DE10019465C2 - Steuersystem für eine Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor-Heizungstemperatur für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft ein Steuersystem für eine Luft/Kraftstoff- Verhältnissensor-Heizungstemperatur für eine Brennkraftmaschine, insbesondere ein Steuersystem für eine Heizungstemperatur eines Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors, der an der Abgasanlage eines Direkteinspritzungsfremdzündungsmotors zu installieren ist, der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des durch den Motor erzeugten Abgases erfaßt.

Da bei der Installation eines Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors an der Motorabgasanlage zum Erfassen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases die Sensorausgabe mit der Temperatur an dessen Erfassungs­ element variiert, wurde vorgeschlagen, eine Heizung an dem Sensor vorzusehen und die Heizungstemperatur basierend auf der erfaßten Motorlast oder einem ähnlichen Parameter zu steuern, wie es beispielsweise durch die japanische Patentveröffentlichung JP 0062273446 AA (1987) bzw. Hei8­ (1996)-7176 gelehrt wird.

Bei diesem Stand der Technik wird ein wohlbekannter Sauerstoffsensor (O₂- Sensor) als der Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor verwendet, dessen Ausgabe sich jedesmal verändert, wenn das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von mager auf fett wechselt und umgekehrt, bezogen auf ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Kürzlich wurde ein weiterer, "universaler" Sensor oder "Breitband "-Sensor genannter Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor vorgeschlagen, der eine das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigende Ausgabe erzeugt, welche sich linear im Verhältnis zu der Sauerstoff­ konzentration im Abgas ändert. Der universale Sensor kann somit erfassen, inwieweit das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bezogen auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager oder fett ist. Die Anmelderin schlägt diese Art von Sensor in der JP 0007091292 AA wie auch in der US-Patentschrift 5,473,889 vor.

Von dem obigen abgesehen, wurde kürzlich ein Direkteinspritzungs­ fremdzündungsmotor vorgeschlagen, bei welchem ein Benzinkraftstoff derart direkt in die Brennkammer eingespritzt wird, daß eine Ultramagerverbrennung oder eine Schichtverbrennung (bei einem ultramageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis) oder die Vormischungslade- Verbrennung (bei einem gleichmäßigen Luft/Kraftstoff-Verhältnis) in dem Motor stattfindet, wie es beispielsweise in der JP 0060125748 AA bzw. in der entsprechenden japanischen Auslegeschrift Hei4(1992)-37264 offenbart ist.

Aus der DE 198 18 050 A1 ist eine Steuerung der Heizung eines Luft/Kraftstoff-Sensors in einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Heizung zur Förderung der Aktivierung des Sensors dient. Bei der Brenn­ kraftmaschine kann es sich beispielsweise um eine Brennkraftmaschine mit gesteuerter Benzineinspritzung handeln. Diese Veröffentlichung beschäftigt sich mit dem Problem einer Abnormalität des Sensors und schlägt Maß­ nahmen vor, die es ermöglichen, bei einer nur zeitweilig auftretenden Abnormalität des Sensors diesen Sensor nach einer kurzen Zeitdauer, während der der Sensor mit einer minimalen Leistungszufuhr betrieben wird, wieder zum normalen Betreibszustand zurückzuführen. Diese kurze Zeitdauer wird genutzt, um festzustellen, ob die Abnormalität des Sensors andauernd oder nur zeitweilig besteht.

Die DE 198 29 308 A1 beschreibt einen Ottomotor mit Direkteinspritzung, bei dem zwischen einer homogenen Verbrennung, bei der Treibstoff während des Ansaugtaktes eingespritzt wird, und einer geschichteten Verbrennung umgeschaltet wird, bei der Treibstoff während des Verdichtungstaktes eingespritzt wird. Ferner kann der Motor mit einer "schwach geschichteten Verbrennung" betrieben werden, bei der die einzuspritzende Treibstoffmenge zum Teil während des Ansaugtaktes und zum Teil während des Verdichtungstaktes eingespritzt wird. Die Veröffentlichung beschäftigt sich mit der Einstellung des Teilungsverhältnisses der in zwei Schritten durchgeführten Einspritzung.

Aus der DE 38 40 247 A1 ist ein System zum Steuern einer Temperatur ei­ ner Heizung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 bekannt. Bei diesem bekannten System erfolgt die Steue­ rung der Heizung in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors, einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert und mindestens einem weiteren Para­ meter, bei dem es sich beispielsweise um die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Ansauglufttemperatur oder die Kühlwassertemperatur handeln kann, um die Temperatur des Sensors auf einem konstanten Pegel von zumindest der Aktivierungstemperatur des Sensors zu halten. Das Ausgangssignal des Sensors wird für eine Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung zur Verfügung gestellt, die den Betrieb einer an einem Ansaugrohr montierten Kraftstoffeinspritzdüse steuert.

Bei dem in der aufgeführten Veröffentlichung JP 0060125748 AA vorgeschlagenen Direkteinspritzungsfremdzündungsmotor wird, da die Form der Verbrennung unterschiedlich ist, der Motorbetrieb in Abhängigkeit von der Motorlast umgestellt zwischen dem Betrieb, in dem eine Ultramager­ verbrennung stattfindet, und demjenigen, in dem eine Vormischungs­ ladeverbrennung stattfindet.

Wenn von dem Vormischungsladeverbrennungsbetrieb auf den Ultramager­ verbrennungsbetrieb umgestellt wird, da die Form der Verbrennung unterschiedlich ist, fällt die Verbrennungstemperatur ab, selbst wenn die Einlaßluftmenge unverändert bleibt. Dies erhöht die Wärmeübertragung von dem Erfassungselement zu dem umgebenden Abgas. Demzufolge fällt die Temperatur an dem Erfassungselement ab, was zur Änderung des Element­ widerstands führt. Im schlechtesten Fall kann dieser Temperaturabfall die Erfassungsfunktion degradieren aufgrund der als "Schwärzung" bezeichneten Änderung der Molekularstruktur.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuersystem für eine Luft/Kraftstoff-Verhältnissensorheizungstemperatur für eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, welches die Temperatur einer Heizung eines an einem Direkteinspritzungsfremdzündungsmotor installierten Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors für eine Aktivierung des Sensors ohne die Gefahr einer Degradation des Sensors steuern kann.

Diese Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellen eines Systems zum Steuern einer Temperatur einer Heizung eines Luft/Kraftstoff- Verhältnissensors nach Anspruch 1.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen in Einzelheiten weiter ersichtlich, in welchen:

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht ist, die ein Steuersystem für eine Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor-Heizungstemperatur für eine Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht ist, die ein Erfassungselement des in Fig. 1 dargestellten Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors zeigt;

Fig. 3 ein Schaltbild ist, das die Details einer Heizungs­ stromversorgungsschaltung des in Fig. 2 dargestellten Erfassungselements zeigt;

Fig. 4 ein Flußdiagramm ist, das den Betrieb des in Fig. 1 dargestellten Systems zeigt;

Fig. 5 ein Satz von Darstellungen ist, die ein Betriebsverhältnis, eine Charakteristik des Betriebsverhältnisses und eine vergrößernde Ein-Zeit zeigen, auf die alle in dem Flußdiagramm von Fig. 4 Bezug genommen ist;

Fig. 6 ein Satz von Darstellungen ist, die Charakteristiken der vergrößernden Ein-Zeit zeigen, auf die alle in dem Flußdiagramm von Fig. 4 Bezug genommen ist;

Fig. 7 eine Ansicht ähnlich der Fig. 4 ist, die jedoch ein Steuersystem für eine Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor- Heizungstemperatur für eine Brennkraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 8 eine Ansicht ähnlich der Fig. 4 ist, die jedoch ein Steuersystem für eine Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor- Heizungstemperatur für eine Brennkraftmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und

Fig. 9 eine Ansicht ähnlich der Fig. 4 ist, die jedoch ein Steuersystem für eine Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor- Heizungstemperatur für eine Brennkraftmaschine gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Gesamtansicht eines Steuersystems für eine Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor-Heizungstemperatur für eine Brennkraft­ maschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Die Bezugszahl 10 in dieser Figur bezeichnet eine OHC-Reihen-Vier-Zylinder- Brennkraftmaschine. Luft, die in ein Lufteinlaßrohr 12 über einen an dessen fernen Ende angebrachten Luftreiniger 14 gezogen wird, strömt durch einen Ausgleichsbehälter 16 und einen Einlaßkrümmer 20, wobei deren Strömung durch ein Drosselventil 18 eingestellt wird, zu zwei Einlaßventilen (nicht gezeigt) von jeweils einem des ersten bis vierten Zylinders 22 (der Kürze der Darstellung halber ist in der Figur nur einer gezeigt).

Jeder Zylinder 22 besitzt einen Kolben 24, der in dem Zylinder 22 verlagerbar ist. Die Oberseite des Kolbens 24 ist derart ausgespart, daß eine Brennkammer 28 in einem Raum ausgebildet ist, der durch die ausgesparte Zylinderoberseite und die Innenwand eines Zylinderkopfs (und die Innenwand des Zylinders 22) begrenzt wird. Eine Kraftstoff­ einspritzeinrichtung 30 ist in der Nähe der Mitte der Decke der Brennkammer 28 vorgesehen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 30 ist mit einem Kraftstoffzufuhrrohr 34 verbunden und wird mit unter Druck gesetztem Kraftstoff (Benzin) von einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) versorgt, der durch eine Pumpe (nicht gezeigt) gepumpt wird, und Kraftstoff direkt in die Brennkammer 28 einspritzt, wenn geöffnet. Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Luft und bildet das Luft/Kraftstoff- Gemisch.

Eine Zündkerze 36 ist in der Nähe der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 30 vorgesehen, die mit elektrischer Energie von einem Zündsystem umfassend eine Zündspule (keines gezeigt) versorgt wird und das Luft/Kraftstoff- Gemisch mit einem vorbestimmten Zündungstiming in der Reihenfolge des ersten, des dritten, des vierten und des zweiten Zylinders zündet. Die resultierende Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches treibt den Kolben 24 nach unten.

Der Motor 10 ist somit ein Direkteinspritzungsfremdzündungsmotor, bei welchem der Benzinkraftstoff durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 30 direkt in die Brennkammer 28 jeweiliger Zylinder 22 eingespritzt wird.

Das durch die Verbrennung erzeugte Abgas wird durch zwei Auslaßventile (nicht gezeigt) in einen Abgaskrümmer 40 abgegeben, von wo es durch ein Abgasrohr 42 zu einem Katalysator 44 (zum Entfernen von NOx im Abgas) und einem zweiten Katalysator 46 (Dreiwegkatalysator zum Entfernen von NOx, CO und HC im Abgas) strömt, um gereinigt zu werden, und dann aus dem Motor 10 strömt.

Das Abgasrohr 42 ist an einer Stelle stromabwärts der Einmündungsstelle des Abgaskrümmers 40 durch eine EGR-Leitung 50 mit dem Lufteinlaßrohr 12 verbunden, um das Abgas im Betrieb der EGR (Abgasrückführung) teilweise zurückzuführen. Ein EGR-Steuerventil 52 ist an der EGR-Leitung 50 vorgesehen, um das Ausmaß der EGR zu regulieren.

Das Drosselventil 18 ist nicht mechanisch mit einem Fahrpedal (nicht gezeigt) verbunden, das an dem Boden eines Fahrzeugfahrersitzes (nicht gezeigt) installiert ist, sondern ist mit einem Schrittmotor 54 verbunden, um durch den Motor zum Öffnen/Schließen des Lufteinlaßrohrs 12 angetrieben zu werden. Das Drosselventil 18 ist in einer derartigen DBW (Drive-By-Wire)- Weise betrieben.

Der Kolben 24 ist mit einer Kurbelwelle 56 verbunden, um diese zu drehen. Ein Kurbelwinkelsensor 62 ist in der Nähe der Kurbelwelle 56 installiert und umfaßt einen Pulsgeber 62a, der an der rotierenden Kurbelwelle 56 befestigt ist, sowie einen elektromagnetischen Aufnehmer 62b, der an einer gegenüberliegenden stationären Stelle befestigt ist. Der Kurbelwinkelsensor 62 erzeugt ein Zylinderunterscheidungssignal (als "CYL" bezeichnet) alle 720 Kurbelwinkelgrade, ein Signal (als "TDC" (oberer Totpunkt) bezeichnet) bei einer vorbestimmten BTDC-Kurbelwinkelstellung und ein Einheitssignal (als "CRK" bezeichnet) bei 30 Kurbelwinkelgraden, das durch Dividieren des TDC-Signalintervalls durch sechs erhalten wird.

Ein Drosselstellungssensor 64 ist mit dem Schrittmotor 54 verbunden und erzeugt ein Signal, welches den Öffnungsgrad des Drosselventils 18 anzeigt (als "TH" bezeichnet). Ein Krümmerabsolutdruck (MAP)-Sensor 66 ist in dem Lufteinlaßrohr 12 stromabwärts des Drosselventils 18 vorgesehen und erzeugt ein Signal, welches die Motorlast anzeigt, genauer gesagt den absoluten Krümmerdruck (als "PBA" bezeichnet), der durch die Einlaßluftströmung dort durch eine Leitung (nicht gezeigt) erzeugt wird.

Ein Einlaßlufttemperatursensor 68 ist an einer Stelle stromaufwärts des Drosselventils 18 (nahe dem Luftreiniger 14) vorgesehen und erzeugt ein Signal, das die Temperatur der Einlaßluft anzeigt (als "TA" bezeichnet). Und ein Kühlmitteltemperatursensor 70 ist in der Nähe des Zylinders 22 installiert und erzeugt ein Signal, das die Temperatur eines Motorkühlmittels anzeigt (als "TW" bezeichnet).

Ferner ist ein universaler (oder Breitband-)Sensor (Luft-Kraftstoff- Verhältnissensor) 72 an dem Abgasrohr 42 an einer Stelle stromaufwärts der Katalysatoren 44, 46 installiert und erzeugt ein Signal, das das Abgas- Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, welches sich linear im Verhältnis zu der Sauerstoffkonzentration im Abgas ändert. Dieser Sensor 72 wird nachfolgend als "LAF"-Sensor bezeichnet. Außerdem ist ein O₂-Sensor (Luft- Kraftstoff-Verhältnissensor) 74 an einer Stelle stromabwärts der Katalysatoren 44, 46 vorgesehen und erzeugt ein Signal, welches sich jedesmal ändert, wenn das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von mager zu fett wechselt und umgekehrt, bezogen auf ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis.

Außerdem ist ein Beschleunigerstellungssensor 76 in der Nähe des Fahrpedals vorgesehen, welcher ein Signal erzeugt, das die Stellung (Öffnungsgrad) des Fahrpedals anzeigt (als "θAP" bezeichnet). Und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 78 ist in der Nähe einer Antriebswelle (nicht gezeigt) des Fahrzeugs (nicht gezeigt) installiert, an welchem der Motor 10 angebracht ist, und erzeugt ein Signal, welches den Fahrzeugfahrzustand (Fahrzeuggeschwindigkeit als "V" bezeichnet) anzeigt.

Die Ausgaben der Sensoren werden zu einer ECU (Elektronische Steuereinheit) 80 geschickt. Die ECU 80 umfaßt einen Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM, einem RAM (alle nicht gezeigt), etc. Das durch den Kurbelwinkelsensor 62 erzeugte CRK-Signal wird durch einen Zähler (nicht gezeigt) in der ECU 80 gezählt und die Motordrehzahl NE wird erfaßt oder berechnet.

In der ECU 80 bestimmt oder berechnet die CPU die Kraftstoff­ einspritzmenge und das Zündungstiming basierend auf den erfaßten Parametern, die durch die Sensoren erhalten werden und die erfaßte Motordrehzahl NE umfassen. Die Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge wird genauer erläutert; die CPU bestimmt ein gewünschtes Drehmoment (als "PME" bezeichnet), das durch den Motor 10 zu erzeugen ist, basierend auf der erfaßten Motordrehzahl NE und der erfaßten Beschleunigerstellung θAP. Die CPU bestimmt oder berechnet dann ein gewünschtes, dem Motor 10 zuzuführendes Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD, basierend auf dem bestimmten gewünschten Drehmoment PME und der erfaßten Motordrehzahl NE.

Parallel zu dem obigen bestimmt oder berechnet die CPU eine Basiseinspritzmenge (als "TI" bezeichnet) basierend auf der erfaßten Motordrehzahl NE und dem Krümmerabsolutdruck PBA. Basierend auf der bestimmten Basiseinspritzmenge bestimmt sie dann wie folgt eine Ausgabeeinspritzmenge (als "TOUT" bezeichnet). Die Mengen TI und TOUT werden hinsichtlich der Kraftstoffeinspritzeinrichtungsöffnungsperiode bestimmt.

TOUT = TI × KCMDM × KEGR × KLAF × KT + TT

In dem obigen ist KCMDM ein gewünschter Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Korrekturkoeffizient und bestimmt durch Korrigieren des gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KCMD durch die Ladeeffizienz. Die Werte KCMD und KCMDM werden tatsächlich bezüglich des Äquivalenz­ verhältnisses bestimmt.

In dem obigen ist KEGR ein Korrekturkoeffizient zum Korrigieren der durch EGR erzeugten Störung und bestimmt basierend auf dem gewünschten Drehmoment PME und der Motordrehzahl NE. KLAF ist ein Rückkopplungs- Korrekturkoeffizient und bestimmt basierend auf der Ausgabe des LAF- Sensors 72. KT ist das Produkt weiterer Korrekturfaktoren in multiplikativer Form und TT ist die Summe weiterer Korrekturfaktoren in additiver und subtraktiver Form.

Was das gewünschte Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD anbelangt, so bestimmt die CPU dieses derart, daß das tatsächliche Luft/Kraftstoff- Verhältnis in der Nähe der Zündkerze 36 in einen Bereich von 12,0 : 1 bis 15,0 : 1 fällt, ungeachtet der Motorlast, wohingegen das tatsächliche mittlere Luft/Kraftstoff-Verhältnis (über den Zylinder 22 gemitteltes Luft/Kraftstoff-Verhältnis) in einen Bereich von 12,0 : 1 bis 15,0 : 1 bei einer hohen Motorlast fällt, in einen diesen übersteigenden Bereich, jedoch bis zu 22,0 : 1 bei einer mittleren Motorlast fällt, und in einen diesen übersteigenden Bereich, jedoch bis zu 60,0 : 1 bei einer niedrigen Motorlast fällt. Außerdem steuert die CPU für ein Einspritzen von Kraftstoff während des Ansaughubs bei einer hohen oder mittleren Motorlast, wohingegen sie für ein Einspritzen von Kraftstoff während des Kompressionshubs bei einer niedrigen Motorlast steuert. Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Einlaßluft und wird gezündet, was zu der Ultramagerverbrennung (DISC (Direkteinspritzungs-Schichtlade)-Verbrennung) oder der Vormischungs­ ladeverbrennung führt.

Es wird die Bestimmung des Zündungstimings erläutert; die CPU bestimmt eine Basis-Zündzeit basierend auf der erfaßten Motordrehzahl NE und der Motorlast (Krümmerabsolutdruck PBA) und bestimmt durch Korrigieren derselben durch die erfaßte Kühlmitteltemperatur TW und einige ähnliche Parameter ein dem Motor 10 zuzuführendes Ausgabezündungstiming.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau des Erfassungs­ elements des LAF-Sensors 72 zeigt.

Wie es in der oben genannten japanischen offengelegten Patentanmeldung (Nr. Hei7(1995)-91292) offenbart ist, besitzt der LAF-Sensor 72 eine Diffusionsbarriere 72a, eine Luftreferenz 72b, eine Sauerstoff­ konzentrationszelle 72c (sandwichartig zwischengefügt) mit einem Fest­ elektrolyten, durch den der Strom durch Sauerstoffionen getragen wird, und eine Pumpzelle 72d, die gegenüber der Sauerstoffkonzentrationszelle 72c ausgebildet ist, die die Diffusionsbarriere 72a sandwichartig zwischenfügt, konvergiert auf einen vorbestimmten Wert. Die Spannung der Sauerstoff­ konzentrationszelle 72c wird mit einer Referenzspannung verglichen und ein Pumpstrom Ip wird den Elektroden der Pumpzelle 72d in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs derart zugeführt, daß die Sauerstoff­ konzentration in der Diffusionsbarriere 72a bei einem vorbestimmten Wert aufrechterhalten wird. Der Pumpstromwert wird erfaßt und durch einen Verstärker (nicht gezeigt) verstärkt, der die Sauerstoffkonzentration, d. h. das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Abgas anzeigt.

Eine Heizung 72e ist in der Nähe der Pumpzelle 72d installiert, die durch eine Heizungsstromversorgungsschaltung 84 mit einem Strom versorgt wird, um das Erfassungselement einschließlich die Pumpzelle 72d zu heizen.

Diese Art von Sensor ist nicht aktiv, solange die Temperatur des Erfassungselements einschließlich der Pumpzelle 72d 700°C oder ungefähr 700°C erreicht hat, und demzufolge ist die Sensorausgabecharakteristik (Pumpstromcharakteristik) nicht stabil. Ferner, selbst nachdem die Temperatur auf dieses Aktivierungsniveau ansteigt, bleibt die Sensorausgangscharakteristik noch in einem gewissen Ausmaß abhängig von der Temperatur. Außerdem, falls die Temperatur unter das Aktivierungsniveau abfällt, kann das Problem der Sensordegradation aufgrund der Schwärzung auftreten.

In dem System gemäß der Ausführungsform ist es deshalb vorgesehen, durch die Heizungsstromversorgungsschaltung 84 einen Strom zu der Heizung 72e zuzuführen, um die Temperatur einschließlich der Pumpzelle 72d des Erfassungselements des LAF-Sensors 72 zu steuern.

Fig. 3 ist ein Schaltbild der Heizungsstromversorgungsschaltung 84.

Wie dargestellt, besitzt die Heizungsstromversorgungsschaltung 84 einen Stromtreiber 84a, der die Stromversorgungsspannung (Batteriespannung) VB in Abhängigkeit von einem PWM (Pulsbreitenmodulation)- Betriebsverhältnis reguliert, welches durch die ECU 80 bestimmt oder berechnet wird, wie es später erläutert wird, um den Strom zu der Heizung 72e zuzuführen. Die ECU 80 überwacht den Strom durch einen Pegelwandler 84b und verhindert, daß ein übermäßiger Strom zu der Heizung 72e fließt.

Die Heizungsstromversorgungsschaltung 84 ist mit einem Stromsensor 84c zum Erfassen des zu der Heizung 72e zugeführten Stroms und einem Spannungssensor 84d zum Erfassen der Spannung an der Heizung 72e versehen. Die Ausgaben der Sensoren 84c, 84d werden zu der ECU 80 geleitet.

Die ECU 80 bestimmt oder berechnet den Widerstand der Heizung 72e basierend auf den Sensorausgaben. Die Heizungstemperatur (Wärmemenge) bezogen auf den Heizungswiderstand beträgt zum Beispiel etwa 25°C bei 3,15 Ω und etwa 800°C bei 9,0 Ω und ist ungefähr linear. Dementsprechend ist das System dazu ausgebildet, die Temperatur des LAF-Sensors 72 zu erfassen oder abzuschätzen, genauer gesagt die Temperatur seines Erfassungselements (als "TLAF" bezeichnet), und basierend auf der erfaßten oder abgeschätzten Sensortemperatur TLAF, die Temperatursteuerung der Heizung 72e mittels PWM durchzuführen.

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, welches den Betrieb der Heizungstemperatur­ steuerung zeigt, allgemeiner den Betrieb des Steuersystems für eine Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor-Heizungstemperatur für eine interne Steuerung gemäß der Ausführungsform der Erfindung. Das Programm dieses Flußdiagramms wird mit einem vorgeschriebenen Zeitintervall wie 100 ms ausgeführt.

Das Programm beginnt bei S10, bei dem das Betriebsverhältnis aus Tabellendaten unter Verwendung der erfaßten Sensortemperatur TLAF als Adressdaten abgerufen wird. Dies wird mit Bezug auf Fig. 5 erläutert. Wie es in Fig. 5A dargestellt ist, wird zunächst durch den Tabellendatenabruf das Betriebsverhältnis (definiert durch die Ein-Zeit t, dividiert durch die Periode T) bestimmt, und basierend darauf, wird im Verhältnis zu dem Betriebsverhältnis der Strom durch den Stromtreiber 84a zu der Heizung 72e zugeführt, um dieselbe zu heizen.

Fig. 5B zeigt die Charakteristik der Tabellendaten des Betriebs­ verhältnisses, das durch durchgezogene Linien dargestellt ist. Wie es dargestellt ist, wird das Betriebsverhältnis maximal eingestellt (z. B. 90% bis 95%), wenn die Sensortemperatur unter einer vorbestimmten Temperatur (z. B. 740°C) ist, und allmählich abnehmend eingestellt, wenn die Sensortemperatur die vorbestimmte Temperatur von 740°C übersteigt. Es ist zu bemerken, daß die Charakteristik unter der Annahme vorbereitet ist, daß die Form der Verbrennung die Vormischungsladeverbrennung ist.

Zurückkommend auf die Erläuterung von Fig. 4 schreitet das Programm zu S12, bei dem bestimmt wird, ob die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet ist. Da das Drosselventil 18 in Verschließrichtung angetrieben wird, um die Einlaßluftmenge zu verringern, wenn die Kraftstoffabschaltung im Gang ist, fällt die Temperatur ein wenig ab. Wenn das Ergebnis in S12 bestätigend ist, so überspringt das Programm aus diesem Grund S14 und S16.

Wenn das Ergebnis in S12 negativ ist, so schreitet das Programm andererseits zu S14, bei dem bestimmt wird, ob das Bit eines Flags F.DISC auf 1 gesetzt ist. In einer Routine (nicht gezeigt) wird das Bit des Flags auf 1 gesetzt, falls festgestellt wird, daß der Motor 10 mit der Ultramagerverbrennung betrieben werden sollte, wohingegen es auf 0 zurückgesetzt wird, falls der Motor 10 mit der Vormischungs­ ladeverbrennung betrieben werden sollte.

Deshalb entspricht die Prozedur in diesem Schritt der Bestimmung, ob der Motor 10 mit der Ultramagerverbrennung betrieben wird. Der Grund ist, daß, wie oben erwähnt, da die Verbrennungstemperatur bei der Ultramagerverbrennung abfällt und die Wärmeübertragung von dem Erfassungselement zu dem umgebenden Abgas steigt, was zu der Veränderung des Elementwiderstands führt und, im schlechtesten Fall, die Erfassungsfunktion degradieren kann aufgrund der Schwärzung genannten, stattfindenden Änderung der Molekularstruktur.

Wenn das Ergebnis in S14 bestätigend ist, schreitet das Programm zu S16, bei dem eine vergrößernde Ein-Zeit ta aus Tabellendaten (deren Charakteristik in Fig. 6A gezeigt ist) unter Verwendung des gewünschten Drehmoments PME als Adressdaten abgerufen wird und der Ein-Zeit t hinzugefügt wird. Wie es in Fig. 5C veranschaulicht ist, wird die Ein-Zeit t, wenn der Motor 10 mit der Ultramagerverbrennung betrieben wird, durch die vergrößernde Ein-Zeit ta (als schraffierter Bereich gezeigt) derart erweitert, daß das Betriebsverhältnis erhöht wird. Wie es in Fig. 6A veranschaulicht ist, wird die vergrößernde Ein-Zeit ta derart eingestellt, daß sie sich mit steigendem gewünschten Drehmoment PME verringert.

In dem Flußdiagramm von Fig. 4 schreitet das Programm zu S18, bei welchem das bestimmte Betriebsverhältnis ausgegeben wird und basierend auf dem bestimmten Betriebsverhältnis der Strom zu der Heizung 72e zugeführt wird. Wenn die Heizung 72e des LAF-Sensors 72 durch den Stromtreiber 84a damit mit dem Strom versorgt wird, so wird das Betriebsverhältnis vergrößert, so daß die Wärmemenge ansteigt. Andererseits, wenn das Ergebnis in S12 bestätigend ist oder wenn das Ergebnis in S14 negativ ist, so schreitet das Programm unmittelbar zu S18, bei welchem die Zufuhr von Strom basierend auf dem in S10 bestimmten Betriebsverhältnis ausgeführt wird.

Da das System dazu ausgebildet ist, das Betriebsverhältnis basierend auf der erfaßten oder abgeschätzten Sensortemperatur TLAF derart zu bestimmen, daß die Heizung 72e des LAF-Sensors 72 basierend auf dem Betriebsverhältnis geheizt wird, kann in dieser Ausführungsform die Ausführungsform somit die Temperatur des Erfassungselements des LAF- Sensors 72 in einem gewünschten Bereich steuern, wodurch es ermöglicht wird, eine angemessene Erfassungsgenauigkeit für das Luft/Kraftstoff- Verhältnis zu erzielen.

Ferner, da das System dazu ausgebildet ist, die Heizungstemperatur­ steuerung in Abhängigkeit von der Form der Verbrennung auszuführen, genauer gesagt, das Ausmaß der Stromzufuhr derart zu erhöhen, wenn der Motor 10 mit der Ultramagerverbrennung betrieben wird, daß die Wärmemenge steigt, kann es ein Abfallen der Temperatur des Erfassungs­ elements verhindern, selbst falls die Verbrennungsform von der Vormischungsladeverbrennung auf die Ultramagerverbrennung umgestellt wird, wodurch es ermöglicht wird, ein Degradieren der Funktion des Sensors zu verhindern.

Fig. 7 ist eine der Fig. 4 ähnliche Ansicht, zeigt jedoch den Betrieb des Steuersystems für eine Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor-Heizungstemperatur für eine Brennkraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Dies wird mit Konzentration auf die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform erläutert. Das Programm beginnt in S100 und schreitet über S102, S104 zu S106, bei welchem die vergrößernde Ein-Zeit ta aus Tabellendaten (deren Charakteristiken in den Fig. 6B und 6C gezeigt sind) abgerufen wird unter Verwendung der Motordrehzahl NE bzw. der Motorlast (Krümmerabsolutdruck PBA) als Adressdaten. Wie es in den Figuren veranschaulicht ist, wird die vergrößernde Ein-Zeit ta eingestellt, um sich mit steigender Motordrehzahl NE und steigendem Krümmerabsolutdruck PBA zu verringern.

Der Rest der Gestaltung wie auch die Wirkungen und Vorteile sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß die vergrößernde Ein-Zeit ta aus der Motordrehzahl NE bzw. der Motorlast (Krümmerabsolutdruck PBA) bestimmt wird.

Fig. 8 ist eine der Fig. 4 ähnliche Ansicht, zeigt jedoch den Betrieb des Steuersystems für eine Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor-Heizungstemperatur für eine Brennkraftmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Dies wird mit Konzentration auf die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform erläutert. Das Programm beginnt in S200 und schreitet über S202, S204 zu S206, bei welchem die vergrößernde Ein-Zeit ta jeweils aus Tabellendaten (deren Charakteristiken in Fig. 6D gezeigt sind) abgerufen wird unter Verwendung der Fahrzeuggeschwindigkeit V (welche den Fahrzeugfahrzustand anzeigt) als Adressdaten. Wie es in den Figuren veranschaulicht ist, wird die vergrößernde Ein-Zeit ta eingestellt, um sich mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit V zu verringern.

Der Rest der Gestaltung wie auch die Wirkungen und Vorteile sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß die vergrößernde Ein-Zeit ta aus der den Fahrzeugfahrzustand anzeigendem Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt wird.

Fig. 9 ist eine der Fig. 4 ähnliche Ansicht, zeigt jedoch den Betrieb des Steuersystems für eine Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor-Heizungstemperatur für eine Brennkraftmaschine gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.

Dies wird mit Konzentration auf die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform erläutert. In der vierten Ausführungsform werden das Betriebsverhältnis und die vergrößernde Ein-Zeit in Abhängigkeit von dem Umstand bestimmt, ob die EGR im Gang ist. Dies deshalb, weil die Verbrennungstemperatur sich aufgrund des zurückgeführten Abgases, bewirkt durch die EGR, verändert.

Das Programm beginnt in S300, bei dem bestimmt wird, ob der EGR-Betrieb im Gang ist. Dies wird durchgeführt durch Erfassen des Ausmaßes des Anstiegs des EGR-Steuerventils 52 durch einen Anstiegssensor oder durch Lesen des Wertes des EGR-Korrekturkoeffizienten KEGR.

Wenn das Ergebnis in S300 negativ ist, so schreitet das Programm zu S302, bei welchem das Betriebsverhältnis bestimmt wird durch Abrufen der Tabellendaten ohne EGR-Betrieb (d. h. den in Fig. 5B durch durchgezogene Linien gezeigten) aus der Sensortemperatur TLAF in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform. Andererseits, wenn das Ergebnis in S300 bestätigend ist, so schreitet das Programm zu S304, bei welchem das Betriebsverhältnis bestimmt wird durch Abrufen von Tabellendaten (mit EGR-Betrieb, deren Charakteristik in Fig. 5B in gestrichelten Linien gezeigt ist) unter Verwendung der gleichen Parameter als Adressdaten.

Das Programm schreitet dann über S306 und S308 zu S310, bei welchem wieder bestimmt wird, ob der Betrieb der EGR in Gang ist.

Wenn das Ergebnis in S310 negativ ist, schreitet das Programm zu S312, bei welchem die vergrößernde Ein-Zeit ta bestimmt wird durch Abrufen der Tabellendaten ohne EGR-Betrieb (d. h. den in Fig. 6D durch durchgezogene Linien gezeigten) aus der Fahrzeuggeschwindigkeit V in der gleichen Weise wie bei der dritten Ausführungsform, und hinzugefügt wird, um das Betriebsverhältnis zu erhöhen. Andererseits, wenn das Ergebnis in S310 bestätigend ist, schreitet das Programm zu S314, bei welchem die vergrößernde Ein-Zeit ta bestimmt wird durch Abrufen von Tabellendaten (deren Charakteristik in Fig. 6D in gestrichelten Linien gezeigt ist) unter Verwendung der gleichen Parameter als Adressdaten, und hinzugefügt wird, um das Betriebsverhältnis zu erhöhen. Das Programm schreitet dann zu S316, bei welchem das bestimmte Betriebsverhältnis ausgegeben wird.

In der vierten Ausführungsform, da das System dazu ausgebildet ist, das Betriebsverhältnis und die vergrößernde Ein-Zeit basierend auf der Bestimmung darüber, ob die EGR in Gang ist, zu bestimmen, kann diese daher eine angemessenere Erfassungsgenauigkeit des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses erzielen und effizienter ein Degradieren der Funktion des Sensors verhindern.

Es ist bei der vierten Ausführungsform zu bemerken, daß, obwohl die vergrößernde Ein-Zeit ta basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt wird, es alternativ möglich ist, sie basierend auf den anderen bei den vorausgegangenen Ausführungsformen verwendeten Parametern zu bestimmen, wie dem gewünschten Drehmoment PME, das bei der ersten Ausführungsform verwendet wird.

Die erste bis vierte Ausführungsform sind daher ausgebildet mit einem System zum Steuern einer Temperatur einer Heizung (72e) eines Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors (72), der in einer Brennkraftmaschine (10) installiert ist und ein Signal erzeugt, das ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem durch den Motor erzeugten Abgas anzeigt, umfassend: die Heizung (72e), die an dem Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor (72) und zum Heizen eines Erfassungselements des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors, wenn mit Strom versorgt, installiert ist, und Stromversorgungssteuermittel (ECU 80, S10, S100, S200, S302, S304) zum Steuern einer Zufuhr von Strom zu der Heizung. In dem System ist der Motor (10) ein Direkteinspritzungs­ fremdzündungsmotor, der mit einer Ultramagerverbrennung oder einer Vormischungsladeverbrennung betrieben wird, und das System umfaßt: Sensortemperaturbestimmungsmittel (ECU 80, Sensoren 84c, 84d) zum Bestimmen der Temperatur des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors (TLAF) und Verbrennungsbestimmungsmittel (ECU 80, S14, S104, S204, S308) zum Bestimmen, ob der Motor mit einer Ultramagerverbrennung betrieben wird, und wobei die Stromversorgungssteuermittel (ECU 80, S16, S18, S106, S206, S206, S310-S316) die Zufuhr von Strom zu der Heizung basierend wenigstens auf der bestimmten Temperatur des Luft/Kraftstoff- Verhältnissensors und einem Ergebnis der Bestimmung darüber steuern, ob der Motor mit einer Ultramagerverbrennung betrieben wird.

In dem System steuern die Stromversorgungssteuermittel für einen Anstieg der Zufuhr von Strom, wenn bestimmt wird, daß der Motor mit der Ultramagerverbrennung zu betreiben ist (ECU 80, S16, S18, S106, S108, S206, S208, S310-S316).

Das System umfaßt ferner Betriebszustandserfassungsmittel (ECU 80, Sensoren 62, 66, 76, 78) zum Erfassen wenigstens eines Betriebszustands des Motors und eines Fahrzustands eines Fahrzeugs, an dem der Motor angebracht ist; und Vergrößerungsausmaßbestimmungsmittel (ECU 80, S16, S106, S206, S312, S314) zum Bestimmen eines Vergrößerungs­ ausmaßes (ta) basierend wenigstens auf einem Parameter, der basierend auf den Betriebzuständen des Motors und dem Fahrzustand des Fahrzeugs erhalten wird, und wobei die Stromversorgungssteuermittel für einen Anstieg der Zufuhr von Strom durch Hinzufügen des Vergrößerungs­ ausmaßes zu dem Strom steuern.

In dem System bestimmt das Vergrößerungsausmaßbestimmungsmittel das Vergrößerungs­ ausmaß basierend auf einem gewünschten Drehmoment (PME), das durch eine Motordrehzahl und eine Stellung eines Fahrpedals bestimmt wird.

In dem System bestimmt das Vergrößerungsausmaßbestimmungsmittel das Vergrößerungs­ ausmaß basierend auf einer Motordrehzahl (NE) und einer Situation einer Motorlast (PBA).

In dem System bestimmt das Vergrößerungsausmaßbestimmungsmittel das Vergrößerungs­ ausmaß basierend auf dem Fahrzustand des Fahrzeugs (V).

In dem System ist der Fahrzustand des Fahrzeugs eine Fahrzeug­ geschwindigkeit (V).

Das System umfaßt ferner EGR-Betriebsbestimmungsmittel (ECU 80, S300, S310) zum Bestimmen, ob ein Betrieb einer EGR im Gang ist, in welchem das Abgas teilweise in ein Lufteinlaßsystem des Motors zurückgeführt wird, und die Stromversorgungssteuermittel steuern für einen Anstieg der Zufuhr von Strom, wenn der Betrieb der EGR im Gang ist (ECU 80, S304, S314).

In dem System wird die Zufuhr von Strom hinsichtlich eines Betriebs­ verhältnisses in PWM bestimmt.

In dem vorangegangenen bedeutet "wenigstens", daß statt dessen (ein) andere(r) Parameter verwendet werden können (kann).

Ein System zum Steuern einer Temperatur einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis­ sensorheizung eines Direkteinspritzungsfremdzündungsmotors, der mit einer Ultramagerverbrennung oder einer Vormischungsladeverbrennung betrieben wird. Bei dem System wird die Temperatur des Luft/Kraftstoff- Verhältnissensors abgeschätzt und die Zufuhr von Strom zu der Heizung wird hinsichtlich eines Betriebsverhältnisses in PWM bestimmt basierend auf der abgeschätzten Temperatur des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors und wird erhöht, wenn bestimmt wird, daß der Motor mit der Ultramager­ verbrennung zu betreiben ist. Das Betriebsverhältnis wird durch eine vergrößernde Ein-Zeit erhöht, die basierend auf einem Parameter wie einem gewünschten Drehmoment, einer Motordrehzahl und Motorlast, oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird. Die Zufuhr von Strom wird auch erhöht, wenn der EGR-Betrieb im Gang ist.

Claims (7)

1. System zum Steuern einer Temperatur einer Heizung (72e) eines Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors (72), der in einer Brennkraftma­ schine (10) installiert ist und ein Signal erzeugt, das ein Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis in einem durch den Motor erzeugten Abgas anzeigt, umfassend;
die Heizung (72e), installiert an dem Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor (72) und zum Heizen eines Erfassungselements des Luft/Kraftstoff- Verhältnissensors, wenn mit Strom versorgt,
Motorbetriebszustandserfassungsmittel (80, 62, 66, 76, 78) zum Bestimmen wenigstens eines Parameters (PME, NE, PBA, V), der einen Betriebszustand des Motors und eines Fahrzeugs angibt, an dem der Motor angebracht ist, und
Stromversorgungssteuermittel (80, S10, S100, S200, S302, S304) zum Steuern einer Zufuhr von Strom zu der Heizung bassierend auf dem bestimmten Parameter,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Motor (10) ein Direkteinspritzungsfremdzündungsmotor ist, der mit einer Ultramagerverbrennung, bei der das Luft/Kraftstoff-Verhält­ nis auf einen mageren Wert eingestellt wird, oder einer Vormischungsladeverbrennung betrieben wird, bei der das Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis auf einen Wert eingestellt wird, der weniger mager als bei der Ultramagerverbrennung ist, und das System umfaßt:
Sensortemperaturerfassungsmittel (80, 84c, 84d) zum Erfassen der Temperatur des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors (TLAF), und
Verbrennungsunterscheidungsmittel (80, S14, S104, S204, S308) zum Unterscheiden dahingehend, ob der Motor mit der Ultramager­ verbrennung betrieben wird,
und wobei die Stromversorgungssteuermittel (80, S16, S18, S106, S108, S206, S208, S310-S316) die Zufuhr von Strom zu der Hei­ zung steuern basierend auf der erfaßten Temperatur des Luft/Kraft­ stoff-Verhältnissensors und dem bestimmten Parameter (PME, NE, PBA, V), wenn dahingehend unterschieden wird, daß der Motor mit der Ultramagerverbrennung zu betreiben ist.

2. System nach Anspruch 1, wobei die Stromversorgungssteuermittel für einen Anstieg der Zufuhr von Strom steuern, wenn dahingehend unterschieden wird, daß der Motor mit der Ultramagerverbrennung zu betreiben ist (80, S16, S18, S106, S108, S206, S208, S310-­ S316).

3. System nach Anspruch 2, ferner umfassend:
Vergrößerungsausmaßbestimmungsmittel (80, S16, S106, S206, S312, S314) zum Bestimmen eines Vergrößerungsausmaßes (ta) basierend auf dem bestimmten Parameter (PME, NE, PBA, V),
wobei die Stromversorgungssteuermittel für einen Anstieg der Zu­ fuhr von Strom steuern durch Hinzufügen des Vergrößerungsaus­ maßes zu dem Strom.

4. System nach Anspruch 3, wobei das Vergrößerungsausmaßbestim­ mungsmittel das Vergrößerungsausmaß bestimmt basierend auf dem bestimmten Parameter, der ein gewünschtes Drehmoment (PME) angibt, das aus einer Motordrehzahl (NE) und einer Stellung eines Fahrpedals (θAP) bestimmt wird.

5. System nach Anspruch 3, wobei das Vergrößerungsausmaßbestim­ mungsmittel das Vergrößerungsausmaß bestimmt basierend auf dem bestimmten Parameter (V), der eine Fahrzeuggeschwindigkeit angibt.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend:
EGR-Betriebsunterscheidungsmittel (80, S300, S310) zum Unter­ scheiden dahingehend, ob ein Betrieb einer EGR im Gang ist, bei der das Abgas teilweise in ein Lufteinlaßsystem des Motors zurückge­ führt wird,
und wobei die Stromversorgungssteuermittel für einen Anstieg der Zufuhr von Strom steuern, wenn dahingehend unterschieden wird, daß der Betrieb der EGR im Gang ist (80, S304, S314).

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Zufuhr von Strom hinsichtlich eines Betriebsverhältnisses in PWM bestimmt wird.