DE10339465A1

DE10339465A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in Verbrennungsmotoren mit Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE10339465A1
Application number: DE10339465A
Authority: DE
Inventors: Yuichi Toyota Goto; Kazuhiro Toyota Iwahashi; Takayuki Toyota Demura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2023-08-28
Also published as: US20040040541A1; FR2844006A1; FR2844006B1; DE10339465B4; JP3765294B2; US6901906B2; JP2004084561A

Abstract

Bei der Rückkopplungssteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wird der Sprungbetrag zur fetten Seite um einen Offset-Wert OS gegenüber dem Sprungbetrag zur mageren Seite vergrößert, so daß der Mittelwert der Rückkopplungssteuerung zur fetten Seite hin verschoben wird. Infolgedessen wird der Fehlerbetrag aus einer fehlerhaften Erfassung durch den O¶2¶-Sensor absorbiert, und die Verschlechterung der Abgaswerte im Mehrfacheinspritz-Modus wird minimiert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einem Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung. Genauer betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, welche eine Rückkopplungssteuerung aufgrund des Kraftstoffeinspritz-Modus vornimmt.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Verbrennungsmotoren mit Direkteinspritzung, die mit Kraftstoff-Einspritzventilen (im folgenden als „Einspritzventile" bezeichnet) ausgestattet sind, welche Kraftstoff direkt in die Zylinder einspritzen, bringen bessere Kraftstoff-Verbrauchswerte und bessere Leistungswerte. Infolgedessen ist davon auszugehen, daß der Gebrauch dieser Motortypen in Zukunft noch zunimmt. Wenn in diesen Verbrennungsmotortypen eine Einfacheinspritzung durchgeführt wird, bei der eine beträchtliche Kraftstoffmenge pro Zyklus auf einmal eingespritzt wird, besteht die Tendenz, daß ein Teil des eingespritzten Kraftstoffs vom Kolbenboden abprallt und bei niedrigen Temperaturen an der Zündkerze haften bleibt, wodurch die Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs behindert wird. Insbesondere wird unmittelbar nach einem Kaltstart, wenn der Motor sich noch nicht ausreichend erwärmt hat, die Menge des eingespritzten Kraftstoffs erhöht, um die Verbrennung zu erleichtern. Diese Erhöhung der eingespritzten Kraftstoffmenge führt jedoch ihrerseits zu einer Erhöhung der Menge an Kraftstoff, der an der Zündkerze haftet, wodurch die Zündkerze verschmutzt wird. Durch diese Verschmutzung besteht die Tendenz zur Behinderung des effektiven Zündens der Zündkerze und damit der wirksamen Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches. Um dieses Problem zu vermeiden, ist in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2000-45840 eine Technik offenbart, bei der eine Mehrfacheinspritzung durchgeführt wird, bei der ein Teil des Kraftstoffs während der ersten Hälfte des Ansaughubs und ein Teil während der zweiten Hälfte des Ansaughubs durchgeführt wird. Genauer wird bei dieser Technik eine Mehrfacheinspritzung durchgeführt, bei der während der ersten Hälfte des Ansaughubs mehr Kraftstoff eingespritzt wird als während der zweiten Hälfte des Ansaughubs, wodurch die Menge des Kraftstoffs, der an der Zündkerze haften bleibt, verringert wird.
Um den Motor im Einfacheinspritz-Modus mit stöchiometrischer Verbrennung zu betreiben, wird eine Rückkopplungssteuerung aufgrund eines Werts durchgeführt, der von einem im Abgaskanal vorgesehenen Luft/Kraftstoff-Sensor ausgegeben wird, so daß das Gewichtsverhältnis der in den Zylinder gesaugten Luft zum Kraftstoff (im folgenden als Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors bezeichnet) stöchiometrisch wird. Dadurch, daß man das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch hält und das Abgas mit einem voll funktionsfähigen Dreiwegekatalysator wirksam reinigt, kann die Verschlechterung der Abgaswerte minimiert werden. Aber auch wenn eine stöchiometrische Verbrennung im Mehrfacheinspritz-Modus durchgeführt wird, ist es notwendig, die Verschlechterung der Abgaswerte zu minimieren.
Die Erfinder haben beobachtet, daß die Menge der NOx-Emissionen steigt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Mehrfacheinspritz-Modus mittels eines Rückkopplungssteuerungs-Verfahrens für den Einfacheinspritz-Modus begrenzt wird. Die Erfinder betrachten das folgende als einleuchtende Erklärung. Die Sauerstoffkonzentration im Abgas wird von einem Luft/Kraftstoff-Sensor erfaßt, der typischerweise ein O₂-Sensor oder ein A/F-Sensor ist. Dann wird eine Rückkopplungssteuerung des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses aufgrund des erfaßten Werts durchgeführt. Die Beschaffenheit des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors macht ihn anfällig für eine Beein trächtigung durch Wasserstoff. Wenn Kraftstoff bei niedrigen Temperaturen mehrmals pro Zyklus eingespritzt wird, ist die Verteilung des Kraftstoffs im Inneren der Brennkammer im Vergleich zu dem Fall, wo er bei normalen Temperaturen nur einmal eingespritzt wird, ungleichmäßig. Infolgedessen können keine guten Verbrennungsbedingungen aufrecht erhalten werden, was dazu führt, daß große Mengen Wasserstoff im Abgas enthalten sind. Der Wasserstoff reagiert mit dem Sauerstoff im Inneren des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, so daß der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor einen Wert erfaßt, welcher ein fetteres Luft/Kraftstoff-Verhältnis als das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors anzeigt, wenn der Motor im Mehrfacheinspritz-Modus betrieben wird. Infolgedessen kann ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das eigentlich mager ist, fälschlicherweise als fett erfaßt werden. Es kann davon ausgegangen werden, daß aufgrund dieses falsch erfaßten Werts die Rückkopplungssteuerung versuchen wird, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors zur mageren Seite hin zu verändern, was dazu führen würde, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors magerer wäre als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wodurch die Menge der NOx-Emissionen steigen würde.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Angesichts der genannte Probleme stellt die Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses bereit, welche eine bessere Rückkopplungssteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses aufgrund des Kraftstoffeinspritz-Modus durchführt.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung, welcher i) einen ersten Einspritz-Modus aufweist, bei dem eine stöchiometrische Verbrennung durch einmaliges Einspritzen von Kraftstoff pro Zyklus erreicht wird, sowie ii) einen zweiten Einspritz-Modus, bei dem die stöchiometrische Verbrennung durch mehrfaches Einspritzen von Kraftstoff pro Zyklus erreicht wird. Um den Motor mit stöchiometri scher Verbrennung zu betreiben, führt die Vorrichtung eine Rückkopplungssteuerung aufgrund eines Werts durch, welcher von einem Luft/Kraftstoff-Sensor ausgegeben wird, der im Abgaskanal vorgesehen ist, so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors stöchiometrisch wird. Mit dieser Vorrichtung verschiebt sich der Mittelwert der Rückkopplungssteuerung in eine Richtung, in der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors relativ zum Steuerungsmittelwert des ersten Einspritz-Modus fetter wird.
Mit der beschriebenen Vorrichtung wird im zweiten Einspritz-Modus das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur fetten Seite hin gesteuert, wenn die Tendenz besteht, daß es aufgrund einer fehlerhaften Erfassung durch den Luft/Kraftstoff-Sensor zur mageren Seite hin verschoben wird. Infolgedessen kann die Auswirkung der fehlerhaften Erfassung durch den Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor auf die Rückkopplungssteuerung vermindert werden. Daher kann auch im zweiten Einspritz-Modus eine angemessene Rückkopplungssteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses erreicht werden. Außerdem kann die Verschlechterung der Abgaswerte minimiert werden, auch wenn mehrere Kraftstoff-Einspritz-Modi kombiniert werden.
Um den Steuerungsmittelwert der Rückkopplungssteuerung zu ändern, kann die Schnelligkeit, mit der die Rückkopplungssteuerung eine Verschiebung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Motors von der mageren zur fetten Seite hin durchführt, so gesteuert werden, daß sie höher ist als die der Rückkopplungssteuerung, die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors von der fetten Seite zur mageren Seite hin verschiebt. Beispielsweise kann auch der Korrekturwert der Rückkopplungssteuerung, die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors, unmittelbar nachdem es von der fetten zur mageren Seite gewechselt hat, von der mageren Seite zur fetten Seite hin verschiebt, so gesteuert werden, daß er höher ist als der Korrekturwert der Rückkopplungssteuerung, die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors, unmittelbar nachdem es von der mageren zur fetten Seite gewechselt hat, von der fetten Seite zur mageren Seite hin verschiebt. In dieser Beschreibung bedeutet „Verschieben des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Motors" das Verschieben des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Motors, welches aufgrund des vom Luft/Kraftstoff-Sensor erfaßten Werts ausgegeben wurde, zwischen mager und fett, wobei das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis die Trennlinie zwischen ihnen darstellt. Es sei darauf hingewiesen, daß dieses Verschieben nicht genau mit der tatsächlichen Verschiebung zwischen dem tatsächlichen mageren und fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt. Außerdem soll „unmittelbar nachdem es (d.h. das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors) gewechselt hat" nicht nur den Augenblick des Wechsels, sondern auch einen festgelegten Zeitraum nach dem Wechsel einschließen.
Um den Steuerungsmittelwert der Rückkopplungssteuerung zu verändern, kann der Startzeitpunkt der Rückkopplungssteuerung, mit der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors von der fetten Seite zur mageren Seite hin verschoben wird, bezüglich des Startzeitpunkts der Rückkopplungssteuerung, mit der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors von der mageren Seite zur fetten Seite hin verschoben wird, verzögert werden, wobei die Punkte (d.h. die Zeitpunkte), an denen der Wert, der vom Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor ausgegeben wird, bezogen auf den Bezugswert wechselt, jeweils die Startpunkte darstellen.
Die Erfindung soll auch Verfahren und Programme einschließen, welche den oben beschriebenen Konstruktionen entsprechen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die obigen und/oder weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen besser ersichtlich, in denen ähnliche Ziffern verwendet werden, um ähnliche Elemente zu bezeichnen, und worin:
1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung ist, welcher mit einer Vorrichtung zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgestattet ist;
2 eine Skizze ist, welche die Reinigungsmerkmale eines Dreiwegekatalysators darstellt;
3 eine Skizze ist, welche die Ausgabewerte eines O₂-Sensors als ein Beispiel für einen Luft/Kraftstoff-Sensor darstellen;
4 ein Flußdiagramm ist, welches die Berechnungsschritte für den Beginn der Kraftstoffeinspritzung durch ein Einspritzventil zeigt;
5 ein Flußdiagramm ist, welches die Berechnungsschritte für den Korrekturkoeffizienten FAF zeigt;
6 ein Flußdiagramm ist, welches die Berechnungsschritte für den Korrekturkoeffizienten FAF im Einfacheinspritz-Modus zeigt;
7 ein Zeitdiagramm ist, welches die Beziehung zwischen der Ausgabe vom O₂-Sensor, einem fett/mager-Bestimmungs-Flag und den Schwankungen des Korrekturkoeffizienten FAF im Einfacheinspritz-Modus zeigt;
8 ein Flußdiagramm ist, welches die Berechnungsschritte für den Korrekturkoeffizienten FAF im Mehrfacheinspritz-Modus zeigt;
9 ein Zeitdiagramm ist, welches die Beziehung zwischen der Ausgabe des O₂-Sensors, dem fett/mager-Bestimmungs-Flag und den Schwankungen des Korrekturkoeffizienten FAF im Mehrfacheinspritz-Modus zeigen;
10 die schematische Darstellung eines Musters für die Berechnungen des Offset-Werts OS ist;
11 ein Flußdiagramm ist, welches die Schritte zeigt, mit denen ein fett/mager-Bestimmungs-Flag gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugt wird;
12 ein Zeitdiagramm ist, welches die Beziehung zwischen der Ausgabe eines O₂-Sensors und dem fett/mager-Bestimmungs-Flag im Einfacheinspritz-Modus sowie dem fett/mager-Bestimmungs-Flag im Mehrfacheinspritz-Modus zeigt; und
13 eine Skizze ist, welche die Beziehung zwischen einem erfaßten Stromwert und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis im A/F-Sensor zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erläutert. Für ein besseres Verständnis sind gleichen Komponenten in den Zeichnungen so weit wie möglich gleiche Bezugszahlen zugeordnet, und redundante Erklärungen wurden weggelassen.
1 zeigt schematisch den Aufbau eines Verbrennungsmotors (im folgenden als „Motor" bezeichnet) mit Direkteinspritzung 1, welcher mit einer Vorrichtung zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgestattet ist. Um den Motor 1 mit stöchiometrischer Verbrennung zu betreiben, umfaßt der Motor 1 sowohl einen Einfacheinspritz-Modus, bei dem der Kraftstoff nur einmal pro Zyklus eingespritzt wird, sowie einen Mehrfacheinspritz-Modus, bei dem der Kraftstoff mehrmals pro Zyklus eingespritzt wird. Um den Motor 1 mit stöchiometrischer Verbrennung zu betreiben, führt die Vorrichtung zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Rückkopplungssteuerung aufgrund eines Werts durch, der von einem Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 31 ausgegeben wird, welcher im Abgaskanal 10 vorgesehen ist, so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors stöchiometrisch wird. Diese Steuerung wird durch eine elektronische Steuerungseinheit (im folgenden als „ECU" bezeichnet) 2 durchgeführt.
Ein Motorblock 3 ist mit einem Zylinderkopf 4 und einem Zylinderblock 5 ausgestattet. In diesem Zylinderblock 5 ist ein Zylinder 6 ausgebildet. In der Zeichnung ist nur ein Zylinder 6 gezeigt, aber die Erfindung ist nicht auf nur einen beschränkt. Ein Kolben 7 ist im Zylinder 6 auf- und ab-beweglich vorgesehen. Ein Pleuel (in der Zeichnung ist nur ein Teil davon gezeigt) verbindet den Kolben 7 in seinem unteren Teil mit einer nicht gezeigten Kurbelwelle. Der Boden des Kolbens 7, die Innenwandfläche des Zylinders 6 und die Bodenfläche des Zylinderkopfs 4 begrenzen zusammen eine Brennkammer 8. Ein Ansaugkanal 9 und ein Abgaskanal 10, die mit der Brennkammer 8 verbunden sind, sind teilweise im Zylinderkopf 4 Teile ausgebildet. Der Strom in die Brennkammer 8 durch den Ansaugkanal 9 wird durch Öffnen und Schließen eines Einlaßventils 11 selektiv zugelassen oder unterbrochen. Ebenso wird der Strom aus der Brennkammer 8 durch den Abgaskanal 10 durch Öffnen und Schließen eines Auslaßventils 12 selektiv zugelassen oder unterbrochen. Eine Drosselklappe 22 ist im Ansaugkanal 9 vorgesehen. Der Öffnungsgrad der Drosselklappe 22 wird durch einen Befehl von der ECU 2 gesteuert. Ein Luftreiniger 24 ist an einem Endabschnitt des Ansaugkanals 9 vorgesehen. Ein Vakuumsensor 23 erfaßt den Druck der angesaugten Luft, und ein Ansauglufttemperatur-Sensor 25 erfaßt die Temperatur der angesaugten Luft. Die erfaßten Werte werden dann zur ECU 2 geschickt. Eine Niedrigdruckpumpe 15, bei der es sich um eine batteriebetriebene Elektropumpe handelt, zieht Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 16 nach oben und schickt ihn durch eine Niederdruck-Kraftstoffleitung 17 zu einer Hochdruckpumpe 18. Bei der Hochdruckpumpe 18 handelt es sich um eine mechanische Pumpe, die durch eine Nockenwelle angetrieben wird, welche durch eine Kette oder dergleichen mit der Kurbelwelle verbunden ist. Die Hochdruckpumpe 18 verdichtet den Kraftstoff aus der Niedrigdruck-Kraftstoffleitung 17 und schickt ihn verdichtet durch den Auslaßkanal 19 zum Druckrohr 14. Der Auslaßkanal 19 und das Druckrohr 14 bilden zusammen eine Hochdruck-Kraftstoffleitung. Ein Kraftstoffdruck-Sensor 20 erfaßt den Druck des Kraftstoffs im Druckrohr 14 und schickt ein Signal, das diesen Druck meldet, zur ECU 2. Ein Einspritzventil 13 ist zwischen dem Druckrohr 14 und der Brennkammer 8 angeordnet, und sobald es einen Einspritzbefehl von der ECU 2 erhält, spritzt es die erforderliche Kraftstoffmenge im gewünschten Zeitraum in die Brennkammer 8.
In der Brennkammer 8 befindet sich eine Zündkerze 21. Der Zündzeitpunkt dieser Zündkerze 21 wird von der ECU 2 gesteuert. Der Zylinderblock 5 ist mit einem Wassermantel 26 umgeben, durch den das Kühlmittel strömt. Ein Kühlmitteltemperatur-Sensor 27 erfaßt die Kühlmitteltemperatur. Die ECU 2 erhält die Kühlmitteltemperatur als Betrag, der mit der Motortemperatur korreliert ist.
Eine Katalysatorvorrichtung 30 ist im Abgaskanal 10 vorgesehen. Der Katalysator 30 ist beispielsweise ein Dreiwegekatalysator, der toxische Bestandteile des Abgases reinigt. Ein Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 31 befindet sich stromabwärts von diesem Katalysator 30. Bei dem Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 31 kann es sich um einen aus einer Reihe von Sensortypen handeln, einschließlich eines O₂-Sensors und eines A/F-Sensors, der die Sauerstoffkonzentration erfaßt. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor stromaufwärts vom Katalysator 30 oder sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts vom Katalysator 30 angeordnet sein.
2 ist die Darstellung der Reinigungseigenschaften eines Dreiwegekatalysators. Die Reinigungsrate des Dreiwegekatalysators beträgt für Stickoxide (NOx) fast 100 %, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors fetter ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und nimmt dann allmählich ab, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors magerer wird als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Andererseits liegt die Reinigungsrate des Dreiwegekatalysators für Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO) bei fast 100 %, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und nimmt dann langsam ab, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors fetter wird als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Aus diesen Werten geht hervor, daß dann, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors stöchiometrisch ist, der Dreiwegekatalysator NOx, HC und CO gleichzeitig bei sehr hohen Raten reinigen kann. Bei der stöchiometrischen Verbrennung wird die Menge des vom Einspritzventil 13 eingespritzten Kraftstoffs aufgrund eines Werts, der vom Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 31 ausgegeben wird, so gesteuert, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors stöchiometrisch wird. Diese Steuerung wird „Rückkopplungssteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses" genannt, kann aber im folgenden auch einfach als „Rückkopplungssteuerung" bezeichnet werden.
3 ist die Darstellung der Ausgabe-Kenndaten des O₂-Sensors als ein Beispiel für einen Luft/Kraftstoff-Sensor 31. Der O₂-Sensor, der typischerweise als sogenannter EIN/AUS-Sensor wirkt, verändert sein Ausgabesignal in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses schnell. Der Luft/Kraftstoff-Sensor 31, der in diesem Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist ein O₂-Sensor, der eine Referenz spannung von 0,45 V aufweist. Der Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 31 gibt einen hohen Wert von etwa 0,9 V aus, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett ist und einen niedrigen Wert von ungefähr 0,1 V, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist. Dann bestimmt die ECU 2 aufgrund des vom Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 31 ausgegebenen Werts, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors fett oder mager ist.
Die von der Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel durchgeführte Rückkopplungssteuerung wird von der ECU 2 aufgrund der vom Sensor erfaßten Signale durchgeführt. 4 ist ein Flußdiagramm, welches die Schritte zeigt, mit denen die Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung durch das Einspritzventil 13 berechnet wird. Zuerst wird eine Basis-Zeit TP für die Kraftstoffeinspritzung gesetzt (Schritt S1). Diese Basis-Zeit TP für die Kraftstoffeinspritzung wird aufgrund der anhand des Ansaugluftdrucks ermittelten Motorlast und der Motorgeschwindigkeit auf einen Wert gesetzt, bei dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors stöchiometrisch wird.
Als nächstes werden nach dem Start die Konstanten α und β gesetzt, die für eine Anstiegskorrektur und dergleichen verwendet werden (Schritt S2). Die Konstanten α und β werden gemäß dem Betriebszustand des Motors, z.B. der Kühlmitteltemperatur und dergleichen, gesetzt. Dann wird die tatsächliche Zeit TAU für die Kraftstoffeinspritzung gemäß der folgenden Gleichung unter Verwendung eines Korrekturkoeffizienten FAF für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis berechnet (Schritt S3). TAU = TP × FAF × α + β
Dieser Korrekturkoeffizient FAF ist ein Korrekturwert, der verwendet wird, um die Differenz auszugleichen, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors vom stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis abweicht. Der Bezugswert für den Korrekturkoeffizienten FAF wird auf „1,0" gesetzt. Wenn der Wert, der vom Luft/Kraftstoff-Sensor 31 ausgegeben wird, hoch ist (d.h. wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett ist), wird der Korrekturkoeffizient FAF auf einen Wert gesetzt, der unter „1,0" liegt. Wenn der Wert, der vom Luft/Kraftstoff-Sensor 31 ausgegeben wird, niedrig ist (d.h. wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist), wird der Korrekturkoeffizient FAF auf einen Wert von über „1,0" gesetzt. Wie aus der obigen Gleichung hervorgeht, wird durch Senken des Korrekturkoeffizienten FAF die Zeit TAU für die Kraftstoffeinspritzung verkürzt, wodurch die Menge des eingespritzten Kraftstoffs verringert wird. Umgekehrt wird durch die Erhöhung des Kraftstoffkoeffizienten FAF der Zeitraum TAU für die Kraftstoffeinspritzung verlängert, wodurch die Menge des eingespritzten Kraftstoffs erhöht wird. Das heißt, bei der Rückkopplungssteuerung für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors im Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Steuerung, welche die Zeitdauer der Kraftstoffeinspritzung dadurch ändert, daß sie den Korrekturkoeffizienten FAF angemessen einstellt. Im weiteren Sinne handelt es sich bei der Rückkopplungssteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses um eine Reihe von Vorgängen, die in 4 dargestellt sind, und die das oben beschriebene Einstellen der Konstanten α und β einschließen. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors fett ist, wird es zur mageren Seite hin korrigiert, und wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors mager ist, wird es zur fetten Seite hin korrigiert. In diesem Ausführungsbeispiel stellt die Rückkopplungssteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses den Korrekturkoeffizienten FAF durch verschiedene Algorithmen gemäß dem Kraftstoffeinspritz-Modus ein.
5 ist ein Flußdiagramm, das die Schritte zeigt, mit denen der Korrekturkoeffizient FAF berechnet wird. Diese Berechnung wird in einem vorher festgelegten Korrekturzyklus durchgeführt. Zuerst wird bestimmt, ob eine Bedingung für das Durchführen einer Rückkopplungssteuerung erfüllt ist (Schritt S11). Diese Durchführungsbedingung kann beispielsweise in der Notwendigkeit einer Katalysatoraktivierung bestehen, oder darin, daß eine vorher festgelegte Zeit vergangen ist, seit eine typische Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr aufgehoben wurde. Wenn eine dieser Durchführungsbedingungen nicht erfüllt ist (d.h. NEIN in Schritt S11), wird die Routine zur Berechnung des Korrekturkoeffizienten FAF beendet.
Wenn sämtliche dieser Durchführungsbedingungen erfüllt sind (d.h. JA in Schritt S11) werden ein Sprungbetrag RS und ein integrierter Wert KI eingestellt (Schritt S12).
Der Sprungbetrag RS ist ein Korrekturwert, der zum Korrekturkoeffizienten FAF addiert oder von diesem subtrahiert wird, wenn der Wert, der vom Luft/Kraftstoff-Sensor 31 ausgegeben wird, von der fetten Seite zur mageren Seite oder von der mageren Seite zur fetten Seite hin verändert wird. Wie weiter unten beschrieben, handelt es sich bei dem integrierten Wert KI um einen Korrekturwert, der zum Korrekturkoeffizienten FAF addiert oder von diesem subtrahiert: wird, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der mageren oder fetten Seite bleibt. Der integrierte Wert KI wird so eingestellt, daß er niedriger ist als der Sprungbetrag RS.
Als nächstes wird bestimmt, ob der Motor sich im Mehrfacheinspritz-Modus befindet (Schritt S13). Wenn sich der Motor im Einfacheinspritz-Modus befindet (d.h. NEIN in Schritt S13), wird eine FAF-Berechnungsroutine für den Einfacheinspritz-Modus durchgeführt (Schritt S14). Wenn sich der Motor dagegen im Mehrfacheinspritz-Modus befindet (d.h. JA in Schritt S13), wird eine FAF-Berechnungsroutine für den Mehrfacheinspritz-Modus durchgeführt (Schritt S15).
6 ist ein Flußdiagramm, das die FAF-Berechnungsroutine für den Einfacheinspritz-Modus zeigt, welche Rechenschritte umfaßt, mit denen der Korrekturkoeffizient FAF im Einfacheinspritz-Modus berechnet wird. 7 ist ein Zeitdiagramm, das die FAF-Berechnungsroutine, welche die Beziehung zwischen der Ausgabe des O₂-Sensors, einem fett/mager-Bestimmungs-Flag, und den Schwankungen des eingestellten Korrekturkoeffizienten FAF im Einfacheinspritz-Modus zeigt. Wenn der Wert, der vom Luft/Kraftstoff-Sensor 31 ausgegeben wird, bei dem es sich um einen O₂-Sensor handelt, über der Referenzspannung von 0,45 V liegt, stellt die ECU 2 fest, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors fett ist. Wenn dagegen der Wert, der vom Luft/Kraftstoff-Sensor 31 ausgegeben wird, unter der Referenzspannung von 0,45 V liegt, stellt die ECU fest, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors mager ist. Dann setzt die ECU 2 dementsprechend das fett/mager-Flag. Die Bestimmung des Flags kann durchgeführt werden, wenn ein vorher festgelegter Zeitraum vergangen ist, nachdem der Wert, der vom Luft/Kraftstoff-Sensor 31 ausgegeben wurde, von der Referenzspannung von 0,45 V abgewichen ist. Diese Verzögerung der fett/mager-Bestimmung wird weiter unten als Basis-TDR-Zeit und als Basis-TDL-Zeit in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Wenn das fett/mager-Flag oben ist, zeigt es an, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors von der mageren Seite zur fetten Seite gewechselt hat. Wenn dagegen das fett/mager-Flag unten ist, zeigt es an, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors von der fetten Seite zur mageren Seite gewechselt hat. Bei der FAF-Berechnungsroutine für den Einfacheinspritz-Modus führt die ECU 2 eine Grobeinstellung des Korrekturkoeffizienten FAF durch, indem sie zu einem Zeitpunkt, bei dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors entweder von der fetten zur mageren Seite oder von der mageren Seite zur fetten Seite verändert wird, den Sprungwert RS entweder zum aktuellen Korrekturkoeffizienten FAF addiert oder ihn von diesem subtrahiert, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors schnell dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzugleichen. Dann führt die ECU 2 eine Feineinstellung des Korrekturkoeffizienten FAF durch, indem sie den integrierten Wert KI so lange addiert oder subtrahiert, bis das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors erneut wechselt.
Genauer wird, wie in 6 gezeigt, zuerst aufgrund des vom Luft/Kraftstoff-Sensor 31 ausgegebenen Werts bestimmt, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors fett ist (Schritt S21). Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors fett ist (d.h. JA in Schritt S21), wird anschließend bestimmt, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors seit dem letzten Steuerzyklus zwischen mager und fett gewechselt hat (Schritt S22): Das letzte Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist im Speicher der ECU 2 hinterlegt. Wenn zum Zeitpunkt t₁ ein Wechsel des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Motors von der mageren Seite zur fetten Seite festgestellt wird (d.h. JA in Schritt S22), wird der Korrekturkoeffizient FAF durch einen Sprung um den Basis-Sprungbetrag RS verringert (Schritt S23). Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis dann bis zum Zeitpunkt t₂ fett bleibt, ohne zur mageren Seite zu wechseln (d.h. NEIN in Schritt S22) wird der integrierte Wert KI in jedem Steuerzyklus vom Korrekturkoeffizienten FAF für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis abgezogen, so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors allmählich magerer wird (d.h. sich dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis annähert).
Wenn zum Zeitpunkt t₂ festgestellt wird, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors mager ist (d.h. NEIN in Schritt S21), wird anschließend festgestellt, ob seit dem letzen Steuerzyklus ein Wechsel des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Motors stattgefunden hat (Schritt S25). Wenn zum Zeitpunkt t₂ ein Wechsel des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Motors von der fetten Seite zur mageren Seite festgestellt wird (d.h. JA in Schritt S25), wird der Korrekturkoeffizient FAF durch einen Sprung um den Basis-Sprungbetrag RS erhöht (Schritt S26). Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors dann bis zum Zeitpunkt t₃ mager bleibt, ohne zur fetten Seite zu wechseln (d.h. NEIN in Schritt S25) wird der integrierte Wert KI in jedem Steuerzyklus zum Korrekturkoeffizienten FAF addiert (Schritt S27), so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors allmählich fetter wird (d.h. sich dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis annähert).
Auf diese Weise wird der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors im Einfacheinspritz-Modus unter Verwendung des Basis-Sprungwerts RS und des integrierten Werts KI so angepaßt, daß er variiert, wobei beispielsweise 1,0 den Steuerungsmittelwert darstellt.
8 ist ein Flußdiagramm, welches die Schritte zeigt, mit denen der Korrekturkoeffizient FAF im Mehrfacheinspritz-Modus berechnet wird. 9 ist ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen der Ausgabe des 0₂-Sensors, dem fett/mager-Bestimmungs-Flag und den Schwankungen des Korrekturkoeffizienten FAF im Mehrfacheinspritz-Modus zeigt. Wie oben ausgeführt, kann der Luft/Kraftstoff-Sensor 31 im Mehrfacheinspritz-Modus selbst dann, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors mager ist, dieses fälschlicherweise als fett erfassen. Deshalb wird bei der FAF-Berechnungsroutine für den Mehrfacheinspritz-Modus, welche Schritte umfaßt, um den Korrekturkoeffizienten FAF für den Mehrfacheinspritz-Modus zu berechnen, der Korrekturkoeffizient FAF so berechnet, daß der Fehler aus der fehlerhaften Erfassung durch den Luft/Kraftstoff-Sensor 31 verringert oder aufgehoben wird.
Zuerst wird aufgrund des vom Luft/Kraftstoff-Sensor 31 ausgegebenen Signals erfaßt, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors fett ist (Schritt S31). Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors fett ist (d.h. JA in Schritt S31), wird bestimmt, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors gewechselt hat (Schritt S32). Wenn zum Zeitpunkt t₁ ein Wechsel des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Motors von der mageren Seite zur fetten Seite festgestellt wird (d.h. JA in Schritt S32), wird der Basis-Sprungbetrag RS vom Korrekturkoeffizienten FAF abgezogen (Schritt S33). Wenn das Luft/-Kraftstoff-Verhältnis des Motors dann bis zum Zeitpunkt t fett bleibt (d.h. NEIN in Schritt S32), wird der integrierte Wert KI in jedem Steuerzyklus vom Korrekturkoeffizienten FAF abgezogen (Schritt S34), so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors allmählich magerer wird (d.h. sich dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis annähert). Diese Schritte entsprechen den Schritten S32 bis S24 in 6.
Wenn in Schritt S31 festgestellt wurde, daß sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors mager ist (d.h. NEIN in Schritt S31), wird dann bestimmt, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis seit dem letzten Steuerzyklus gewechselt hat (Schritt S35). Schritt S35 entspricht dem Schritt S25 in 6. Wenn zum Zeitpunkt t₂ festgestellt wurde, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors von der fetten Seite zur mageren Seite gewechselt hat (d.h. JA in Schritt S35), wird anhand der Motorlast und der Kühlmitteltemperatur ein Offset-Wert OS berechnet (Schritt S36). Der Offset-Wert OS wird vorzugsweise mittels der Beziehung zwischen der Motorlast und der Kühlmitteltemperatur berechnet. Der Offset-Wert OS ist ein Steuerwert, mit dem ein Bezugs-Steuerwert der Rückkopplungssteuerung im Einfacheinspritz-Modus zur fetten Seite hin verschoben wird. Der optimale Wert für den Offset-Wert OS ändert sich entsprechend der Motorlast und der Kühlmitteltemperatur.
10 ist eine schematische Darstellung eines Musters für die Berechnung des Offset-Werts OS. Der Musterwert wird durch Versuche erhalten und zeigt, daß der Offset-Wert OS die Tendenz hat zu steigen, wenn die Motorlast zunimmt, und abzunehmen, wenn die Kühlmitteltemperatur steigt. Zunächst verändert sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors zur mageren Seite hin, wenn die Motorlast, d.h. die Menge der angesaugten Luft, steigt. Wenn die Menge der angesaugten Luft gestiegen ist, ist es daher erforderlich, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors wieder zur fetten Seite hin zu verändern, so daß der Offset-Wert OS zunimmt.
Als nächstes verbessert sich die Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs, während die Kühlmitteltemperatur, d.h. die Motortemperatur, steigt. Demgemäß wird bei hoher Motortemperatur ein besserer Verbrennungszustand erreicht als bei niedriger Motortemperatur. Wenn daher die Wasserstoffmenge im Abgas sinkt und die Motortemperatur hoch ist, erfaßt der Luft/Kraftstoff-Sensor 31 ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das dem tatsächlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis nahekommt. Da der Erfassungsfehler daher kleiner wird, wenn die Kühlmitteltemperatur hoch ist, wird auch der Offset-Wert OS zu diesem Zeitpunkt verringert.
Typischerweise wird der Mehrfacheinspritz-Modus ausgewählt und durchgeführt, wenn die Motortemperatur niedrig ist, d.h. unmittelbar nach einem Kaltstart, wenn sich der Motor noch nicht völlig aufgewärmt hat. Wie oben beschrieben, ändert sich der Bezugs-Steuerwert der Rückkopplungssteuerung in dem Motortemperaturbereich, in dem der Mehrfacheinspritz-Modus ausgewählt wird, abhängig von der Motortemperatur. Vorzugsweise wird der Steuerungsmittelwert so gewählt, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors sich bei einer niedrigen Motortemperatur mehr zur fetten Seite hin verschiebt als bei einer hohen Motortemperatur. In diesem Ausführungsbeispiel kann durch geeignetes Ändern des Offset-Werts OS abhängig von der Motortemperatur eine Rückkopplungssteuerung durchgeführt werden, die dem Verbrennungszustand entspricht.
Zurück zu 8 und 9: wenn die Feststellung in Schritt S35 JA lautet, wird zum Zeitpunkt t₂ der Offset-Wert OS berechnet (Schritt S36), und der Basis-Sprungwert RS sowie der Offset-Wert OS werden zum Korrekturkoeffizienten FAF addiert (Schritt S37). Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors bis zum Zeitpunkt t₃ mager bleibt, ohne zur fetten Seite zu wechseln (d.h. NEIN in Schritt S35) wird der integrierte Wert KI in jedem Steuerzyklus zum Korrekturkoeffizienten FAF addiert, so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors allmählich fetter wird (d.h. sich dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis annähert). Schritt S38 entspricht dem Schritt S27 in 6.
Somit korrigiert die ECU 2 im Mehrfacheinspritz-Modus zum Zeitpunkt der mager/fett-Bestimmung den Korrekturkoeffizienten FAF mit einem Sprung um den Basis-Sprungbetrag RS, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors zur mageren Seite hin zu verschieben, und um den Basis-Sprungbetrag RS plus dem Offset-Wert OS, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors zur fetten Seite hin zu verschieben. Das heißt, die Schnelligkeit, mit der die Rückkopplungssteuerung eine Korrektur durchführt, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors von der mageren Seite zur fetten Seite hin zu verschieben, ist höher als die Schnelligkeit, mit der die Rückkopplungssteuerung eine Korrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Motors von der fetten zur mageren Seite hin durchführt. Somit wird der Steuerungsmittelwert während des Mehrfacheinspritz-Modus in eine Richtung verschoben, in der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors im Verhältnis zum Steuerungsmittelwert im Einfacheinspritz-Modus fetter wird. Wenn somit der Steuerungsmittelwert im Einfacheinspritz-Modus 1,0 ist, weist der Steuerungsmittelpunkt im Mehrfacheinspritz-Modus einen Wert von über 1,0 auf. Infolgedessen wird der Fehlerbetrag zwischen dem tatsächlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors und dem fälschlich erfaßten Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors absorbiert, wodurch das angestrebte Ziel erreicht wird.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird sowohl im Einfacheinspritz-Modus als auch im Mehrfacheinspritz-Modus der gleiche Basis-Sprungbetrag RS verwendet. Alternativ dazu kann jedoch dieser Sprungbetrag je nach Kraftstoffeinspritz-Modus differieren. Ebenfalls in diesem Ausführungsbeispiel wird im Mehrfacheinspritz-Modus beim Springen zur fetten Seite und beim Springen zur mageren Seite der gleiche Basis-Sprungbetrag RS verwendet. Als Alternative können jedoch auch ein Sprungbetrag RSR erhalten werden, wenn zur fetten Seite gesprungen wird, sowie ein Sprungbetrag RSL, wenn zur mageren Seite gesprungen wird, wobei der Sprungbetrag RSR zur fetten Seite höher ist als der Sprungbetrag RSL zur mageren Seite. In jedem Fall verschiebt die Steuerungsvorrichtung für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß diesem Ausführungsbeispiel den Mittelwert der Rückkopplungssteuerung im Mehrfacheinspritz-Modus weiter zur fetten Seite als den Mittelwert der Rückkopplungssteuerung im Einfacheinspritz-Modus.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Steuerungsmittelwert der Rückkopplungssteuerung durch Steuern des Zeitpunkts der fett/mager-Bestimmung verändert. Genau wie im ersten Auführungsbeispiel kann im Einfacheinspritz-Modus die fett/mager-Bestimmung zu dem Zeitpunkt durchgeführt werden, wenn der Wert, der vom O₂-Sensor ausgegeben wird, sich von der Referenzspannung entfernt. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist jedoch das zweite Ausführungsbeispiel ein Beispiel dafür, wie der Unterschied der Ansprechbarkeit des O₂-Sensors auf die fett/mager-Bestimmung berücksichtigt wird, so daß die fett/mager-Bestimmung ab dem Punkt, an dem sich der Ausgabewert von der Referenzspannung entfernt, um eine Basis-TDR-Zeit und eine Basis-TDL-Zeit verzögert wird. Die Basis-TDR-Zeit und die Basis-TDL-Zeit sind Bestimmungs-Verzögerungzeiten im Einfacheinspritz-Modus und werden zuvor als Basis-TDR-Muster und Basis-TDL-Muster, bezogen auf die Motortemperatur und dergleichen, hinterlegt.
11 ist ein Flußdiagramm, das die Schritte zeigt, mit denen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein fett/mager-Bestimmungs-Flag erzeugt wird. Zuerst wird festgestellt, ob die Durchführungsbedingung für die Rückkopplungssteuerung erfüllt ist (Schritt S41). Schritt S41 entspricht dem Schritt S11 in 5. Dann werden das Basis-TDR-Muster und das Basis-TDL-Muster gelesen (Schritt S42), und es wird festgestellt, ob der Motor sich im Mehrfacheinspritz-Modus befindet (Schritt S43). Wenn sich der Motor nicht im Mehrfacheinspritz-Modus befindet (d.h. NEIN in Schritt S43) wird für den Einfacheinspritz-Modus aufgrund der Basis-TDR-Zeit und der Basis-TDL-Zeit ein fett/mager-Bestimmungs-Flag erzeugt (Schritt S44). Wenn der Motor sich andererseits im Mehrfacheinspritz-Modus befindet (d.h. JA in Schritt S43), wird ein Offset-TDR-Muster gelesen (Schritt S45), und das fett/mager-Bestimmungs-Flag wird aufgrund der Basis-TDR-Zeit, der Offset-TDR-Zeit und der Basis-TDL-Zeit erzeugt (Schritt S46). Das Offset-TDR-Muster ist ein Muster der Offset-TDR-Zeit, das verwendet wird, um den Steuerungsmittelpunkt der Rückkopplungssteuerung im Mehrfacheinspritz-Modus zur fetten Seite hin zu verschieben. Die Offset-TDR-Zeit wird zur Basis-TDR-Zeit addiert. Die Offset-TDR-Zeit wird anhand der in 10 gezeigten Beziehung bestimmt, genauso wie der Offset-Betrag OS, der im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Da heißt, die Offset-TDR-Zeit wird länger, wenn die Motorlast, d.h. die angesaugte Luftmenge, steigt, und kürzer, wenn die Kühlmitteltemperatur, d.h. die Motortemperatur, steigt. Das hat seinen Grund darin, daß die Menge der angesaugten Luft größer wird, wenn die Strömungsrate steigt, so daß die Offset-TDR-Zeit dementsprechend verlängert wird, und daß sich der Verbrennungszustand verbessert, wenn die Motortemperatur steigt, so daß die Offset-TDR-Zeit dementsprechend verkürzt wird.
12 ist ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen der Ausgabe des O₂-Sensors und dem fett/mager-Bestimmungs-Flag sowohl im Einfach- als auch im Mehrfacheinspritz-Modus zeigt. Bei der Bestimmung, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors von der mageren zur fetten Seite gewechselt hat, wenn der Motor sich im Einfacheinspritz-Modus befindet, bestimmt die ECU 2, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors fett ist, und zwar erst nachdem die Basis-TDR-Zeit vergangen ist, seit der Wert, der vom O₂-Sensor ausgegeben wird, zum Zeitpunkt t₁ und zum Zeitpunkt t₂ von der Referenzspannung 0,45 V abgewichen ist.
Wenn sich der Motor dagegen im Mehrfacheinspritz-Modus befindet, bestimmt die ECU 2, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors fett ist, erst nachdem sowohl die Basis-TDR-Zeit als auch die Offset-TDR-Zeit vergangen sind, seit der Wert, der vom O₂-Sensor ausgegeben wurde, über die Referenzspannung 0,45 V hinausgegangen ist. Diese Offset-TDR-Zeit wird anhand der Kühlmitteltemperatur und der Motorlast erhalten.
Bei der Bestimmung, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors von fett zu mager gewechselt ist, bestimmt die ECU 2, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors mager ist, nachdem die Basis-TDL-Zeit vergangen ist, seit der Wert, der vom O₂-Sensor ausgegeben wird, zum Zeitpunkt t₂ unter die Referenzspannung 0,45 V gesunken ist. Das heißt, im Mehrfacheinspritz-Modus wird der Steuerungsmittelwert der Rückkopplungssteuerng zur fetten Seite verschoben, und zwar um die Summe der Basis-TDR-Zeit und der Offset-TDR-Zeit, die größer ist als die Basis-TDL-Zeit. Anders ausgedrückt, kann die ECU 2 den Mittelwert der Rückkopplungssteuerung zur fetten Seite hin verschieben, indem sie den Start der Rückkopplungssteuerung, mit der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors von der fetten Seite zur mageren Seite verschoben wird, bezüglich des Starts der Rückkopplungssteuerung, mit der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors von der mageren Seite zur fetten Seiten hin verschoben wird, verzögert, wobei die Zeiten bzw. die Zeitpunkte, zu denen der vom Luft/Kraftstoff-Sensor 31 ausgegebene Wert von der Referenzspannung abweicht, jeweils als Startpunkte genommen werden. Wenn das fett/mager-Bestimmungs-Flag solchermaßen gesetzt wurde, ändert die ECU 2 den Korrekturkoeffizienten FAF um den Basis-Sprungbetrag RS, wenn das fett/mager-Bestimmungs-Flag nach oben oder unten geht.
Auf diese Weise verzögert die ECU 2 den Zeitpunkt der fett/mager-Bestimmung, wenn sich der Motor im Mehrfacheinspritz-Modus befindet, und verzögert dann den Zeitpunkt der mager-zu-fett-Bestimmung noch um die Offset-TDR-Zeit, wobei die jeweiligen Zeitpunkte, zu denen der Wert, der vom Luft/Kraftstoff-Sensor 31 ausgegeben wird, bezüglich der Referenzspannung wechselt, als jeweilige Startzeitpunkte genommen werden. Daher verschiebt sich der Mittelwert der Rückkopplungssteuerng weiter zur fetten Seite als im Einfacheinspritz-Modus, und der Fehlerbetrag zwischen dem tatsächlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors und dem fehlerhaft erfaßten Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors wird absorbiert, wodurch das angestrebte Ziel erreicht wird.
Im folgenden wird die Erfindung aufgrund des Ausführungsbeispiels beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß, obwohl die Erfindung mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wurde, für einen Fachmann zahlreiche Modifikationen und Varianten naheliegen. Demgemäß sind sämtliche Varianten und Modifikationen im beanspruchten Bereich der Erfindung eingeschlossen. Außerdem kann die Erfindung mit weiteren Varianten und Modifikationen durchgeführt werden, falls notwendig.
Gemäß der vorangehenden Ausführungsform wird ein O₂-Sensor als Luft/Kraftstoff-Sensor 31 verwendet. Als Alternative kann jedoch auch ein Sensor mit mehr als einer analogen Erfassungsfunktion verwendet werden, beispielsweise ein A/F-Sensor. Der A/F-Sensor legt eine vorher festgelegte Spannung zwischen inneren Elektroden an und erfaßt den Strom, der aufgrund der Differenz der Sauerstoffkonzentration des Abgases und der Atmosphäre fließt. Der erfaßte Stromwert zeigt die Sauerstoffkonzentration an.
13 ist eine Darstellung, welche die Beziehung zwischen einem im A/F-Sensor erfaßten Stromwert und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors zeigt. Im Einfacheinspritz-Modus entspricht der Stromwert Is dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFS. Wenn der Stromwert kleiner ist als Is, wird festgestellt, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors fett ist. Wenn dagegen der Stromwert größer ist als Is, wird festgestellt, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors mager ist. Im Mehrfacheinspritz-Modus reagiert der A/F-Sensor auf Wasserstoff im Abgas so, daß er ein Bestimmungsergebnis ausgibt, das ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors eigentlich mager ist. Daher wird ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFC, das fetter ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFS, als Bezugswert für die mager/fett-Bestimmung verwendet, und es wird aufgrund des Stromwerts Ic, der dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFC entspricht, bestimmt, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors fett oder mager ist. Demgemäß kann die Rückkopplungssteuerung im Mehrfacheinspritz-Modus angemessen durchgeführt werden, und zwar durch Verschieben des Mittelwerts der Rückkopplungssteuerung des A/F-Sensors zur fetten Seite.
Weiter wird gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung dann, wenn der Motor sich im Mehrfacheinspritz-Modus befindet, der integrierte Wert für die Steuerung, mit der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von der mageren Seite zur fetten Seite verschoben wird, gegenüber dem integrierten Wert für die Steuerung, mit der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors von der fetten zur mageren Seite verschoben wird, vergrößert. Man kann auch den Steuerungsmittelwert der Rückkopplungssteuerung zur fetten Seite verschieben, indem man die Rückkopplungssteuerung, mit der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von der mageren zur fetten Seite verschoben wird, schneller durchführt als die Rückkopplungssteuerung, mit der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors von der fetten zu mageren Seite hin verschoben wird.
Mit der Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es daher möglich, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors angemessen zu steuern, und somit die Verschlechterung der Abgaswerte, wenn eine Rückkopplungssteuerung im Mehrfacheinspritz-Modus durchgeführt wird, zu minimieren.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einem Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung (1), umfassend i) einen ersten Einspritzmodus, bei dem eine stöchiometrische Verbrennung dadurch erreicht wird, daß Kraftstoff nur einmal pro Zyklus eingespritzt wird, und ii) einen zweiten Einspritzmodus, bei dem eine stöchiometrische Verbrennung dadurch erreicht wird, daß der Kraftstoff mehrfach pro Zyklus eingespritzt wird, wobei die Vorrichtung eine Rückkopplungssteuerung aufgrund eines Werts durchführt, der von einem Luft/Kraftstoffsensor ausgegeben wird, welcher im Abgaskanal vorgesehen ist, so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors stöchiometrisch wird, wenn der Motor mit stöchiometrischer Verbrennung betrieben wird, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß der Steuerungsmittelwert der Rückkopplungssteuerung im zweiten Einspritzmodus in eine Richtung verschoben wird, in der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors im Vergleich zum Steuerungsmittelwert der Rückkopplungssteuerung im ersten Einspritzmodus fetter wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin der zweite Einspritzmodus gewählt wird, wenn die Motortemperatur niedrig ist, und der Steuerungsmittelwert der Rückkopplungssteuerung im zweiten Einspritzmodus sich gemäß der Motortemperatur ändert.
Vorrichtung nach Anspruch 2, worin der Steuerungsmittelwert in einem Motortemperaturbereich, in dem der zweite Einspritzmodus gewählt wurde, bei niedriger Motortemperatur so verändert wird, daß er fetter wird als bei hoher Motortemperatur.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Schnelligkeit, mit der die Rückkopplungssteuerung das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors von der mageren zur fetten Seite verschiebt, größer ist als die Schnelligkeit, mit der die Rückkopplungssteuerung das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors von der fetten zur mageren Seite verschiebt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, worin der Korrekturwert der Rückkopplungssteuerung, mit der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors, unmittelbar nachdem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors von der fetten Seite zur mageren Seite gewechselt hat, von der mageren zur fetten Seite hin verschoben wird, größer ist als der Korrekturwert der Rückkopplungssteuerung, mit der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors, unmittelbar nachdem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors von der mageren Seite zur fetten Seite gewechselt hat, von der fetten zur mageren Seite hin verschoben wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Startzeitpunkt für die Rückkopplungssteuerung, mit der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors von der fetten Seite zur mageren Seite verschoben wird, bezüglich dem Startzeitpunkt der Rückkopplungssteuerung, mit dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors von der mageren Seite zur fetten Seite hin verschoben wird, verzögert wird, wobei die Punkte, an denen das Luft/Kraftstoff-Verhältnis bezüglich der Referenzspannung wechselt, als jeweilige Ausgangspunkte verwendet werden.
Verfahren zum Steuern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einem Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung (1), welcher einen ersten Einspritzmodus aufweist, in dem eine stöchiometrische Verbrennung dadurch erreicht wird, daß der Kraftstoff nur einmal pro Zyklus eingespritzt wird, sowie einen zweiten Einspritzmodus, in dem eine stöchiometrische Verbrennung dadurch erreicht wird, daß der Kraftstoff mehrmals pro Zyklus eingespritzt wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es die folgenden Schritte umfaßt: Erfassen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Motors; Durchführen einer Rückkopplungssteuerung, so daß das erfaßte Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors stöchiometrisch wird, wenn entweder der erste Einspritzmodus oder der zweite Einspritzmodus durchgeführt wird; und Ändern des Steuerungsmittelwerts der Rückkopplungssteuerung in die Richtung, in der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors dann, wenn der zweite Einspritzmodus durchgeführt wird, im Vergleich zum Steuerungsmittelwert, der eingestellt wird, wenn die erste Kraftstoffeinspritz-Steuerung durchgeführt wird, fetter wird.