DE112014002009B4

DE112014002009B4 - Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuergerät für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE112014002009B4
Application number: DE112014002009.5T
Authority: DE
Inventors: Yuya Yoshikawa; Tokiji Ito; Isao Nakajima; Hiroaki Tsuji; Toshihiro Kato; Yoshihisa Oda; Masashi Hakariya; Masahide Okada; Yoshifumi Matsuda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2019-09-26
Anticipated expiration: 2034-03-29
Also published as: CN105121821A; CN105121821B; US9752523B2; DE112014002009T5; JP2014211131A; US20160076474A1; WO2014171080A1; JP5648706B2

Abstract

Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuergerät für eine Brennkraftmaschine (1), aufweisend:einen stromaufwärtigen Sensor (17), der auf einer stromaufwärtigen Seite eines Abgasreinigungskatalysators (11) in einem Abgassystem einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (1) vorgesehen ist und konfiguriert ist, um basierend auf einer Abgaskomponente einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Zustand zu erfassen;einen stromabwärtigen Sensor (18), der an einer stromabwärtigen Seite des Abgasreinigungskatalysators (11) in dem Abgassystem vorgesehen ist und konfiguriert ist, um den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Zustand basierend auf der Abgaskomponente zu erfassen; undeinen Controller (20) der konfiguriert ist, um die Brennkraftmaschine (1) zu steuern, wobei der Controller (20) programmiert ist, um auszuführen:eine Hauptrückführungssteuerung zum Steuern einer Kraftstoffzufuhrmenge basierend auf einem Ausgabewert des stromaufwärtigen Sensors (17), um ein Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu machen;eine Nebenrückführungssteuerung, die eine Korrektur der Kraftstoffzufuhrmenge unter Verwendung eines Korrekturbetrags ermöglicht, der basierend auf einem Ausgabewert von dem stromabwärtigen Sensor (18) eingestellt wird, so dass das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird;eine Korrekturbetrag-Schutzsteuerung, die eine Einstellung des Korrekturbetrags durch Einstellen einer Grenze für den Korrekturbetrag ermöglicht, wenn eine Auftrittshäufigkeit eines Zustands, bei dem der Ausgabewert von dem stromabwärtigen Sensor (18) magerer ist als ein vorbestimmter Wert, gleich oder höher ist als ein vorbestimmter Wert;eine Lernsteuerung, die eine Berechnung des Lernwerts, der einer konstanten Abweichung zwischen dem Ausgabewert des stromaufwärtigen Sensors (17) und einem tatsächlichen Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, in einer solchen Weise ermöglicht, dass der Lernwert zumindest einen Teil des Korrekturbetrags enthält, und die eine Korrektur der Kraftstoffzufuhrmenge basierend auf dem berechneten Lernwert ermöglicht;eine Sensoranomalie-Erfassungssteuerung, die eine Erfassung einer Anomalie in dem stromabwärtigen Sensor (18) basierend auf dem Ausgabewert von dem stromabwärtigen Sensor (18) ermöglicht; undeine Ungleichgewicht-Bestimmungssteuerung, die eine Bestimmung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts zwischen den Zylindern basierend auf den Ausgabewerten von dem stromaufwärtigen Sensor (17) und dem stromabwärtigen Sensor (18) ermöglicht;wobei der Controller (20) ferner programmiert ist, umeine Einfügungsgeschwindigkeit, mit der während der Lernsteuerung der Korrekturbetrag in den Lernwert eingesetzt wird, auf eine erste Geschwindigkeit zu setzen, wenn ein Zustand, bei dem der Ausgabewert des stromabwärtigen Sensors (18) magerer ist als der vorbestimmte Wert, für eine Zeitspanne anhält, die kürzer als eine vorbestimmte Zeit ist, unddie Einfügungsgeschwindigkeit auf eine zweite Geschwindigkeit zu setzen, die höher als die erste Geschwindigkeit ist, und die Ausführung der Korrekturbetrag-Schutzsteuerung zu unterbinden, bis die Lernsteuerung abgeschlossen ist, wenn die Zeitspanne gleich oder länger als die vorbestimmte Zeit ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors bzw. einer Brennkraftmaschine, und insbesondere eine Vorrichtung mit einer Funktion, eine Anomalie bzw. einen Fehler eines Sensors zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Zustands basierend auf einem Ausgabewert des Sensors zu erfassen, und einer Funktion zum Bestimmen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts zwischen den Zylindern.
STAND DER TECHNIK
Brennkraftmaschinen mit einem Abgasemissionssteuersystem, das einen Katalysator nutzt, steuern allgemein das Mischungsverhältnis von Luft zu Kraftstoff in einem Luft-Kraftstoff-Gemisch, das in der Brennkraftmaschine verbrannt wird, d.h. das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, um es dem Katalysator zu ermöglichen, toxische Komponenten zur Reinigung des Abgases effizient zu entfernen. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird typischerweise durch einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, der in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist, erfasst und durch Steuern der Menge der Kraftstoffeinspritzung rückführungsgesteuert bzw. geregelt (feedback control), um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich einem vorbestimmten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu machen.
Eine typische Konfiguration, die zur Erfassung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verwendet wird, umfasst einen A/F-Sensor, der auf einer stromaufwärtigen Seite eines Abgasemissionssteuerungskatalysators installiert ist, um eine Ausgabe, die im Allgemeinen proportional zu dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, bereitzustellen, und einen O₂-Sensor, der auf einer stromabwärtigen Seite des Abgasemissionskatalysators installiert ist, um eine Ausgabe bereitzustellen, die sich schnell ändert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis sich über einen stöchiometrischen Wert ändert. Diese Konfiguration führt in der Regel eine Hauptrückführungssteuerung bzw. -regelung durch, die die Kraftstoffzufuhrmenge basierend auf dem Ausgabewert des A/F-Sensors steuert, um das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu machen, und eine Nebenrückführungssteuerung bzw. -regelung, die eine Korrektur der Kraftstoffzufuhrmenge unter Verwendung eines Korrekturbetrags ermöglicht, der basierend auf dem Ausgangswert des O₂-Sensors eingestellt wird. Der Zweck der Durchführung der beiden Arten von Rückführungssteuerungen bzw. Regelungen ist es, die Ausgabe des O₂-Sensors zu verwenden, um die Ausgabe des A/F-Sensors zu korrigieren, wobei letztere wahrscheinlich infolge einer unzureichenden Vermischung des Abgases oder des thermischen Abbaus eines Erfassungselements fehlerhaft ist.
Um zudem die Menge an Zeit zu reduzieren, die für die Nebenrückführungssteuerung, die die Ausgabe des O₂-Sensors nutzt, benötigt wird, wurde ein als Lernsteuerung bezeichnetes Steuerverfahren vorgeschlagen, das die Berechnung und das Halten eines Lernwerts, der einer konstanten Abweichung zwischen dem Ausgabewert des O₂-Sensors und dem tatsächlichen Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, und das Korrigieren der Kraftstoffzufuhrmenge basierend auf dem Lernwert beinhaltet (siehe beispielsweise Patentliteratur 1). Der Lernwert der Lernsteuerung wird zum Beispiel berechnet, um zumindest einen Teil des Korrekturbetrags in die Nebenrückführungssteuerung einzubeziehen. Eine derartige Konfiguration ermöglicht eine schnelle Korrektur der Ausgabe des A/F-Sensors unter Verwendung des Lernwerts, beispielsweise selbst unmittelbar nachdem die Brennkraftmaschine erneut gestartet wird, wenn die Ausgabe des A/F-Sensors nicht ausreichend bei der Nebenrückführungssteuerung korrigiert wurde.
Ein möglicher Defekt wie eine Rissbildung in einem Element des O₂-Sensors (auch als Elementrissbildung bezeichnet) verhindert das Fortführen einer geeigneten Erfassung und es ist wünschenswert, dies on-Board festzustellen. Der O₂-Sensor zeigt bei einer Mageratmosphäre allgemein eine niedrige Ausgabe. Jedoch führt eine mögliche Elementrissbildung zu einer Differenz in der Gaskonzentration zwischen einem Elementinnenbereich, der der Außenluft ausgesetzt ist, und ein Elementaußenbereich, der dem Abgas ausgesetzt ist. Daher sinkt die Ausgangsspannung des O₂-Sensors und gibt eine Ausgabe aus, die scheinbar einen mageren Zustand anzeigt. Daher kann bei dem Sensor eine Elementrissbildung festgestellt werden, wenn trotz einer Erhöhung der Menge der Kraftstoffeinspritzung der Zustand, bei dem der Ausgabewert des O₂-Sensors magerer ist als ein vorbestimmter Wert, für mehr als eine vorbestimmte Zeit anhält (siehe zum beispielsweise Patentliteratur 2). Um eine Verschlechterung der Emissionen zu unterdrücken, bis eine Elementrissbildung bei dem Sensor festgestellt wird, und während der auf die Erfassung folgende Zeitspanne des abgeschwächten Fahrens (retreat travelling) sieht Patentliteratur 2 ferner eine Korrekturbetrag-Schutzsteuerung vor, die eine Einstellung des Korrekturbetrags für die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung für die Nebenrückführungssteuerung ermöglicht, indem eine Grenze für den Korrekturbetrag für die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung entsprechend der Verteilung des Ausgabewerts des O₂-Sensors eingestellt wird.
Andererseits werden, wenn beispielsweise ein Fehler im Einspritzsystem für einige der Zylinder auftritt, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen den Zylindern stark variiert, die Abgasemissionen in unvorteilhafter Weise verschlechtert. Eine derart erhebliche Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die zu der Verschlechterung der Abgasemissionen führt, wird vorzugsweise als Abnormalität bzw. Anomalie oder Fehler erkannt. Insbesondere wird bei Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen die On-Board-Erkennung eines Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts gefordert, um zu vermeiden, dass ein Fahrzeug mit verschlechterten Abgasemissionen fährt. In den letzten Jahren wurden Versuche unternommen, um die On-Board-Erkennung eines Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts rechtlich zu regeln.
Um dieses Ziel zu erreichen, sind verschiedene Konfigurationen vorgeschlagen worden, die basierend auf einer Ausgabe eines A/F-Sensors, der auf der stromaufwärtigen Seite eines Katalysators angeordnet ist, ein Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht erfassen. Beispielsweise erfasst eine in der Patentliteratur 3 beschriebene Vorrichtung, mit dem Fokus auf einem extremen Anstieg der Wasserstoffmenge im Abgas, die beobachtet wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis sich in einigen Zylindern zu einer fetten Seite verschiebt, und der Entfernung des Wasserstoffs aus dem Abgas zur Reinigung unter Verwendung des Katalysators, ein Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht basierend auf dem Zustand einer Abweichung zwischen einem Erfassungswert des A/F-Sensors, der an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators angeordnet ist, und einem Erfassungswert des O₂-Sensors, der an der stromabwärtigen Seite des Katalysators angeordnet ist. Die Konfiguration bestimmt das Vorliegen des Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts, wenn der Erfassungswert des O₂-Sensors signifikant zu einer mageren Seite in Bezug auf den Erfassungswert des A/F-Sensors abweicht.
LISTE VON DRUCKSCHRIFTEN
Patentliteratur

PTL 1: JP 2012-17 694 A
PTL 2: JP 2005-36 742 A
PTL 3: JP 2009-203 881 A

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Wie oben beschrieben, zeigt der Erfassungswert des O₂-Sensors den Magerzustand sowohl dann an, wenn es zu einer Elementrissbildung im O₂-Sensor kommt, als auch, wenn ein Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht auftritt. In diesem Fall dauert, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge beidem oben beschriebenen Zustand erhöht wird, der Zustand, bei dem der Ausgabewert des O₂-Sensors magerer als der vorbestimmte Wert ist, für eine vorbestimmte Zeit oder länger an, wenn eine Elementrissbildung im O₂-Sensor auftritt. Im Gegensatz hierzu verursacht die Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge eine geringe Änderung des Ausgabewerts des O₂-Sensors, wenn das Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht auftritt. Dies ermöglicht es, diese beiden Fälle voneinander zu unterscheiden. Allerdings ist diese Unterscheidung schwierig in einer kurzen Zeit durchzuführen, und die Emissionen können in unvorteilhafter Weise verschlechtert werden, bevor der Unterscheidung ausgeführt wurde.
Weiterhin kann, bei der Vorrichtung zur Durchführung der Korrekturbetrag-Schutzsteuerung, die eine Einstellung des Korrekturbetrags für die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung für die Nebenrückführungssteuerung ermöglicht, indem eine Grenze für den Korrekturbetrag für die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung eingestellt wird, das Ausführen der Korrekturbetrag-Schutzsteuerung zu einem unzureichenden Korrekturbetrag für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis führen, wodurch verhindert wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausreichend zu einem fetten Zustand verschoben wird. Dies kann eine ausreichende Bestimmung des Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts verhindern.
Angesichts der oben beschriebenen Umstände ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Unterscheidung zwischen dem Fall, wo es zu einer Elementrissbildung im stromabwärtigen Sensor kommt, und dem Fall, bei dem das Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht auftritt, zu beschleunigen.
Lösung für das Problem
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt schafft eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung, aufweisend:

einen stromaufwärtigen Sensor, der auf einer stromaufwärtigen Seite eines Abgasreinigungskatalysators in einem Abgassystem einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine vorgesehen ist und konfiguriert ist, um basierend auf einer Abgaskomponente einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Zustand zu erfassen;
einen stromabwärtigen Sensor, der an einer stromabwärtigen Seite des Abgasreinigungskatalysators in dem Abgassystem vorgesehen ist und konfiguriert ist, um den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Zustand basierend auf der Abgaskomponente zu erfassen; und
einen Controller der konfiguriert ist, um die Brennkraftmaschine zu steuern, wobei der Controller programmiert ist, um auszuführen:
- eine Hauptrückführungssteuerung zum Steuern einer Kraftstoffzufuhrmenge basierend auf einem Ausgabewert des stromaufwärtigen Sensors, um ein Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu machen;
- eine Nebenrückführungssteuerung, die eine Korrektur der Kraftstoffzufuhrmenge unter Verwendung eines Korrekturbetrags ermöglicht, der basierend auf einem Ausgabewert von dem stromabwärtigen Sensor eingestellt wird, so dass das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird;
- eine Korrekturbetrag-Schutzsteuerung, die eine Einstellung des Korrekturbetrags durch Einstellen einer Grenze für den Korrekturbetrag ermöglicht, wenn eine Auftrittshäufigkeit eines Zustands, bei dem der Ausgabewert von dem stromabwärtigen Sensor magerer ist als ein vorbestimmter Wert, gleich oder höher ist als ein vorbestimmter Wert;
- eine Lernsteuerung, die eine Berechnung des Lernwerts, der einer konstanten Abweichung zwischen dem Ausgabewert des stromaufwärtigen Sensors und einem tatsächlichen Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, in einer solchen Weise ermöglicht, dass der Lernwert zumindest einen Teil des Korrekturbetrags enthält, und die eine Korrektur der Kraftstoffzufuhrmenge basierend auf dem berechneten Lernwert ermöglicht;
- eine Sensoranomalie-Erfassungssteuerung, die eine Erfassung einer Anomalie in dem stromabwärtigen Sensor basierend auf dem Ausgabewert von dem stromabwärtigen Sensor ermöglicht; und
- eine Ungleichgewicht-Bestimmungssteuerung, die eine Bestimmung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts zwischen den Zylindern basierend auf den Ausgabewerten von dem stromaufwärtigen Sensor und dem stromabwärtigen Sensor ermöglicht;
- wobei der Controller ferner programmiert ist, um
- eine Einfügungsgeschwindigkeit, mit der während der Lernsteuerung der Korrekturbetrag in den Lernwert eingesetzt wird, auf eine erste Geschwindigkeit zu setzen, wenn ein Zustand, bei dem der Ausgabewert des stromabwärtigen Sensors magerer ist als der vorbestimmte Wert, für eine Zeitspanne anhält, die kürzer als eine vorbestimmte Zeit ist, und
- die Einfügungsgeschwindigkeit auf eine zweite Geschwindigkeit zu setzen, die höher als die erste Geschwindigkeit ist, und die Ausführung der Korrekturbetrag-Schutzsteuerung zu unterbinden, bis die Lernsteuerung abgeschlossen ist, wenn die Zeitspanne gleich oder länger als die vorbestimmte Zeit ist.

Vorzugsweise ist der Controller ferner programmiert, um das Unterbinden der Ausführung der Korrekturbetrag-Schutzsteuerung zu beenden, wenn die Lernsteuerung abgeschlossen ist.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Graph, der die Ausgabecharakteristik eines A/F-Sensors und eines O₂-Sensors zeigt;
3 ist ein Flussdiagramm einer Steuerroutine für die Sollkraftstoffzufuhrmengen-Berechnungssteuerung;
4 ist ein Flussdiagramm einer Steuerroutine für die Hauptrückführungssteuerung, die eine Berechnung eines Kraftstoffkorrekturbetrags ermöglicht;
5 ist ein Zeitdiagramm, das den Übergang eines Ist-Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, eines Ausgabewerts eines O₂-Sensors und eines Ausgabekorrekturwerts für den A/F-Sensor zeigt;
6 ist ein Flussdiagramm einer Steuerroutine für die Nebenrückführungssteuerung, die eine Berechnung des Ausgabekorrekturwerts ermöglicht;
7 ist ein Zeitdiagramm, das den Übergang eines Ausgabekorrekturwerts efsfb und eines Neben-F/B-Lernwerts efgfsb während der Aktualisierung des Neben-F/B-Lernwerts zeigt;
8 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerroutine zur Aktualisierung des Neben-F/B-Lernwerts efgfsb zeigt;
9 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerroutine für einen Schutzprozess für einen Ausgabekorrekturwert efsfb zeigt;
10 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerroutine für einen Prozess zum Einstellen eines Schutzwerts zeigt;
11 ist ein Graph, der eine Schwankung einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensorausgabe zeigt, die beobachtet wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht zwischen den Zylindern variiert (Diagramm (a)), und wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen den Zylindern variiert (Diagramm (b));
12 ist eine vergrößerte Darstellung, die einem Abschnitt XII von 11 entspricht;
13 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerroutine für einen Prozess zum Erfassen eines Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts zeigt;
14 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerroutine für einen Prozess zur Steuerung einer Nebenrückführungslerngeschwindigkeit zeigt;
15 ist ein Zeitdiagramm, das schematisch einen Übergang eines Lernwerts zeigt, der bei einem Prozess zum Beschleunigen des Nebenrückführungslernens und Fixieren der Nebenrückführungslerngeschwindigkeit beobachtet wird;
16 ist ein Zeitdiagramm, das den Übergang von Flags, dem Lernwert und anderen Zuständen zeigt, der beobachtet wird, wenn der Prozess zum Steuern der Nebenrückführungslerngeschwindigkeit ausgeführt wird; und
17 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Lernwert und dem Ausgabewert des O₂-Sensors während der Lernsteuerung zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 1 gezeigt ist, verbrennt eine Brennkraftmaschine (Maschine) 1 eine Mischung aus Kraftstoff und Luft in einer Brennkammer 3, die in einem Zylinderblock ausgebildet ist, und bewegt einen Kolben in der Brennkammer 3 hin und her, um Leistung zu erzeugen. Die Brennkraftmaschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, die in einem Auto montiert ist, und genauer gesagt eine Reihenvierzylinder-Brennkraftmaschine mit Funkenzündung, d.h. ein Otto- bzw. Benzinmotor. Gleichwohl ist die Brennkraftmaschine, bei der die Erfindung Anwendung findet, nicht auf die vorstehend beschriebenen Maschinen beschränkt. Die Anzahl der Zylinder, die Art der Maschine und dergleichen sind nicht auf eine Maschine mit einer Mehrzahl von Zylindern beschränkt. Eine Ausgangswelle (in den Zeichnungen nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 1 ist über einen Drehmomentwandler, ein automatisches Getriebe und eine Differentialgetriebeeinheit (wobei keines derselben in den Zeichnungen dargestellt ist) mit Antriebsrädern verbunden. Das automatische Getriebe ist ein stufenvariables Getriebe, kann jedoch auch ein kontinuierlich variables Getriebe sein.
Obgleich in den Zeichnungen nicht dargestellt, hat ein Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 1 ein Ansaugventil und ein Auslassventil, die für jeden Zylinder vorgesehen sind, wobei das Ansaugventil einen Ansaugport öffnet und schließt und das Auslassventil einen Auslassport öffnet und schließt. Das Ansaugventil und das Auslassventil werden durch eine Nockenwelle oder einen Solenoidaktor geöffnet und geschlossen. Zündkerzen 7 sind an einem oberen Abschnitt des Zylinderkopfs für die jeweiligen Zylinder vorgesehen, um eine Luft-Kraftstoff-Mischung in der Brennkammer 3 zu zünden.
Der Einlass- bzw. Ansaugport eines jeden Zylinders ist mit einer Zweigleitung 4 für den Zylinder hin zu einem Ausgleichstank 8, der als Ansaugsammelkammer dient, verbunden. Eine Ansaugleitung 13 ist mit einer stromaufwärtigen Seite des Ausgleichstanks 8 und einem Luftfilter 9 verbunden.
Die Ansaugleitung 13 hat einen Luftmengenmesser 5 zum Erfassen der Menge an Ansaugluft (der Menge an pro Zeiteinheit angesaugter Luft, d.h. die Ansaugluftmenge) und eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe 10. Die Ansaugports, die Zweigleitungen 4, der Ausgleichstank 8 und die Ansaugleitung 13 bilden einen Ansaugtrakt.
Injektoren (Kraftstoffeinspritzventile) 12 sind für die jeweiligen Zylinder vorgesehen, um Kraftstoff in den Ansaugtrakt, insbesondere in die jeweiligen Ansaugports, einzuspritzen. Von den Injektoren 12 eingespritzter Kraftstoff wird mit Ansaugluft vermischt um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Wenn das Auslassventil geöffnet wird, wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch in die Brennkammer 3 gesaugt und durch einen Kolben verdichtet. Das verdichtete Luft-Kraftstoff-Gemisch wird durch die Zündkerze 7 gezündet und verbrannt.
Demgegenüber ist der Auslassport eines jeden Zylinders mit einem Auslass- bzw. Abgaskrümmer 14 verbunden. Der Abgaskrümmer 14 hat Zweigleitungen für die jeweiligen Zylinder, die einen stromaufwärtigen Abschnitt des Abgaskrümmers 14 bilden, sowie einen Abgaszusammenführabschnitt, der einen stromabwärtigen Abschnitt des Abgaskrümmers 14 bildet. Eine stromabwärtige Seite des Abgaszusammenführabschnitts ist mit der Abgasleitung 6 verbunden. Die Auslassports, der Abgaskrümmer 14 und die Abgasleitung 6 bilden einen Abgastrakt.
Ein Katalysator 11 mit einem Drei-Wege-Katalysator ist in der Abgasleitung 6 angebracht. Der Katalysator 11 besteht beispielsweise aus Aluminiumoxid mit einem darauf getragenen seltenen Metall wie Platin (Pt), Palladium (Pd) oder Rhodium (Rh). Der Katalysator 11 ermöglicht, dass Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC), Stickoxide (NOx) und dergleichen, kollektiv als Ergebnis einer katalytischen Reaktion gereinigt und entfernt werden.
Ein A/F-Sensor 17 ist an einer stromaufwärtigen Seite des Katalysators 11 installiert und ein O₂-Sensor 18 ist an einer stromabwärtigen Seite des Katalysators 11 installiert, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu erfassen. Der A/F-Sensor 17 ist unmittelbar vor dem Katalysator 11 installiert und der O₂-Sensor 18 ist unmittelbar nach dem Katalysator 11 installiert. Sowohl der A/F-Sensor 17 wie auch der O₂-Sensor 18 erfassen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis basierend auf der Konzentration von Sauerstoff im Abgas. Der A/F-Sensor 17 entspricht einem stromaufwärtigen Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung. Der O₂-Sensor 18 entspricht einem stromabwärtigen Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Zündkerze 7, die Drosselklappe 10, der Injektor 12 und dergleichen sind elektrisch mit einer elektronischen Steuereinheit 20 (nachfolgend als ECU bezeichnet) verbunden, die als Controller dient. Die ECU 20 ist eine hinlänglich bekannte Vorrichtung mit einem Ein-Chip-Mikroprozessor mit einer CPU, einem ROM, einem RAM, einem I/O-Port und einer Speichervorrichtung (jeweils in den Zeichnungen nicht dargestellt).
Wie in 1 gezeigt ist, ist die ECU 20 nicht nur mit dem Luftmengenmesser 5, dem A/F-Sensor 17 und dem O₂-Sensor 18 wie vorstehend beschrieben elektrisch verbunden, sondern ist über A/D-Wandler oder dergleichen (in den Zeichnungen nicht dargestellt) auch mit einem Kurbelwinkelsensor 16, der den Kurbelwinkel der Verbrennungskraftmaschine 1 erfasst, einem Beschleunigeröffnungsgradsensor 15, der eine Beschleunigeröffnung erfasst, sowie verschiedenen anderen Sensoren verbunden.
Basierend auf Erfassungswerten von den verschiedenen Sensoren und dergleichen steuert die ECU 20 die Zündkerzen 7, die Drosselklappe 10, die Injektoren 12 und dergleichen sowie Zündzeitpunkte, Drosselöffnung, die Kraftstoffeinspritzmenge, die Kraftstoffeinspritzzeitpunkte, das Übersetzungsverhältnis und dergleichen, so dass eine gewünschte Ausgangsleistung erhalten wird. Die Drosselöffnung wird normalerweise auf einen geeigneten Wert entsprechend der Beschleunigeröffnung gesteuert.
Der A/F-Sensor 17 umfasst das, was als Groß-Bereich-Luft-Kraftstoff-Sensor bezeichnet wird, und kann kontinuierlich einen relativ großen Bereich von Luft-Kraftstoff-Verhältnissen erfassen. 2 zeigt die Ausgabeeigenschaften des stromaufwärtigen Sensors, d.h. des A/F-Sensors. Wie in 2 dargestellt ist, gibt der A/F-Sensor 17 ein Spannungssignal Vf mit einer Größe aus, die im Allgemeinen proportional zu einem erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch ist (ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, beispielsweise A/F = 14,6) ist eine Ausgangsspannung gleich Vreff (beispielsweise etwa 3,3 V).
Demgegenüber ist der O₂-Sensor 18 dadurch gekennzeichnet, dass er einen Ausgabewert hat, der sich schnell ändert, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis über den stöchiometrischen Wert verändert. 2 zeigt die Ausgabeeigenschaften des stromabwärtigen Sensors, d.h. des O₂-Sensors 18. Wie in 2 gezeigt ist, ist, wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch ist, die Ausgangsspannung, d.h. ein Stöchiometrie-Äquivalenzwert gleich Vrefr (beispielsweise 0,45 V). Die Ausgangsspannung des O₂-Sensors 18 verändert sich innerhalb eines vorgegebenen Bereichs (beispielsweise von 0 (V) bis 1 (V)). Die Ausgangsspannung des O₂-Sensors ist niedriger als der Stöchiometrie-Äquivalenzwert Vrefr, wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer als das stöchiometrische Verhältnis ist. Die Ausgangsspannung des O₂-Sensors ist höher als der Stöchiometrie-Äquivalenzwert Vrefr, wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter als das stöchiometrische Verhältnis ist.
Der Katalysator 11 entfernt gleichzeitig NOx, HC und CO zur Reinigung, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F des einströmenden Abgases in der Nähe des stöchiometrischen Verhältnisses ist. Jedoch ist der Bereich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (das Fenster) innerhalb dem diese drei Substanzen effektiv zu Reinigungszwecken gleichzeitig entfernt werden können, relativ eng.
Die ECU 20 führt eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung (Stöchiometrie-Steuerung) aus, um das in den Katalysator 11 einströmende Abgas in die Nähe eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu bringen. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung umfasst eine Hauptrückführungssteuerung (Haupt-Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Steuerung), die es ermöglicht, dass das vom A/F-Sensor 17 erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem stöchiometrischen Verhältnis gemacht wird, das einem vorgegebenen Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, sowie eine Nebenrückführungssteuerung (Hilfs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung), welche die Korrektur der Kraftstoffzufuhrmenge unter Verwendung eines Korrekturbetrags, der basierend auf dem Ausgabewert des O₂-Sensors 18 eingestellt wird, ermöglicht. Der Grund für das Ausführen dieser zwei Regelungen bzw. Rückführungssteuerungen ist es, die Ausgabe des O₂-Sensors 18 zu verwenden, um die Ausgabe des A/F-Sensors 17 zu korrigieren, die als Ergebnis einer thermischen Abnutzung des Erfassungselements wahrscheinlich fehlerhaft ist.
[Hauptrückführungssteuerung]
Nachfolgend wird insbesondere die Hauptrückführungssteuerung beschrieben. Zunächst wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Menge an Kraftstoff Qft(n), die dem Kraftstoffeinspritzventil 12 eines jeden Zylinders zugeführt werden soll (nachfolgend als „Sollkraftstoffzufuhrmenge“ bezeichnet) entsprechend der Formel (1) berechnet. $Qft (n) = Mc (n) / AFT + DQf (n - 1)$
Hierbei bezeichnet n einen Wert, der die Zahl der Berechnungen anzeigt, die von der ECU 20 ausgeführt werden. Beispielsweise bezeichnet Qft(n) die Sollkraftstoffzufuhrmenge, die aus der n-ten-Berechnung hervorgeht (d.h. die zum Zeitpunkt (n) erhalten wird). Mc(n) bezeichnet die Menge an Luft, von der man ausgeht, dass diese in jeden Zylinder gesaugt wird, bevor das Ansaugventil geschlossen wird (nachfolgend als „Zylinderansaugluftmenge“ bezeichnet). Die Zylinderansaugluftmenge Mc(n) wird unter Verwendung eines Kennfelds oder einer Berechnungsformel basierend auf der Ausgabe des Luftmengenmessers 5, einem Schließzeitpunkt des Ansaugventils oder dergleichen berechnet. AFT bezeichnet einen Sollwert des Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und entspricht dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis von (14,7) gemäß der vorliegenden Ausführungsform. DQf bezeichnet einen Kraftstoffkorrekturbetrag, die in Verbindung mit der nachfolgend beschriebenen Hauptrückführungssteuerung berechnet wird. Das Kraftstoffeinspritzventil 12 ermöglicht die Einspritzung einer Menge an Kraftstoff entsprechend der Sollkraftstoffzufuhrmenge, die wie vorstehend beschrieben berechnet wurde.
3 ist ein Flussschaubild, das eine Steuerroutine für eine Sollkraftstoffzufuhrmengen-Berechnungssteuerung zeigt, die eine Berechnung der Sollkraftstoffzufuhrmenge Qft(n) für den Kraftstoff, der durch das Einspritzventil 12 zugeführt wird, ermöglicht. Die dargestellte Steuerroutine wird mit Unterbrechungen in regelmäßigen Zeitintervallen ausgeführt.
Zunächst erfassen in Schritt S101 der Kurbelwinkelsensor 16, der Luftmengenmesser 5 und dergleichen die Maschinendrehzahl Ne, die Strömungsrate der den Ansaugtrakt durchströmenden Luft mt und einen Verschlusszeitpunkt des Ansaugventils IVC. Dann wird in Schritt S102 die Zylinderansaugluftmenge Mc(n) zum Zeitpunkt (n) unter Verwendung eines Kennfelds oder einer Berechnungsformel basierend auf der Maschinendrehzahl Ne, der Strömungsrate der durch den Ansaugtrakt strömenden Luft mt und dem Verschlusszeitpunkt für das Ansaugventil IVC, die jeweils in Schritt S101 erfasst wurden, berechnet. Dann wird in Schritt S103, basierend auf der Zylinderansaugluftmenge Mc(n), die in Schritt S102 berechnet wurde, und dem Kraftstoffkorrekturbetrag DQf(n-1) zum Zeitpunkt (n-1), die bei der nachfolgend beschriebenen Hauptrückführungssteuerung berechnet wird, die Sollkraftstoffzufuhrmenge Qft(n) entsprechend der vorstehend beschriebenen Formel (1) berechnet. Dann endet die Steuerroutine. Das Kraftstoffeinspritzventil 12 ermöglicht, dass eine Menge an Kraftstoff, die der so berechneten Sollkraftstoffmenge Qft(n) entspricht, eingespritzt wird.
Nun wird die Hauptrückführungssteuerung beschrieben. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Hauptrückführungssteuerung das Berechnen der Menge der Kraftstoffabweichung ΔQf zwischen der basierend auf der Ausgabe des A/F-Sensors 17 berechneten Ist-Kraftstoffzufuhrmenge und der Sollkraftstoffzufuhrmenge Qft jedes Mal, wenn eine Berechnung ausgeführt wird, und das Berechnen des Kraftstoffkorrekturbetrags DQf, so dass die Menge der Kraftstoffabweichung ΔQf Null wird. Insbesondere wird der Kraftstoffkorrekturbetrag DQf entsprechend der Formel (2) berechnet. In der nachfolgend dargestellten Formel (2) bezeichnet DQf(n-1) den Kraftstoffkorrekturbetrag, die aus der n-1sten Berechnung, d.h. aus der letzten Berechnung, hervorgeht, Kmp bezeichnet eine Proportionalverstärkung und Kmi bezeichnet eine Integralverstärkung. Die Proportionalverstärkung Kmp und die Integralverstärkung Kmi können vorgegebene Werte sein oder Werte, die entsprechend dem Maschinenbetriebszustand variieren. $D Q f (n) = D Q f (n - 1) + K m p \cdot Δ Q f (n) + K m i \cdot \sum_{k = 1}^{n} Δ Q f (k)$
4 ist ein Flussschaubild, das eine Steuerroutine für die Hauptrückführungssteuerung zeigt, welche die Berechnung des Kraftstoffkorrekturbetrags DQf ermöglicht. Die dargestellte Steuerroutine wird mit Unterbrechungen in regelmäßigen Zeitintervallen ausgeführt.
Zunächst wird in Schritt S121 durch die Routine bestimmt, ob eine Ausführungsbedingung für die Hauptrückführungssteuerung erfüllt ist oder nicht. Die Ausführungsbedingung für die Hauptrückführungssteuerung ist beispielsweise erfüllt, wenn die folgende Bedingung erfüllt ist: die Brennkraftmaschine 1 führt keinen Kaltstart aus (d.h. die Temperatur des Maschinenkühlwassers ist gleich oder höher als ein vorgegebener Wert und eine Maschinenstart-Kraftstofferhöhung oder dergleichen werden nicht ausgeführt) oder eine Kraftstoffabschaltungssteuerung, wodurch die Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil 12 während des Maschinenbetriebs gestoppt wird, wird nicht ausgeführt. Nach der Feststellung in Schritt S121, dass die Ausführungsbedingung für die Hauptrückführungssteuerung erfüllt ist, fährt die Routine mit Schritt S122 fort.
In Schritt S122 wird der Ausgabewert VAF(n) vom A/F-Sensor 17, der aus der n-ten-Berechnung hervorgeht, erfasst. Dann wird in Schritt S123 ein Nebenrückführungslernwert efgfsb(n), der später beschrieben werden wird, zu einem Ausgabekorrekturwert efsfb(n) für den A/F-Sensor 17, der durch eine Steuerroutine für die Nebenrückführungssteuerung, die später beschrieben wird, berechnet wird, hinzuaddiert, um einen Gesamtkorrekturbetrag sfb_total(n) zu berechnen. Dann wird in Schritt S124 ein Schutzprozess ausgeführt, wie später beschrieben, bei dem der berechnete Gesamtkorrekturbetrag sfb_total(n) verwendet wird.
Dann wird in Schritt S125 der Ausgabewert des A/F-Sensors 17 unter Verwendung des Gesamtkorrekturbetrags sfb_total(n), der aus dem Schutzprozess resultiert, korrigiert. Somit wird ein korrigierter Ausgabewert VAF'(n) für die n-te-Berechnung berechnet (VAF'(n) = VAF(n) + sfb_total(n)).
Dann wird in Schritt S126 ein Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFR(n) zu einem Zeitpunkt (n) unter Verwendung eines in 2 gezeigten Kennfelds basierend auf dem korrigierten Ausgabewert VAF'(n), der in Schritt S125 berechnet wurde, berechnet. Das so berechnete Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFR(n) ist etwa gleich dem Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in einen Drei-Wege-Katalysator 20 strömenden Abgases, das aus der n-ten-Berechnung hervorgeht.
Dann nutzt in Schritt S127 die Routine die nachfolgend dargestellte Formel (3), um die Menge der Kraftstoffabweichung ΔQf zwischen der basierend auf der Ausgabe des A/F-Sensors 17 berechneten Kraftstoffzufuhrmenge und der Sollkraftstoffzufuhrmenge Qft zu berechnen. In Formel (3) gehen die Werte für die Zylinderansaugluftmenge Mc und die Sollkraftstoffzufuhrmenge Qft aus der n-ten-Berechnung hervor, können jedoch auch aus einer Berechnung vor der n-ten-Berechnung hervorgehen. $Δ Qf (n) = Mc (n) / AFR (n) - Qft (n)$
In Schritt S128 wird der Kraftstoffkorrekturbetrag DQf(n) zum Zeitpunkt (n) entsprechend der vorstehend beschriebenen Formel (2) berechnet und die Steuerroutine endet. Der berechnete Kraftstoffkorrekturbetrag DQf(n) wird in Schritt S103 der Steuerroutine aus 3 verwendet. Wenn dagegen in Schritt S121 festgestellt wird, dass die Ausführungsbedingung für die Hauptrückführungssteuerung nicht erfüllt ist, endet die Steuerroutine, wobei ein Update bzw. eine Aktualisierung des Kraftstoffkorrekturbetrags DQf(n) übersprungen wird.
[Nebenrückführungssteuerung]
Beispielsweise kann die Wärme des Abgases den A/F-Sensor 17 verschlechtern, wodurch die Ausgabe des A/F-Sensors 17 abweicht. Daher führt die vorliegende Ausführungsform die Nebenrückführungssteuerung unter Verwendung des O₂-Sensors 18 aus, um eine Abweichung des Ausgabewerts des A/F-Sensors 17 zu kompensieren, so dass der Ausgabewert vom A/F-Sensor 17 dem Ist-Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht.
Das bedeutet, wie in 2 dargestellt ist, kann der O₂-Sensor 18 bestimmen, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter oder magerer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und unterliegt im Wesentlichen keiner Abweichung bezüglich der Bestimmung, ob das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter oder magerer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Die Ausgabespannung des O₂-Sensors 18 hat dementsprechend einen geringen Wert, wenn das Ist-Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen mageren Zustand anzeigt, und einen großen Wert, wenn das Ist-Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen fetten Zustand anzeigt. Wenn das Ist-Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis somit etwa gleich dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das bedeutet, wenn das Ist-Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wiederholt in der Nähe des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ansteigt und abfällt, wechselt die Ausgangsspannung des O₂-Sensors 18 wiederholt zwischen einem hohen Wert und einem niedrigen Wert. Dies berücksichtigend korrigiert die vorliegende Ausführungsform den Ausgabewert des A/F-Sensors 17, so dass die Ausgangsspannung des O₂-Sensors 18 die Wechsel zwischen dem hohen Wert und dem niedrigen Wert wiederholt.
5 ist ein Zeitschaubild des Ist-Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, des Ausgangswerts vom O₂-Sensor 18 und der Ausgangskorrekturwerte efsfb für den A/F-Sensor 17. Das Zeitschaubild aus 5 zeigt wie die Abweichung im A/F-Sensor 17 kompensiert wird, wenn eine Abweichung im A/F-Sensor 17 das Angleichen des Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses an das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis verhindert, obgleich eine Steuerung ausgeführt wird, um das Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis an das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzugleichen.
Bei dem in 5 gezeigten Beispiel ist zu einem Zeitpunkt t0 das Ist-Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht gleich dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, sondern magerer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Dies liegt daran, dass eine Abweichung im A/F-Sensor 17 verursacht, dass der A/F-Sensor 17 einen Ausgabewert ausgibt, der dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, obgleich das Ist-Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Zu diesem Zeitpunkt gibt der O₂-Sensor 18 einen niedrigen Ausgabewert aus.
Der Ausgabekorrekturwert efsfb für den A/F-Sensor 17 wird zum Ausgabewert VAF(n) addiert, um in Schritt S125 in 4 wie vorstehend beschrieben den korrigierten Ausgabewert VAF'(n) zu berechnen. Daher wird der Ausgabewert des A/F-Sensors 17 auf die magere Seite korrigiert, wenn der Ausgabekorrekturwert efsfb positiv ist, und auf die fette Seite, wenn der Ausgabekorrekturwert efsfb negativ ist. Der Betrag, um den der Ausgabewert des A/F-Sensors 17 korrigiert wird, steigt konsistent mit dem Absolutwert des Ausgabekorrekturwerts efsfb.
Wenn der Ausgabewert des O₂-Sensors 18 gering ist, obgleich der Ausgabewert des A/F-Sensors 17 annähernd gleich dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, bedeutet dies, dass der Ausgabewert des A/F-Sensors 17 hin zur fetten Seite verschoben ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird daher, wenn der Ausgabewert des O₂-Sensors 18 gering ist, der Ausgabekorrekturwert efsfb erhöht, um den Ausgabewert des A/F-Sensors 17 in Richtung zur mageren Seite zu korrigieren, wie in 5 gezeigt. Wenn dagegen der Ausgabewert des O₂-Sensors 18 groß ist, obgleich der Ausgabewert des A/F-Sensors 17 annähernd gleich dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wird der Ausgabekorrekturwert efsfb verringert, um den Ausgabewert des A/F-Sensors 17 in Richtung zur fetten Seite zu korrigieren.
Insbesondere wird der Ausgabekorrekturwert efsfb entsprechend der nachfolgend dargestellten Formel (4) berechnet. In Formel (4) bezeichnet efsfb(n-1) den Ausgabekorrekturwert der aus der n-1 sten-Berechnung, das bedeutet, der letzten Berechnung, hervorgeht, Ksp bezeichnet eine Proportionalverstärkung und Ksi bezeichnet eine Integralverstärkung. Ferner bezeichnet ΔVO(n) eine Ausgabeabweichung zwischen dem Ausgabewert des O₂-Sensors 18, die aus der n-ten-Berechnung hervorgeht, und dem Sollausgabewert (in der vorliegenden Ausführungsform dem Wert, der dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht). $e f s f b (n) = e f s f b (n - 1) + K s p \cdot Δ V O (n) + K s i \cdot \sum_{k = 1}^{n} Δ V O (k)$
Wie vorstehend beschrieben ist, korrigiert bei dem in 5 gezeigten Beispiel eine Zunahme des Ausgabekorrekturwerts efsfb für den A/F-Sensor 17 die Abweichung des Ausgabewerts vom A/F-Sensor 17. Dies bringt das Ist-Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis allmählich näher an das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
6 ist ein Flussschaubild, das eine Steuerroutine für die Nebenrückführungssteuerung zeigt, welche die Berechnung des Ausgabekorrekturwerts efsfb ermöglicht. Die dargestellte Steuerroutine wird mit Unterbrechungen in regelmäßigen Zeitintervallen ausgeführt.
Zunächst bestimmt in Schritt S131 die Routine, ob eine Ausführungsbedingung für die Nebenrückführungssteuerung erfüllt ist. Die Ausführungsbedingung für die Nebenrückführungssteuerung ist beispielsweise erfüllt, wenn die Brennkraftmaschine keinen Kaltstart ausführt oder eine Kraftstoffabschaltungssteuerung nicht ausgeführt wird, wie bei dem Fall der Ausführungsbedingung für die Hauptrückführungssteuerung. Bei der Feststellung in Schritt S131, dass die Ausführungsbedingung für die Nebenrückführungssteuerung nicht erfüllt ist, endet die Routine.
Wenn dagegen bestimmt wird, dass die Ausführungsbedingung für die Nebenrückführungssteuerung erfüllt wurde, fährt die Routine mit Schritt S132 fort. In Schritt S132 wird eine Ausgabeabweichung ΔVO(n) zwischen dem Ausgabewert für den O₂-Sensor 18 zum Zeitpunkt (n) und dem Sollausgabewert berechnet. In Schritt S133 wird der Ausgabekorrekturwert efsfb(n) unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Formel (4) basierend auf der Ausgabeabweichung ΔVO, die in Schritt S132 berechnet wurde, berechnet. Der so berechnete Ausgabekorrekturwert efsfb(n) wird in Schritt S125 aus 4 verwendet.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform nutzt eine PI-Regelung als Hauptrückführungssteuerung und Nebenrückführungssteuerung. Die Hauptrückführungssteuerung und Nebenrückführungssteuerung können jedoch auch unter Verwendung eines anderen Steuerverfahrens wie einer P-Regelung oder PID-Regelung ausgeführt werden.
[Lernsteuerung]
Die vorliegende Ausführungsform führt eine Lernsteuerung durch, um die Menge an Zeit, die für die Nebenrückführungssteuerung, die die Ausgabe des O₂-Sensors verwendet, benötigt wird, zu verringern. Die Lernsteuerung umfasst das Berechnen und Halten eines Lernwerts, der einer konstanten Abweichung zwischen dem Ausgabewert vom O₂-Sensor und dem Ist-Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, sowie das Korrigieren der Kraftstoffzufuhrmenge basierend auf dem Lernwert. Der Lernwert wird derart berechnet, um zumindest einen Teil des Korrekturbetrags für die Nebenrückführungssteuerung zu umfassen. Der Lernwert ermöglicht es, die Ausgabe des A/F-Sensors schnell unter Verwendung des Lernwerts zu korrigieren, beispielsweise unmittelbar nachdem die Verbrennungskraftmaschine neu gestartet wird, wenn der Ausgabewert des A/F-Sensors nicht ausreichend bei der Nebenrückführsteuerung korrigiert wurde.
Das bedeutet, die Nebenrückführungssteuerung ermöglicht es, den Ausgabewert des A/F-Sensors 17 in geeigneter Weise zu korrigieren, sie wird jedoch beispielsweise unterbrochen, wenn die Brennkraftmaschine gestoppt wird oder wenn die Kraftstoffabschaltung ausgeführt wird. Als Ergebnis wird der Ausgabekorrekturwert efsfb auf Null zurückgesetzt. Wenn dann beispielsweise die Brennkraftmaschine erneut gestartet wird oder die Kraftstoffabschaltungssteuerung beendet wird, wird die Nebenrückführungssteuerung wieder aufgenommen. Da jedoch der Ausgabekorrekturwert efsfb auf Null zurückgesetzt wurde, ist eine lange Zeit nötig, um den Ausgabewert des A/F-Sensors 17 erneut auf einen geeigneten Wert zu korrigieren.
Daher umfasst die vorliegende Ausführungsform das Berechnen eines Neben-F/B-Lernwerts efgsfb, der einen konstanten Abweichung zwischen dem Ausgabewert des A/F-Sensors 17 und dem Ist-Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, basierend auf dem Ausgabekorrekturwert efsfb für die Nebenrückführungssteuerung, sowie das Korrigieren der Ausgabe des A/F-Sensors 17 basierend auf dem berechneten Neben-F/B-Lernwert efgsfb. In anderen Worten führt die vorliegende Ausführungsform eine Lernsteuerung durch, die es ermöglicht, dass zumindest ein Teil des Ausgabekorrekturwerts efsfb in den Neben-F/B-Lernwert efgsfb eingesetzt wird, und die es ermöglicht, dass der Ausgabewert VAF vom A/F-Sensor 17 basierend auf dem Neben-F/B-Lernwert efgsfb korrigiert wird, so dass der Ausgabekorrekturwert efsfb der Neben-F/B-Steuerung klein oder im Wesentlichen Null wird. Ein zurücksetzen auf Null des so berechneten Neben-F/B-Lernwerts efgsfb wird beispielsweise selbst dann verhindert, wenn die Verbrennungskraftmaschine gestoppt oder die Kraftstoffabschaltungssteuerung ausgeführt wird. Selbst wenn beispielsweise die Brennkraftmaschine gestoppt wird oder die Kraftstoffabschaltungssteuerung ausgeführt wird, kann der Ausgabewert des A/F-Sensors 17 zu einem relativ frühen Zeitpunkt auf den geeigneten Wert unter Verwendung der Nebenrückführungssteuerung korrigiert werden.
7 ist ein Zeitschaubild des Ausgabekorrekturwerts efsfb und des Neben-F/B-Lernwerts efgsfb, und zeigt einen Zustand, wenn der Neben-F/B-Lernwert efgsfb aktualisiert wird. Bei dem in 7 gezeigten Beispiel wird, wenn eine Lernwertaktualisierungsbedingung zum Zeitpunkt t1 erfüllt ist, ein Aktualisieren des Lernwerts gestartet. Zum Zeitpunkt t1 wird, wenn die Lernwertaktualisierungsbedingung erfüllt ist, der Neben-F/B-Lernwert efgsfb erhöht, wenn der Ausgabekorrekturwert efsfb positiv ist, und verringert, wenn der Ausgabekorrekturwert efsfb negativ ist. Der Betrag, um den der Neben-F/B-Lernwert efgsfb erhöht oder verringert wird, steigt konsistent mit dem Absolutwert des Ausgabekorrekturwerts efsfb.
Insbesondere wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Ausgabekorrekturwert efsfb zum Zeitpunkt t1 entsprechend den nachfolgend dargestellten Formeln (5) und (6) in den Neben-F/B-Lernwert efgsfb eingesetzt. In den Formeln (5) und (6) bezeichnet α eine Einfügungsgeschwindigkeit, die ein voreingestellter positiver Wert von 1 oder weniger ist (0 < α ≤ 1). Daher ist bei dem in 7 gezeigten Beispiel der Ausgabekorrekturwert efsfb zum Zeitpunkt t1 positiv. Somit wird entsprechend den Formeln (5) und (6) der Ausgabekorrekturwert efsfb verringert, während der Neben-F/B-Lernwert efgsfb erhöht wird. $efsfb = efsfb - efsfb \cdot α$
$efgsfb = efgsfb + efgsfb \cdot α$
Anschließend werden der Ausgabekorrekturwert efsfb und der Neben-F/B-Lernwert efgsfb modifiziert und zu einem Zeitpunkt t2, der einem Verstreichen eines Einfügungsintervalls ΔT vom Zeitpunkt t1 entspricht, wird erneut ein Einsetzvorgang ähnlich dem Einsetzvorgang zum Zeitpunkt t1 ausgeführt. Ein derartiger Einfügungs- bzw. Einsetzvorgang für den Ausgabekorrekturwert efsfb und den Neben-F/B-Lernwert efgsfb wird in Einfügungsintervallen ΔT (Zeitpunkt t3 und Zeitpunkt t4) wiederholt. Der Absolutwert des Ausgabekorrekturwerts efsfb nimmt somit allmählich ab und der Absolutwert des Neben-F/B-Lernwerts efgsfb nimmt allmählich zu. Der Neben-F/B-Lernwert efgsfb konvergiert gegen einen bestimmten Wert. Wenn der Neben-F/B-Lernwert efgsfb derart gegen einen bestimmten Wert konvergiert, wird die Aktualisierung des Neben-F/B-Lernwerts efgsfb beendet (Zeitpunkt t4). Die Einfügungsgeschwindigkeit α und das Einfügungsintervall ΔT, wie sie hier verwendet werden, werden bei Bedarf für einen Prozess zum Steuern einer Nebenrückführungslerngeschwindigkeit, der später beschrieben wird, verändert.
8 zeigt ein Flussschaubild, das eine Steuerroutine für das Aktualisieren des Neben-F/B-Lernwerts efgsfb zeigt. Die dargestellte Steuerroutine wird mit Unterbrechung in regelmäßigen Zeitabständen ausgeführt.
Wie in 8 gezeigt ist, bestimmt die Routine in S141 zunächst, ob eine Ausführungsbedingung für die Nebenrückführungssteuerung erfüllt wurde oder nicht. Die Ausführungsbedingung für die Nebenrückführungssteuerung ist beispielsweise erfüllt, wenn die Maschine gleichmäßig betrieben wird oder wenn die Brennkraftmaschine keinen Kaltstart ausführt und keine Brennstoffabschaltungssteuerung ausgeführt wird.
Bei der Feststellung in Schritt S141, dass die Ausführungsbedingung für die Nebenrückführungssteuerung nicht erfüllt ist, wird die Routine beendet. Wenn dagegen festgestellt wird, dass die Ausführungsbedingung für die Nebenrückführungssteuerung erfüllt ist, fährt die Routine mit Schritt S142 fort. In Schritt S142 wird einem Zeitzählwert 1 hinzugefügt, um einen neuen Wert im Zeitzählwert zu erhalten. Der Zeitzählwert ist ein Zählwert, der ein Fortstreichen der Zeit seit dem Einfügen des Neben-F/B-Lernwerts efgsfb anzeigt.
Dann bestimmt die Routine in Schritt S143, ob der Zeitzählwert gleich oder größer als ein Wert ist, der dem Einfügungsintervall ΔT entspricht. Wenn der Wert kleiner als das Einfügungsintervall ΔT ist, endet die Steuerroutine. Wenn dagegen der Zeitzählerwert als gleich oder größer als das Einfügungsintervall ΔT bestimmt wird, fährt die Routine mit Schritt S144 fort. In Schritt S144 wird der Ausgabekorrekturwert efsfb in den Neben-F/B-Lernwert efgsfb basierend auf den Formeln (5) und (6) eingefügt. Dann wird in Schritt S145 der Zeitzählwert auf Null gesetzt und die Steuerroutine beendet.
[Korrekturbetrag-Schutzsteuerung]
Die vorliegende Ausführungsform führt eine Korrekturbetrag-Schutzsteuerung durch, die es ermöglicht, den Korrekturbetrag für die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung einzustellen, indem eine Grenze für den Korrekturbetrag für die Nebenrückführungssteuerung entsprechend der Verteilung des Ausgabewerts vom O₂-Sensor 18 eingestellt wird. Wie vorstehend beschrieben wurde, nimmt, wenn eine Elementrissbildung im O₂-Sensor auftritt, die Ausgangsspannung des O₂-Sensors ab und die Ausgabe des O₂-Sensors ähnelt dem mageren Zustand. Das Ausführen der Nebenrückführungssteuerung unter Verwendung des O₂-Sensors führt somit zu einer übermäßigen Zunahme (fetterer Zustand) der Kraftstoffkonzentration. Eine derartige Rissbildung kann basierend auf dem „Andauern des Zustands, bei dem der Ausgabewert des O₂-Sensors für eine vorgegebene Zeitspanne oder länger trotz einer Zunahme der Kraftstoffeinspritzung magerer als der vorgegebene Wert ist“ festgestellt werden. Jedoch kann die Abgasemission vor dem Ausführen der Erfassung oder während des Ausführens eines abgeschwächten Fahrens ab der Ausführung der Erfassung bis zum Ersetzen des O₂-Sensors abnehmen. Somit wird vorteilhaft eine übermäßige Zunahme der Kraftstoffkonzentration unterdrückt. Um dies zu erzielen, implementiert die vorliegende Ausführungsform die Korrekturbetrag-Schutzsteuerung, die es ermöglicht, eine Begrenzung auf den Korrekturbetrag für die Nebenrückführungssteuerung für die Luft-Kraftstoff-Gemisch-Steuerung gemäß der Verteilung des Ausgabewerts vom O₂-Sensor 18 einzustellen.
9 ist ein Flussschaubild, das eine Steuerroutine für einen Schutzprozess für den Ausgabekorrekturwert efsfb zeigt. Zunächst bestimmt die Routine, ob ein Gesamtkorrekturbetrag sfb_total, der den Gesamtwert des Korrekturbetrags efsfb und des Nebenrückführungslernwerts efgsfb darstellt, gleich oder größer als „0 (V)“ ist (S151). Wenn der Gesamtkorrekturbetrag sfb_total ≥ 0 ist (JA in S151), bestimmt die Routine, ob der Gesamtkorrekturbetrag sfb_total ≤ grd(+) ist oder ob nicht (S152). In diesem Fall ist der plusseitige Schutzwert grd(+) ein oberer Grenzwert, der für einen Prozess zum Einstellen eines Schutzwerts, wie er später beschrieben wird, eingestellt wurde.
Wenn der Gesamtkorrekturbetrag sfb_total ≤ grd(+) ist („JA“ in S152), wird der Schutzprozess vorübergehend beendet, ohne den Gesamtkorrekturbetrag sfb _total zu verändern. Wenn jedoch der Gesamtkorrekturbetrag sfb _total > grd(+) ist („NEIN“ in S152), wird der Wert des Gesamtkorrekturbetrags sfb_total auf den plusseitigen Schutzwert grd(+) verändert (S153). Dies ermöglicht es, dass der Wert des Gesamtkorrekturbetrags sfb_total unter Verwendung des plusseitigen Schutzwerts grd(+) als obere Grenze begrenzt wird. Dann wird der Schutzprozess vorübergehend beendet.
Wenn dagegen der Gesamtkorrekturbetrag sfb_total < 0 ist („NEIN“ in S151), bestimmt die Routine, ob der Gesamtschutzwert sfb_total ≥ grd(-) ist oder nicht („JA“ in S154). In diesem Fall ist ein minusseitiger Schutzwert grd(-) ein unterer Grenzwert, der für den Prozess zum Einstellen des Schutzwerts, der später beschrieben wird, eingestellt wurde.
Wenn der Gesamtkorrekturbetrag sfb_total ≥ grd(-) ist („JA“ in S154), wird der Schutzprozess vorübergehend beendet, ohne den Gesamtkorrekturbetrag sfb _total zu verändern. Wenn aber der Gesamtkorrekturbetrag sfb_total < grd(+) ist („NEIN“ in S154), wird der Wert des Gesamtkorrekturbetrags sfb_total auf den minusseitigen Schutzwert grd(-) verändert (S155). Dies ermöglicht es, den Wert des Gesamtkorrekturbetrags sfb _total unter Verwendung des minusseitigen Schutzwerts grd(-) als untere Grenze zu begrenzen. Daher wird der Schutzprozess vorübergehend beendet.
Wenn ein derartiger Schutzprozess beendet wird, kehrt der Prozess zum vorstehend beschriebenen Schritt S125 in 4 zurück. Die Ausgangsspannung VAF(n) des A/F-Sensors 17 wird unter Verwendung des Gesamtwerts des Korrekturbetrags efsfb und des Nebenrückführungslemwerts efgsfb korrigiert. Dann wird der Steuerspannungswert VAF'(n) berechnet (S125).
10 zeigt ein Flussschaubild, das eine Steuerroutine für den Prozess zum Einstellen des Schutzwerts zeigt. Der Prozess wird wiederholt in einer konstanten Zeitspanne ausgeführt. Wenn der Prozess gestartet wird, bestimmt die Routine, ob eine Überwachungsbedingung erfüllt ist (S161). Die Überwachungsbedingung bezeichnet hierbei eine Bedingung, bei der ein Fehler in der Ausgabe des O₂-Sensors 18 unter Verwendung des Ausgabewerts vom O₂-Sensor 18 selbst festgestellt werden kann. Beispiele für die Bedingung sind wie folgt: „(1) die Aktivierung des O₂-Sensors ist abgeschlossen, (2) die Neben-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungssteuerung wird ausgeführt (die vorstehend beschriebenen Schritte S104 bis S110 in 4 werden ausgeführt), (3) eine bestimmte Zeit seit der Erholung von der Kraftstoffabschaltung ist verstrichen, (4) die Ansaugluftmenge GA ist gleich oder größer als ein vorgegebener Wert, (5) die Maschine ist nicht im Leerlauf und (6) eine Nebenrückführungs-Lernbeschleunigungsanfrage-Flag ist aus“. Die Bedingung (3) wird als Bedingung verwendet, da nach der Erholung von der Kraftstoffabschaltung die Routine warten muss, bis die nachteiligen Effekte der Kraftstoffabschaltung beseitigt sind. Die Bedingungen (4) und (5) werden als Bedingung verwendet, da der Gegendruck des Abgases ausreichend erhöht werden muss, dass die Ausgabe des O₂-Sensors 18 klar das Auftreten einer Elementrissbildung im O₂-Sensor 18 anzeigen kann.
Wenn die Überwachungsbedingung erfüllt wurde („JA“ in Schritt S161), wird eine Überwachungszeit Mt hochgezählt (S162). Die Überwachungszeit Mt wird während der Initialisierung, wenn die ECU 20 gestartet wird, auf „0“ gesetzt. Dies dient als Zeitzähler zum Zählen der insgesamt verstrichenen Zeit, wenn die Überwachungsbedingung erfüllt ist.
Dann bestimmt die Routine, ob der Ausgabewert des O₂-Sensors 18 kleiner als 0,05 V ist oder nicht (S163).
Wenn der O₂-Sensor 18 normal funktioniert, erscheint während der Neben-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungssteuerung der Ausgabewert mit einer im Wesentlichen äquivalenten Häufigkeit auf einer Niedrigspannungsseite und einer Hochspannungsseite bezüglich einer Spannung von 0,45 V. Der Ausgabewert erscheint sehr selten in einem sehr mageren Bereich von 0 V ≤ Vo2 < 0,05 V.
Wenn eine anfängliche Elementrissbildung das Austreten von Abgas in Richtung zur Atmosphärenseite des O₂-Sensors 18 verursacht, verschiebt dieses leichte Austreten des Abgases den Ausgabewert Vo2 des O₂-Sensors 18 hin zur mageren Seite, so dass die Erscheinungs- bzw. Auftrittshäufigkeit des Ausgabewerts schnell im Bereich 0 V ≤ Vo2 < 0,05 V zunimmt.
Wenn die Elementrissbildung voranschreitet, so dass mehr Abgas zur Atmosphärenseite des O₂-Sensors 18 austritt, erscheint der Ausgabewert des O₂-Sensors 18 nur auf der mageren Seite und sehr häufig im Bereich von 0 V ≤ Vo2 < 0,05 V.
Der nachteilige Effekt der Elementrissbildung erscheint somit deutlich als Häufigkeit des Auftretens des Ausgabewerts Vo2 vom O₂-Sensor 18 im Bereich von 0 V ≤ Vo2 < 0,05 V. Die Bestimmung, ob Vo2 < 0,05 V ist, dient zur Bestimmung der Häufigkeit des Auftretens in diesem Bereich.
Wenn Vo2 < 0,05 V ist („JA“ in S163), wird eine übermäßige Magerzeit Lt hochgezählt (S164). Die übermäßige Magerzeit Lt wird während der Initialisierung auf „0“, wenn die ECU 20 gestartet wird, gesetzt. Dies dient als Zeitzähler zum Zählen einer insgesamt verstrichenen Zeit, wenn 0 V ≤ Vo2 < 0,05 V.
Nach dem Schritt S164 oder bei der Bestimmung, dass Vo2 ≥ 0,05 V ist („NEIN“ in S163), bestimmt die Routine, ob die Überwachungszeit Mt gleich oder länger als eine Überwachungsbezugszeit Jt ist oder nicht (S165). Wenn Mt < Jt ist („NEIN“ in S165), wird der Prozess vorübergehend beendet.
Der vorstehend beschriebene Prozess wird wiederholt, und wenn die Überwachungszeit Mt ≥ Jt ist („JA“ in S165), wird die Häufigkeit des Auftretens Lr(%) bei 0 V ≤ Vo2 < 0,05 V während der Überwachungszeit Mt berechnet (S166). $Lr \leftarrow 100 \cdot Lt / Mt$
Wenn die Auftrittshäufigkeit Lr einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt, werden die vorstehend beschriebenen Schutzwerte grd(+) und grd(-) eingestellt. Die Schutzwerte grd(+) und grd(-) können feste Werte sein oder entsprechend der Auftrittshäufigkeit Lr variieren.
Wenn die Berechnung der Schutzwerte grd(+) und grd(-)endet, werden die Überwachungszeit Mt und die übermäßige Magerzeit Lt geleert (S168) und der Prozess wird vorübergehend beendet. Der vorstehend beschriebene Prozess wird wiederholt, was das Bestimmen der Auftrittshäufigkeit Lr während der Überwachungszeit Mt und Einstellen der Schutzwerte grd(+) und grd(-) einschließt.
[Erfassungssteuerung für Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht]
Die vorliegende Ausführungsform verwendet eine Steuerung, die es ermöglicht, ein Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht basierend auf den Ausgaben des A/F-Sensors 17 und des O₂-Sensors 18 zu erfassen. Wie in 11 gezeigt ist, neigt das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F, das vom A/F-Sensor 17 erfasst wird, dazu, zyklisch in einer Zeitspanne zu variieren, die gleich einem Maschinenzyklus (= 720°CA) ist. Eine Variation des Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erhöht eine Fluktuation im Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Maschinenzyklus. In 11 zeigt ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Diagramm (a), dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht zwischen den Zylindern variiert, und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Diagramm (b) zeigt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen den Zylindern variiert. 11 ist schematisch dargestellt, um das Verständnis zu erleichtern.
Hierbei ist eine Ungleichgewichtrate (%) ein Parameter, der den Grad einer Variation des Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses darstellt. Das bedeutet, die Ungleichgewichtrate ist ein Wert, der, wenn nur einer von allen Zylindern eine Abweichung in der Kraftstoffeinspritzmenge erfährt, anzeigt, wie stark die Kraftstoffeinspritzmenge in dem Zylinder mit der Abweichung (unausgeglichener Zylinder) von der Kraftstoffeinspritzmenge in den Zylindern ohne Abweichung (ausgeglichene Zylinder) abweicht. Wenn die Ungleichgewichtsrate durch IB dargestellt ist, die Kraftstoffeinspritzmenge des unausgeglichenen Zylinders durch Qib dargestellt ist, und die Kraftstoffeinspritzmenge der ausgeglichenen Zylinder, d.h. die Bezugsmenge der Kraftstoffeinspritzmenge als Qs dargestellt ist, gilt IB = (Qib - Qs)/Qs. Ein Anstieg der Ungleichgewichtsrate IB verstärkt die Abweichung der Kraftstoffeinspritzmenge im unausgeglichenen Zylinder von der Kraftstoffeinspritzmenge der ausgeglichenen Zylinder und verstärkt den Grad der Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
Wie anhand der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, erhöht ein mögliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht eine Schwankung der Ausgabe des A/F-Sensors. Das Überwachen des Grades der Fluktuation bzw. Schwankung ermöglicht somit die Erfassung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts. Die vorliegende Ausführungsform umfasst das Berechnen eines Fluktuations- bzw. Schwankungsparameters, d.h. eines Parameters, der mit dem Grad der Fluktuation der A/F-Sensorausgabe korreliert, und das Vergleichen des Fluktuationsparameters mit einem vorgegebenen Anomalie-Bestimmungswert zur Erfassung des Ungleichgewichts.
Nun wird ein Verfahren zum Berechnen des Fluktuationsparameters beschrieben. 12 ist eine vergrößerte Darstellung, die einem Abschnitt XII von 11 entspricht, und zeigt insbesondere eine Schwankung der A/F-Sensorausgabe in einem Maschinenzyklus. In diesem Fall ist die A/F-Sensorausgabe ein Wert, der aus der Umwandlung der Ausgangsspannung VF vom A/F-Sensor 17 in das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F resultiert. Jedoch kann die Ausgangsspannung VF des A/F-Sensors 17 auch direkt verwendet werden.
Wie in 12(B) dargestellt ist, ermittelt die ECU 20 den Wert der A/F-Sensorausgabe A/F in jeder Abtastzeitspanne τ (Zeiteinheit, beispielsweise 4 Millisekunden) während eines Maschinenzyklus. Die ECU 20 bestimmt dann eine Differenz ΔA/F_n zwischen einem Wert A/F_n, der beim augenblicklichen Zeitpunkt erfasst wird (zweiter Zeitpunkt) und einem Wert A/F_n-1, der beim letzten Zeitpunkt (erster Zeitpunkt) erfasst wurde, entsprechend der nachfolgend dargestellten Formel (8). Die Differenz ΔA/F_n kann als Differenzwert oder Steigung zum augenblicklichen Zeitpunkt bezeichnet werden. $Δ A / F_{n} = {A/F}_{n} - {A/F}_{n-1}$
Am einfachsten dargestellt bezeichnet die Differenz ΔA/F_n eine Schwankung in der A/F-Sensorausgabe. Dies liegt daran, dass eine Zunahme des Schwankungsgrades den Absolutwert der Steigung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Diagramm erhöht und auch den Absolutwert der Differenz ΔA/F_n erhöht. Der Schwankungsparameter kann somit der Wert der Differenz ΔA/F_n zu einem vorgegeben Zeitpunkt sein.
Jedoch nutzt die vorliegende Ausführungsform den Mittelwert einer Mehrzahl von Differenzen ΔA/F_n als Schwankungsparameter, um die Genauigkeit zu verbessern. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden die Differenzen ΔA/F_n, die innerhalb eines Maschinenzyklus erhalten werden, zu jedem Zeitpunkt integriert und der finale integrierte Wert wird durch die Zahl der Proben N geteilt, um den Mittelwert der Differenz ΔA/F_n in einem Maschinenzyklus zu bestimmen. Darüber hinaus werden die Durchschnittswerte der Differenz ΔA/F_n, die über M-Maschinenzyklen erhalten wurden (zum Beispiel M = 100), integriert, und der finale integrierte Wert wird durch die Zahl der Zyklen M dividiert um den Mittelwert der Differenzen ΔA/F_n innerhalb der M-Maschinenzyklen zu erhalten.
Eine Zunahme des Schwankungsgrades der A/F-Sensorausgabe erhöht den Absolutwert des Mittelwerts der Differenz ΔA/F_n innerhalb der M-Maschinenzyklen. Wenn somit der Absolutwert des Mittelwerts gleich oder größer als ein vorgegebener Abnormalitäts- bzw. Fehlerbestimmungswert ist, bestimmt die Routine, dass ein Ungleichgewicht vorliegt. Wenn der Durchschnittswert kleiner als der Fehlerbestimmungswert ist, bestimmt die Routine, dass kein Ungleichgewicht vorliegt, d.h. die Maschine normal läuft.
Die A/F-Sensorausgabe A/F kann zunehmen oder abnehmen, so dass der Schwankungsparameter die Differenz ΔA/F oder der Mittelwert derselben sein kann, der nur für einen dieser Fälle bestimmt wird. Wenn insbesondere nur ein Zylinder in Richtung zur fetten Seite verändert wird, verändert sich die Ausgabe des A/F-Sensors schnell in Richtung zur fetten Seite (d.h. nimmt schnell ab). Es ist somit möglich, nur den abnahmeseitigen Wert zu verwenden, um eine Veränderung in einen fetten Zustand zu erfassen (Fettungleichgewichtbestimmung). In diesem Fall wird nur ein nach unten gerichteter geneigter Bereich im Graph von 12(B) für die Fettverschiebungserfassung verwendet. Allgemein gesprochen erfolgt eine Verschiebung vom mageren Zustand in den fetten Zustand schneller als eine Verschiebung vom fetten Zustand in den mageren Zustand. Daher wird davon ausgegangen, dass ein Verfahren, das nur den abnahmeseitigen Wert verwendet, die Erfassung einer Fettverschiebung in akkurater Weise ermöglicht. Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Verfahren beschränkt sondern es ist möglich, dass nur der zunahmeseitige Wert verwendet wird oder dass der abnahmeseitige Wert und der zunahmeseitige Wert verwendet werden (in diesem Fall werden die Absolutwerte der Differenz ΔA/F_n integriert und der integrierte Wert wird mit einem Schwellwert verglichen).
Darüber hinaus kann jeder Wert der mit dem Grad der Schwankung der A/F-Sensorausgabe korreliert, als Schwankungs- bzw. Fluktuationsparameter verwendet werden. Der Schwankungsparameter kann beispielsweise basierend auf der Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der A/F-Sensorausgabe in einem Maschinenzyklus (auch als „peak to peak“ bezeichnet) berechnet werden. Dies hat den Grund, dass die Differenz konsistent mit dem Grad der Schwankung der A/F-Sensorausgabe zunimmt.
Nun wird Bezug nehmend auf 13 eine Steuerroutine für einen Prozess zum Erfassen eines Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts beschrieben.
Zunächst wird in Schritt S171 durch die Routine bestimmt, ob eine vorgegebene Rahmenbedingung, die zur Erfassung eines Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts geeignet ist, erfüllt ist.
Die Rahmenbedingung ist erfüllt, wenn jede der nachfolgenden Bedingungen erfüllt ist.

(1) Das Aufwärmen der Brennkraftmaschine 1 ist abgeschlossen. Das Aufwärmen wird als abgeschlossen erfasst, wenn eine Wassertemperatur, die durch einen Wassertemperatursensor erfasst wird, gleich oder größer als ein vorgegebener Wert ist.
(2) Zumindest der A/F-Sensor 17 wurde aktiviert.
(3) Die Brennkraftmaschine 1 ist im stationären Betrieb.
(4) Die Stöchiometrie-Steuerung wird ausgeführt.
(5) Die Brennkraftmaschine 1 arbeitet in einem Erfassungsbereich.
(6) Die Ausgabe A/F des A/F-Sensors 17 nimmt ab.

Die Bedingung (6) zeigt an, dass die Routine von der Fettungleichgewichtbestimmung abhängt (das Verfahren, welches nur den abnahmeseitigen Wert für die Fettverschiebungsbestimmung verwendet). Die Routine wird beendet, wenn die Rahmenbedingung nicht erfüllt ist.
Wenn die Rahmenbedingung erfüllt ist, erfasst die ECU 20 dann eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schwankung basierend auf der Ausgabe des A/F-Sensors 17 (S172). In diesem Fall wird die Ausgabe A/F_n des A/F-Sensors 17 (erster Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor) zum augenblicklichen Zeitpunkt ermittelt, und die Ausgabedifferenz ΔA/F_n beim augenblicklichen Zeitpunkt wird entsprechend der Formel (8) wie vorstehend beschrieben berechnet und gespeichert. Der vorstehend beschrieben Prozess wird dann wiederholt ausgeführt, bis der Prozess für M-Zyklen (M ist eine natürliche Zahl) abgeschlossen ist. Wenn M-Zyklen enden, wird der Mittelwert der berechneten Ausgabedifferenz ΔA/F_n berechnet, beispielsweise durch Dividieren des integrierten Werts der Differenz ΔA/F_n durch die Zahl der Proben N und dann durch die Zahl der Maschinenzyklen M, wie vorstehend beschrieben. Der Mittelwert ΔA/FAV bezeichnet die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schwankung.
Dann wird die Ungleichgewichtbestimmung basierend auf der erfassten Luft-Gleichgewichts-Schwankung ausgeführt (S173). Insbesondere bestimmt die Routine, ob der Absolutwert des Mittelwerts ΔA/FAV der Differenz ΔA/F_n größer als ein voreingestellter Fehlergrenzwert β ist. Wenn der Absolutwert des Mittelwerts ΔA/FAV kleiner als der Fehlergrenzwert β ist, bestimmt die Routine, dass kein Ungleichgewicht auftritt, das bedeutet, dass die Maschine normal funktioniert. Wenn der Absolutwert des Mittelwerts ΔA/FAV gleich oder größer als der Fehlergrenzwert β ist, bestimmt die Routine, dass ein Ungleichgewicht vorliegt, d.h. dass die Maschine fehlerhaft ist und das Verfahren wird beendet. Vorzugsweise wird gleichzeitig mit einer Anomalie-Erfassung, oder wenn eine Fehler- bzw. Anomalie-Erfassung während zwei aufeinander folgenden Durchgängen (zwei aufeinanderfolgende Durchgänge, die jeweils vom Maschinenstart zum Maschinenstopp reichen) erfolgt, eine Warnvorrichtung wie eine Prüflampe aktiviert, um einen Anwender über den Fehler zu informieren und die Fehlerinformation wird in einen vorgegebenen Diagnosespeicher hinterlegt, um einem Mechaniker zu ermöglichen, die Information auszulesen.
[O₂-Sensor-Anomalie-Bestimmungs-Steuerung]
Die vorliegende Ausführungsform verwendet eine O₂-Sensor-Anomalie-Bestimmungs-Steuerung, die es ermöglicht, eine Anomalie bzw. einen Fehler des O₂-Sensors 18 zu bestimmen. Die Anomalie-Bestimmungs-Steuerung ermöglicht es der ECU 20, eine Anomalie im O₂-Sensor zu bestimmen, wenn die Ausgangsspannung des O₂-Sensors 18 signifikant in Richtung zur mageren Seite (beispielsweise unter 0,05 V) verschoben wird, selbst wenn der Lernwert bei der vorstehend beschriebenen Lernsteuerung größer als oder gleich einem vorgegebenen Wert (beispielsweise 200 mV oder höher) ist. Vorzugsweise wird, wie bei der Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts-Bestimmung gleichzeitig mit einer Bestimmung einer Anomalie des O₂-Sensors 18, oder wenn eine Anomalie-Bestimmung während zwei aufeinander folgenden Durchgängen (zwei aufeinanderfolgende Durchgänge, die jeweils vom Maschinenstart zum Maschinenstopp reichen) erfolgt, eine Warnvorrichtung wie eine Prüflampe aktiviert, um einen Anwender über den Fehler zu informieren und die Fehlerinformation wird in einen vorgegebenen Diagnosespeicher hinterlegt, um einem Mechaniker zu ermöglichen, die Information auszulesen.
[Prozess zum Steuern der Nebenrückführungslerngeschwindigkeit]
Ein Prozess zum Steuern einer Nebenrückführungslerngeschwindigkeit gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die wie vorstehend beschrieben ausgestaltet ist, wird nachfolgend beschrieben. 14 zeigt eine Steuerroutine zum Steuern der Nebenrückführungslerngeschwindigkeit. Zunächst bestimmt die ECU 20, ob ein Nebenrückführungslernbeschleunigungsausführungshistorie-Flag an ist (S181). Wenn die Bestimmung negativ ist, kehrt das Verfahren zurück. Jedoch ist das Flag anfangs aus, so dass die Bestimmung zu diesem Zeitpunkt positiv ist.
Dann bestimmt die ECU 20, ob die Zeitdauer des Zustands, bei dem der O₂-Sensor 18 eine magere Ausgabe zeigt (beispielsweise 0,5 V oder weniger) für einen vorgegebenen Wert (beispielsweise 5 Sekunden bis 10 Sekunden) oder länger anhält (S182). Wenn weder eine Elementrissbildung im O₂-Sensor 18 noch ein Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht auftritt, dauert eine derartig magere Ausgabe normalerweise nicht für eine lange Zeitspanne an. In diesem Fall ist die Bestimmung daher negativ und der Prozess kehrt zurück.
Wenn die Bestimmung in S182 positiv ist, das bedeutet, wenn die Zeitdauer der mageren Ausgabe des O₂-Sensors 18 für die vorgegebene Zeit oder länger anhält, wird ein Nebenrückführungs-Lernbeschleunigungsanfrage-Flag aktiviert (S183). Das Nebenrückführungs-Lernbeschleunigungsanfrage-Flag zeigt an, dass eine Nebenrückführungs-lernbeschleunigungsanfrage ausgegeben wurde und das beschleunigte Nebenrückführungslernen nicht abgeschlossen ist. Wenn das Flag an ist, kann die Überwachungsbedingung für den vorstehend beschriebenen Prozess zum Einstellen des Schutzwerts (siehe 10) nicht erfüllt werden. Somit wird der Prozess zum Einstellen des Schutzwerts verhindert.
Dann wird ein Prozess zum Fixieren der Beschleunigung der Nebenrückführungslerngeschwindigkeit ausgeführt (S184). Der Prozess ist ein Prozess zum Erhöhen einer Einfügungsgeschwindigkeit, mit welcher während der vorstehend beschriebenen Lernsteuerung (siehe 7 und 8) der Korrekturbetrag für die Nebenrückführungssteuerung in den Lernwert eingefügt wird, über einen Normalwert. Der Prozess wird durch Verändern einer Einfügungsrate α und des Einfügungsintervalls ΔT ausgeführt. Wie insbesondere schematisch in 15 dargestellt ist, umfasst der Prozess das Erhöhen der Einfügungsrate α für die Fernsteuerung über einen normalen Wert (beispielsweise um einen Faktor 2), und das Verringern des Einfügungsintervalls ΔT unter einen normalen Wert (beispielsweise auf die Hälfte). Als Ergebnis wird die Einfügungsgeschwindigkeit, mit der der Korrekturbetrag für die Nebenrückführungssteuerung in den Lernwert eingefügt wird, auf eine zweite Geschwindigkeit gesetzt, die über eine erste Geschwindigkeit für einen Normalzustand erhöht ist, wenn weder die Einfügungsrate α noch das Einfügungsintervall ΔT verändert sind (abwechselnde lang- und doppelpunktiert gestrichelte Linie).
Dann wird die Anzahl der Ausführungen der Nebenrückführungslernvorgänge im beschleunigten Zustand gezählt (S185). Das Zählen wird wiederholt, bis die Zahl der Lernvorgänge, die ausgeführt wurden, gleich oder größer als ein vorgegebener Wert wird (S186). Wenn die Zahl der Lernvorgänge, die ausgeführt wurden, gleich oder größer als der vorgegebene Wert wird, wird die Bestimmung aus Schritt S186 positiv und der Prozess fährt mit Schritt S187 fort, in dem das vorstehend beschriebene Nebenrückführungs-Lernbeschleunigungsanfrage-Flag ausgeschalten wird. Die Überwachungsbedingung für den vorstehend beschriebenen Prozess zum Einstellen des Schutzwerts (siehe 10) ist somit erfüllt, da die Bedingung ist, dass das Nebenrückführungs-Lernbeschleunigungsanfrage-Flag aus ist. Somit wird der Prozess zum Einstellen des Schutzwerts nachfolgend zugelassen. Wenn dementsprechend eine Elementrissbildung im O₂-Sensor 18 auftritt, kann die Korrekturbetrag-Schutzsteuerung durch Ausführen des Prozesses zum Einstellen des Schutzwerts ausgeführt werden. Dies erlaubt die Unterdrückung der Verschlechterung der Emissionen, die bei einem übermäßigen fetten Zustand einhergehend mit der Elementrissbildung auftreten kann.
Ferner wird das Nebenrückführungslernbeschleunigungsausführungshistorie-Flag aktiviert, was anzeigt, dass die Nebenrückführungslernbeschleunigung implementiert wurde (S186). Dies ermöglicht es, dass die Prozesse nach Schritt S182 für eine gewisse Zeitspanne oder Fahrstrecke anschließend an die folgenden Zyklen übersprungen werden. Das Flag wird unter der Bedingung deaktiviert, dass eine vorgegebene Zeitspanne verstrichen ist oder das Fahrzeug für eine bestimmte Fahrstrecke gefahren ist, wodurch die Prozesse nach Schritt S182 erneut ausgeführt werden.
Schließlich wird der Prozess zum Fixieren der Beschleunigung der Nebenrückführungslemgeschwindigkeit aufgehoben (S188). Die Nebenrückführungslerngeschwindigkeit (d.h. die Einfügungsrate und das Einfügungsintervall ΔT) werden auf den Normalwert, d.h. die erste Geschwindigkeit, zurückgesetzt und der Prozess kehrt zurück.
Nun wird der Zustand des Flags und des Lernwerts, wenn der vorstehend beschriebene Prozess zum Steuern der Nebenrückführungslerngeschwindigkeit ausgeführt wird, entsprechend dem Zeitschaubild aus 16 beschrieben. Es wird davon ausgegangen, dass ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit wiederholter Beschleunigung und Verzögerung gefahren wird (siehe 16(a)). Zum Zeitpunkt t21, wenn der Zustand, bei dem der Ausgabewert des O₂-Sensors 18 magerer als ein vorgegebener Wert ist, für eine vorgegebene Zeitspanne oder länger anhält (S182, siehe 16(b)), wird das Nebenrückführungs-Lernbeschleunigungsanfrage-Flag (siehe 16(d)) aktiviert. Infolge dessen wird die zweite Geschwindigkeit, die höher als die erste Geschwindigkeit für den normalen Zustand ist, für die Einfügungsgeschwindigkeit, mit welcher während der Lernsteuerung der Korrekturbetrag für die Nebenrückführungssteuerung in den Lernwert eingefügt wird, eingestellt (S184). Als Ergebnis steigt die Anzahl der Male, die die Nebenrückführung ausgeführt wird, und der Lernwert (siehe 16(e) und 16(f)) schneller als im Normalzustand an (abwechselnde strich-punktierte und abwechselnd lang- und doppelpunktiert gestrichelte Linie). Wenn zum Zeitpunkt t22 die Zahl der Male, für welche die Nebenrückführung implementiert wurde, einen vorgegebenen Wert erreicht (S186), wird das Nebenrückführungs-Lernbeschleunigungsanfrage-Flag (siehe 16(d)) deaktiviert und das Nebenrückführungslernbeschleunigungsausführungshistorie-Flag (siehe 16(b)) wird aktiviert (S187).
Ferner wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn das Nebenrückführungs-Lernbeschleunigungsanfrage-Flag (siehe 16(d)) an ist, die Ausführung der Korrekturbetrag-Schutzsteuerung verhindert (Schritt S161 des Prozesses zum Einstellen des Schutzwerts in 10).
17 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Lernwert für die Lernsteuerung und dem Ausgabewert des O₂-Sensors 18 zeigt. Wie vorstehend beschrieben ist, ist der Erfassungswert des O₂-Sensors magerer als das Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn eine Elementrissbildung im O₂-Sensor 18 auftritt (abwechselnd strich-punktierte Linie) und wenn ein Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht auftritt (durchgezogene Linie). Es ist schwierig, diese beiden Fälle zu unterscheiden, insbesondere wenn der Lernwert relativ gering ist. Daher war, bei einer Konfiguration die vor der Offenbarung der Verbesserung gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffen war und eine Korrekturbetrag-Schutzsteuerung implementiert, die eine Einstellung der Korrekturmenge der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung ermöglicht, der Fall, bei dem die Elementrissbildung im O₂-Sensor 18 auftritt (abwechselnd lang und strich-punktierte Linie) schwierig von dem Fall zu unterscheiden, bei dem das Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Gemisch-Ungleichgewicht auftritt (durchgezogene Linie), da der Korrekturbetrag in einem relativ geringen Bereich (beispielsweise einem Bereich äquivalent zu 50 mV des O₂-Sensor-Erfassungswerts) geschützt war. Demgegenüber tritt, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Lernwert zunimmt (beispielsweise der Lernwert äquivalent zu einem O₂-Sensor-Erfassungswert von 300 mV wird), um das Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter zu machen, eine angemessene Veränderung im Ausgabewert des O₂-Sensors 18 im Falle eines Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts auf. Auf der anderen Seite dauert in dem Fall der Elementrissbildung im O₂-Sensor 18 der Zustand, bei welchem der Ausgabewert des O₂-Sensors 18 magerer als ein vorgegebener Wert ist (beispielsweise 0,05 V) eine vorgegebene Zeitspanne oder länger an. Dies ermöglicht es, dass die beiden Fälle deutlich voneinander unterschieden werden können.
Wie im Detail beschrieben wurde, wird, wenn der Zustand, bei dem der Ausgabewert des O₂-Sensors 18 magerer als ein vorgegebener Wert ist, für eine vorgegebene Zeitspanne oder länger anhält (S182), während der Lernsteuerung die Einfügungsgeschwindigkeit, mit welcher der Korrekturbetrag für die Nebenrückführungssteuerung in en Lernwert eingefügt wird, auf die zweite Geschwindigkeit eingestellt, die höher als die erste Geschwindigkeit für den Normalzustand ist (S184). Als Ergebnis kann, aufgrund des Voranschreitens des Lernens bei der Lernsteuerung, wesentlich schneller eine Information über den Ausgabezustand des O₂-Sensors erlangt werden. Dies ermöglicht es, schneller zwischen dem Fall, in welchem die Elementrissbildung im O₂-Sensor 18 auftritt, und dem Fall, in welchem das Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht auftritt, zu unterscheiden.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Zustand, wonach der Ausgabewert des O₂-Sensors 18 magerer als der vorgegebene Wert ist, für die vorgegebene Zeitspanne oder länger anhält, die Korrekturbetrag-Schutzsteuerung nicht ausgeführt, bis die Lernsteuerung abgeschlossen ist (Schritt S161 des Prozesses zum Einstellen des Schutzwerts in 10). Somit kann, obgleich die Vorrichtung die Korrekturbetrag-Schutzsteuerung umsetzt, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturbetrag erhalten werden, der geeignet ist, um das Vorliegen oder Fehlen eines Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts zu bestimmen, bevor die Lernsteuerung abgeschlossen wird. Dies ermöglicht es, die Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts-Bestimmung zu erleichtern. Wenn zudem die Lernsteuerung abgeschlossen wird, wird das Unterbinden bzw. Verhindern der Korrekturbetrag-Schutzsteuerung aufgehoben. Folglich kann die Korrekturbetrag-Schutzsteuerung eine Verschlechterung der Abgaswerte nach Abschluss der Lernsteuerung unterdrücken.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Aspekte begrenzt sondern umfasst alle Abwandlungen, Anwendungen und Äquivalente, die in die durch die Ansprüche definierten Konzepte der vorliegenden Erfindung fallen. Die vorliegende Erfindung soll somit nicht in einer beschränkten Weise betrachtet werden sondern ist auf andere Techniken, die zum Umfang der Konzepte der vorliegenden Erfindung gehören, anwendbar.
Beispielsweise verwendet die Ungleichgewichtserfassung gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform den Mittelwert A/FAV der Ausgabedifferenz ΔA/F_n. Jedoch kann jeder andere Parameter verwendet werden, vorausgesetzt, dass der Parameter mit dem Grad der Ausgabeschwankung korreliert. Ferner nutzt die vorstehend beschriebene Ausführungsform nur die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensorausgabe während einer Abnahme (während einer Veränderung in Richtung zur fetten Seite), um eine Fettverschiebungs-Anomalie zu erfassen. Es ist jedoch auch ein Aspekt möglich, bei dem nur eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensorausgabe während einer Zunahme (während einer Veränderung in Richtung zur mageren Seite) verwendet wird, oder bei der eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensorausgabe sowohl während der Abnahme als auch der Zunahme verwendet wird. Darüber hinaus kann nicht nur eine Fettverschiebungs-Anomalie sondern auch eine Magerverschiebungs-Anomalie erfasst werden, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht kann im Allgemeinen ohne Unterscheidung zwischen der Fettverschiebungs-Anomalie und der Magerverschiebungs-Anomalie erfasst werden.
Darüber hinaus kann als Konfiguration zur Erfassung eines Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts jede andere Konfiguration verwendet werden, die ein Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht basierend auf Ausgabewerten vom stromaufwärtigen Sensor und stromabwärtigen Sensor erfasst. Beispielsweise kann, mit dem Fokus auf einen extremen Anstieg des Betrags von Wasserstoff im Abgas, der beobachtet wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis sich zur fetten Seite in einigen Zylindern verändert, und der Entfernung des Wasserstoffs aus dem Abgas zur Reinigung unter Verwendung des Katalysators, das Zwischen-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht basierend auf dem Zustand einer Abweichung zwischen dem Erfassungswert des A/F-Sensors und den Erfassungswert des O₂-Sensors wie im Fall der in Patentliteratur 3 beschriebenen Vorrichtung erfasst werden.
Ferner ist es bei dem Prozess zum Fixieren der Beschleunigung der Lerngeschwindigkeit (S184) möglich, anstelle der Veränderung der Einfügungsrate α den Betrag der Änderung des Lernwerts pro Einfügung auf einen ausreichend größeren festen Wert als im Normalzustand zu setzen. Hinsichtlich des Prozesses zur Fixierung der Beschleunigung der Lerngeschwindigkeit kann das Lernen beschleunigt werden, um die Lerngeschwindigkeit im Vergleich zur Lerngeschwindigkeit im Normalzustand zu erhöhen. Es ist beispielsweise möglich, nur einen von zwei Werten, das Einfügungsintervall ΔT und die Einfügungsrate α, oder den Betrag der Änderung des Lernwerts pro Einfügung zu verändern.
Zusätzlich wird gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, wenn der Zustand, wonach der Ausgabewert des O₂-Sensors 18 magerer als der vorgegebene Wert ist, für die vorgegebene Zeitspanne oder länger anhält, die Korrekturbetrag-Schutzsteuerung daran gehindert, ausgeführt zu werden, bis die Lernsteuerung abgeschlossen ist (S183). Der Betrag der Korrekturbetrag-Schutzsteuerung kann jedoch im Vergleich zur Größe der Korrekturbetrag-Schutzsteuerung im Normalzustand verringert werden, um die Leistung der Korrekturbetrag-Schutzsteuerung zu unterdrücken. Dies weicht nicht vom Umfang der vorliegenden Erfindung ab, solange der Prozess zum Schützen des Korrekturbetrags deutlicher als im Normalzustand unterdrückt wird.

Claims

Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuergerät für eine Brennkraftmaschine (1), aufweisend: einen stromaufwärtigen Sensor (17), der auf einer stromaufwärtigen Seite eines Abgasreinigungskatalysators (11) in einem Abgassystem einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (1) vorgesehen ist und konfiguriert ist, um basierend auf einer Abgaskomponente einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Zustand zu erfassen; einen stromabwärtigen Sensor (18), der an einer stromabwärtigen Seite des Abgasreinigungskatalysators (11) in dem Abgassystem vorgesehen ist und konfiguriert ist, um den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Zustand basierend auf der Abgaskomponente zu erfassen; und einen Controller (20) der konfiguriert ist, um die Brennkraftmaschine (1) zu steuern, wobei der Controller (20) programmiert ist, um auszuführen: eine Hauptrückführungssteuerung zum Steuern einer Kraftstoffzufuhrmenge basierend auf einem Ausgabewert des stromaufwärtigen Sensors (17), um ein Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu machen; eine Nebenrückführungssteuerung, die eine Korrektur der Kraftstoffzufuhrmenge unter Verwendung eines Korrekturbetrags ermöglicht, der basierend auf einem Ausgabewert von dem stromabwärtigen Sensor (18) eingestellt wird, so dass das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird; eine Korrekturbetrag-Schutzsteuerung, die eine Einstellung des Korrekturbetrags durch Einstellen einer Grenze für den Korrekturbetrag ermöglicht, wenn eine Auftrittshäufigkeit eines Zustands, bei dem der Ausgabewert von dem stromabwärtigen Sensor (18) magerer ist als ein vorbestimmter Wert, gleich oder höher ist als ein vorbestimmter Wert; eine Lernsteuerung, die eine Berechnung des Lernwerts, der einer konstanten Abweichung zwischen dem Ausgabewert des stromaufwärtigen Sensors (17) und einem tatsächlichen Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, in einer solchen Weise ermöglicht, dass der Lernwert zumindest einen Teil des Korrekturbetrags enthält, und die eine Korrektur der Kraftstoffzufuhrmenge basierend auf dem berechneten Lernwert ermöglicht; eine Sensoranomalie-Erfassungssteuerung, die eine Erfassung einer Anomalie in dem stromabwärtigen Sensor (18) basierend auf dem Ausgabewert von dem stromabwärtigen Sensor (18) ermöglicht; und eine Ungleichgewicht-Bestimmungssteuerung, die eine Bestimmung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts zwischen den Zylindern basierend auf den Ausgabewerten von dem stromaufwärtigen Sensor (17) und dem stromabwärtigen Sensor (18) ermöglicht; wobei der Controller (20) ferner programmiert ist, um eine Einfügungsgeschwindigkeit, mit der während der Lernsteuerung der Korrekturbetrag in den Lernwert eingesetzt wird, auf eine erste Geschwindigkeit zu setzen, wenn ein Zustand, bei dem der Ausgabewert des stromabwärtigen Sensors (18) magerer ist als der vorbestimmte Wert, für eine Zeitspanne anhält, die kürzer als eine vorbestimmte Zeit ist, und die Einfügungsgeschwindigkeit auf eine zweite Geschwindigkeit zu setzen, die höher als die erste Geschwindigkeit ist, und die Ausführung der Korrekturbetrag-Schutzsteuerung zu unterbinden, bis die Lernsteuerung abgeschlossen ist, wenn die Zeitspanne gleich oder länger als die vorbestimmte Zeit ist.
Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuergerät für eine Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, wobei der Controller (20) ferner programmiert ist, um das Unterbinden der Ausführung der Korrekturbetrag-Schutzsteuerung zu beenden, wenn die Lernsteuerung abgeschlossen ist.