DE3421232A1

DE3421232A1 - Brennstoffgemisch-steuersystem

Info

Publication number: DE3421232A1
Application number: DE19843421232
Authority: DE
Inventors: Susumu Harada; Takashi Harada; Masakazu Honda; Takehiro Kikuchi; Akio Kobayashi
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1983-06-07
Filing date: 1984-06-07
Publication date: 1984-12-13
Also published as: US4546747A; JPS59226252A; DE3421232C2; JPH065047B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Rückkopplungs-Steuersystem für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 2 bzw. 4 bzw. 5, und insbesondere ein Rückkopplungs-Steuersystem für Verbrennungsmotoren in Übereinstimmung mit der Sauerstoffkonzentration in den Auspuffgasen, um das Luft/Brennstoffmischungsverhältnis des Gemisches, das der Maschine zugeführt wird, auf einem gewünschten Wert zu halten.

Ein Sauerstoffsensor, welcher elektrisch vorgespannt wird, um einen sich linear ändernden Sättigungsstrom zu erzeugen, ist aus den offengelegten japanischen Patentanmeldungen Nr. 57-192852 und 57-192854 bekannt. Bei dieser Art von Sauerstoffsensor ist es vorteilhaft, daß es möglich ist, die Sauerstoffkonzentration in Auspuffgasen einer Verbrennungsmaschine als lineare Anzeige des Luft/Brennstoffverhältnisses des zugeführten Gemisches

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zu erkennen, wenn dieses Verhältnis magerer als das stöchiometrische Verhältnis ist. Ein Gemischsteuersystem, bei welchem ein vorgespannter Sauerstoffsensor verwendet wird, ist aus der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 58-209950 bekannt.

Demgegenüber ist es nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffgemisch-Steuersystem zu schaffen, welches eine präzise Steuerung des Brennstoffmischungs-Verhältnisses auf der stöchiometrisch mageren Seite innerhalb eines weiten Bereiches von Arbeitsparametern des Motores ermöglicht, und welches es weiterhin ermöglicht, daß die Steuerung des Spargemisches sich auf verändernde Arbeitsbedingungen des Motores schnell einstellt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 2 bzw. 4 bzw. 5.

Die jeweiligen Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Brennstoffgemisch-Steuersystem einen Sauerstoffsensor auf, um ein Sensorsignal zu erzeugen, welches sich linear als Funktion der Sauerstoffkonzentration in den Auspuffgasen eines Verbrennungsmotores ändert, wenn das Luft/Brennstoffverhältnis, das dem Motor zugeführt wird, magerer als der stöchiometrische Wert ist.

Optimale Werte des Sensorsignales werden in Speicherbereichen eines Speichers abgespeichert, der als Funktion von erkannten Arbeitsparametern des Motores adressierbar ist. Ein Datenprozessor legt die Menge des zuzuführenden Brennstoffes in Übereinstimmung mit den erkannten Arbeitsparametern des Motores fest, adressiert den Speicher als

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Funktion der erkannten Arbeitsparameter des Motors, erkennt einen Unterschied zwischen dem Sensorsignal und dem in dem Speicher adressierten Signal, integriert den Unterschied und korrigiert die Brennstoffmenge mit dem integrierten Wert.

Gemäß eines weiteren Merkmales der Erfindung wird der Alterungsprozeß des Sauerstoffsensors in Übereinstimmung mit einer Abweichung eines Sensorsignales, welches unter festen Arbeitsbedingungen des Motores aus einem Signal erzeugt wird, das in dem Speicher während der festen Arbeitsbedingung adressiert wird, kompensiert.

Gemäß eines weiteren Merkmales der Erfindung wird der Alterungseffekt in Übereinstimmung mit einer Abweichung eines ersten Sensorsignales, welches unter einer ersten festen Arbeitsbedingung des Motores erzeugt wird von einem zweiten Sensorsignal, das während einer zweiten festen Arbeitsbedingung des Motors erzeugt wird, kompensiert.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen anhand der Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Brennstoffgemisch-Steuersystem in Verbindung mit einem

Verbrennungsmotor;

Fig. 2 in Blockdiagrammdarstellung Details der Steuer einheit aus Fig. 1 mit den dazugehörigen Sensoren;

Fig. 3

bis 6 Ansichten eines Sauerstoffsensors und dessen Arbeitscharakteristika;

Fig. 7 ein Schaltbild eines Zustands-Auswahlschaltkreises, welcher dem Sauerstoffsensor zugehörig ist;

Fig. 8

und 9 Flußdiagramme einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 die Darstellung eines Verzeichnisses innerhalb des RAM in Fig. 2, in welchem optimale Werte eines Sättigungsstromes matrixartig gespeichert sind und als Funktion der Motordrehzahl und

der Luftflußrate adressierbar sind;

Fig. 11 in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen einem integralen Trimmwert und einem Abweichungs-Sättigungsstrom;

Fig. 12

bis 14 Flußdiagramme einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 15 die Darstellung eines Verzeichnisses, in welchem

Alterungs-Effekttrimmwerte matrixartig gespeichert sind; und

^Fig· ¹⁶

bis 19 Flußdiagramme einer dritten Ausführungsform der

vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 wird ein Vier-Takt Otto-Verbrennungsmotor 1

_or- mit einer Mischung aus Luft und Brennstoff versorgt, wo-35

3 .11232 A

bei die Luft über einen Luftfilter 2, einen Ansaugkrümmer 3 und eine Drosselklappe 4 zugeführt wird. Der Brennstoff wird von einem in der Zeichnung nicht dargestellten, bekannten Brennstoffzufuhrsystem zugeführt und in die einzelnen Zylinder durch elektronisch gesteuerte Brennstoff einspritzventile 5 eingespritzt. Die Verbrennungsabgase werden über einen Auspuffkrümmer 6, einen Auspuff 7 und einen Dreiwege-Katalysator 8 ausgestoßen. Ki η Luftstromsensor 11 ist an dem Ansaugkrümmer 3 angeordnet, um die Menge der durchgeführten Luft zu erkennen und ein entsprechendes Analogsignal zu erzeugen. Ein Temperatursensor 12 auf Thermistorbasis überwacht die Temperatur der zugeführten Luft und erzeugt ein entsprechendes Analogtemperatursignal. Ein Kühlmittelsensor 13 auf Thermistorbasis überwacht die Kühlmitteltemperatur des Motores und erzeugt ein entsprechendes Analogsignal.

Ein Sauerstoffkonzentrations-Sensor 14 ist am Auspuffkrümmer 6 angeordnet. Dieser Sensor ist in einer perforierten Abdeckung 14A (Fig. 3) an der Innenwand des Auspuffkrümmers 6 befestigt und weist ein Heizelement 141 (Fig. 4) innerhalb eines tassenförmigen Bauteils 142 aus Zirkonerde (Zirconia) auf, welches mit einander gegenüberliegenden Elektroden 144 versehen ist, von denen eine mit einem porösen Material 143 beschichtet ist. Wird nun ein Gleichspannungspotential von 0,8 V angelegt, liefert der Sensor 14 eine Konstantstrom-Charakteristik als Funktion des Sauerstoffgehaltes der Auspuffgase.

Ein Drehzahlsensor 15 erkennt die Kurbelwellendrehung des Motors 1 und erzeugt ein Pulssignal mit einer Frequenz, welche proportional zu der Geschwindigkeit der Kurbelwellendrehung ist. Die Zündimpulse, welche von der Primärwindung einer Zündspule erhalten werden, können als derartiges Drehzahl-Pulssignal verwendet werden. Ein Drossel-

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klappe-offen-Schalter 17 ist mit der Drosselklappe 4 verbunden, um ein Drosselklappen-offen-Signal zu erzeugen.

Eine Brennstoff-Einspritzsteuereinheit 20 ist ein Datenprozessor, der logische Operationen an Eingangssignalen vornimmt, welche von den verschiedenen Sensoren 11 bis 15 geliefert werden, um die optimale Brennstoffmenge festzulegen und um die Einspritzventile 5 zu öffnen.

in Fig. 2 sind Details der Steuereinheit 20 dargestellt. Ein Drehzahlzähler 101 erhält ein Ausgangssignal von dem Drehzahlsensor 15 und erzeugt ein digitales Signal, welches die Motordrehzahl anzeigt, und welches einer CPÜ über eine Busleitung 150 zugeführt wird, sowie synchron mit jeder Kurbelwellendrehung einen Unterbrechunqsbefehl, der einem Unterbrechungssteuerschaltkreis 102 zugeführt wird, der dann seinerseits der CPU 100 anzeigt, daß das Hauptprogramm unterbrochen werden muß, welches gemäß den Instruktionen eines ROM 108 ausgeführt wurde. Ein digitaler Eingangsanschluß 103 erhält ein Signal von einem Anlasser 16 und ein Drosselklappen-offen-Signal von dem Sensor 17 und liefert digitale Signale an die CPU 100. Ein analoger Eingangsanschluß 104 weist einen Analog-Multiplexer auf, der nacheinander die Signale der Sensoren 11 bis 13 und das Signal von dem Sauerstoffsensor 14 über ein Interface 104, das später noch genauer beschrieben wird, multiplext. Die Multiplex-Signale werden nacheinander durch einen Analog-Digitalwandler digitalisiert und der CPU 100 zugeführt.

Ein RAM 107 weist ein Backup-RAM 107A auf, welches von einem Energieschaltkreis 105, der direkt mit einer Batterie 17 verbunden ist, mit Spannung versorgt wird, wohingegen die anderen Einheiten des Datenprozessors von einem Schaltkreis 106 mit Leistung versorgt werden, der mit der Batte-

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rie über einen Schlüsselschalter 18 verbunden ist.

Ein programmierbarer Rückwärtszähler 109 ist mit der Busleitung 150 verbunden, und erhält ein Brennstoffeinspritz-Befehlssignal an seinem Reset-Eingang und zählt einen festgelegten Wert als Antwort auf Taktpulse rückwärts, bis der festgelegte Wert auf Null reduziert ist, erzeugt dann einen Impuls, der durch eine Verstärkerstufe 110 verstärkt wird, und den Brennstof f-Emspr ι tzventilen 5 zugeführt wird. Weiterhin ist ein Timer 111 vorgesehen, der den Zeitverlauf mißt, um einen Timingvorgang zu schaffen, der von der CPU 100 benötigt wird.

Bei einer vorzugsweisen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Mischungsverhältnis-Steuermodus zwischen einem Magergemisch-Steuermodus und einem Stöchiometrik-Gemisch-Steuermodus umgeschaltet. Dies wird automatisch durchgeführt, um Fehler zu kompensieren, die aus dem Alterungsprozeß des Sauerstoffsensors 14 resultieren. Zu diesem Zweck ist ein Modusauswahlschaltkreis 112 mit dem Sauerstoffsensor 14 verbunden.

Fig. 7 zeigt den detaillierten Aufbau des Modusauswahlschaltkreises 112. Der Sauerstoffsensor 14 wird mittels einer Gleichspannungsquelle 112B über einen Sättigungsstrom-Erkennungswiderstand 112A und einen Modusauswahlschalter SW auf 0,7 oder 0,8 V positiv vorgespannt, wenn der Schalter SW in die Magergemisch-Steuerposition als Antwort auf ein Magergemisch-Befehlssignal von einem digitalen Ausgangsanschluß 113 geschaltet ist. Die Spannung über dem Widerstand 112A vertritt den Sättigungsstrom, der sich linear als Funktion der Sauerstoffkonzentration ändert, wie in Fig. 5 dargestellt.

Der Modusauswahlschalter SW wird als Antwort auf ein

Stöchiometrikgemisch-Befehlssignal von dem digitalen Anschluß 113 in die Stöchiometrikgemisch-Steuerposition geschaltet, um die positive Vorspannung von dem Sauerstoffsensor 14 zu entfernen, um dessen Ausgangsspannung zu verwenden, welche sich am stöchiometrisehen Punkt scharf ändert (Fig. 6).

Wie später noch beschrieben wird, wird das Mischungsverhältnis linear in Übereinstimmung mit dem erkannten Sättigungsstrom auf ein optimales Magergemisch-Verhältnis eingestellt, wenn der Schalter SW in der Magergemisch-Steuerposition ist, und wenn der Schalter in die Stöchiometrikgemisch-Steuerposition geschaltet ist, wird das Mischungsverhältnis auf den stöchiometrischen Punkt eingestellt.

Fig. 8 ist eine Darstellung eines Flußdiagrammes des Hauptprogrammes in der Steuereinheit 20. Wenn der Zündungs schlüsselschalter 18 und der Motorstarterschalter 16 eingeschaltet werden (Block 1000), wird der Mikrocomputer initialisiert (Block 1001). Verschiedene Eingangsparameter, wie Motordrehzahl N, Luftflußrate Q, Ausgang 0- des Sauerstoffsensors, und Luft- und Kühlmitteltemperaturen T werden im Block 1002 in das RAM eingelesen. Der Mikroprozessor 100 führt eine Berechnung auf der Grundlage der Parameter Q und N durch, um im Block 1003 eine Brennstoffgrundmenge zu ermitteln. Dies wird erreicht, indem Q durch N dividiert wird und zu dem Ergebnis eine Konstante K hinzumultipliziert wird, oder indem eine Datentabelle als Funktion dieser Parameter adressiert wird, um den entsprechenden Wert zu ermitteln. Andere Parameter, wie Ansaugluftdruck und Motordrehzahl können ebenfalls verwendet werden, um die Brennstoffgrundmenge zu erhalten. Ein Trimmwert K, wird in Block 1004 als Funktion der Kühlmittel- und Lufttemperaturdaten und des Ausganges des An-

lassers ermittelt und dieser ermittelte Wert K, wird in dem RAM 107 gespeichert. Weiterhin kann ein Parameter für die Motorbeschleunigung herangezogen werden, um den Trinunwert K, zu ermitteln.

Ein zweiter Trimmwert K„ wird im Block 1005 von dem Ausgang O₂ des Sauerstoffsensors erhalten. Der Trimmwert K₂ entspricht der Abweichung des momentanen Sättigungsstromes von einem Optimalwert, der aus dem gespeicherten Verzeichnis abgeleitet wird. Im Block 1006 wird eine Berechnung K, χ K_ χ N/Q durchgeführt, um einen optimalen Wert für die Brennstoffmenge zu erhalten, welcher dem Rückwärtszähler 109 im Block 1007 zugeführt wird, um zu bewirken, daß die Brennstoffeinspritzung Brennstoff gemaß dem optimalen Wert bei einem festgelegten Kurbelwellenwinkel einspritzt. Danach kehrt die Steuerung zum Block 1002 zurück und die oben genannten Schritte werden wiederholt.

Details der Vorgänge im Block 1005 sind in Fig. 9 dargestellt. Im Block 2001 wird der Arbeitszustand des Sauerstoffsensors 14 überprüft. In einem Beispiel wird die Arbeitstemperatur dieses Sensors auf einen kritischen Wert hin (typischerweise 500 bis 600°C) überprüft und wenn der Sensor richtig arbeitet, ist seine Temperatur höher als dieser kritische Wert. Weiterhin kann auch der Innenwiderstand als Maß für den Arbeitszustand verwendet werden. Wenn der Sensor 14 nicht ordnungsgemäß arbeitet, geht die Steuerung zum Block 2008, wo K~ = 1 gesetzt wird und endet dann zum Block 1006 hin. Wenn der Sauerstoffsensor ordnungsgemäß arbeitet, läuft die Steuerung weiter zum Block 2002, wo überprüft wird, ob das Luft/Brennstoffverhältnis, wie es durch den Sensorausgang dargestellt wird, größer als 15 % ist (siehe auch Fig. 5). Wenn das Verhältnis geringer als 15 % ist, wird

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angezeigt, daß die Mischung angereichert werden muß und die Steuerung geht zum Block 2008 und übergeht dabei die Integrierung. Wenn der Wert großer als 15 % ist, geht die Steuerung zum Block 2003, um einen optimalen Stromwert i zu erkennen, welcher einem optimalen Luft/Brennstoff-

verhältnis als Funktion der Motordrehzahl N und der Luftflußrate Q aus einem Register in dem ROM gemäß Fig. 10 entspricht, in welchem das Register in verschiedene Motorlastbereiche I, II, III, IV und V aufgeteilt ist. Der momentane Stromwert i des Sensors 14 wird im Block 2004 erkannt und die Abweichung des momentanen Luft/BrennstoffVerhältnisses, das durch i vertreten wird, von dem optimalen Luft/Brennstoffverhältnis, das durch i vertreten wird, wird im Block 2005 erkannt, um einen integralen Trimmwert ΔΚ- als Funktion der Abweichung i in Übereinstimmung mit einer nichtlinearen Beziehung gemäß Fig. 11 im Block 2006 zu erhalten. Diese Beziehung wird durch die gewünschte Antwort und durch die Präzisionsanforderungen bezüglich der Arbeitsweise des Motors festgelegt. Gemäß Fig. 11 steigt der integrale Trimmwert an, wenn die Abweichung Δι ebenfalls ansteigt. Diese nichtlineare Beziehung ist gewünscht, um ein schnelles Ansprechen zu erhalten. Der integrale Trimmwert wird zu dem Trimmwert K„ im Block 2007 hinzuaddiert und die Steuerung geht zum Block 1006.

Wie bisher beschrieben, wird das Luft/Brennstoffverhältnis über eine Rückkopplung auf einen Wert eingeregelt, der für sich ändernde Arbeitsbedingungen des Motors optimal ist.

Die Beziehung zwischen dem Sättigungsstrom i_, und dem Luft/Brennstoffverhältnis neigt dazu,als Funktion der Arbeitszeit von der wahren Beziehung zu differieren, welehe zum Zeitpunkt der Kalibrierung eingestellt wurde und

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die Arbeitskurve gemäß Fig. 5 trifft nicht langer zu.

Es hat sich gezeigt, daß sich dieses Problem als Änderung des Neigungsverhältnisses oder Winkels "a " der Arbeitskurve gemäß Fig. 5 ausdrückt, oder als Verschiebung des Nullpunktes oder als Kombination von beiden Fällen.

Die Fig. 12 bis 14 zeigen Flußdiagramme einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche nützlich ist, um dieses Problem, das sich als Änderung des Neigungsverhältnisses ausdrückt, zu beseitigen. Das Flußdiagramm gemäß Fig. 12 ist im wesentlichen ähnlich mit dem gemäß Fig. 8, mit der Ausnahme eines Blocks 1008, welcher hinzukommt, um einen zusätzlichen Trimmwert K zur Korrektur des Sättigungsstromes i vor dem Erhalt des Trimmwertes K₂ in Block 1005 zu erhalten. Das Flußdiagramm in Fig. 13 zeigt ein Unterprogramm, in welchem der Trimmwert K erhalten wird.

In Fig. 13 führt die CPU 100 die Anweisungen aus, die in den Blöcken 3001 und 3002 dargestellt sind und welche ähnlich den Blöcken 2001 und 2002 sind und beendet das Unterprogramm, wenn der Sensor nicht aktiv ist und das Luft/Brennstoffverhältnis angereichert ist. Wenn der Sensor aktiv ist und das Luft/Brennstoffverhältnis mager ist, geht das Programm zu einem Block 3003, wo überprüft wird, ob das Kraftfahrzeug im Leerlauf ist, und wenn dies nicht der Fall ist, beendet die Steuerung das Unterprogramm. Wenn LeerlaufVerhältnisse vorliegen, wird im Block 3004 eine Zeitüberprüfung vorgenommen, wo überprüft wird, ob der Leerlauf eine festgelegte Zeitdauer beibehalten wurde. Danach geht das Programm zu einem Block 3005, in welchem ein optimaler Stromwert i_R aus einem Register gemäß Fig. 10 als Funktion der Motordrehzahl N und der Luftflußrate Q erhalten wird. Der Strom i des Sauerstoffsensors wird im Block 3006 gemessen und im Block 3007 durch i divi-

diert, um ein Verhältnis i/i_o zu erhalten. Da die Messung des Sensorstromes i während des Leerlaufs vorgenommen wird, kann der gemessene Wert als Wert betrachtet werden, der im allgemeinen dem gewünschten Luft/Brenn-Stoffverhältnis entspricht und seine Abweichung von i_D und somit das Verhältnis i/i,, kann als Anzeige für die

altersbedingte fehlerhafte Arbeitsweise des Sauerstoffsensor 14 betrachtet werden. Ein Trimmwert K zur Korrektur des Alterungseffektes wird von dem Verhältnis i/i_o abgeleitet und in einem Register wie in Fig. 15 gezeigt in dem RAM 107 gespeichert, welches als Funktion der Motordrehzahl N und der Luftflußrate Q adressiert werden kann (Block 3008). Als Wert K kann das Verhältnis i/i_n

direkt verwendet werden oder ein Durchschnittswert von vorher ermittelten Verhältnissen kann verwendet werden.

Fig. 14 zeigt die Details des Blocks 1005, welcher dem Unterprogramm zur Berechnung des Wertes K folgt. Die dargestellten Funktionen im Block 1005 sind im wesentlichen ähnlich zu denen gemäß Fig. 9, mit der Ausnahme, daß ein zustätzlicher Schritt als Block 2009 zwischen die Schritte 2003 und 2004 eingefügt wurde. Nach dem Erhalt des optimalen Stromwertes i aus dem Register gemäß Fig. 15 im Block 2003 geht das Programm weiter zum Block 2009, in welchem i mit dem Wert K multipliziert wird, um einen korrigierten Wert i_D zu erhalten. Dieser korrigierte

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Optimalwert i_nv wird im Block 2010 verwendet, um die

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Abweichung des momentanen Sensorstromes i von dem korrigierten Optimalwert zu erkennen. Das Luft/BrennstoffoQ verhältnis wird ungeachtet von Diskrepanzen zwischen dem Luft/Brennstoffverhältnis und dem Sättigungsstrom kontrolliert.

In einer praktischen Ausführungsform wird eine Vielzahl von Trimmwerten K als Funktion von verschiedenen Arbeits-

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parametern, wie Motordrehzahl und Luftflußrate erhalten und die erhaltenen Werte K werden abgewogen und der Durchschnitt ermittelt. Dies dient dazu, um Unterschiede in den Werten K bei verschiedenen Arbeitsbedingungen des Motors zu minimieren und somit die Rückkopplungssteuerung gegenüber sich ändernden Arbeitsbedingungen des Motors zu stabilisieren.

Das Alterungsproblem, das sich als Verschiebung des NuIlpunktes der Sättungsstromkurve und auch als Änderung des Neigungsverhältnisses ausdrückt, kann dadurch beseitigt werden, indem der Schalter SW betätigt wird, um das Vorspannpotential von dem Sauerstoffsensor 14 zu entfernen um das Luft/Brennstoffverhältnis in Antwort auf die direkte Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors 14 zu steuern. Da die Sensorspannung am stöchiometrischen Punkt (wenn das Luft/Brennstoffverhältnis ungefähr 15 ist) eine scharfe Sprungstelle hat, wird das Mischungsverhältnis auf den stöchiometrischen Punkt eingestellt. Nachdem das Luft/ Brennstoffverhältnis auf den stöchiometrischen Punkt eingestellt wurde, wird das Vorspannpotential wieder angelegt, um den Luft/Brennstoff-Kontrollmodus in die Magergemisch-Arbeitsweise zu schalten und einen Sättigungsstrom zu registrieren, der einem Offset-Wert io entspricht,

d. h., dem Betrag der Abweichung von dem wahren Optimalwert. Das System wird dann in einen Modus der einfach offenen Steuerung geschaltet und die Luft/Brennstoffmixtur wird gewaltsam auf einen Punkt um einen festgelegten Wert A(A/F) auf der mageren Seite des stöchiometrischen Punk-

QQ tes versetzt und ein Sättigungsstrom i, wird registriert. Es sei nun angenommen, daß der Alterungseffekt zu einer Arbeitskurve geführt hat, welche einen Winkel "b" hat, der größer ist als der Winkel "a"; der neue Winkelwert "b" kann durch eine Gleichung (i, - io)/d(A/F) angenähert

gc werden. Die alterungsbedingte Beziehung zwischen dem Luft/

Brennstoffverhältnis und dem Sättigungsstrom wird durch die Gleichung (b/a)i + io ausgedrückt. Der Alterungseffekt wird durch Korrektur des optimalen Sättigungsstromes i mit den Trimmwerten K¹ und K'' eliminiert, wobei K'-b/a und K¹'=io ist.

Die Fig. 16 bis 19 zeigen eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das eben erwähnte Alterungsproblem ebenfalls eliminiert wird.
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In Fig. 16, welche ein Hauptprogramm des Mikroprozessors 100 zeigt, werden im Block 3002 verschiedene Parameter der Arbeitsbedingungen des Motors erkannt und in den Blöcken 3003 und 3004 werden Trimmwerte K-, und K- erhalten.

Die Blöcke 3002 bis 3004 werden in diesem Hauptprogramm wiederholt. Das Hauptprogramm wird bei einem festgelegten Kurbelwellenwinkel unterbrochen, um ein Unterprogramm 3010 auszuführen. Motordrehzahlparameter N und Luftflußparameter Q werden im Block 3011 gelesen und im Block 3012 verwendet, eine Grund-Brennstoffmenge Q/N zu erhalten. Danach geht die Steuerung zu einem Block 3013, in welchem eine Berechnung K, χ K„ χ K(Q/N) ausgeführt wird, um einen Wert einer nachjustierten Brennstoffmenge zu erhalten, welcher dann dem Rückwärtszähler 109 im Block 3014 zugeführt wird, wonach das Unterprogramm im Block 3015 beendet wird. Der Trimmwert K zur Kompensierung des Alterungsprozesses kann von den Werten K¹ und K'', die oben erwähnt wurden, abgeleitet werden.

In Fig. 17 sind Details des Blocks 3004 des Hauptprogrammes dargestellt. Im Block 4000 wird der Arbeitszustand des Sauerstoffsensors 14 überprüft. Die Steuerung geht dann zu Blöcken 4100 und 4110, wenn der Sensor nicht aktiv ist und setzt einen Leerlauf-Timer t auf ο und den Trimmwert K₉ auf l. Ein aktiver Zustand des Sensors 14 veran-

ZA

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laßt die Steuerung, zu einem Schritt 4010 zu gehen, in welchem überprüft wird, ob das Brennstoffgemisch angereichert oder mager ist. Dies wird durch Adressierung des Registers in Fig. 10 als Funktion der Motordrehzahl und der Luftflußrate erreicht und das adressierte Luft/Brennstoffverhältnis wird gegen den stöchiometrischen Wert überprüft. Da eine Rückkopplungsarbeitsweise auf der angereicherten Seite des stöchiometrischen Punktes nicht möglich ist, da keine lineare Charakteristik vorliegt, geht die Steuerung zum Schritt 4100, wenn im Schritt 4010 ein angereichertes Gemisch erkannt wurde. Wenn im Schritt 4010 ein mageres Gemisch entdeckt wurde, geht die Steuerung zum Block 4020, um Leerlauf zu erkennen, in welchem die Motordrehzahl pro Minute zwischen 2000 und 3000 liegt und der Absolutwert der angesaugten Luft 1/10 bis 1/8 des vollen Wertes entspricht und die Unterschiede dieser Werte ausreichend klein sind, um ein Leerlaufausgangssignal vom Sauerstoffsensor 14 zu erhalten, um somit die lineare Arbeitscharakteristik des Sensors 14 in den folgenden Schritten zu verwenden, um den Alterungseffekt zu kompensieren. Wenn Leerlaufbedingung nicht erkannt wurde, wird ein Block 4120 ausgeführt, in welchem der Leerlauftimer t auf 0 gesetzt wird und im Block 4080 Magergemisch/Rückkopplungsarbeitsweise bewirkt wird.

Wenn Leerlaufantrieb erkannt wurde, wird ein Block 4030 ausgeführt, in welchem überprüft wird, ob t kleiner als t, ist, wobei t.. ein paar Sekunden dauert. Wenn Leerlaufbedingung während eines Zeitraums vorliegt, der geringer ist als t,, schwankt das Luft/Brennstoffverhältnis und

„Q die erkannte Bedingung wird als fehlerhafte Bedingung entlassen und die Steuerung springt zum Block 4080, um die Magergemisch-Rückkopplungsarbeitsweise zu bewirken. Wenn der Zeitraum t, verstrichen ist, geht die Steuerung durch den Block 4040 zum Block 4130, um die Luft/Brenn-

„r Stoffsteuerung auf Stöchiometrie zu schalten, bis t~

(um einige Sekunden größer als t,) verstrichen ist.

In Fig. 18 sind Details des Blocks 4130 dargestellt. Nach dem Verstreichen einer festgelegten kurzen Zeitdauer (Block 4131), geht die Steuerung zu einem Block 4132, wo der Modusauswahlschalter SW in die Stöchiometrie-Steuerposition geschaltet wird, um das Vorspannpotential von dem Sauerstoffsensor 14 zu entfernen, um zu ermöglichen, daß am stöchiometrischen Punkt eine scharfe Sprungstelle eintritt, so daß das Luft/Brennstoffgemisch auf den stöchiometrischen Punkt eingestellt wird. Stöchiometrische Steuerung wird dadurch ausgeführt, daß das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors mit einem festgelegten Wert verglichen wird, der dem stöchiometrischen Wert entspricht (Block 4133). Wenn das Luft/Brennstoffverhältnis den stöchiometrischen Punkt erreicht hat oder nahe daran ist, wird das Unterprogramm 4130 beendet. Wenn angereichertes Gemisch erkannt wurde, wird der Trimmwert K„ um iK. dekrementiert (in Block 4134) und wenn Magergemisch erkannt wurde, wird der Trimmwert um den gleichen Betrag inkrementiert (im Block 4135). Diese Mischungssteuerung wird im Block 4040 einen Zeitraum t„ fortgesetzt, um es zu ermöglichen, daß der Motor auf ein stöchiometrisches Mischungsverhältnis über Rückkopplung gesteuert wird. Die Steuerung geht durch den Block 4050 zum Block 4140, in welchem der Modusauswahlschalter SW zurück in die Magergemisch-Steuerposition geschaltet wird, so daß das Vorspannpotential wieder an den Sauerstoffsensor 14 angelegt wird, um den Sättigungsstrom zu registrieren. QQ Der Betrag dieses Sättigungsstromes entspricht dem der erzeugt wird, wenn das Luft/Brennstoffverhältnis den stöchiometrischen Punkt erreicht hat oder nahe daran ist und entspricht somit dem Offset-Strom, der oben schon erwähnt wurde.

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Danach geht die Steuerung durch den Block 4060 zum Block 4150, die Rückkopplungssteuerung wird abgeschaltet und das Luft/Brennstoffverhältnis wird auf einen festen Wert um einen festgelegten Betrag ,^(A/F) auf die magere Seite vom stöchiometrischen Punkt verschoben. Ein typischer Wert dieses Luft/Brennstoffverhältnisses ist 18. Dieser einfache offene Steuerungsmodus des Magergemisches wird für einen Zeitraum t., im Block 4060 fortgesetzt. Zum Zeitpunkt t-j geht die Steuerung durch den Block 4070 zum Block 4160, um einen Sättigungsstrom i, zu registrieren, der dem Wert entspricht, der während der Steuerung des Magergemisches erhalten wurde. Der Winkel "b" der Sättigungsstromkurve wird in Block 4170 durch Berechnung (i, - io)/ Λ (A/F) festgelegt. Der Trimmwert K¹ wird auf den gleichen Wert wie das Verhältnis b/a gesetzt und der Trimmwert K¹' wird auf den gleichen Wert wie der Offset-Strom io gesetzt (Block 4180), danach werden diese Trimmwerte in dem Backup RAM gespeichert.

Wenn die Zeit t größer ist als t_, geht die Steuerung durch die Blöcke 4000 bis 4070 zum Block 4080, um die Arbeitsweise des Magergemisch-Rückkopplungssteuerns wieder aufzunehmen.

In Fig. 19 sind Details der Arbeitsweise des Blocks 4080 dargestellt. Nach dem Verstreichen eines festgelegten kurzen Zeitraumes (Block 4091), wird ein optimaler Sättigungsstrom i als Funktion von Motordrehzahl und Luftflußrate aus dem Register in Fig. 10 adressiert (Block 4092).

on Der adressierte Stromwert i wird mit K' multipliziert und zu K¹' hinzuaddiert, um einen korrigierten Optimalwert i_DV. zu erhalten (Block 4093). Der Modusauswahlschalter SW wird in die Magergemisch-Rückkopplungsmodusposition gebracht, um das Vorspannpotential wieder an den Sauer-

„p. stoffsensor 14 anzulegen und im Block 4094 wird ein Sättigungsstrom i erkannt. Der korrigierte Optimalwert i___ wird

ΚΛ

^ als Referenzwert verwendet, mit dem der erkannte Sättiguncjsstrom im Block 4095 verglichen wird. Wenn i kleiner ist als i_nv/ wird der Trimmwert K„ um einen festgelegten Wert ^K_?' dekrementiert (im Block 4096), und wenn i

größer ist als i_DV/ wird K um ^₁K ' inkrementiert (Block 4097).

In der dargestellten Ausführungsform werden die gleichen Trimmwerte K' und K'¹ für verschiedene Parameter der

^O Motorarbeitsweise verwendet. Bei einer vorzugsweisen Ausführungsform können die Trimmwerte K¹ und K¹' in Übereinstimmung mit vorher erhaltenen Daten modifiziert werden, indem eine Gewichtung und/oder Durchschnittsbildung durchgeführt wird.

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

.y Brennstoffgemisch-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch

— eine Sauerstofferkennungseinrichtung zur Erzeugung 5 eines Sensorsignales, das sich linear als Funktion der Sauerstoffkonzentration in Auspuffgasen des Motores ändert, wenn das Luft/Brennstoffverhältnis der dem Motor zugeführten Mischung magerer als der stöchiometrische Wert ist;

10 — Motorparameter-Erkennungseinrichtungen zum Erkennen der Parameter der Motorarbeitsweise;

— wenigstens eine Speichereinrichtung zum Speichern der Optimalwerte des Sauerstoffsensorsignals in Speicheradressen, die als Funktion der erkannten Parameter

15 der Motorarbeitsweise adressierbar sind; und

— wenigstens eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Festlegen der Brennstoffmenge, die dem Motor zugeführt wird in Übereinstimmung mit den erkannten Parametern

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der Motorarbeitsweise, zum Adressieren der Speichereinrichtung als Funktion der erkannten Parameter der Motorarbeitsweise, zum Erkennen eines Unterschiedes zwischen dem Sensorsignal und einem Signal, das in der Speichereinrichtung adressiert ist, zum Aufintegrieren des Unterschiedes und zum Korrigieren der Brennstoffmenge mit dem aufintegrierten Wert.
2. Brennstoffgemisch-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch

— eine Sauerstofferkennungseinrichtung zur Erzeugung eines Sensorsignales, das sich linear als Funktion der Sauerstoffkonzentration in Auspuffgasen des Motores ändert, wenn das Luft/Brennstoffverhälnis der dem Motor zugeführten Mischung magerer als der stöchiometrische Wert ist;

— Motorparameter-Erkennungseinrichtungen zum Erkennen der Parameter der Motorarbeitsweise; """ wenigstens eine Speichereinrichtung zum Speichern der Optimalwerte des Sauerstoffsensorsignals in Speicheradressen, die als Funktion der erkannten Parameter der Motorarbeitsweise adressierbar sind; und

— wenigstens eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Festlegen der Brennstoffmenge, die dem Motor zugeführt

wird in Übereinstimmung mit den erkannten Parametern der Motorarbeitsweise, zum Adressieren der Speichereinrichtung als Funktion der erkannten Parameter der Motorarbeitsweise, zum Erkennen eines Signals von ng der Sensoreinrichtung während einer Leerlaufarbeitsweise des Motors, zum Erkennen einer ersten Abweichung des erkannten Sensorsignales von einem Signal, das in der Speichereinrichtung adressiert ist und zum Erzeugen eines ersten Trimmwertes hieraus, zum Korrigie-ορ-ren des adressierten Signales in Übereinstimmung mit

dem ersten Trimmwert, zum Erkennen einer zweiten Abweichung des erkannten Sensorsignales von dem korrigierten Signal, zum Erzeugen eines zweiten Trimmwertes aus der zweiten Abweichung und zum Korrigieren der Brennstoffmenge in Übereinstimmung mit dem zweiten Trimmwert.
3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Abweichung einem Verhältnis des Signales von der Sensoreinrichtung zu dem Signal von der Speichereinrichtung entspricht.
4. Brennstoffgemisch-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor , gekennzeichnet durch

— eine Sauerstofferkennungseinrichtung zur Erzeugung

eines Sensorsignales, das sich linear als Funktion der Sauerstoffkonzentration in Auspuffgasen des Motores ändert, wenn das Luft/Brennstoffverhältnis der dem Motor zugeführten Mischung magerer als der stöchiometrische Wert ist;

— Motorparameter-Erkennungseinrichtungen zum Erkennen der Parameter der Motorarbeitsweise;

— wenigstens eine Speichereinrichtung zum Speichern der Optimalwerte des Sauerstoffsensorsignals in Speicheradressen, die als Funktion der erkannten Parameter der Motorarbeitsweise adressierbar sind; und

— wenigstens eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Festlegen der Brennstoffmenge, die dem Motor zugeführt

gO wird in Übereinstimmung mit den erkannten Parametern der Motorarbeitsweise, zum Erkennen eines ersten Sensorstromes während eines ersten Motorleerlaufarbeitszustandes, zum Erkennen eines zweiten Sensorsignales von der Sensoreinrichtung während eines zweiten Motorleer-

gc laufarbeitszustandes, zum Erkennen einer Abweichung des

ersten Sensorsiqndl.es von dem zweiten Sensorsignal und zum Erzeugen eines ersten Trimmwertes hieraus, zum Adressieren der Speichereinrichtung als Funktion der erkannten Motorarbeitsparameter und zum Korrigieren eines Signales, das in der Speichereinrichtung adressiert ist in Übereinstimmung mit dem ersten Trimmwert, zum Erkennen eines dritten Sensorsignales aus der Sensoreinrichtung, zum Erkennen einer Abweichung des dritten Sensorsignales von dem adressierten Signal, zum Erzeugen eines zweiten Trimmwertes aus der Abweichung und zum Korrigieren der Brennstoffmenge in Übereinstimmung mit dem zweiten Trimmwert.
5. Brennstoffgemisch-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch

— eine Sauerstofferkennungseinrichtung, welche auf einen ersten Befehl anspricht, um ein Sensorsignal als Funktion der Sauerstoffkonzentration zu erzeugen, welches sich am stöchiometrischen Punkt scharf ändert, wenn das Luft/Brennstoffgemisch zwischen den einander gegenüberliegenden Seiten des stöchiometrischen Punktes verändert wird und welche auf einen zweiten Befehl anspricht, um ein Sensorsignal zu erzeugen, welches sich linear als Funktion der Sauerstoffkonzentration in den Auspuffgasen des Motors ändert, wenn das Luft/Brennstoff verhältnis des zugeführten Gemisches magerer als der stöchiometrische Punkt ist;

— Motorparameter-Erkennungseinrichtungen zum Erkennen von Arbeitsparametern des Motors;

— wenigstens eine Speichereinrichtung zum Speichern von optimalen Werten des Signales in Speicherbereichen, welche als Funktion der erkannten Arbeitsparameter des Motores adressierbar sind; und

O₅ — eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Festlegen der

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Menge von Brennstoff, die dem Motor zugeführt wird, in Übereinstimmung mit den erkannten Arbeitsparametern des Motors, zum Erzeugen des ersten Befehls während einer Leerlaufbedingung des Motors, um zu ermöglichen, daß das Luft/Brennstoffverhältnis auf den stöchiometrischen Punkt geregelt wird und zum Erkennen eines ersten Sensorsignals von der Sensoreinrichtung, zum Veranlassen, daß das Luf t/Brennstoff vorhä Ums während der Leerlaufbedingung des Motors auf einen Wert geregelt wird, der um einen festgelegten Betrag auf der mageren Seite des stöchiometrischen Punktes liegt und zum Erkennen eines zweiten Sensorsignals von der Sensoreinrichtung, zum Erzeugen eines ersten Trimmwertes aus den ersten und zweiten Sensorsignalen, zum Adressieren der Speichereinrichtung als Funktion der erkannten Arbeitsparameter des Motors und zum Korrigieren eines Signals, das in der Speichereinrichtung adressiert ist in Übereinstimmung mit dem ersten Trimmwert, zum Erzeugen des zweiten Befehls und zum Er- kennen eines dritten Sensorsignals der Sensoreinrichtung, zum Erkennen einer Abweichung des dritten Sensorsignals von dem korrigierten Signal, zum Erzeugen eines zweiten Trimmwertes aus der Abweichung und zum Korrigieren der Brennstoffmenge in Übereinstimmung mit dem zweiten Trimmwert·
6. Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Trimmwert proportional zu dem Unterschied zwischen den ersten und zweiten Signalen der Sensorein-

gQ richtung ist.
7. Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Trimmwert umgekehrt proportional zu dem festgelegten Betrag der Versetzung von der Stöchiome^{trie ist}·
8. Steuersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dai3 der erste Trimmwert als Funktion des ersten Sensorsignales variabel ist.