich streut, selbst wenn die Temperatur des katalytischen Wandlers 12 und die Durchflußrate des Abgases gleichbleibend erhalten werden. Fig. 9A und 9B zeigen die Werte LVOS/LVOM, die durch Versuch unter Verwendung eines normalen katalytischen Wandlers (Fig. 9A) und eines verschlechterten katalytischen Wandlers (Fig. 9B) tatsächlich erhalten sind. In Fig. 9A und 9B ist der Wert LVOS/LVOM unter verschiedenen Bedingungen gemessen, in welchen die Durchflußrate Q der Ansaugluft (d. h. die Durchflußrate des Abgases) und die Temperatur Tcat des katalytischen Wandlers verändert sind.
Wie aus Fig. 9A (ein normaler katalytischer Wandler) erkennbar ist, ändert sich das Verhältnis LVOS/LVOM wesentlich (innerhalb des durch den schraffierten Abschnitt in Fig. 9A gezeigten Bereichs), selbst wenn der katalytische Wandler derselbe ist, wenn sich die Durchflußrate Q (Q&sub1; < Q&sub2; < Q&sub3;) oder die Temperatur Tcat ändert. Zusätzlich dazu streut der Wert LVOS/LVOM wesentlich, selbst wenn Q und Tcat auf dem gleichen Wert gehalten werden.
Z. B. ist im Fall der Fig. 9A erkennbar, in welchem die Durchflußrate Q&sub1; und die Temperatur Tcat ist, daß der Wert LVOS/LVOM zwischen dem Maximalwert R&sub1; und dem Minimalwert R&sub2; streut und die maximale Spannweite der Streuung annähernd ±0,3 in bezug auf den Mittelwert der Streuung ist. Die Größe der Streuung ist kleiner, wenn die Temperatur Tcat höher ist. Wenn wie aus Fig. 9A erkennbar, wenn z. B. die Durchflußrate Q&sub1; beträgt, ist die Streuung des Werts LVOS/LVOM verhältnismäßig klein, wenn die Temperatur Tcat höher als 200ºC ist. Dies ist für die Fälle wahr, in welchen die Durchflußrate Q größer als Q&sub1; ist (d. h. Q = Q&sub2; oder Q&sub3;). Die Größe der Streuung des tatsächlichen Werts von LVOS/LVOM ändert sich abhängig von den Kombinationen der Temperatur Tcat und der Durchflußrate Q des Abgases.
Im allgemeinen kann in einem idealen Zustand, in welchem keine Streuung des Werts LVOS/LVOM vorliegt, davon ausgegangen werden, daß der katalytische Wandler normal ist, wenn das Verhältnis LVOS/LVOM kleiner als 0,5 ist. Da jedoch der tatsächliche Wert von LVOS/LVOM maximal ±0,3 streut, wie in Fig. 9A gezeigt ist, selbst wenn der Meßwert von LVOS/LVOM gleich 0,5 in der tatsächlichen Bestimmungsoperation ist, kann der wahre Wert des Verhältnisses LVOS/LVOM zwischen 0,2 (0,5 - 0,3) und 0,8 (0,5 + 0,3) sein. Infolge dieser Streuung des Meßwerts von LVOS/LVOM ist es schwierig, die Verschlechterung des katalytischen Wandlers zu bestimmen, selbst wenn sich der Schwellenwert zum Bestimmen der Verschlechterung (0,5 in dem vorstehenden Beispiel) gemäß der Temperatur Tcat oder der Durchflußrate Q ändert.
Um den normalen katalytischen Wandler immer als normal zu bestimmen, ist es notwendig, die Bestimmung der Verschlechterung bei der Kombination der Temperatur Tcat und der Durchflußrate Q zu bestimmen, bei welchen der Meßwert LVOS/LVOM eines normalen katalytischen Wandlers immer kleiner als 0,2 ist (d. h. der Schwellenwert 0,5 minus der maximalen Größe der Streuung von 0,3). Wenn die Bestimmung der Verschlechterung unter anderen Bedingungen ausgeführt wird, kann ein normaler katalytischer Wandler unkorrekt als verschlechtert bestimmt werden. (Wenn z. B. die Bestimmung unter der Bedingung ausgeführt wird, in welcher die Temperatur Tcati und die Durchflußrate Q&sub1; ist, kann der Meßwert von LVOS/LVOM eines normalen katalytischen Wandlers irgendwo zwischen R&sub1; und R&sub2; sein und der Wert LVOS/LVOM eines normalen katalytischen Wandlers kann größer als der Schwellenwert 0,5 sein).
Unter Berücksichtigung dieser Bedingung ist die Kombination von Tcat und Q, welche immer den normalen Katalysator als normal bestimmt, z. B. die Kombination der Temperatur Tcat von 400ºC und die Durchflußrate Q, kleiner als Q&sub3; in Fig. 9A, da der Wert LVOS/LVOM in diesem Zustand immer kleiner als 0,2 ist. Wenn ähnlich dazu die Temperatur Tcat 300ºC beträgt, muß die Durchflußrate kleiner als Q&sub2; sein, und wenn die Temperatur Tcat 200ºC ist, muß die Durchflußrate kleiner als Q&sub1; sein, um immer einen normalen katalytischen Wandler als normal zu bestimmen.
Nachstehend werden die Kombinationen von Tcat und Q, in welchen ein verschlechterter katalytischer Wandler immer als verschlechtert bestimmt wird, unter Bezugnahme auf Fig. 9B betrachtet. In Fig. 9B sind die Beziehungen zwischen den Durchflußraten Q&sub1;, Q&sub2;, Q&sub3; und Q&sub1;', Q&sub2;', Q&sub3;' demgemäß Q&sub1;'< Q&sub2;'< Q&sub1; < Q&sub3;'< Q&sub2; < Q&sub3;. Aus Fig. 9A und 9B wird deutlich, daß der Bereich von Tcat und Q, in welchem der Wert LVOS/LVOM klein ist, sich zu der Seite hoher Temperatur und zu der Seite großer Durchflußrate verschiebt, wenn sich ein katalytischer Wandler verschlechtert hat.
Um immer einen verschlechterten katalytischen Wandler als verschlechtert zu bestimmen, ist es notwendig, die Kombinationen von Tcat und Q auszuwählen, welche es ermöglichen, daß der Wert LVOS/LVOM immer größer als 0,8 ist, d. h. der Schwellenwert (0,5) + die Streuungsgröße (0,8). Wie in Fig. 9B erkennbar, um diese Bedingung zu erfüllen, muß die Durchflußrate Q größer als Q&sub1;' sein, wenn die Temperatur Tcat 400 ºC ist, und muß größer als Q&sub2;' und Q&sub1;' sein, wenn die Temperatur Tcat jeweils 300ºC und 200ºC beträgt. Wenn die Kombinationen von Tcat und Q in diesem Bereich sind, kann die Möglichkeit, daß ein verschlechterter katalytischer Wandler als normal bestimmt wird, ausgeschlossen werden.
Um die Verschlechterung des katalytischen Wandlers korrekt zu bestimmen, d. h. einen normalen katalytischen Wandler immer als normal und einen verschlechterten katalytischen Wandler immer als verschlechtert zu bestimmen, müssen die Kombinationen von Tcat und Q, bei welchen die Bestimmung ausgeführt wird, aus den vorstehend erwähnten Bereichen ausgewählt werden. In diesem Fall kann es möglich sein, nur eine Kombination von Tcat und Q auszuwählen, welche sowohl einen normalen katalytischen Wandler als auch einen verschlechterten katalytischen Wandler korrekt bestimmen kann. Wenn z. B. die Bestimmung nur ausgeführt wird, wenn Tcat zwischen 200 ºC und 300ºC ist und Q zwischen Q&sub2;' und Q&sub1; ist, werden sowohl ein normaler als auch ein verschlechterter katalytischer Wandler immer korrekt bestimmt. Wenn jedoch nur eine Kombination von Tcat und Q als eine Voraussetzung für die Bestimmungsoperation ausgewählt wird, ist die Frequenz der Bestimmungsoperationen bei dem tatsächlichen Betrieb der Brennkraftmaschine gering. Daher wird in dieser Ausführungsform die Durchflußrate Q ausgewählt, welche immer die korrekte Bestimmung für die jeweiligen Temperaturen Tcat gestattet, um die Frequenz der Bestimmungsoperation zu vergrößern.
Fig. 10 zeigt den Bereich der Durchflußrate Q, welche die korrekte Bestimmung bei jeder Temperatur Tcat des katalytischen Wandlers in dieser Ausführungsform erlaubt. In Fig. 10 zeigt die Kurve QH die maximale Durchflußrate bei der jeweiligen Temperatur Tcat des katalytischen Wandlers, welche erlaubt, einen normalen katalytischen Wandler immer als normal zu bestimmen, und die Kurve QL zeigt die minimale Durchflußrate bei der jeweiligen Temperatur Tcat des katalytischen Wandlers, welche gestattet, einen verschlechterten katalytischen Wandler immer als verschlechtert zu bestimmen. Wenn z. B. in Fig. 10 die Temperatur Tcat des katalytischen Wandlers 300ºC beträgt, kann die Verschlechterung des katalytischen Wandlers korrekt bestimmt werden, wenn die Bestimmung zwischen der maximalen Durchflußrate Q&sub2; und der minimalen Durchflußrate Q&sub2;' ausgeführt wird. Wie aus Fig. 10 erkennbar, wird durch Einstellen der maximalen Durchflußrate QH und der minimalen Durchflußrate QL zum Ausführen der Bestimmungsoperation bei der jeweiligen Temperatur Tcat des katalytischen Wandlers die Frequenz der Bestimmungsoperation bei dem tatsächlichen Betrieb der Brennkraftmaschine im Vergleich zu dem Fall wesentlich erhöht, in welchem nur eine Kombination von Tcat und Q (z. B. Q&sub2;'< Q < Q&sub1; und 200ºC < Tcat < 300ºC, d. h. die schraffierte Fläche in Fig. 10) als die Bedingung zum Ausführen der Bestimmungsoperation ausgewählt wird.
In dieser Ausführungsform erfaßt die Steuerschaltung 10 die Temperatur Tcat des katalytischen Wandlers 12 und die Durchflußrate Q des Abgases während des Betriebs der Brennkraftmaschine und bestimmt die maximale Durchflußrate QH und die minimale Durchflußrate QL auf der Grundlage der erfaßten Temperatur Tcat unter Verwendung der in Fig. 10 gezeigten Beziehung. Wenn die erfaßte Durchflußrate Q zwischen der bestimmten QH und QL ist, führt die Steuerschaltung 10 die Bestimmungsoperation des katalytischen Wandlers aus.
Die Durchflußrate Q des Abgases ist gleich der Durchflußrate der Ansaugluft, und daher kann die durch die Durchflußraten- Meßvorrichtung 3 erfaßte Durchflußrate als die Durchflußrate des Abgases verwendet werden. Die Temperatur Tcat kann direkt erfaßt werden, indem ein Temperatursensor in dem Katalysatorbett des katalytischen Wandlers 12 angeordnet wird. In dieser Ausführungsform wird jedoch die Temperatur Tcat indirekt aus den Belastungsbedingungen der Brennkraftmaschine erfaßt (bestimmt), um den Kostenanstieg auszuschließen, den der Temperatursensor mit sich bringt.
Nachstehend wird das Verfahren zur Bestimmung der Temperatur Tcat in dieser Ausführungsform erläutert.
Während des tatsächlichen Betriebs der Brennkraftmaschine ändert sich die Temperatur des katalytischen Wandlers gemäß den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine. Wenn jedoch die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung in Fig. 4 bis 7 ausgeführt wird, ändert sich die Temperatur des Abgases nicht wesentlich. Daher wird die Änderungsrate der Temperatur des katalytischen Wandlers durch die Durchflußrate des Abgases (Ansaugluft) und die Temperatur des katalytischen Wandlers bestimmt. Fig. 11 und 12 zeigen die Beziehungen zwischen der Änderungsrate der Temperatur Tcat und der Durchflußrate Q. Fig. 11 zeigt den Fall, in welchem die Temperatur Tcat steigt (d. h. der katalytische Wandler wird erwärmt), und Fig. 12 zeigt den Fall, in welchem die Temperatur Tcat abnimmt (d. h. der katalytische Wandler wird gekühlt). In Fig. 11 und 12 stellt die waagerechte Achse die Zeit dar, die durch die Zeiteinheit "t" ausgedrückt wird. Die Zeiteinheit "t" ist gleich dem Ausführungsintervall des Temperaturbestimmungsprogramms, welches weiter nachstehend erläutert wird.
Wie aus Fig. 11 erkennbar ist, steigt die Temperatur des katalytischen Wandlers rasch an, wenn die Temperatur Tcat niedrig und die Durchflußrate Q groß ist, und die Anstiegsrate der Temperatur ist kleiner, wenn die Temperatur des katalytischen Wandlers höher ist, und dann nähert sich die Temperatur Tcat einer Endtemperatur, die durch die Durchflußrate Q mit Ablauf der Zeit bestimmt ist. Wenn z. B. in Fig. 11 die Durchflußrate Q&sub2; ist, steigt die Temperatur Tcat um (T&sub2; - T&sub0;) je Zeiteinheit t, wenn die Temperatur Tcat gleich T0 ist. Wenn jedoch die Temperatur Tcat = T&sub4; ist, vermindert sich der Temperaturanstieg je Zeiteinheit auf (T&sub5; - T&sub4;), und wenn die Temperatur Tcat = T&sub5; ist (d. h. die Endtemperatur bei der Durchflußrate Q&sub2;), ist der Temperaturanstieg je Zeiteinheit 0. Wenn ähnlich dazu der katalytische Wandler gekühlt wird (Fig. 12), nimmt die Temperatur des katalytischen Wandlers schnell ab, wenn die Temperatur Tcat hoch ist und die Durchflußrate Q klein ist, und die Abnahmerate der Temperatur ist kleiner, wenn die Temperatur Tcat niedriger ist, und die Temperatur Tcat nähert sich der Endtemperatur, die durch die Durchflußrate Q bestimmt ist.
In dieser Ausführungsform werden die in Fig. 11 und 12 gezeigten Beziehungen experimentell gewonnen, und die Änderung ΔTcat je Zeiteinheit wird in dem ROM 104 in der Steuerschaltung 10 als eine Zahlentafel (Kennfeld) unter Verwendung der Temperatur Tcat und der Durchflußrate Q in der in Fig. 13 gezeigten Form gespeichert. Obgleich ferner Fig. 11 und 12 die Temperaturänderung zeigen, wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung ausgeführt wird, können ähnliche Beziehungen wie jene in Fig. 11 und 12 gezeigten während der Kraftstoffmengenerhöhungsoperation (z. B. während des Warmlaufs und der Vollgasoperation der Brennkraftmaschine 1) und der Kraftstoffabschaltoperation (z. B. während des Bremsens der Brennkraftmaschine) ebenfalls experimentell erhalten und in dem ROM 104 in den Zahlentafeln in der in Fig. 13 gezeigten Form gespeichert werden. Die Steuerschaltung 10 bestimmt die Menge der Temperaturänderung ΔTcat je Zeiteinheit unter Verwendung dieser Zahlentafeln in regelmäßigen Intervallen und bestimmt die Temperatur Tcat des katalytischen Wandlers 12 durch Anhäufen des Werts ΔTcat während des Betriebs der Brennkraftmaschine.
Fig. 14 zeigt ein Ablaufdiagramm mit dem Temperaturerfassungsprogramm, das durch die Steuerschaltung 10 in einem regelmäßigen Intervall (Zeit t in Fig. 11 und 12) zum Erfassen der Temperatur Tcat des katalytischen Wandlers ausgeführt wird.
In Fig. 14 werden die Durchflußrate Q der Ansaugluft und die Temperatur Tcat des katalytischen Wandlers 12, als das Programm zuletzt ausgeführt wurde, jeweils in den Schritten 1401 und 1403 aus dem RAM 105 gelesen. In dieser Ausführungsform wird die Temperatur der Ansaugluft oder des Kühlwassers, ganz gleich welche höher ist, als ein Anfangswert von Tcat verwendet, wenn das Programm zuerst ausgeführt wird. In den Schritten 1403 und 1405 wird bestimmt, ob die Kraftstoffmengen-Erhöhungsoperation (Schritt 1403), in welcher die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht wird, oder die Kraftstoffabschaltoperation (Schritt 1405), in welcher die Kraftstoffeinspritzung unterbrochen wird, ausgeführt wird. Wenn weder die Kraftstoffmengen-Erhöhungsoperation noch die Kraftstoffabschaltoperation ausgeführt wird, da davon ausgegangen wird, daß die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung in Fig. 4 bis 7 ausgeführt wird, führt das Programm den Schritt 1409 aus, um die Änderungsrate ΔTcat auf der Grundlage der vorliegenden Temperatur Tcat und der Durchflußrate Q zu bestimmen. Wenn die Kraftstoffmengenerhöhungs- oder die Kraftstoffabschaltoperation ausgeführt ist, wird ΔTcat unter Verwendung der Zahlentafel entsprechend der Kraftstoffmengenerhöhungsbedingung oder der Kraftstoffabschaltbedingung (Schritt 1415 oder Schritt 1417) bestimmt.
Nach dem Bestimmen von ΔTcat wird die Isttemperatur Tcat des katalytischen Wandlers nach Tcat = Tcat + ΔTcat im Schritt 1411 berechnet und in dem RAM 105 im Schritt 1413 gespeichert.
Durch Anhäufen der Menge ΔTcat der Änderung der Temperatur des katalytischen Wandlers vom Starten der Brennkraftmaschine 1 im Schritt 1411 wird die Isttemperatur Tcat des katalytischen Wandlers 12 immer in dem RAM 105 gespeichert.
Fig. 15 und 16 zeigen ein Ablaufdiagramm des Programms, das durch die Steuerschaltung 10 in vorbestimmten, regelmäßigen Intervallen ausgeführt wird, um zu bestimmen, ob sich der katalytische Wandler 12 verschlechtert hat.
Wie vorstehend erläutert, wird die Bestimmung der Verschlechterung nur ausgeführt, wenn die Durchflußrate der Ansaugluft innerhalb des zulässigen Bereichs ist, der durch die Temperatur Tcat bestimmt wird.
In Fig. 15 wird in den Schritten 1501 und 1503 bestimmt, ob die Voraussetzungsbedingungen für die Bestimmungsoperation erfüllt sind. Diese Bedingungen sind: die erste Luft-Kraftstoff-Verhaltnis-Regelung (Fig. 4 und 5) wird ausgeführt (d. h., der Wert des Anzeigers XMFB ist 1 im Schritt 1501), und die zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung wird ausgeführt (d. h., der Wert des Anzeigers XFSB ist 1 im Schritt 1503). Wenn einer der Schritte 1501 und 1503 nicht erfüllt ist, wird das Programm sofort beendet, ohne die Bestimmungsoperation auszuführen.
Wenn beide der Bedingungen in den Schritten 1501 und 1503 erfüllt sind, führt das Programm den Schritt 1505 aus, welcher den Istwert der Temperatur Tcat und die Durchflußrate Q aus dem RAM 105 liest. Im Schritt 1507 werden die zulässige maximale Durchflußrate QH und die zulässige minimale Durchflußrate QL gemäß der Temperatur Tcat unter Verwendung der in Fig. 10 gezeigten Beziehung bestimmt. Dann wird im Schritt 1509 die gegenwärtige Durchflußrate Q geprüft, ob diese innerhalb des zulässigen Bereichs ist (QL ≤ Q ≤ QH). Wenn die gegenwärtige Durchflußrate Q größer als QH oder kleiner als QL ist, da dann die Verschlechterung des katalytischen Wandlers 12 nicht korrekt bestimmbar ist, endet das Programm, ohne die Bestimmungsoperation der Schritte 1511 bis 1531 auszuführen.
Im Schritt 1511 werden die A/D-gewandelten Werte der Ausgaben VOM und VOS jeweils des zustromseitigen O&sub2;-Sensors 13 und des abstromseitigen O&sub2;-Sensors 15 durch den A/D-Wandler 101 gelesen, und die Längen LVOM und LVOS werden im Schritt 1513 berechnet. Im Schritt 1513 werden die Längen LVOM und LVOS der Ausgabeansprechkurven der O&sub2;-Sensoren 13 und 15 als Häufungswerte jeweils von VOM - VOMi-1 und VOS - VOSi-1 berechnet. D. h., LVOM und LVOS werden nach LVOM = LVOM + VOM - VOMi-1 und LVOS = LVOS + VOM - VOSi-1 im Schritt 1513 berechnet. VOMi-1 und VOSi-1 sind die Werte von VOM und VOS, als das Programm zuletzt ausgeführt wurde (siehe Fig. 17).
Nach der Berechnung von LVOM und LVOS werden die Werte von i-1 und VOSi-1 durch den Istwert von VOM und VOS im Schritt 1515 ersetzt, um die nächste Ausführung des Programms vorzubereiten.
Die Schritte 1517 bis 1531 sind Schritte zur Bestimmung der Verschlechterung des katalytischen Wandlers 12 auf der Grundlage des Verhältnisses LVOS/LVOM. In diesem Programm werden die Werte von LVOM und LVOS berechnet, bis eine Gesamtzeitdauer, in welcher die Bedingungen in den Schritten 1501, 1503 und 1509 erfüllt sind, eine vorbestimmte Zeitdauer erreicht. Die Steuerschaltung 10 bestimmt die Verschlechterung des katalytischen Wandlers auf der Grundlage des Verhältnisses LVOS/LVOM, wenn die Gesamtzeitdauer die vorbestimmte Zeitdauer erreicht. Da die Gesamtzeitdauer (Anhäufungszeitdauer) verwendet wird, sind die Bedingungen in den Schritten 1501, 1503 und 1509 nicht notwendigerweise ständig erfüllt, und die Bestimmung wird ausgeführt, wenn die Gesamtzeitdauer (Anhäufungszeitdauer), in welcher die vorstehend erwähnten Bedingungen erfüllt sind, einen vorbestimmten Wert aufweist. Daher wird die Frequenz der Ausführung der Bestimmungsoperation in dem tatsächlichen Betrieb der Brennkraftmaschine vergrößert.
Im Schritt 1517 in Fig. 16 wird ein Zähler CT zum Messen der vorstehend erläuterten Gesamtzeitdauer um 1 inkrementiert, und im Schritt 1519 wird bestimmt, ob der Wert des Zählers CT einen vorbestimmten Wert CT0 erreicht, d. h. ob die Gesamtzeitdauer einen vorbestimmten Wert erreicht. Der Wert von CT0 entspricht der Anzahl der Ausführungen des Programms mit etwa 20 Sekunden Dauer. D. h., wenn das vorliegende Programm alle 50 ms ausgeführt wird, wird der Wert von CT0 auf etwa 400 ( = 20/0,05) eingestellt.
Wenn im Schritt 1519 CT ≤ CT0 ist, bedeutet dies, daß die Häufungsdauer die vorbestimmte Zeitdauer nicht erreicht, d. h., die Werte von LVOM und LVOS sind noch nicht ausreichend angehäuft, und das Programm endet ohne Bestimmung der Verschlechterung. Obgleich in diesem Fall die Anhäufung der Werte von LVOM und LVOS ausgeführt wird, erfolgt keine Bestimmung der Verschlechterung.
Wenn CT > CT0 im Schritt 1519 ist, wird das Verhältnis LVOS/LVOM im Schritt 1521 berechnet, und die Bestimmung, ob sich der katalytische Wandler verschlechtert hat, wird im Schritt 1523 durch Vergleich des Verhältnisses R (= LVOS/- LVOM) mit einem Schwellenwert K ausgeführt. Wie vorstehend erläutert, wird der Schwellenwert K zum Bestimmen der Verschlechterung des katalytischen Wandlers in dieser Ausführungsform auf einen Festwert 0,5 eingestellt, wie in Fig. 9A und 9B gezeigt ist.
Wenn das Verhältnis R größer als K im Schritt 1523 ist, bedeutet dies, daß sich der katalytische Wandler verschlechtert hat, der Wert eines Alarmanzeigers ALM wird im Schritt 1527 auf 1 gesetzt und wenn R nicht größer als K ist, wird der Wert des Anzeigers ALM im Schritt 1525 auf 0 gesetzt. Wenn in dieser Ausführungsform der Wert des Anzeigers ALM auf 1 gesetzt ist, wird der Alarm 19 in Fig. 1 ausgelöst, um den Fahrer des Kraftfahrzeugs zu informieren, daß sich der katalytische Wandler verschlechtert hat. Dann wird im Schritt 1529 der Wert des Anzeigers ALM zur Vorbereitung der Wartung und Reparatur in dem Datensicherungs-RAM 106 gespeichert. Wenn die Bestimmung im Schritt 1523 ausgeführt ist, werden die Werte des Zählers CT und die Längen LVOM und LVOS im Schritt 1531 alle gelöscht, bevor das Programm abgeschlossen wird.
Wie vorstehend erläutert, kann in dieser Ausführungsform durch Änderung des Durchflußratenbereichs der Ansaugluft, welche die Bestimmungsoperation der Verschlechterung des katalytischen Wandlers zuläßt, anstelle des Schwellenwerts zur Bestimmung, gemäß der Temperatur des katalytischen Wandlers die Verschlechterung des katalytischen Wandlers korrekt bestimmt werden, ohne die Frequenz der Bestimmungsoperation in dem tatsächlichen Betrieb der Brennkraftmaschine zu vermindern.
Nachstehend wird eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. In dieser Ausführungsform ist der Aufbau der Vorrichtung zur Bestimmung der Verschlechterung des katalytischen Wandlers gleich jenem in Fig. 1 gezeigten. Ferner werden die erste und die zweite Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Regelung, die gleich jenen in Fig. 4 bis 7 gezeigten sind, ebenfalls in dieser Ausführungsform ausgeführt. Daher wird die ausführliche Erläuterung des Aufbaus der Vorrichtung und der durch die Vorrichtung ausgeführte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung hier nicht wiederholt.
In der vorhergehenden Ausführungsform wird die zulässige Durchflußrate der Ansaugluft, bei welcher die Bestimmungsoperation der Verschlechterung des katalytischen Wandlers erlaubt ist, gemäß der Temperatur Tcat des katalytischen Wandlers bestimmt. Die nachstehend erläuterte Ausführungsform unterscheidet sich von der vorhergehenden Ausführungsform dadurch, daß die zulässige Durchflußrate gemäß der Drehzahl der Brennkraftmaschine bestimmt wird, ohne die Temperatur des katalytischen Wandlers zu erfassen.
Wie vorstehend erläutert, wurde festgestellt, daß sich die Schwankung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases abstromseitig des katalytischen Wandlers gemäß der Drehzahl der Brennkraftmaschine ändert, selbst wenn die Durchflußrate des Abgases gleich ist. Die Schwankung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses des Abgases abstromseitig des katalytischen Wandlers ist größer, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine niedriger ist, und ist kleiner, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine höher ist. Der Grund, weshalb sich die Schwankung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des abstromseitigen Abgases gemäß der Drehzahl der Brennkraftmaschine ändert, ist gegenwärtig nicht klar. Es wird jedoch davon ausgegangen, daß die Erscheinung durch die Tatsache verursacht ist, daß die Temperatur des katalytischen Wandlers absinkt, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine abnimmt, selbst wenn die Durchflußrate des Abgases gleichbleibend erhalten wird.
Wenn z. B. die Drehzahl der Brennkraftmaschine hoch ist, strömt das Abgas von den jeweiligen Zylindern in kurzen Intervallen in den katalytischen Wandler. Dies bewirkt, daß der Zyklus des Wärmeeintrags in den katalytischen Wandler (die Wärme, die vom Abgas aufgenommen wird und die Wärme, die durch die Oxidation von HC- und CO-Komponenten in dem Abgas erzeugt wird) kürzer ist. Infolge dieses kurzen Wärmezyklus kann die Temperatur des katalytischen Wandlers ansteigen, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine größer wird.
Wenn ferner die Drehzahl der Brennkraftmaschine hoch ist, wird die Zyklusdauer der ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Regelung (Fig. 4 und 5) kürzer, da das Abgas von den jeweiligen Zylindern den zustromseitigen O&sub2;-Sensor 13 in kurzen Abständen erreicht, selbst wenn die Durchflußrate des Abgases gleich ist. Wenn die Zyklusdauer der ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung unterschiedlich ist, kann die Größe der Abweichung des momentanen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, das in den katalytischen Wandler strömt, unterschiedlich sein, selbst wenn das mittlere Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf dem gleichen Wert erhalten wird. Diese momentane Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases verursacht den Unterschied in der Wärmemenge, die durch die Oxidation des HC und CO in dem Abgas in dem katalytischen Wandler erzeugt wird. Daher kann sich die Temperatur des katalytischen Wandlers gemäß der Drehzahl der Brennkraftmaschine ändern. In dem tatsächlichen Betrieb der Brennkraftmaschine wird davon ausgegangen, daß die Temperatur des katalytischen Wandlers durch die Drehzahl der Brennkraftmaschine aus einem oder mehreren vorstehend erläuterten Gründen beeinflußt wird. Da sich das O&sub2;-Speichervermögen des katalytischen Wandlers gemäß der Temperatur des katalytischen Wandlers verändert, wie vorstehend erläutert ist, kann die Verschlechterung des katalytischen Wandlers unter den unterschiedlichen Drehzahlbedingungen der Brennkraftmaschine nicht korrekt bestimmt werden, selbst wenn die Durchflußrate des Abgases gleich ist.
Fig. 18 zeigt die Änderung des Verhältnisses LVOS/LVOM, die unter Verwendung der tatsächlichen Brennkraftmaschine und des katalytischen Wandlers experimentell gemessen ist. In diesem Experiment wird das Verhältnis LVOS/LVOM bei unterschiedlichen Drehzahlbedingungen der Brennkraftmaschine gemessen, während die Durchflußrate des Abgases auf demselben Wert erhalten ist. Wie Fig. 18 zeigt, da die Schwankung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases abstromseitig des katalytischen Wandlers größer wird (d. h. LVOS wird größer), wenn die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine geringer wird, wird das Verhältnis LVOS/LVOM ebenfalls größer, wenn die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine kleiner wird, selbst wenn der Verschlechterungsgrad des katalytischen Wandlers und die Durchflußrate des Abgases gleich sind. Wie in der vorhergehenden Ausführungsform erläutert, wird LVOS größer, wenn die Durchflußrate des Abgases groß ist. Wenn daher die Durchflußrate des Abgases groß ist, wird das Verhältnis LVOS/LVOM ferner größer als das in Fig. 18 gezeigte Verhältnis LVOS/- LVOM. Dies bedeutet, daß in dem Fall, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine niedrig ist, die maximale Durchflußrate des Abgases, welche die korrekte Bestimmung der Verschlechterung zuläßt, kleiner als die maximale Durchflußrate des Abgases wird, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine groß ist. Um daher die Verschlechterung des katalytischen Wandlers korrekt zu bestimmen, ist es notwendig, die maximal zulässige Durchflußrate QH in einer solchen Weise einzustellen, daß QH kleiner wird, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine abnimmt.
Fig. 19 zeigt den zulässigen Durchflußratenbereich des Abgases (d. h. der Ansaugluft) in dieser Ausführungsform. In Fig. 19 zeigt der Bereich zwischen QH und QL den zulässigen Durchflußratenbereich bei der jeweiligen Drehzahl der Brennkraftmaschine. Wie in Fig. 19 gezeigt, wird die maximale Durchflußrate QH, welche die Bestimmungsoperation zuläßt, in dieser Ausführungsform auf einen kleineren Wert eingestellt, wenn die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine niedriger wird. Die minimale Durchflußrate QL wird jedoch in dieser Ausführungsform auf einen gleichbleibenden Wert eingestellt, unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Da die Schwankung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases abstromseitig des katalytischen Wandlers kleiner wird, wenn die Durchflußrate des Abgases kleiner wird, heben sich die Wirkungen der Durchflußrate und der Drehzahl der Brennkraftmaschine einander auf, wenn sowohl die Durchflußrate des Abgases als auch die Drehzahl der Brennkraftmaschine sinken. Daher kann die minimale Durchflußrate auf einen gleichbleibenden Wert eingestellt werden, der von der Drehzahl der Brennkraftmaschine unabhängig ist.
Fig. 20 und 21 zeigen ein Ablaufdiagramm der Bestimmungsoperation der Verschlechterung des katalytischen Wandlers in dieser Ausführungsform. Dieses Programm wird durch die in Fig. 1 gezeigte Steuerschaltung 10 in regelmäßigen Intervallen ausgeführt.
Das Ablaufdiagramm der Fig. 20 und 21 ist im wesentlichen gleich dem Ablaufdiagramm der Fig. 15 und 16, mit Ausnahme der Schritte 2005 und 2007. D. h., im Schritt 2005 werden die Durchflußrate Q der Ansaugluft und die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine gelesen, und die maximale Durchflußrate QH und die minimale Durchflußrate QL werden gemäß der Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine im Schritt 2007 unter Verwendung der in Fig. 19 gezeigten Beziehung bestimmt. Dann wird die vorliegende Durchflußrate Q mit den bestimmten Durchflußraten QH und QL im Schritt 2009 verglichen. In dieser Ausführungsform werden die Berechnungen von LVOM und LVOS (Schritt 2013) und die Bestimmung der Verschlechterung (Schritt 2023) ebenfalls nur ausgeführt, wenn die Durchflußrate Q innerhalb des zulässigen Bereichs ist (d. h.. QL ≤ Q ≤ QH)
Da gemäß dieser Ausführungsform der zulässige Durchflußratenbereich für die Bestimmung der Verschlechterung des katalytischen Wandlers gemäß der Drehzahl der Brennkraftmaschine verändert wird, kann die Verschlechterung des katalytischen Wandlers unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine korrekt bestimmt werden.
Nachstehend wird eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Obgleich der zulässige Durchflußratenbereich gemäß der Drehzahl der Brennkraftmaschine in der vorstehend erläuterten Ausführungsform verändert wird, wird die Temperatur des katalytischen Wandlers ebenfalls durch andere Bedingungen beeinflußt. Wenn z. B. die Umgebungstemperatur niedrig ist, ist die Temperatur der Ansaugluft und demgemäß die Abgastemperatur niedrig. Ferner wird die von dem katalytischen Wandler an die Atmosphäre abgegebene Wärmemenge größer. Wenn daher die Umgebungstemperatur (d. h. die Temperatur der Ansaugluft) niedrig ist, ist die Temperatur des katalytischen Wandlers niedrig. Wenn ähnlich dazu die Temperatur der Brennkraftmaschine (Kühlwassertemperatur oder Schmieröltemperatur) niedrig ist, ist die Temperatur des katalytischen Wandlers ebenfalls niedrig. Wenn ferner das Kraftfahrzeug mit höherer Geschwindigkeit fährt, ist der katalytische Wandler einem stärkeren Wind als in dem Fall ausgesetzt, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs niedrig ist. Wenn daher andere Bedingungen gleich sind, ist die Temperatur des katalytischen Wandlers niedriger, wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs höher ist.
Unter Berücksichtigung dieser Bedingungen bestimmt die Vorrichtung in dieser Ausführungsform zuerst den zulässigen Durchflußratenbereich gemäß der Drehzahl der Brennkraftmaschine unter Verwendung des Verfahrens, das in der vorhergehenden Ausführungsform (Fig. 19) erläutert ist, und korrigiert diesen Durchflußratenbereich auf der Grundlage der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, welche die Temperatur des katalytischen Wandlers beeinflussen, wie z. B. die Ansauglufttemperatur THA, die Kühlwassertemperatur THW und die Fahrgeschwindigkeit SPD des Kraftfahrzeugs.
Fig. 22 zeigt ein Ablaufdiagramm, das die Bestimmungsoperation dieser Ausführungsform erläutert. In dieser Ausführungsform wird die Bestimmungsoperation der Verschlechterung des katalytischen Wandlers durch Hinzufügen von Schritten 2201, 2203 und 2205 in Fig. 22 zwischen den Schritten 2207 und 2209 in dem in Fig. 20 gezeigten Ablaufdiagramm ausgeführt. Obgleich daher Fig. 22 nur die Schritte 2201, 2203 und 2205 zeigt, sind andere Schritte des Ablaufdiagramm dieselben wie jene in Fig. 20 und 21 gezeigten.
In dem Ablaufdiagramm in Fig. 22 wird der zulässige Durchflußratenbereich, der im Schritt 2207 in Fig. 20 bestimmt ist, gemäß der Ansauglufttemperatur THA, der Kühlwassertemperatur THW und der Fahrgeschwindigkeit SPD des Kraftfahrzeugs korrigiert. D. h., nach der Bestimmung von QH und QL im Schritt 2007 in Fig. 20 werden im Schritt 2201 die Werte von THA, THW und SPD gelesen. Die Ansauglufttemperatur THA wird durch den Temperatursensor erfaßt, der in die Luftdurchflußraten-Meßvorrichtung 3 (nicht gezeigt) in Fig. 1 integriert ist. Ferner werden im Schritt 2201 die Korrekturfaktoren KA, Kw und KD gemäß den Werten THA, THW und SPD bestimmt. Dann wird die minimale Durchflußrate QL durch Multiplizieren von QL mit den Faktoren KA, Kw und KD (d. h. QL = QL · KA · Kw · KD) im Schritt 2205 korrigiert. Der Schritt 2009 (Fig. 20) wird unter Verwendung dieses korrigierten Werts von QL ausgeführt.
Fig. 23 und 24 zeigen die Einstellungen der Werte der Faktoren KA und Kw.
Wie in Fig. 23 und 24 gezeigt, werden die Werte von KA und Kw auf Werte größer als 1,0 eingestellt, wenn jeweils die Ansauglufttemperatur THA und die Kühlwassertemperatur THW niedrig sind. Die Werte von KA und Kw werden kleiner, wenn die Temperaturen THA und THW steigen, und sind 1,0, wenn die Temperatur THA und THW höher als ein vorbestimmter Wert sind. Da die Temperatur Tcat des katalytischen Wandlers sinkt, wenn die Temperaturen THA und THW sinken, kann die Schwankung der Ausgabe VOS des abstromseitigen O&sub2;-Sensors groß werden, wenn die Temperaturen THA und THW niedrig sind, selbst wenn die Durchflußrate größer als der Minimalwert QL ist, der im Schritt 2007 der Fig. 20 bestimmt ist. Um daher den Fehler bei der Bestimmung der Verschlechterung auszuschließen, wird der Minimalwert QL erhöht, wenn die Temperaturen THA und THW in dieser Ausführungsform niedrig sind. Fig. 25 zeigt die Einstellung des Werts des Faktors KD. Im Gegensatz zu den Faktoren KA und Kw wird der Wert des Faktors KD auf 1,0 eingestellt, wenn die Fahrgeschwindigkeit SPD des Kraftfahrzeugs niedrig ist, und wenn die Geschwindigkeit SPD höher als ein vorbestimmter Wert ist, wird der Wert von KD erhöht, wenn SPD höher ist. Wie durch Fig. 25 gezeigt, da die Geschwindigkeit SPD höher ist, sinkt die Temperatur des katalytischen Wandlers, und die minimale Durchflußrate QL steigt, wenn die Geschwindigkeit SPD größer wird.
Durch Ausführen der Schritte 2201 bis 2205 in Fig. 22 wird die minimale Durchflußrate QL auf einen höheren Wert eingestellt, wenn eine der beiden Temperaturen, die Ansauglufttemperatur THA und die Kühlwassertemperatur THW, niedriger ist und die Fahrgeschwindigkeit SPD des Kraftfahrzeugs höher ist. Dadurch wird das Auftreten des Fehlers bei der Bestimmung der Verschlechterung des katalytischen Wandlers, der durch die niedrige Temperatur des katalytischen Wandlers verursacht wird, verhindert.
Wie vorstehend erläutert, wird nur die minimale Durchflußrate QL gemäß den Temperaturen THA, THW und der Geschwindigkeit SPD in dieser Ausführungsform korrigiert. Der Grund dafür besteht darin, daß die Temperatur des katalytischen Wandlers verhältnismäßig hoch ist, wenn sich die Durchflußrate des Abgases dem Maximalwert QH annähert, und es wird davon ausgegangen, daß die Einflüsse der Temperaturen THA und THW oder der Geschwindigkeit SPD auf die Temperatur des katalytischen Wandlers in diesem Durchflußratenbereich relativ gering sind. Obgleich der Wert von QL gemäß drei Betriebsparametern korrigiert wird, d. h. THA, THW und SPD in dieser Ausführungsform, kann der Wert von QL unter Verwendung von einem oder von zwei dieser Betriebsparameter korrigiert werden. Obgleich ferner die maximale Durchflußrate QH in dieser Ausführungsform nicht korrigiert wird, kann QH in der Weise ähnlich jener in Fig. 23 bis 25 erläuterten Weise korrigiert werden, um die Genauigkeit der Bestimmung weiter zu erhöhen.
Nachstehend wird eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. In dieser Ausführungsform ist der Aufbau der Vorrichtung zur Bestimmung der Verschlechterung des katalytischen Wandlers ebenfalls gleich dem in Fig. 1 gezeigten. Weiterhin werden die erste und die zweite Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Regelung, gleich jenen in Fig. 4 bis 7 gezeigten, ebenfalls in dieser Ausführungsform ausgeführt. Daher wird die ausführliche Erläuterung des Aufbaus der Vorrichtung und die durch die Vorrichtung ausgeführte Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Regelung hier nicht wiederholt.
In den in Fig. 19 bis 25 gezeigten Ausführungsformen wird die Bestimmungsoperation ausgeführt, wenn die Durchflußrate Q innerhalb des zulässigen Bereichs ist, unabhängig von den Bedingungen, in welchen die Brennkraftmaschine betrieben wird, bevor die Bestimmungsoperation eingeleitet wird. Die Temperatur des katalytischen Wandlers wird jedoch durch die Betriebsbedingungen vor dem Beginn der Bestimmungsoperation beeinflußt. Da z. B. die Kraftstoffabschaltoperation der Brennkraftmaschine, in welcher die Zuführung von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine unterbrochen wird, während des Bremsens des Kraftfahrzeugs ausgeführt wird, wenn das Kraftfahrzeug für eine lange Zeitdauer abgebremst ist (wie z. B. dann, wenn das Kraftfahrzeug eine lange Gefällestrecke herabgefahren ist), bevor die Bestimmungsoperation eingeleitet wird, sinkt die Temperatur des katalytischen Wandlers, selbst wenn die Durchflußrate Q innerhalb des zulässigen Bereichs ist. Ähnlich sinkt die Temperatur des katalytischen Wandlers, wenn eine Leerlaufoperation der Brennkraftmaschine für eine lange Zeit fortgesetzt wird. Ferner ändert sich der Verminderungsgrad der Temperatur des katalytischen Wandlers während des Bremsens des Kraftfahrzeugs oder der Leerlaufoperation der Brennkraftmaschine gemäß dem Umstand, ob das Kraftfahrzeug mit einem Handschaltgetriebe oder mit einem Automatikgetriebe ausgestattet ist. Z. B. wird die Kraftstoffabschaltoperation während des Bremsens des Kraftfahrzeugs mit einem Handschaltgetriebe in den Bereichen der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ausgeführt, welche breiter als jene des Kraftfahrzeugs mit Automatikgetriebe ist. Daher ist im allgemeinen der Temperaturabfall des katalytischen Wandlers größer in dem Kraftfahrzeug mit einem Handschaltgetriebe als dem Kraftfahrzeug mit einem Automatikgetriebe. Da auch die Position der Schaltstange in dem Automatikgetriebe während der Leerlaufoperation der Brennkraftmaschine gewöhnlich im D-Bereich (Antriebsbereich) gehalten wird, ist die Belastung der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs mit einem Automatikgetriebe größer als jene des Kraftfahrzeugs mit einem Handschaltgetriebe. Daher ist im allgemeinen der Temperaturabfall während des Leerlaufbetriebs der Brennkraftmaschine in dem Kraftfahrzeug mit Automatikgetriebe kleiner als in dem Kraftfahrzeug mit einem Handschaltgetriebe. Daher ist die Temperatur des katalytischen Wandlers nach dem Bremsen des Kraftfahrzeugs und der Leerlaufoperation der Brennkraftmaschine unterschiedlich, abhängig davon, ob das Kraftfahrzeug mit einem Automatikgetriebe oder einem Handschaltgetriebe ausgestattet ist.
In dieser Ausführungsform wird daher eine Korrektur des zulässigen Durchflußratenbereichs nach der Bremsoperation des Kraftfahrzeugs (nachstehend wird der Ausdruck "Bremsoperation" sowohl für die Bremsoperation des Kraftfahrzeugs als auch für die Leerlaufoperation der Brennkraftmaschine verwendet) für eine Zeitdauer ausgeführt, die durch die Länge der Periode bestimmt ist, in welcher die Bremsoperation fortgesetzt wird. Ferner wird in dieser Periode der zulässige Durchflußratenbereich auf eine unterschiedliche Weise korrigiert, abhängig davon, ob das Kraftfahrzeug mit einem Automatikgetriebe oder einem Handschaltgetriebe ausgestattet ist.
Fig. 26 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Bestimmungsoperation dieser Ausführungsform. Das Ablaufdiagramm in Fig. 26 unterscheidet sich von dem in Fig. 20 gezeigten Ablaufdiagramm dadurch, daß der Schritt 2007 in Fig. 20 durch die Schritte 2601 bis 2605 ersetzt ist, wie in Fig. 26 gezeigt. Obgleich daher Fig. 26 nur die Schritte 2601 bis 2605 zeigt, ist der Rest des Ablaufdiagramms gleich dem in Fig. 20 und 21 gezeigten. In dem Ablaufdiagramm der Fig. 26 wird der Schritt 2601 nach dem Lesen der Durchflußrate Q der Ansaugluft und der Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine im Schritt 2005 in Fig. 20 ausgeführt. Im Schritt 2601 wird bestimmt, ob der Wert des Zählers CTIDL größer als oder gleich einem vorbestimmten Wert α&sub0; ist.
Die Größe des Werts des Zählers CTIDL stellt die Größe des Einflusses der Bremsoperation dar, die in der Vergangenheit ausgeführt ist, ausgeübt auf die Temperatur in dem katalytischen Wandler, und wenn der Wert von CTIDL größer als oder gleich dem Wert α&sub0; ist, wird davon ausgegangen, daß der Einfluß der Bremsoperation groß ist und nicht ignoriert werden kann. Die Einstellung des Werts des Zählers CTIDL wird weiter nachstehend ausführlich erläutert.
Wenn CTIDL < α&sub0; im Schritt 2601 ist, da davon ausgegangen wird, daß der Einfluß der zurückliegenden Bremsoperation bereits vernachlässigbar gering ist, führt das Programm die Schritte 2603 und 2605 aus, um die maximale Durchflußrate QH (Schritt 2603) und die minimale Durchflußrate QL (Schritt 2605) gemäß den im Schritt 2605 gelesenen Werten von Q und Ne und der in Fig. 19 gezeigten Beziehung zu bestimmen. Dann geht das Programm weiter zum Schritt 2009 in Fig. 20. In diesem Fall werden daher die Werte von QH und QL auf dieselben Werte wie jene in dem Ablaufdiagramm der Fig. 20 und 21 eingestellt, unabhängig davon, ob das Kraftfahrzeug mit einem Automatikgetriebe oder mit einem Handschaltgetriebe ausgestattet ist.
Wenn andererseits CTIDL < α&sub0; im Schritt 2601 ist, bedeutet dies, daß der Einfluß der zurückliegenden Bremsoperation noch groß ist (d. h., die Temperatur des katalytischen Wandlers ist noch niedrig). Ferner ist in diesem Fall die Temperatur des katalytischen Wandlers niedriger in dem Kraftfahrzeug mit einem Handschaltgetriebe als in dem Kraftfahrzeug mit einem Automatikgetriebe. Wenn daher CTIDL < α&sub0; im Schritt 2601 ist, bestimmt das Programm die maximale Durchflußrate QH im Schritt 2609, wenn das Kraftfahrzeug mit einem Handschaltgetriebe (Schritt 2607) ausgestattet ist, unter Verwendung von Fig. 27 anstelle von Fig. 19. Fig. 27 zeigt die Einstellung der maximalen Durchflußrate Q für das Kraftfahrzeug mit einem Handschaltgetriebe. In Fig. 27 ist die Einstellung von QH in Fig. 19 zum Bezug durch die gestrichelte Linie gezeigt. Wie aus Fig. 27 deutlich ist, wird die maximale Durchflußrate QH für das Kraftfahrzeug mit einem Hand- Schaltgetriebe (die Vollinie in Fig. 27) auf einen Wert eingestellt, der kleiner als der in Fig. 19 eingestellte Wert von QH ist (die gestrichelte Linie in Fig. 27).
Selbst wenn ferner in dieser Ausführungsform das Kraftfahrzeug mit einem Automatikgetriebe ausgestattet ist, wenn eine Sperrkupplung des Automatikgetriebes in dem EIN-Zustand (Schritt 2608) ist, wird der Wert von QH auf der Grundlage der Fig. 27 bestimmt (Fig. 2609). D. h., wenn die Sperrkupplung EIN ist, wird die maximale Durchflußrate Q auf denselben Wert wie die des Kraftfahrzeugs mit einem Handschaltgetriebe eingestellt, selbst wenn das Kraftfahrzeug mit einem Automatikgetriebe ausgestattet ist. Wenn die Sperrkupplung im Schritt 2608 AUS ist, führt das Programm Schritt 2603 aus, um die maximale Durchflußrate QH zu bestimmen. In diesem Fall wird daher QH auf denselben Wert wie jenes in dem Fall CTIDL < α&sub0; eingestellt. Wie vorstehend erläutert, wird im Schritt 2609 nur die maximale Durchflußrate QH korrigiert, und die minimale Durchflußrate QL wird nach Fig. 19 (Schritt 2605) unabhängig von den zurückliegenden Betriebsbedingungen eingestellt. D. h., wie in Fig. 19 gezeigt, wird die minimale Durchflußrate QL nicht durch die Drehzahl der Brennkraftmaschine beeinflußt.
Wenn in dieser Ausführungsform das Kraftfahrzeug mit einem Automatikgetriebe ausgestattet ist, und wenn die Sperrkupplung AUS ist, wird die Korrektur der maximalen Durchflußrate QH nicht ausgeführt (Schritte 2607, 2608 und 2603), da der Temperaturabfall des katalytischen Wandlers während der Bremsoperation des Kraftfahrzeugs mit einem Automatikgetriebe gering ist, wenn die Sperrkupplung AUS ist. Die maximale Durchflußrate QH wird korrigiert, wenn das Kraftfahrzeug mit einem Handschaltgetriebe ausgestattet ist (Schritt 2607 und 2609). Auch wird die Korrektur von QH ausgeführt, wenn die Sperrkupplung EIN ist, wenn das Kraftfahrzeug mit einem Automatikgetriebe ausgestattet ist, da die Brennkraftmaschine mit einer Antriebswelle direkt gekoppelt ist, wenn die Sperrkupplung EIN ist, und die Eigenschaften des Kraftfahrzeugs sind ähnlich denen des Kraftfahrzeugs mit einem Handschaltgetriebe.
Fig. 28 zeigt ein Ablaufdiagramm der Einstelloperation des Zählers CTIDL, der in dem Ablaufdiagramm der Fig. 26 verwendet wird. Dieses Programm wird durch die Steuerschaltung 10 in regelmäßigen Intervallen ausgeführt.
In Fig. 28 bestimmt das Programm im Schritt 2801 auf der Grundlage des LL-Signals von dem Leerlaufschalter 17, ob die Drosselklappe 16 (Fig. 1) vollständig geschlossen ist. Wenn die Drosselklappe 16 vollständig geschlossen ist (d. h., wenn das LL-Signal EIN ist), bedeutet dies, daß die Bremsoperation (die Kraftstoffabschaltoperation oder die Leerlaufoperation) ausgeführt wird, und daß die Temperatur des katalytischen Wandlers abnimmt. Daher geht in diesem Fall das Programm zum Schritt 2803, um den Wert des Zählers CTIDL um 1 zu erhöhen. Wenn das LL-Signal im Schritt 2801 AUS ist, führt das Programm die Schritte 2805 und 2807 aus, um zu bestimmen, ob die Durchflußrate Q der Ansaugluft kleiner als oder gleich einem vorbestimmten Wert Q&sub0; ist (Schritt 2805) und ob die Fahrgeschwindigkeit SPD des Kraftfahrzeugs größer als oder gleich einem vorbestimmten Wert SPD&sub0; ist (Schritt 2807). Wenn beide der Bedingungen der Schritte 2805 und 2807 erfüllt sind, bedeutet dies, daß die Betriebsbelastung der Brennkraftmaschine sehr gering ist und die Temperatur des katalytischen Wandlers abnimmt, selbst wenn die Drosselklappe 16 nicht vollständig geschlossen ist. Daher führt in diesem Fall das Programm auch den Schritt 2803 aus, um den Wert des Zählers CTIDL um 1 zu erhöhen. Wenn eine der Bedingungen in den Schritten 2805 und 2807 nicht erfüllt ist, da dies bedeutet, daß die Temperatur des katalytischen Wandlers nicht abnimmt, geht das Programm weiter zum Schritt 2809, um den Wert des Zählers CTIDL um 1 zu vermindern.
Nach dem Erhöhen oder Verkleinern des Werts des Zählers CTIDL in den Schritten 2803 oder 2809 wird der Wert des Zählers CTIDL in den Schritten 2811 bis 2817 durch den Maximalwert MAX und den Minimalwert MIN beschränkt, und das Programm endet. Durch Ausführen des Programms in Fig. 28 stellt der Wert des Zählers CTIDL die Größe des Einflusses der zurückliegenden Bremsoperation auf die Temperatur des katalytischen Wandlers dar (d. h. den Temperaturabfall katalytischen Wandlers). Daher wird unter Verwendung dieses Zählers der Wert der maximalen Durchflußrate QH gemäß der Temperatur des katalytischen Wandlers in dem in Fig. 26 gezeigten Programm eingestellt.
Obgleich die Korrektur der maximalen Durchflußrate QH unter Verwendung des Zählers CTIDL in dieser Ausführungsform ausgeführt wird, kann die Korrektur ohne Verwendung des Zählers CTIDL ausgeführt werden. Da z. B. die Temperatur des katalytischen Wandlers dazu neigt, in dem Kraftfahrzeug mit einem Handschaltgetriebe niedriger als in dem Kraftfahrzeug mit einem Automatikgetriebe zu sein, kann die Korrektur nur gemäß dem Umstand ausgeführt werden, ob das Kraftfahrzeug mit einem Handschaltgetriebe oder einem Automatikgetriebe ausgestattet ist. In diesem Fall kann Q H des Kraftfahrzeugs mit einem Handschaltgetriebe unter Verwendung von Fig. 27 bestimmt werden, und QH des Kraftfahrzeugs mit einem Automatikgetriebe kann unter Verwendung von Fig. 19 bestimmt werden, unabhängig von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine in der Vergangenheit. Dies vereinfacht die Bestimmungsoperation der Verschlechterung des katalytischen Wandlers.
Nachstehend wird eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
In dieser Ausführungsform ist der Aufbau der Vorrichtung gleich jenem in Fig. 1 gezeigten. Ein linearer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor anstelle des O&sub2;-Sensors in den vorhergehenden Ausführungsform wird als der zustromseitige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 13 verwendet. Der lineare Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erzeugt eine Ausgangsspannung, welche sich nahezu proportional zu der Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases ändert. Fig. 29 und 30 zeigen schematisch die Ausgangseigenschaften des O&sub2;- Sensors in der vorhergehenden Ausführungsform (Fig. 29) und des linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, der in der vorliegenden Ausführungsform (Fig. 30) verwendet wird. Wie durch Fig. 29 gezeigt, wird durch die Ausgangsspannung des Oz-Sensors bestimmt, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf einer Fettseite oder auf einer Magerseite im Vergleich zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. D. h., die Ausgabe des O&sub2;-Sensors beträgt z. B. 0,9 V, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Vergleich mit dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist, unabhängig von dem Fettgrad, und 0,1 V, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Vergleich mit dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist. Wenn sich das Luft- Kraftstoff-Verhältnis von der Magerseite zu der Fettseite im Vergleich zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder umgekehrt verändert, ändert sich die Ausgabe des O&sub2;- Sensors plötzlich zwischen 0,9 V und 0,1 V, wie in Fig. 29 gezeigt ist. Daher ist es schwierig, den Fettgrad oder den Magergrad des Abgases auf der Grundlage der Ausgabe des O&sub2;- Sensors zu bestimmen.
Wie jedoch durch Fig. 30 gezeigt, ist die Ausgabe des linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors nahezu proportional dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases. Daher kann nicht nur bestimmt werden, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett oder mager im Vergleich mit dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, sondern auch der Fettgrad oder Magergrad (d. h. das Luft-Kraftstoff-Verhältnis selbst) aus der Ausgabe des linearen Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensors ist bestimmbar.
Wie vorstehend festgestellt, wird in dieser Ausführungsform der lineare Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor als der zustromseitige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 13 verwendet, und der O&sub2;-Sensor wird als der abstromseitige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 15 verwendet, und eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung, welche sich von jener in Fig. 4 bis 7 gezeigten unterscheidet, wird unter Verwendung der Ausgaben des zustromseitigen linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 13 und des abstromseitigen O&sub2;-Sensors 15 ausgeführt. In dieser Ausführungsform wird das Luft-Kraftstoff- Verhältnis der Brennkraftmaschine durch die Steuerschaltung 10 auf der Grundlage der Ausgabe des zustromseitigen, linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 13 in einer solchen Weise geregelt, daß die Sauerstoffmenge, die in dem katalytischen Wandler festgehalten wird, etwa 50% dessen maximalem O&sub2;-Speichervermögen beträgt. Die Ausgabe des abstromseitigen O&sub2;-Sensors 15 wird zum Kalibrieren der Ausgabe des zustromseitigen, linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 13 während der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung verwendet.
Wie vorstehend erläutert, wenn die Sauerstoffmenge, die durch den katalytischen Wandler absorbiert ist, nahezu 100% dessen maximalen O&sub2;-Speichervermögens beträgt, kann der katalytische Wandler keinen weiteren Sauerstoff absorbieren, selbst wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den katalytischen Wandler strömenden Abgases mager ist. Wenn im Gegensatz dazu die Sauerstoffmenge, die in dem katalytischen Wandler festgehalten ist, nahezu Null ist, kann der katalytische Wandler keinen Sauerstoff freisetzen, selbst wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den katalytischen Wandler strömenden Abgases fett ist. Daher ist zu bevorzugen, die in dem katalytischen Wandler festgehaltene Sauerstoffmenge auf dem Wert zu erhalten, welcher sowohl die Absorption als auch die Freisetzung von Sauerstoff in dem Abgas in einem gewissen Grad erlaubt, um das O&sub2;-Speichervermögen des katalytischen Wandlers wirkungsvoll zu nutzen. Wenn die Sauerstoffmenge, die in dem katalytischen Wandler festgehalten ist, auf etwa 50% dessen maximalem O&sub2;-Speichervermögen erhalten ist, weist der katalytische Wandler noch 50% dessen Vermögens zum Absorbieren von Sauerstoff in dem Abgas auf, wenn ein Abgas mit fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den katalytischen Wandler strömt, und gleichzeitig kann der katalytische Wandler bis zu 50% dessen maximalen Sauerstoffspeichervermögens freisetzen, wenn ein Abgas mit magerem Luft- Kraftstoff-Verhältnis in den katalytischen Wandler strömt. Wenn daher die in dem katalytischen Wandler festgehaltene Sauerstoffmenge 50% dessen maximalen Speichervermögens beträgt, da der katalytische Wandler noch sowohl das Absorptionsvermögen als auch das Freisetzungsvermögen von Sauerstoff unter dieser Bedingung behält, kann das O&sub2;-Speichervermögen des katalytischen Wandlers am wirkungsvollsten ausgenutzt werden.
Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung in der vorliegenden Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 31 bis 34 erläutert.
Fig. 31 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des Programms zur Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge in dieser Ausführungsform. Dieses Programm wird durch die Steuerschaltung 10 in vorbestimmten, regelmäßigen Intervallen ausgeführt. Die Kraftstoffeinspritzmenge TAU in dieser Ausführungsform wird nach der folgenden Formel im Schritt 3101 in Fig. 31 berechnet:
TAU = FCR&sub0; · KK&sub1; + DF + KK&sub2;.
FCR&sub0; in der vorstehend erwähnten Formel ist ein Sollwert für die Kraftstoffmenge, die den jeweiligen Zylindern tatsächlich zugeführt wird und durch das in Fig. 32 gezeigte Programm berechnet wird, wie weiter nachstehend erläutert. KK&sub1; und KK&sub2; sind Konstante, die durch die Betriebsbedingungen (wie z. B. die Kühlwassertemperatur und die Ansauglufttemperatur) bestimmt sind. DF ist eine Kraftstoffeinspritzung- Korrekturmenge, die durch die erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung auf der Grundlage der Ausgabe des zustromseitigen, linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 13 bestimmt wird.
In dieser Ausführungsform wird die Korrekturmenge DF in einer solchen Weise bestimmt, daß die Sauerstoffmenge, die in dem katalytischen Wandler festgehalten wird, in dieser Ausführungsform auf einem gleichbleibenden Wert erhalten wird, der durch die PI-(Proportional-Integral)-Regelung auf der Grundlage der Abweichung der in den Zylindern tatsächlich verbrannten Kraftstoffmenge und der Kraftstoffmenge, welche erforderlich ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des den Zylindern zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches als stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis auszubilden. D. h.:
DF = Kfp · FD x Kfs · ΣFD.
FD ist die Abweichung der in dem Zylinder tatsächlich verbrannten Kraftstoffmenge von der Kraftstoffmenge, die zur stöchiometrischen Verbrennung erforderlich ist, und ΣFD ist der Häufungswert (Integralwert) von FD. Ferner wird die Abweichung FD aus der geschätzten Ansaugluftmenge MC, die tatsächlich in die Zylinder angesaugt wird, und dem Sollwert FCR für die den jeweiligen Zylindern tatsächlich zugeführte Kraftstoffmenge berechnet.
Fig. 32 zeigt ein Ablaufdiagramm des Programms zur Berechnung der Werte der vorstehend erläuterten Mengen MC und FCR. Dieses Programm wird durch die Steuerschaltung 10 in vorbestimmten Intervallen ausgeführt.
Wenn das Programm gestartet wird, werden im Schritt 3202 in Fig. 32 die Werte von MC und FCR, welche vorher berechnet und in dem RAM 105 gespeichert sind, aktualisiert. Im Schritt 3202 bezeichnet der Index "i" den Wert, der durch das "i"-mal ausgeführte Programm vorher berechnet ist, und der Index "i + 1" bezeichnet den Wert, der durch das "i + 1"-mal vorher ausgeführte Programm berechnet ist. Daher bedeutet der Index "0", daß der Wert in dieser Ausführung des Programms berechnet ist. In dieser Ausführungsform werden die Werte von MC und FCR, die während der zurückliegenden nmaligen Ausführungen des Programms berechnet sind, in dem RAM 105 gespeichert (d. h., der Index "i" nimmt Werte von 0 bis n - 1 an), und diese Werte werden im Schritt 3202 alle verschoben, um MC&sub0; und FCRo zu speichern, die in dieser Ausführung des Programms berechnet sind. Im Schritt 3204 werden der Ansaugkrümmerdruck PM, die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine und der Öffnungsgrad TA der Drosselklappe 16 von den jeweiligen Sensoren gelesen. Der Krümmerdruck PM ist ein Absolutdruck in dem Ansaugkrümmer 2a (Fig. 1) und wird durch einen Drucksensor (in Fig. 1 nicht gezeigt) erfaßt, der an dem Ansaugkrümmer 2a angeordnet ist. TA wird durch einen Drosselklappenöffnungssensor (in Fig. 1 nicht gezeigt) erfaßt, der nahe der Drosselklappe 16 angeordnet ist.
Dann wird im Schritt 3206 MC&sub0;, welche die tatsächlich in die Zylinder gesaugte Luftmenge ist, aus den Werten von PM, Ne und TA berechnet. In dieser Ausführungsform werden die Beziehungen zwischen MC und PM, Ne, TA vorhergehend experimentell bestimmt und in dem ROM 104 der Steuerschaltung 10 gespeichert.
Dann wird die Sollkraftstoffmenge FCR&sub0;, welche die Kraftstoffmenge ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zu verbrennenden Gemischs zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis auszubilden, wenn die Luftmenge MC&sub0; ist, durch FCR&sub0; = MCo/AFT berechnet. AFT ist der Wert, der dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht (z. B. AFT = 14,7). Nach dem Speichern der berechneten MC&sub0; und FCR&sub0; in dem RAM 105 wird das Programm damit beendet.
Fig. 33 zeigt ein Ablaufdiagramm des ersten Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Regelungsprogramms auf der Grundlage der Ausgabe VAF des zustromseitigen, linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 13. Dieses Programm wird durch die Steuerschaltung 10 in vorbestimmten Intervallen ausgeführt.
In diesem Programm wird die in den Zylindern tatsächlich verbrannte Kraftstoffmenge aus der Ansaugluftmenge MC und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet, das durch den zustromseitigen, linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 13 erfaßt ist, und die Kraftstoffeinspritz-Korrekturmenge DF wird aus der Differenz zwischen der in den Zylindern tatsächlichen Kraftstoffmenge und der den Zylindern zugeführten Kraftstoffmenge berechnet.
In Fig. 33 wird im Schritt 3302 bestimmt, ob die Bedingungen für die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung erfüllt sind. Die im Schritt 3302 geprüften Bedingungen sind dieselben wie die im Schritt 401 der Fig. 4 gezeigten Bedingungen. Wenn eine der Bedingungen im Schritt 3302 nicht erfüllt ist, endet das Programm sofort, nachdem der Wert von DF 0 gesetzt ist, d. h., die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung wird in diesem Fall nicht ausgeführt. Wenn alle der Bedingungen im Schritt 3302 erfüllt sind, führt das Programm Schritt 3304 aus, welcher die Werte von FD aktualisiert, die in dem RAM 105 gespeichert sind. Die Bedeutungen, der Indizes "i" und "i + 1" sind gleich jenen in Fig. 32, auch in diesem Ablaufdiagramm. Da der integrierte Wert von FD (d. h. ZFD im Schritt 3314) zum Berechnen des Werts von FD erforderlich ist, werden die Werte von FD, die während der zurückliegenden m-maligen Ausführungen des Programms in dem RAM 105 in dieser Ausführungsform gespeichert (d. h. in diesem Ablaufdiagramm nimmt der Index "i" die Werte 0 bis m an).
Im Schritt 3306 wird die Ausgabe VAF des zustromseitigen, linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 13 gelesen, und im Schritt 3306 wird die Ausgabe VAF durch den Korrekturfaktor DV korrigiert. Der Korrekturfaktor DV wird durch die zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung (Fig. 34) auf der Grundlage der Ausgabe VOS des abstromseitigen O&sub2;-Sensors 15 berechnet. Im Schritt 3308 wird das tatsächliche Luft- Kraftstoff-Verhältnis ABF des in den katalytischen Wandler 12 strömenden Abgases aus der in Fig. 30 gezeigten Beziehung erhalten.
Im Schritt 3312 wird die Differenz FD&sub0; (der Wert von FD, der in dieser Ausführung des Programms berechnet ist) durch die folgende Formel erhalten:
FDn = MCn/ABF - FCRn.
MCn ist die in die Zylinder gesaugte Luftmenge, wenn das in Fig. 32 gezeigte Programm vorher n-mal ausgeführt wurde, und der Wert MCn/ABF ist die zu dieser Zeit in den Zylindern tatsächlich verbrannte Kraftstoffmenge. FCRn ist die den Zylindern tatsächlich zugeführte Kraftstoffmenge, wenn das in Fig. 32 gezeigte Programm vorher n-mal ausgeführt wurde. Die Werte MCn und FCRn werden durch das in Fig. 32 gezeigte Programm in dem RAM 105 gespeichert. Da das Abgas Zeit benötigt, um die Wegstrecke zwischen den Zylindern und dem zustromseitigen, linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 13 zu strömen, werden die Werte MCn und FCRn im Schritt 3312 anstelle von MC&sub0; und FCR&sub0; verwendet. D. h., die in dieser Ausführungsform zum Strömen der Wegstrecke zwischen den Zylindern und dem Sensor 13 erforderliche Zeitdauer ist annähernd gleich der Zeitdauer, die für die Steuerschaltung 10 erforderlich ist, das Programm in Fig. 32 n-mal auszuführen.
Daher stellt der im Schritt 3312 berechnete Wert FD&sub0; genau die Differenz zwischen der den Zylindern tatsächlich zugeführten Kraftstoffmenge und der den Zylindern zuzuführenden Sollkraftstoffmenge dar.
Dann wird im Schritt 3314 die Korrekturmenge DF (Fig. 31) als die Summe des proportionalen Ausdrucks Kfp · FD&sub0; und des integralen Ausdrucks Kfs · ΣFDt berechnet. Kfp und Kfs sind Konstanten, welche jeweils einer proportionalen Verstärkung und einer integralen Verstärkung entsprechen.
Fig. 34 zeigt ein Ablaufdiagramm des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungsprogramms, in welchem der Korrekturfaktor Drückvorrichtung für die Ausgabe des zustromseitigen, linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 13 gemäß der Ausgabe des abstromseitigen O&sub2;-Sensors 15 bestimmt wird.
In Fig. 34 wird im Schritt 3402 bestimmt, ob die Bedingungen für das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungsprogramm erfüllt sind. Die Bedingungen im Schritt 3402 sind dieselben wie jene in der ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung (Schritt 3302 in Fig. 33). Wenn eine der Bedingungen nicht erfüllt ist, wird das Programm unverzüglich beendet, nachdem der Wert des Korrekturfaktors Drückvorrichtung Null gesetzt ist.
Wenn alle der Bedingungen im Schritt 3402 erfüllt sind, führt das Programm die Schritte 3404 bis 3410 aus, in weleben die in dem RAM 105 gespeicherten Werte von VD erneuert werden (Schritt 3404), die Abweichung VD&sub0; zwischen der Ausgabe VOS des abstromseitigen O&sub2;-Sensors 15 und die Ausgabe des abstromseitigen O&sub2;-Sensors, welche dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis VOST entspricht, berechnet wird (Schritt 306, 308) und der Korrekturfaktor DV auf der Grundlage des Werts VD&sub0; als die Summe des proportionalen Ausdrucks Kvp · VD&sub0; und des integralen Ausdrucks Kvs · Σ VD&sub1; berechnet wird (Schritt 3410). Kvp und Kvs im Schritt 3410 sind Konstanten, welche jeweils einer proportionalen Verstärkung und einer integralen Verstärkung entsprechen.
Durch die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung in Fig. 32 bis 34 wird die in dem katalytischen Wandler gespeicherte Sauerstoffmenge immer auf einem gleichbleibenden Wert erhalten (in dieser Ausführungsform etwa 50% des maximalen O&sub2;-Speichervermögens).
Aus Fig. 33 wird deutlich, daß dem Korrekturfaktor DF in der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung keine Beschränkung auferlegt ist, um die in dem katalytischen Wandler gespeicherte Sauerstoffmenge auf einem gleichbleibenden Wert zu erhalten, obgleich die Werte der Korrekturfaktoren (FAF und RSR) in der in Fig. 4 bis 7 gezeigten Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Regelung durch den Maximalwert und den Minimalwert beschränkt sind, um zu verhindern, daß der Fettgrad und der Magergrad zu hoch werden (Schritt 423 in Fig. 5 und Schritte 608, 609, 611 und 612 in Fig. 7). Daher wird in einigen Fällen die Kraftstoffeinspritzmenge wesentlich erhöht, um die Sauerstoffmenge in dem katalytischen Wandler zu vermindern, oder wesentlich vermindert, um die Sauerstoffmenge in dem katalytischen Wandler zu erhöhen. Dies bewirkt, daß der Fettgrad oder der Magergrad des Abgases in einigen Fällen verhältnismäßig hoch ist. Wie vorstehend erläutert, wenn der Fettgrad oder der Magergrad des in den katalytischen Wandler strömenden Abgases hoch ist, da die Sauerstoffmenge, die durch den katalytischen Wandler je Zeiteinheit freigesetzte oder absorbierte Sauerstoffmenge groß ist, ist daher die Schwankung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases abstromseitig des katalytischen Wandlers groß, selbst wenn sich der katalytische Wandler nicht verschlechtert hat. Wenn ferner die Durchflußrate des Abgases groß ist, ist auch die durch den katalytischen Wandler freigesetzte oder absorbierte Sauerstoffmenge ebenfalls groß. Dies verursacht auch, daß die Schwankung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases groß ist. Wenn daher der Fettgrad oder der Magergrad des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases hoch ist (d. h., die Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist groß), muß die maximale Durchflußrate Q, bei welcher die Bestimmung zugelassen ist, verringert werden, um die Verschlechterung des katalytischen Wandlers korrekt zu bestimmen.
Daher wird in dieser Ausführungsform der zulässige Durchflußratenbereich gemäß der Abweichung des durch den zustromseitigen, linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 13 erfaßten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einer solchen Weise bestimmt, daß der Durchflußratenbereich der Ansaugluft, bei welchem die Bestimmungsoperation gestattet ist, schmaler wird, wenn die Abweichung größer wird.
Fig. 35 zeigt die Einstellungen des zulässigen Durchflußratenbereichs dieser Ausführungsform. In Fig. 35 stellt die senkrechte Achse die Durchflußrate Q der Ansaugluft dar, und die waagerechte Achse stellt die Abweichung ΔVAF des durch den zustromseitigen, linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sensor 13 von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis dar. Die Kurve QH in Fig. 35 zeigt die maximale Durchflußrate, welche gestattet, einen normalen katalytischen Wandler als normal zu bestimmen, und QL zeigt die minimale Durchflußrate, welche gestattet, einen verschlechterten katalytischen Wandler als verschlechtert zu bestimmen. Wie durch Fig. 35 gezeigt, sinken die maximale Durchflußrate QH und die minimale Durchflußrate QL beide, wenn die Abweichung ΔVAF groß ist, und der Bereich zwischen QH und QL wird schmal, wenn die Abweichung ΔVAF sehr klein oder sehr groß ist. Wenn die Abweichung ΔVAF sehr klein ist (d. h., wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den katalytischen Wandler strömenden Abgases sehr nahe dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist), da die Schwankung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses des abstromseitigen Abgases kleiner wird, muß die minimal zulässige Durchflußrate QL auf einen größeren Wert eingestellt werden, um den verschlechterten katalytischen Wandler immer als verschlechtert zu bestimmen. Daher ist der Bereich zwischen QH und QL klein, wenn ΔVAF sehr klein ist. Wenn im Gegensatz dazu die Abweichung ΔVAF sehr groß ist, da die Schwankung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des abstromseitigen Abgases größer wird, muß die maximal zulässige Durchflußrate QH auf einen kleineren Wert eingestellt werden, um den normalen katalytischen Wandler immer als normal zu bestimmen. Dies bewirkt, daß der Bereich zwischen QH und QL klein wird. Wenn daher ΔVAF sehr groß oder sehr klein ist, wird der zulässige Durchflußratenbereich QH - QL schmal.
Fig. 36 und 37 zeigen das Ablaufdiagramm der Bestimmungsoperation der Verschlechterung des katalytischen Wandlers in dieser Ausführungsform. Dieses Programm wird durch den katalytischen Wandler in vorbestimmten, regelmäßigen Intervallen ausgeführt.
In diesem Programm berechnet die Steuerschaltung 10 die maximal zulässige Durchflußrate QH und die minimal zulässige Durchflußrate QL gemäß der Abweichung ΔVAF und berechnet die Länge LVAF der Ansprechkurve der Ausgabe VAF des zustromseitigen, linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 13 und LVOS der Ansprechkurve der Ausgabe VOS des abstromseitigen O&sub2;-Sensors in der Weise ähnlich jener von LVOM und LVOS in Fig. 15 und 16. Dann bestimmt die Steuerschaltung 10 auf der Grundlage der berechneten Werte von LVAF und LVOS, ob sich der katalytische Wandler verschlechtert hat. Das in Fig. 36 und 37 gezeigte Ablaufdiagramm ist ähnlich dem in Fig. 15 und 16 gezeigten Ablaufdiagramm und wird nachstehend kurz erläutert.
Wenn in Fig. 36 die Bedingungen zum Ausführen der Bestimmung erfüllt sind (Schritt 3602), werden VAF, VOS und die Durchflußrate Q der Ansaugluft im Schritt 3604 gelesen. Die Durchflußrate Q in dieser Ausführungsform wird aus dem Ansaugkrümmerdruck PM und der Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine berechnet. Das Programm berechnet dann die Abweichung ΔVAF durch ΔVAF = VAF - VAFT (Schritt 3606). VAFT ist die Ausgabe des zustromseitigen, linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 13, welche dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht. Die maximal zulässige Durchflußrate QH und die minimal zulässige Durchflußrate QL werden auf der Grundlage dieser Abweichung ΔVAF unter Verwendung der in Fig. 35 gezeigten Beziehung bestimmt (Schritt 3608). Im Schritt 3610 wird bestimmt, wenn die im Schritt 3604 berechnete Durchflußrate Q innerhalb des Bereichs zwischen QH und QL ist. Wenn die Durchflußrate Q größer als QH oder kleiner als QL ist, wird das Programm unverzüglich beendet (Fig. 16). Wenn QL ≤ Q ≤ QH im Schritt 3610 ist, berechnet das Programm die Längen LVAF und LVOS der Ansprechkurven des zustromseitigen, linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 13 und des abstromseitigen O&sub2;-Sensors 15 (Schritte 3612 bis 3616) in derselben Weise wie jene von LVOM und LVOS in Fig. 15 und 16 (in den Schritten 3612 und 3614, wobei der Index "0" verwendet wird, um die Werte zu bezeichnen, die erhalten werden, wenn das Programm zuletzt ausgeführt wurde, um die Verwechslung mit dem Index "i" in Fig. 32 bis 34 zu vermeiden). Wenn die Werte von LVAF und LVOS für eine vorbestimmte Zeitdauer angehäuft sind (Schritte 3618 und 3620), wird die Bestimmung (Schritte 3624 bis 3632) ausgeführt. D. h., ein Schwellenwert Lref von LVOS zum Bestimmen der Verschlechterung wird gemäß dem Wert von LVAF im Schritt 3622 berechnet. In dieser Ausführungsform wird die Verschlechterung des katalytischen Wandlers durch Vergleich des Werts von LVOS mit dem Schwellenwert Lref bestimmt (Schritt 3624), anstelle des Vergleichs des Verhältnisses LVAF/LVOM mit dem Schwellenwert K (Schritt 1523 in Fig. 16).
Die Beziehung zwischen Lref und LVAF ist in Fig. 38 gezeigt. In dieser Ausführungsform wird der Schwellenwert Lref größer, wenn der Wert LVAF zunimmt, wie in Fig. 38 gezeigt. Wenn LVOS < Lref im Schritt 3624 ist, wird bestimmt, daß sich der katalytische Wandler nicht verschlechtert hat, und der Alarmanzeiger ALM wird auf 0 gesetzt (Schritt 3628). Wenn LVOS ≥ Lref im Schritt 3624 ist, wird bestimmt, daß sich der katalytische Wandler verschlechtert hat, und der Alarmanzeiger ALM wird auf 1 gesetzt. Wie in Fig. 16 erläutert, löst dies den Alarm aus, um den Fahrer des Kraftfahrzeugs zu informieren, daß sich der katalytische Wandler verschlechtert hat. Dann wird der Wert des Anzeigers ALM in dem Datensicherungs-RAM 106 gespeichert, und die Werte CT, LVAF und LVOS werden gelöscht (Schritte 3630 und 3632), bevor das Programm beendet wird.
Da gemäß dieser Ausführungsform der zulässige Durchflußratenbereich gemäß der Abweichung des in den katalytischen Wandler strömenden Abgases von dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoff-Verhältnis verändert wird, kann der Fehler bei der Bestimmung der Verschlechterung des katalytischen Wandlers, der durch den Unterschied in dem Luft-Kraftstoff- Verhältnis des Abgases verursacht ist, ausgeschlossen werden.
Aus der Erläuterung der verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird deutlich, daß die Verschlechterung des katalytischen Wandlers durch Änderung des zulässigen Durchflußratenbereichs der Ansaugluft, in welchem die Bestimmungsoperation gemäß den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zulässig ist, korrekt bestimmbar ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bestimmt auf der Grundlage der Ausgaben eines zustromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors und eines abstromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors nur dann, wenn die Durchflußrate der Ansaugluft innerhalb eines zulässigen Durchflußratenbereichs ist, ob sich der katalytische Wandler verschlechtert hat. Ferner wird der zulässige Bereich gemäß den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine bestimmt, z. B. der Temperatur des katalytischen Wandlers. Da sich das O&sub2;-Speichervermögen des katalytischen Wandlers gemäß der Temperatur des katalytischen Wandlers ändert, können unterschiedliche Bestimmungsergebnisse für denselben katalytischen Wandler erhalten werden, wenn die Bestimmung bei unterschiedlicher Temperatur ausgeführt wird. In dieser Erfindung wird z. B. der Durchflußratenbereich gemäß der Temperatur des katalytischen Wandlers in einer solchen Weise ausgewählt, daß ein normaler katalytischer Wandler immer als normal bestimmt wird und ein verschlechterter katalytischer Wandler immer als verschlechtert bestimmt wird. Daher wird in der vorliegenden Erfindung die Verschlechterung des katalytischen Wandlers unabhängig von einer Änderung der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine korrekt bestimmt.

Claims

1. Vorrichtung zum Ermitteln der Verschlechterung eines katalytischen Wandlers (12), der eine O&sub2;-Speicherfähigkeit hat und der in einem Abgasweg (11, 14) eines Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist, mit:

einem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (13), der in dem Abgasweg (11, 14) des Vebrennungsmotors (1) stromaufwärts von dem katalytischen Wandler (12) zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Abgases stromaufwärtig von dem katalytischen Wandler (12) angeordnet ist;

einem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (15), der in dem Abgasweg (11, 14) des Verbrennungsmotors (1) stromabwärtig von dem katalytischen Wandler (12) zum Erfassen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases stromabwärtig von dem katalytischen Wandler (12) angeordnet ist;

einer rückgekoppelten Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Regeleinrichtung (10) zum Regeln des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses des stromabwärtigen Abgases, das in den katalytischen Wandler (12) strömt, auf der Grundlage von zumindest dem Ausgabesignal des stromaufwärtigen Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensors (13) derart, dass das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den katalytischen Wandler (12) strömt, ein vorbestimmter Zielwert wird;

einer Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln, ob der katalytische Wandler (12) verschlechtert ist, auf der Grundlage von zumindest der Ausgabe des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensors (15), wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases durch die rückgekoppelte Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Regelung geregelt wird;

einer Luftdurchflusserfassungseinrichtung (3) zum Erfassen des Durchflussrate der Einlassluft, die in den Verbrennungsmotor (1) gesaugt wird;

einer Unterbindungseinrichtung zum Unterbinden, dass die Ermittlungseinrichtung den Betrieb der Ermittlung der Verschlechterung des katalytischen Wandlers (12) durchführt, wenn die Durchflussrate der Einlassluft, die in den Verbrennungsmotor (1) eingesaugt wird, größer oder kleiner als ein vorbestimmter zulässiger Durchflussbereich ist; und

einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors (1);

gekennzeichnet durch

eine Ermittlungsbedingungseinstelleinrichtung zum Einstellen des zulässigen Durchlussbereichs derart, dass der zulässige Durchflussbereich gemäß den erfassten Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors (1) geändert wird.

2. Vorrichtung zum Ermitteln der Verschlechterung eines katalytischen Wandlers gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung eine Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur des katalytischen Wandlers aufweist und die Ermittlungsbedingungseinstelleinrichtung eine Durchflussbereichseinstelleinrichtung zum Ermitteln des zulässigen Durchflussbereichs gemäß der Temperatur aufweist, die durch die Temperaturerfassungseinrichtung erfasst wird.

3. Vorrichtung zum Ermitteln der Verschlechterung eines katalytischen Wandlers gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung eine Verbrennungsmotordrehzahlerfassungseinrichtung (5, 6) zum Erfassen der Verbrennungsmotordrehzahl aufweist und die ErmittlungsbedingungseinStelleinrichtung eine Durchflussbereichseinstelleinrichtung zum Ermitteln des zulässigen Durchlussratenbereichs gemäß der von der Verbrennungsmotordrehzahlerfassungseinrichtung (5, 6) erfassten Verbrennungsmotordrehzahl aufweist.

4. Vorrichtung zum Ermitteln der Verschlechterung eines katalytischen Wandlers gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung desweiteren eine Betriebsparametererfassungseinrichtung zum Erfassen von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors aufweist, welche zumindest entweder die Temperatur der Einlassluft oder die Temperatur des Verbrennungsmotors einschliessen, und die Ermittlungsbedingungseinstelleinrichtung desweiteren eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren des zulässigen Durchflussbereichs aufweist, der gemäß den durch die Betriebsparametererfassungseinrichtung erfassten Betriebsparameter durch die Durchflusseinstelleinrichtung ermittelt wird, und wobei die Unterbindungseinrichtung unterbindet, dass die Ermittlungseinrichtung den Betrieb des Ermittelns auf der Grundlage des zulässigen Durchflussbereichs durchführt, nachdem er von der Korrektureinrichtung korrigiert ist.

5. Vorrichtung zum Ermitteln der Verschlechterung eines katalytischen Wandlers gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung angepaßt ist, an einem Automobil montiert zu werden, wobei die Erfassungseinrichtung desweiteren eine Fahrgeschwindigkeiterfassungseinrichtung zum Erfassen der Fahrgeschwindigkeit des Automobils aufweist und die Ermittlungsbedingungseinstelleinrichtung desweiteren eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren des zulässigen Durchflussbereichs aufweist, der durch die Durchflussbereichseinstelleinrichtung gemäß der durch die Fahrgeschwindigkeitserfassungseinrichtung erfassten Fahrgeschwindigkeit ermittelt wird, und wobei die Unterbindungseinrichtung unterbindet, dass die Ermittlungseinrichtung den Betrieb des Ermittelns auf der Grundlage des zulässigen Durchflussbereichs durchführt, nachdem er durch die Korrektureinrichtung korrigiert wird.

6. Vorrichtung zum Ermitteln der Verschlechterung eines katalytischen Wandlers gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung angepaßt ist, um an ein Automobile montiert zu werden, wobei die Erfassungseinrichtung desweiteren eine Verzögerungserfassungsbedingungseinrichtung zum Erfassen einer Verzögerungsbedingung, bei der das Automobil verzögert wird oder der Verbrennungsmotor im Leerlauf ist, aufweist, und die Ermittlungsbedingungseinstelleinrichtung desweiteren eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren des zulässigen Durchflussbereichs aufweist, der durch die Durchflussbereichseinstelleinrichtung erfasst ist, derart, dass der zulässige Bereich enger wird, nachdem die Verzögerungsbedingung für einen vorbestimmten Zeitraum beendet ist, die gemäß dem Zeitraum ermittelt wird, in dem die Verzögerungsbedingung fortgesetzt wird, und wobei die Unterbindungseinrichtung unterbindet, dass die Ermittlungseinrichtung den Betrieb des Ermittelns auf der Grundlage des zulässigen Durchflussbereichs durchführt, nachdem er durch die Korrektureinrichtung korrigiert ist.

7. Vorrichtung zum Ermitteln der Verschlechterung eines katalytischen Wandlers gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung den zulässigen Durchflussbereich auf eine unterschiedliche Weise in Abhängigkeit davon korrigiert, ob das Automobil mit einem manuellen Schaltgetriebe oder einem Automatikgetriebe ausgerüstet ist.

8. Vorrichtung zum Ermitteln der Verschlechterung eines katalytischen Wandlers gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (13) ein linearer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor zum Erzeugen eines Signals ist, das sich gemäß der Änderung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses im Abgas fortgesetzt ändert, und wobei die Ermittlungsbedingungseinstelleinrichtung eine Durchflussbereichseinstelleinrichtung zum Ermitteln des zulässigen Luftdurchflussbereichs gemäß der Abweichung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses des in den katalytischen Wandler (12) strömenden Abgases von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis aufweist.