DE3713791A1 - Verfahren zum regeln des luft/kraftstoff-verhaeltnisses des einer brennkraftmaschine gelieferten kraftstoffgemisches - Google Patents

Verfahren zum regeln des luft/kraftstoff-verhaeltnisses des einer brennkraftmaschine gelieferten kraftstoffgemisches

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des einer Brennkraftmaschine gelieferten Gemisches.
Um die Schadstoffmenge im Abgas zu verringern und den Kraftstoffverbrauch einer Brennkraftmaschine günstiger zu machen, ist es gegenwärtig üblich, einen Sauerstoffkonzentrationssensor zu verwenden, der die Sauerstoffkonzentration im Abgas der Maschine aufnimmt, und eine Regelung mit Rückführung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des der Maschine gelieferten Gemisches durchzuführen, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einem Sollwert zu halten. Diese Regelung mit Rückführung erfolgt nach Maßgabe des Ausgangssignals vom Sauerstoffkonzentrationssensor.
Eine Art eines Sauerstoffkonzentrationssensors, die für eine derartige Kraftstoff/Luft-Verhältnisregelung verwandt werden kann, dient dazu, ein Ausgangssignal zu erzeugen, das sich proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas der Maschine ändert. Ein derartiger Sauerstoffkonzentrationssensor ist beispielsweise in der JP-OS 52/72 286 beschrieben und besteht aus einem sauerstoffionenleitenden festen elektrolytischen Element, das als flache Platte mit Elektroden auf beiden Hauptflächen ausgebildet ist, wobei eine dieser Elektrodenflächen einen Teil einer Gasaufnahmekammer bildet. Die Gasaufnahmekammer steht mit dem zu messenden Gas, d. h. dem Abgas über eine Einlaßöffnung in Verbindung. Bei einem derartigen Sauerstoffkonzentrationssensor arbeiten das sauerstoffionenleitende feste elektrolytische Element und dessen Elektroden als Sauerstoffpumpelement. Dadurch, daß ein Strom zwischen den Elektroden fließen gelassen wird, derart, daß die Elektrode in der Gasaufnahmekammer zur negativen Elektrode wird, wird das Sauerstoffgas in der Gasaufnahmekammer neben dieser negativen Elektrode ionisiert, so daß das ionisierte Gas durch das feste elektrolytische Element zur positiven Elektrode strömt, um dadurch von dieser Außenfläche des Sensorelementes als gasförmiger Sauerstoff ausgegeben zu werden. Der Strom zwischen den Elektroden hat eine Grenzstromstärke, die im wesentlichen konstant, d. h. im wesentlichen durch Änderungen in der anliegenden Spannung unbeeinflußt und proportional zur Sauerstoffkonzentration im gemessenen Gas ist. Durch die Aufnahme der Stärke dieses Grenzstromes ist es somit möglich, die Sauerstoffkonzentration im gemessenen Gas zu bestimmen. Wenn jedoch ein derartiger Sauerstoffkonzentrationssensor dazu benutzt wird, das Luft/Kraftstoff- Verhältnis des einer Brennkraftmaschine gelieferten Kraftstoffgemisches über eine Messung der Sauerstoffkonzentration im Abgas der Maschine zu regeln, wird es nur möglich sein, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einen Wert zu regeln, der im armen Bereich relativ zum stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis liegt. Es ist nicht möglich, eine Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses so auszuführen, daß ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis beibehalten wird, das im reichen Bereich liegt. Ein Sauerstoffkonzentrationssensor, der einen Ausgangssignalpegel liefert, der sich proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas der Maschine sowohl für den armen als auch den reichen Bereich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ändert, ist in der JP-OS 59-1 92 955 beschrieben. Dieser Sensor besteht aus zwei sauerstoffionenleitenden festen elektrolytischen Elementen, von denen jedes als eine flache Platte jeweils mit Elektroden ausgebildet ist. Zwei gegenüberliegende Elektrodenflächen, d. h. jeweils eine Außenfläche jedes der beiden festen elektrolytischen Elemente bilden einen Teil einer Gasaufnahmekammer, die mit dem gemessenen Gas über eine Einlaßöffnung in Verbindung steht. Die andere Elektrode eines der festen elektrolytischen Elemente ist der Außenluft zugewandt. Bei diesem Sauerstoffkonzentrationssensor arbeitet das eine feste elektrolytische Element mit seinen Elektroden als Sauerstoffkonzentrationssensorelement. Das andere feste elektrolytische Element mit seinen Elektroden arbeitet als Sauerstoffpumpelement. Wenn die Spannung, die zwischen den Elektroden des Sauerstoffsensorelementes erzeugt wird, unter einer Bezugsspannung liegt, dann fließt ein Strom zwischen den Elektroden des Sauerstoffpumpelementes, so daß Sauerstoffionen durch das Sauerstoffpumpelement zu der Elektrode des Elementes fließen, die sich in der Gasaufnahmekammer befindet. Wenn die zwischen den Elektroden des Sensorelementes entwickelte Spannung unter dem Bezugsspannungswert liegt, dann fließt ein Strom zwischen den Elektroden des Sauerstoffpumpelementes derart, daß Sauerstoffionen durch das Element zu der Elektrode des Sauerstoffpumpelementes fließen, die sich auf der der Gasaufnahmekammer gegenüberliegenden Seite befindet. In dieser Weise wird ein Wert des Stromes zwischen den Elektroden des Sauerstoffpumpelementes erhalten, der sich proportional zur Sauerstoffkonzentration des gemessenen Gases sowohl im reichen als auch im armen Bereich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ändert.
Wenn ein Sauerstoffkonzentrationssensor verwandt wird, der ein Ausgangssignal liefert, das sich proportional zur Sauerstoffkonzentration ändert, werden jedoch normalerweise Änderungen in der Aufnahmecharakteristik des Sensors mit der Zeit sowie Beeinträchtigungen des Sensors selbst auftreten. Das hat zur Folge, daß die Genauigkeit der Beziehung zwischen einem Grundwert, der unter Verwendung des Sauerstoffkonzentrationssensors festgelegt ist, und einem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis abnimmt, so daß Fehler auftreten werden. Ein Verfahren, das in Betracht gezogen werden kann, dieser Erscheinung entgegenzuwirken, besteht darin, Kompensationswerte zum Kompensieren der Fehler im Grundwert zusätzlich zum Ausgangssignal vom Sauerstoffkonzentrationssensor zu berechnen und diese Kompensationswerte als Daten an Speicherplätzen zu speichern, die jeweils nach Maßgabe des jeweiligen Maschinenarbeitsbereiches zum Zeitpunkt der Berechnung des Kompensationswertes bestimmt sind. Wenn der Ausgangswert zu berechnen ist, wird in diesem Fall ein angemessener Kompensationswert, der den laufenden Arbeitsverhältnissen der Maschine entspricht, durch Suchen der gespeicherten Daten erhalten und wird der in dieser Weise erhaltene Kompensationswert dazu benutzt, den Grundwert zu kompensieren. Bei einem derartigen Verfahren werden jedoch die Kompensationswerte nach Maßgabe des Ausgangssignals des Sauerstoffkonzentrationssensors berechnet. Wenn somit die Berechnung des Grundwertes unter Verwendung eines Kompensationswertes erfolgt, der berechnet wurde, während eine große Änderung in der Sauerstoffkonzentration des Abgases auftrat, dann kann die Genauigkeit der Kraftstoff/ Luft-Verhältnisregelung tatsächlich verringert sein und kann die Wirksamkeit der Schadstoffunterdrückung im Abgas geringer sein.
Durch die Erfindung soll daher ein Verfahren zum Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses unter Verwendung eines Sauerstoffkonzentrationssensors geschaffen werden, der ein Ausgangssignal liefert, das sich proportional zur Sauerstoffkonzentration ändert, mit dem eine höhere Regelgenauigkeit und eine verstärkte Verringerung der Abgasschadstoffe erreicht werden kann, indem mit hoher Genauigkeit die Kompensationswerte zum Kompensieren eines Grundwertes berechnet werden.
Bei der erfindungsgemäßen Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses werden zunächst die Kompensationswerte nur dann berechnet und fortgeschrieben, wenn eine Abweichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das unter Verwendung des Ausgangssignals des Sauerstoffkonzentrationssensors ermittelt wird, von einem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter einem vorbestimmten Wert liegt.
Bei der erfindungsgemäßen Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses werden weiterhin Kompensationswerte nach Maßgabe der Abweichung des unter Verwendung des Ausgangssignals eines Sauerstoffkonzentrationssensors ermittelten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vom Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis berechnet und fortgeschrieben, wobei diese Berechnung und Fortschreibung dann erfolgt, wenn die Abweichung unter einem vorbestimmten Wert liegt.
Durch die Erfindung wird insbesondere ein Verfahren zum Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Kraftstoff- gemisches geschaffen, das einer Brennkraftmaschine geliefert wird, die mit einem Sauerstoffkonzentrationssensor ausgerüstet ist, der im Abgasleitungssystem angeordnet ist und ein Ausgangssignal erzeugt, das sich proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas der Maschine ändert, bei dem ein Grundwert T i zum Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nach Maßgabe einer Vielzahl von Maschinenarbeitsparametern bezüglich der Maschinenlast festgelegt wird, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Kraftstoffgemisches auf der Grundlage des Ausgangssignals des Sauerstoffkonzentrationssensors ermittelt wird, der Grundwert mit wenigstens einem Kompensationswert kompensiert wird, um eine Abweichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das unter Verwendung des Ausgangssignals des Sauerstoffkonzentrationssensors ermittelt wurde, vom Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu kompensieren und dadurch einen Ausgangswert bezüglich des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu bestimmten, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Kraftstoffgemisches nach Maßgabe dieses Ausgangswertes geregelt wird, wobei die Berechnung und die Fortschreibung des Kompensationswertes dann erfolgen, wenn die Abweichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das aus dem Ausgangssignal des Sauerstoffkonzentrationssensors ermittelt wird, vom Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter einem vorbestimmten Wert liegt.
Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine elektronische Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung mit einem Sauerstoffkonzentrationssensor, der für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist,
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des inneren Aufbaus einer Sauerstoffkonzentrationssensoreinheit,
Fig. 3 das Blockschaltbild des inneren Aufbaus einer elektronischen Steuereinheit ECU,
Fig. 4, 5, 7, 8 Flußdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise einer Zentraleinheit CPU und
Fig. 6 in einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen der Ansaugtemperatur T A und der Temperatur T WO2.
In den Fig. 1 bis 3 ist eine elektronische Kraftstoffsteuervorrichtung dargestellt, die nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens arbeitet. Bei dieser Vorrichtung ist eine Sauerstoffkonzentrationssensoreinheit 1 in einer Abgasleitung 3 der Maschine 2 stromaufwärts vom katalytischen Wandler 5 angeordnet. Die Eingänge und Ausgänge der Sauerstoffkonzentrationssensoreinheit 1 sind mit einer elektronischen Steuereinheit ECU 4 verbunden.
Ein Schutzgehäuse 11 der Sauerstoffkonzentrationssensoreinheit 1 enthält ein sauerstoffionenleitendes festes elektrolytisches Element 12 mit einer im wesentlichen rechteckigen Form, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Eine Gasaufnahmekammer 13 ist im Inneren des festen elektrolytischen Elementes 12 gebildet und steht über eine Einlaßöffnung 14 mit dem Abgas an der Außenseite des festen elektrolytischen Elementes 12 in Verbindung, das das zu messende Gas bildet. Die Einlaßöffnung 14 ist so angeordnet, daß das Abgas leicht vom Inneren der Abgasleitung in die Gasaufnahmekammer 13 strömt. Darüber hinaus ist eine Außenluftbezugskammer 15 im festen elektrolytischen Element 12 ausgebildet, in die Außenluft eingeführt wird. Die Außenluftbezugskammer 15 ist von der Gasaufnahmekammer 13 durch einen Teil des festen elektrolytischen Elementes 12 getrennt, der als eine Trennwand dient. Wie es in der Zeichnung dargestellt ist, sind Elektrodenpaare 17 a, 17 b und 16 a, 16 b jeweils an der Trennwand zwischen den Kammern 13 und 15 und an der Wand der Kammer 15 auf der der Kammer 13 gegenüberliegenden Seite dieser Kammer 15 vorgesehen. Das feste elektrolytische Element 12 arbeitet in Verbindung mit den Elektroden 16 a und 16 b als Sauerstoffpumpelement 18 und in Verbindung mit den Elektroden 17 a, 17 b als Sensorelement 19. Ein Heizelement 20 ist an der Außenfläche der Außenluftbezugskammer 15 angebracht.
Das sauerstoffionenleitende feste elektrolytische Element 12 besteht aus ZrO2 (Zirkondioxid), während die Elektroden 16 a bis 17 b jeweils aus Platin bestehen.
Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, enthält die ECU 4 einen Sauerstoffkonzentrationssensorsteuerteil, der aus einem Differentialverstärker 21, einer Bezugsspannungsquelle 22 und Widerständen 23 und 24 aufgebaut ist. Die Elektrode 16 b des Sauerstoffpumpelementes 18 und die Elektrode 17 b des Sensorelementes 19 liegen jeweils an Masse. Die Elektrode 17 a des Sensorelementes 19 ist mit einem Eingang des Operationsverstärkers 21 verbunden, der eine Ausgangsspannung nach Maßgabe des Unterschiedes zwischen der Spannung zwischen den Elektroden 17 a, 17 b und der Ausgangsspannung der Bezugsspannungsquelle 22 erzeugt. Die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 22 entspricht dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis und beträgt 0,4 V. Der Ausgang des Operationsverstärkers 21 ist über einen Stromaufnahmewiderstand 18 verbunden. Die Anschlüsse des Stromaufnahmewiderstandes 23 bilden die Ausgänge des Sauerstoffkonzentrationssensors und sind mit der Steuerschaltung 25 verbunden, die in Form eines Mikroprozessors ausgeführt ist.
Ein Sensor 31 für die Drosselventilöffnung, der eine Ausgangsspannung nach Maßgabe des Öffnungsgrades des Drosselventils 26 erzeugt und in Form eines Potentiometers ausgeführt sein kann, ist mit der Steuerschaltung 25 verbunden, mit der auch ein Absolutdrucksensor 32 verbunden ist, der im Ansaugrohr 27 an einer Stelle stromabwärts vom Drosselventil 26 angebracht ist und eine Ausgangsspannung erzeugt, deren Höhe sich nach Maßgabe des Absolutdruckes im Ansaugrohr 27 ändert. Ein Wassertemperatursensor 33, der eine Ausgangsspannung erzeugt, deren Höhe sich nach Maßgabe der Temperatur des Kühlwassers der Maschine ändert, ein Ansauglufttemperatursensor 34, der nahe einer Luftansaugöffnung 28 angeordnet ist und ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Pegel nach Maßgabe der Temperatur der angesaugten Luft bestimmt ist, und ein Kurbelwellenwinkelsensor 35, der Signalimpulse synchron mit der Drehung der nicht dargestellten Kurbelwelle der Maschine 2 erzeugt, sind gleichfalls mit der Steuerschaltung 25 verbunden. Darüber hinaus ist ein Einspritzer 36 am Ansaugrohr 27 in der Nähe der nicht dargestellten Ansaugventile der Maschine 2 angebracht.
Die Steuerschaltung 25 enthält einen Analog/Digital-Wandler 40, an dem die Spannung über den Stromaufnahmewiderstand 23 als Eingangsdifferenzspannung liegt und der diese Spannung in ein digitales Signal umwandelt. Die Steuerschaltung 25 enthält auch eine Pegelumwandlungsschaltung 41, die eine Pegelumwandlung jedes Ausgangssignals vom Drosselventilöffnungssensor 31, vom Absolutdrucksensor 32 und vom Wassertemperatursensor 33 durchführt. Die sich ergebenden in ihrem Pegel umgewandelten Signale von der Pegelumwandlungsschaltung 41 liegen an den Eingängen eines Multiplexers 42. Die Steuerschaltung enthält auch einen Analog/Digital-Wandler 43, der die Ausgangssignale vom Multiplexer 42 in eine digitale Form umwandelt, eine wellenformende Schaltung 44, die eine Wellenformung an dem Ausgangssignal vom Kurbelwellenwinkelsensor 34 ausführt, um als Ausgangssignale Signalimpulse für den oberen Totpunkt zu erzeugen, und einen Zähler 45, der die Zahl der Taktimpulse von einer nicht dargestellten Taktimpulsgeneratorschaltung während jedes Zeitintervalls zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen für den oberen Totpunkt von der wellenformenden Schaltung 44 zählt. Die Steuerschaltung 25 enthält weiterhin eine Treiberschaltung 46 a zum Betreiben des Einspritzers 36, eine Zentraleinheit CPU 47 zum Ausführen der digitalen Rechenvorgänge nach Maßgabe eines Programmes, einen Festspeicher ROM 48, in dem die verschiedenen Arbeitsprogramme und Daten gespeichert sind, und einen Speicher mit direktem Zugriff RAM 49. Die Analog/Digital-Wandler 40 und 43, der Multiplexer 42, der Zähler 45, die Treiberschaltungen 46 a, 46 b, die CPU 47, der ROM 48 und der RAM 49 sind miteinander über einen Eingangs/ Ausgangs-Sammelleitung 50 verbunden. Das Signal für den oberen Totpunkt wird von der wellenformenden Schaltung 44 der CPU 47 geliefert. Die Steuerschaltung 25 enthält weiterhin eine Heizstromversorgungsschaltung 51, die beispielsweise ein Schaltelement enthalten kann, das auf einen Heizstromversorgungsbefehl von der CPU 47 anspricht, um eine Spannung zwischen die Anschlüsse des Heizelementes 20 zu legen und dieses mit Heizstrom zu versorgen, damit das Heizelement 20 Wärme erzeugt. Der RAM 49 ist ein nicht löschbarer Sicherheitsspeicher, dessen Inhalt nicht gelöscht wird, wenn der nicht dargestellte Zündschalter der Maschine ausgeschaltet wird.
Daten, die einen Pumpstromwert I P wiedergeben, der dem Strom entspricht, der durch das Sauerstoffpumpelement 18 fließt, werden vom Analog/Digital-Wandler 40 zusammen mit den Daten, die den Grad der Drosselventilöffnung R TH wiedergeben, den Daten, die den Absolutdruck P PA im Ansaugrohr wiedergeben und den Daten, die die Kühlwassertemperatur T W und die Ansauglufttemperatur T A wiedergeben, die jeweils vom Analog/Digital-Wandler 43 ausgewählt und übertragen werden, werden über die Eingabe/Ausgabe-Sammelleitung 50 der CPU 47 zugeführt. Darüber hinaus liegt ein Zählwert vom Zähler 45, der während jeder Periode der Impulse für den oberen Totpunkt erreicht wird, gleichfalls an der CPU 47 über die Eingabe/Ausgabe-Sammelleitung 50. Die CPU 47 liest diese Daten nach Maßgabe eines Arbeitsprogrammes ein, das im ROM 48 gespeichert ist, und berechnet das Kraftstoffeinspritzzeitintervall T OUT für den Einspritzer 36 auf der Grundlage dieser Daten nach Maßgabe einer Kraftstoffeinspritzmenge für die Maschine 2, die aus bestimmten Gleichungen ermittelt wird. Diese Berechnung erfolgt mittels eines Kraftstoffversorgungsprogramms, das synchron mit dem Signal für den oberen Totpunkt ausgeführt wird. Der Einspritzer 36 wird dann durch die Treiberschaltung 46 für die Dauer des Kraftstoffeinspritzzeitintervalls T OUT betätigt, um den Kraftstoff der Maschine zu liefern.
Das Kraftstoffeinspritzzeitintervall T OUT kann beispielsweise aus der folgenden Gleichung erhalten werden:
T OUT = T i × K O2 × K REF × K WOT × K TW + T ACC + T DEC (1)
In der obigen Gleichung ist T i ein Grundwert für die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, der eine Bezugseinspritzzeit darstellt und dadurch bestimmt wird, daß eine Datenliste, die im Speicher ROM 48 gespeichert ist, nach Maßgabe der Maschinendrehzahl N e und des Absolutdruckes P BA im Ansaugrohr durchsucht wird. K O2 ist ein Rückkopplungskompensationskoeffizient für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, der nach Maßgabe des Ausgangssignalpegels vom Sauerstoffkonzentrationssensor festgelegt wird. K REF ist ein automatischer Kompensationskoeffizient für die Regelung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses, der dadurch bestimmt wird, daß eine im RAM 49 gespeicherte Datenliste nach Maßgabe der Maschinendrehzahl N e und des Absolutdruckes P BA im Ansaugrohr durchsucht wird. K WOT ist ein Kraftstoffmengenzuwachskompensationskoeffizient, der dann anliegt, wenn die Maschine unter hoher Last arbeitet. K TW ist ein Kühlwassertemperaturkoeffizient. T ACC ist ein Beschleunigungszunahmewert und T DEC ist ein Verzögerungsabnahmewert. T i , K O2, K REF , K WO2, K TW , T ACC und D DEC werden jeweils durch ein Unterprogramm eines Kraftstoffversorgungsprogramms -festgelegt.
Wenn die Versorgung des Sauerstoffpumpelementes mit Pumpstrom beginnt und das Kraftstoff/Luft-Verhältnis des der Maschine 2 gelieferten Gemisches zu diesem Zeitpunkt im armen Bereich liegt, dann wird die Spannung, die zwischen den Elektroden 17 a und 17 b des Sensorelementes 19 entwickelt wird, unter der Ausgangsspannung von der Bezugsspannungsquelle 22 liegen, was zur Folge hat, daß der Ausgangsspannungspegel des Differentialverstärkers 21 positiv sein wird. Diese positive Spannung liegt an der Reihenschaltung aus dem Widerstand 23 und dem Sauerstoffpumpelement 18. Dadurch fließt ein Pumpstrom von der Elektrode 16 a zur Elektrode 16 b des Sauerstoffpumpelementes 18, so daß der Sauerstoff in der Gasaufnahmekammer 13 durch die Elektrode 16 b ionisiert wird und durch das Innere des Sauerstoffpumpelementes 18 von der Elektrode 16 b fließt, um von der Elektrode 16 a als gasförmiger Sauerstoff ausgegeben zu werden. Der Sauerstoff wird dadurch aus dem Inneren der Gasaufnahmekammer 13 abgezogen.
Als Folge dieses Abziehens des Sauerstoffes aus der Gasaufnahmekammer 13 wird ein Unterschied in der Sauerstoffkonzentration zwischen dem Abgas in der Gasaufnahmekammer 13 und der Außenluft in der Außenluftbezugskammer 15 auftreten. Dadurch wird die Spannung V S zwischen den Elektroden 17 a und 17 b des Sensorelementes 19 mit einer Höhe erzeugt, die durch diesen Unterschied in der Sauerstoffkonzentration bestimmt ist, wobei die Spannung V S an dem invertierenden Eingang des Differentialverstärkers 21 liegt. Die Ausgangsspannung vom Differentialverstärker 21 ist proportional zum Spannungsunterschied zwischen der Spannung V S und der von der Bezugsspannungsquelle 22 erzeugten Spannung, so daß der Pumpstrom proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas ist. Der Wert des Pumpstromes wird als ein Spannungswert ausgegeben, der zwischen den Anschlüssen des Stromaufnahmewiderstandes 23 auftritt.
Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im reichen Bereich liegt, wird die Spannung V S höher als die Ausgangsspannung von der Bezugsspannungsquelle 22 sein und wird daher die Ausgangsspannung vom Differentialverstärker 21 vom positiven auf einen negativen Wert umgekehrt. Auf diesen negativen Pegel der Ausgangsspannung entsprechend wird der Pumpstrom zwischen den Elektroden 16 a und 16 b des Sauerstoffpumpelementes 18 verringert und wird die Richtung umgekehrt, in der der Strom fließt. Da die Richtung des Pumpstromflusses nun von der Elektrode 16 b zur Elektrode 16 a geht, wird der Sauerstoff durch die Elektrode 16 a ionisiert, so daß der Sauerstoff in Form von Ionen durch das Sauerstoffpumpelement 18 auf die Elektrode 16 b übertragen wird, um in Form von gasförmigem Sauerstoff in der Gasaufnahmekammer 13 ausgegeben zu werden. In dieser Weise wird Sauerstoff in die Gasaufnahmekammer 13 gezogen. Die Lieferung des Pumpstromes wird dabei so gesteuert, daß die Sauerstoffkonzentration in der Gasaufnahmekammer 13 auf einen konstanten Wert gehalten wird, indem Sauerstoff in die Kammer 13 oder aus der Kammer 13 gezogen wird, so daß der Pumpstrom I P immer proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas für einen Betrieb sowohl mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis im armen als auch im reichen Bereich gehalten wird. Der Wert des oben angegebenen Rückkopplungskompensationskoeffizienten K O2 wird nach Maßgabe des Pumpstromwertes I P in einem K O2- Berechnungsunterprogramm gebildet.
Die Arbeitsfolge der CPU 47 für das K O2-Berechnungsunterprogramm wird im folgenden anhand des in Fig. 4 dargestellten Flußdiagramms beschrieben.
In der in Fig. 4 dargestellten Arbeitsabfolge beurteilt die CPU 47 zunächst, ob die Aktivierung des Sauerstoffkonzentrationssensors abgeschlossen ist oder nicht (Schritt 61). Diese Entscheidung kann beispielsweise auf der Grundlage der Tatsache erfolgen, ob ein bestimmtes Zeitintervall seit Beginn der Lieferung des Heizstromes zum Heizelement 20 abgelaufen ist oder nicht, oder kann auf der Kühlwassertemperatur T W basieren. Wenn die Aktivierung des Sauerstoffkonzentrationssensors abgeschlossen ist, wird die Ansauglufttemperatur T A eingelesen und wird die Temperatur T WO2 nach Maßgabe dieser Ansauglufttemperatur T A festgelegt (Schritt 62). Eine Kennkurve, die die Beziehung zwischen der Ansauglufttemperatur T A und der Temperatur T WO2 wiedergibt, hat die graphisch in Fig. 6 dargestellte Form und ist vorher im ROM 48 als T WO2-Datenliste gespeichert. Die Temperatur T WO2, die der Ansauglufttemperatur T A entspricht, die eingelesen wurde, wird dadurch erhalten, daß diese T WO2-Datenliste durchgesucht wird. Nach dieser Festlegung der Temperatur T WO2 wird ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF TAR nach Maßgabe der verschiedenen Datenarten festgelegt (Schritt 63). Der Pumpstrom I P wid dann eingelesen (Schritt 64) und das ermittelte Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF ACT , das durch diesen Pumpstrom ausgedrückt wird, wird aus einer AF-Datenliste erhalten, die vorher im ROM 48 gespeichert wurde (Schritt 65). Das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF TAR kann beispielsweise dadurch erhalten werden, daß eine Datenliste, die vorher im ROM 48 gespeichert ist und von der AF-Datenliste getrennt ist, durchgesucht wird, wobei die Suche nach Maßgabe der Maschinendrehzahl N e und des Absolutdruckes P BA im Ansaugrohr ausgeführt wird. Es wird eine Entscheidung getroffen, ob das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF TAR , das in dieser Weise gebildet wird, im Bereich 14,2 bis 15,2 liegt oder nicht (Schritt 66). Wenn AF TAR ≦ωτ 14,2 oder ≦λτ 15,2 ist, dann wird die Kühlwassertemperatur T W eingelesen, um die Regelung mit Rückführung des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AF TAR auszuführen, da der Wert des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, der gebildet wurde, sich zu stark vom stöchiometrischen Luft/Kraftstoff- Verhältnis unterscheidet. Es erfolgt eine Entscheidung ob die Kühlwassertemperatur T W größer als die Temperatur T WO2 ist oder nicht (Schritt 67). Wenn T W T WO2, dann wird ein Toleranzwert DAF 1 vom ermittelten Luft/Kraftstoff- Verhältnis AF ACT abgezogen und wird entschieden, ob der aus dieser Subtraktion sich ergebende Wert größer als das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF TAR ist oder nicht (Schritt 68). Wenn AF ACT - DAF 1 größer AF TAR ist, dann zeigt das an, daß das ermittelte Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF ACT ärmer als das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF TAR ist, so daß ein Wert AF ACT - (AF TAR + DAF 1) im Speicher RAM 49 als gegenwärtiger Wert der Abweichung Δ AF n gespeichert wird (Schritt 69). Wenn AF ACT - DAF 1 AF TAR ist, dann wird entschieden, ob der Wert, der sich aus der Addition des Toleranzwertes DAF 1 zum ermittelten Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF ACT ergibt,kleiner als der Wert des Soll-Luft/Kraftstoff- Verhältnisses AF TAR ist oder nicht (Schritt 70). Wenn AF ACT + DAF 1 AF TAR ist, dann zeigt das an, daß das ermittelte Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF ACT reicher als das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF TAR ist, so daß der Wert AF ACT - (AF TAR - DAF 1) im Speicher 49 als gegenwärtiger Wert der Abweichung Δ AF n gespeichert wird (Schritt 71). Wenn AF ACT + DAF 1 ≦λτ AF TAR ist, dann zeigt das an, daß das ermittelte Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF ACT innerhalb des Toleranzwertes DAF 1 bezüglich des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AF TAR liegt, so daß als gegenwärtiger Wert der Abweichung Δ AF n eine "0" im RAM 49 gespeichert wird (Schritt 72).
Wenn T W ≦λτ T O2 ist, dann wird das Lernsteuerunterprogramm ausgeführt (Schritt 73). Dann wird ein Schritt 68 ausgeführt und wird die Abweichung Δ AF n berechnet.
Wenn die Abweichung Δ AF n im Schritt 69, 71 oder 72 berechnet ist, wird ein Proportionalregelkoeffizient K OP dadurch erhalten, daß eine K OP -Datenliste, die vorher im ROM 48 gespeichert ist, nach Maßgabe der Maschinendrehzahl N e und der Abweichung Δ AF (= AF ACT - AF TAR ) durchgesucht wird (Schritt 74). Die Abweichung Δ AF n wird dann mit dem Proportionalregelkoeffizienten K OP multipliziert, um dadurch den laufenden Wert einer Proportionalkomponente K O2Pn zu berechnen (Schritt 75). Darüber hinaus wird ein Integralregelkoeffizient K OI dadurch erhalten, daß eine K OI -Datenliste, die vorher im ROM 48 gespeichert ist, nach Maßgabe der Maschinendrehzahl N e durchgesucht wird (Schritt 76). Der laufende Wert einer Integralkomponente K O2I(n-1) wird dann vom RAM 49 ausgelesen (Schritt 77) und die Abweichung Δ AF n wird mit dem Integralregelkoeffizienten K OI multipliziert und ein vorhergehender Wert der Integralkomponente K O2I(n-1), d. h. der Wert dieser Integralkomponente, der bei der vorhergehenden Ausführung dieses Unterprogramms erhalten wurde, wird dem Ergebnis der Multiplikation zuaddiert, um dadurch den laufenden Wert der Integralkomponente K O2In zu berechnen (Schritt 78). Der vorhergehende Wert der Abweichung Δ AF n-1, d. h. der Wert der Abweichung, der bei der vorhergehenden Ausführung dieses Unterprogramms erhalten wurde, wird erneut vom RAM 49 ausgelesen (Schritt 79). Der laufende Abweichungswert Δ AF n wird dann vom vorhergehenden Abweichungswert Δ AF n-1 abgezogen und das Ergebnis wird mit einem Differentialregelkoeffizienten K OD multipliziert, um dadurch den laufenden Wert einer Differentialkomponente K O2DN zu berechnen (Schritt 80). Die Werte, die in dieser Weise für die Proportionalkomponente K O2Pn , die Intergralkomponente K O2In und die Differentialkomponente K O2DN erhalten werden, werden dann addiert, um dadurch den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rück-kopplungskompensationskoeffizienten K O2 zu berechnen (Schritt 81).
Wenn beispielsweise AF ACT = 11, AF TAR = 9 und DAF 1 = 1, dann wird beurteilt, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis arm ist und werden die Proportionalkomponente K O2P , die Intergralkomponente K O2In und die Differentialkomponente K DN jeweils unter Verwendung eines Wertes Δ AF n = 1 berechnet. Für den Fall, in dem AF ACT = 7, AF TAR = 9 und DAF 1 = 1, wird beurteilt, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis reich ist und werden die Proportionalkomponente K O2Pn , die Integralkomponente K O2In und die Differentialkomponente K O2DN jeweils unter Verwendung eines Wertes Δ AF n = -1 berechnet. Wenn AF ACT = 11, AF TAR = 10 und DAF 1 = 1, dann wird beurteilt, daß der ermittelte Wert AF ACT innerhalb des Toleranzwertes DAF 1 bezüglich des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AF TAR1 liegt und wird daher Δ AF n gleich "0" gesetzt. Wenn der zuletzt genannte Zustand anhält, dann werden sowohl K O2Pn als auch K O2DN gleich "0" gesetzt und wird eine Regelung mit Rückführung nach Maßgabe nur der Integralkomponente K O2In durchgeführt. Der Proportionalregelkoeffizient K OP wird nach Maßgabe der Maschinendrehzahl N e und der Abweichung Δ AF gebildet, so daß K OP auf der Berücksichtigung der Abweichung des ermittelten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vom Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der Strömungsgeschwindigkeit des angesaugten Gemisches basiert. Das hat zur Folge, daß eine höhere Geschwindigkeit des Regelansprechvermögens bezüglich der Änderungen im Luft/Kraftstoff- Verhältnis erreicht wird.
Wenn andererseits beispielsweise im Schritt 66 festgestellt wird, daß 14,2 ≦ωτ AF TAR ≦ωτ 15,2 ist, dann erfolgt eine Regelung mit Rückführung durch eine Ausführung des λ = 1 PID- Regelunterprogramms unter Verwendung eines Wertes des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, der gleich dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist (Schritt 82).
Im λ = 1 PID-Regelunterprogramm, das in Fig. 5 dargestellt ist, wird zunächst die Kühlwassertemperatur T W eingelesen und wird entschieden, ob T W höher als T WO2 ist oder nicht (Schritt 101). Wenn T W T WO2 ist, dann wird der Toleranzwert DAF 2 vom ermittelten Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF ACT abgezogen und wird entschieden, ob der Wert, der in dieser Weise erhalten wird, größer als das Soll-Luft/Kraftstoff- Verhältnis AF TAR ist oder nicht (Schritt 102). Wenn AF ACT - DAF 2 ≦λτ AF TAR , dann zeigt das an, daß das ermittelte Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF ACT ärmer als das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF TAR ist, so daß der Wert AF ACT - (AF TAR + DAF 2) im RAM 49 als laufender Wert der Abweichung Δ AF n gespeichert wird (Schritt 103). Wenn AF ACT - DAF 2 AF TAR , dann wird das ermittelte Luft/ Kraftstoff- Verhältnis AF ACT dem Toleranzwert DAF 2 zuaddiert und wird entschieden, ob das Ergebnis kleiner als das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF TAR ist oder nicht (Schritt 104). Wenn AF ACT + DAF 2 ≦ωτ AF TAR , dann zeigt das an, daß das ermittelte Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF ACT reicher als das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF TAR ist, so daß der Wert AF ACT - (AF TAR - DAF 2) im RAM 49 als laufender Wert der Abweichung Δ AF n gespeichert wird (Schritt 105). Wenn AF ACT + DAF 2 ≦λτ AF TAR ist, dann zeigt das an, daß das ermittelte Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF ACT innerhalb des Toleranzwertes DAF 2 bezüglich des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AF TAR liegt, so daß der laufende Wert der Abweichung Δ AF n auf "0" gesetzt und im RAM 49 gespeichert wird (Schritt 106).
Wenn T W ≦λτ T WO2 ist, dann wird das K REF -Berechnungsunterprogramm -ausgeführt, um den automatischen Rückkopplungsregelkoeffizienten K REF nach Maßgabe des laufenden Arbeitsbereiches der Maschine zu berechnen und fortzuschreiben, der durch die Drehzahl N e der Maschine und den Absolutdruck I PB im Ansaugrohr bestimmt ist (Schritt 107). Anschließend wird der Schritt 102 ausgeführt, um die Abweichung AF n zu berechnen.
Nach der Berechnung der Abweichung Δ AF n im Schritt 103, 105 oder 106 wird der Proportionalregelkoeffizient K OP dadurch erhalten, daß eine K OP -Datenliste durchgesucht wird, die vorher im ROM 48 gespeichert ist. Diese Suche erfolgt nach Maßgabe der Maschinendrehzahl N e und der Abweichung AF (= AF ACT - AF TAR ) (Schritt 108). Der Wert des in dieser Weise erhaltenen Proportionalregelkoeffizienten K OP wird mit der Abweichung Δ AF n multipliziert, um den laufenden Wert der Proportionalkomponente K O2Pn zu berechnen (Schritt 109). Der Integralregelkoeffizient K OI wird dann dadurch erhalten, daß eine K OI -Datenliste, die vorher im ROM 48 gespeichert ist, nach Maßgabe der Maschinendrehzahl N e durchgesucht wird (Schritt 110). Dann wird ein vorhergehender Wert der Integralkomponente K O2I(n-1), der bei der vorhergehenden Ausführung dieses Unterprogramms erhalten wurde, vom RAM 49 ausgelesen (Schritt 11). Der Integralkoeffizient K OI wird mit der Abweichung Δ AF n multipliziert und die Integralkomponente K O2I(n-1) wird dem Ergebnis zuaddiert, um den laufenden Wert der Integralkomponente K O2In zu berechnen (Schritt 112). Der vorhergehende Wert der Abweichung Δ AF n-1 wird erneut vom RAM 49 ausgelesen (Schritt 113) und der laufende Wert der Abweichung Δ AF n von AF n-1 abgezogen, wobei das Ergebnis dieser Subtraktion mit einem bestimmten Wert des Differentialregelkoeffizienten K OD multipliziert wird, um dadurch den laufenden Wert der Differentialkomponente K O2DN zu berechnen (Schritt 114). Die Werte der Proportionalkomponente K O2Pn , der Integralkomponente K O2In und der Differentialkomponente K O2DN werden dann addiert, um dadurch den Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Rückkopplungskompensationskoeffizienten K O2 zu berechnen (Schritt 115).
Nach der Berechnung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Rückkopplungskompensationskoeffizienten K O2 wird das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF TAR vom ermittelten Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF ACT abgezogen und wird entschieden, ob der Absolutwert des Ergebnisses kleiner als 0,5 ist oder nicht (Schritt 116). Wenn |AF ACT - AF TAR | ≦ωτ 0,5 ist, dann wird der Kompensationskoeffizient K O2 gleich einem bestimmten Wert K 1 gesetzt (Schritt 117) und wird entschieden, ob (-1) n ≦λτ 0 ist oder nicht (Schritt 118). Wenn (-1) n ≦λτ 0, dann wird ein bestimmter Wert P 1 dem Koeffizienten K O2 zuaddiert und wird das Ergebnis gleich dem Kompensationskoeffizienten K O2 gesetzt (Schritt 119). Wenn (-1) n ≦ωτ 0, dann wird der bestimmte Wert P 1 vom Kompensationskoeffizienten K O2 abgezogen und wird der sich ergebende Wert gleich dem Kompensationskoeffizienten K O2 gesetzt (Schritt 120). Wenn |AF ACT - AF TAR |≦λτ 0,5 ist, dann bleibt der Wert des Kompensationskoeffizienten K O2, der im Schritt 115 berechnet wurde, unverändert. Der bestimmte Wert P 1 kann beispielsweise der Wert des Kompensationskoeffizienten K O2 sein, der notwendig ist, um das Luft/Kraftstoff- Verhältnis auf einen Wert von 14,7 zu regeln.
Wenn somit die Bedingung |AF ACT - AF TAR |≦ωτ 0,5 weiter erfüllt ist, während das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF TAR nahe am stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis liegt, dann wird der Wert des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Rückkopplungskompensationskoeffizienten K O2 abwechselnd auf K O2 + P 1 und K O2-P 1 gesetzt, während die aufeinanderfolgenden Signalimpulse für den oberen Totpunkt erzeugt werden. Das Kraftstoffeinspritzintervall T OUT wird unter Verwendung des Wertes des Kompensationskoeffizienten K O2, der in der oben beschriebenen Weise erhalten wurde, aus der obigen Gleichung (1) berechnet, und die Kraftstoffeinspritzung in einen Zylinder der Maschine 2 erfolgt durch den Einspritzer 36 genau für die Dauer dieses Kraftstoffeinspritzintervalls T OUT . In dieser Weise wird das Luft/Kraftstoff- Verhältnis des der Maschine gelieferten Gemisches etwas zwischen dem reichen und dem armen Bereich um einen mittleren Wert von annähernd 14,7 schwingen. Störungen werden dadurch in den Maschinenzylinder hervorgerufen, so daß die Wirksamkeit der Schadstoffverringerung durch den katalytischen Wandler vergrößer wird.
Im Schritt 62 wird die Temperatur T WO2 festgelegt, um die Kühlwassertemperatur in Bezug auf die Ansauglufttemperatur T A zu beurteilen. Der Grund dafür besteht darin, daß die Menge an Kraftstoff, die an der Innenfläche des Ansaugrohres haften wird, umso größer sein wird, je niedriger die Ansauglufttemperatur ist. Die Kraftstoffzunahmekompensation erfolgt mittels des Kompensationskoeffizienten K TW . Der Kompensationskoeffizient K O2 wird jedoch bei der Berechnung des automatischen Rückkopplungsregekoeffizienten K REF für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis benutzt, so daß die Genauigkeit der Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des der Maschine nach Maßgabe des Ausgangssignals des Sauerstoffkonzentrationssensors gelieferten Gemisches abnehmen wird, da die Menge an Kraftstoff, die im Inneren des Ansaugrohres haftet, in Abhängigkeit von den Arbeitsverhältnissen der Maschine variieren wird. Die Genauigkeit des Kompensationskoeffizienten K O2 wird gleichfalls verringert. Wenn somit T W ≦λτ T WO2 ist, dann wird ein berechneter Wert von K O2 dazu benutzt, den automatischen Rückkopplungsregelkoeffizienten K REF für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu berechnen und fortzuschreiben.
Im folgenden wird anhand von Fig. 7 ein K REF - Berechnungsunterprogramm gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung beschrieben. Die CPU 47 beurteilt zunächst, ob der Absolutwert des Unterschiedes zwischen dem ermittelten Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF ACT und dem Soll-Luft/Kraftstoff- Verhältnis AF TRA kleiner als ein bestimmter Wert DAF 3 von beispielsweise 1 ist (Schritt 121). Wenn |AF ACT - AF TAR | ≦λτ DAF 3 ist, dann wird die Ausführung des K REF -Unterprogramms angehalten und kehrt die Programmausführung zum ursprünglichen Programm zurück. Wenn |AF ACT - AF TAR | DAF 2, dann wird entschieden, ob die laufenden Arbeitsverhältnisse der Maschine, die nach Maßgabe der Maschinendrehzahl N e und des Absolutdruckes I PB im Ansaugrohr bestimmt werden und bei der Suche in der K REF -Datenliste für den automatischen Rückkopplungsregelkoeffizenten K REF benutzt werden, die gleichen wie bei der vorhergehenden Ausführung des K REF -Unterprogramms sind oder nicht, d. h. wird entschieden, ob der Speicherplatz (i, j), der beim Suchen der K REF - Datenliste während dieser Ausführung des Unterprogramms benutzt wird, identlisch mit dem Speicherplatz (i, j) n-1 ist, der vorher benutzt wurde (Schritt 122). Der Wert i im Speicherplatz (i, j) ist ein Wert, der aus den Werten 1, 2, . . .x nach Maßgabe der laufenden Drehzahl der Maschine N e gewählt wird, während der Wert j unter den Werten 1, 2, . . .y nach Maßgabe der laufenden Höhe des Absolutdruckes I PB im Ansaugrohr gewählt wird. Wenn (i, j) = (i, j) n-1 ist, dann wird ein Kompensationskoeffizient R REF berechnet und im Speicher RAM 49 gespeichert, der ein vorläufiger Wert des Kompensationskoeffizienten K REF ist (Schritt 123). Der Kompensationskoeffizient R REF wird aus der folgenden Gleichung berechnet:
R REF = C REF × (K O2 - 1,0) + R REF(n-1) (2)
In der obigen Gleichung ist C REF ein Konvergenzkoeffizient. R REF(n-1) ist der Kompensationskoeffizient, der bei der vorhergehenden Ausführung des Programms berechnet wurde und aus dem Speicher RAM 49 ausgelesen wird. Wenn (i, j) ungleich (i, j) n-1 ist, dann zeigt das an, daß die Maschine in einen neuen Arbeitsbereich eingetreten ist, so daß der vorher berechnete Kompensationskoeffizient R REF(n-1) aus dem Speicher RAM 49 ausgelesen wird und dieser Wert dann am Speicherplatz (i, j) n-1 als Kompensationskoeffizient K REF gespeichert wird, um K REF dadurch fortzuschreiben (Schritt 124). Der Kompensationskoeffizient R REF wird dann berechnet und im Speicher RAM 49 gespeichert (Schritt 125). In diesem Fall wird der Kompensationskoeffizient R REF aus der folgenden Gleichung enthalten:
R REF = C REF × (K O2 - 1,0) +¢ R REFo (3)
In der obigen Gleichung ist R REFo ein Wert des Kompensationskoeffizienten R REF für den neuen Maschinenarbeitsbereich, der im Speicher gespeichert ist. Wenn die Arbeit der Maschine in diesem Bereich danach fortgesetzt wird, dann wird der Wert des Kompensationskoeffizienten R REF , der im Schritt 125 berechnet wurde, als Kompensationskoeffizient R REF im Schritt 123 während der nächsten Ausführung des K REF - Berechnungsunterprogrammes benutzt.
Mit diesem K REF -Berechnungsunterprogramm wird der Kompensationskoeffizient R REF , so berechnet, daß der Wert des Kompensationskoeffizienten K O2 nur dann gleich 1,0 wird, wenn |AF ACT - AF TAR | DAF 3 ist. Wenn sich der Maschinenarbeitsbereich ändert, dann wird der Wert des Kompensationskoeffizienten, K REF , der für den vorhergehenden Maschinenarbeitsbereich erhalten wurde, dadurch fortgeschrieben, daß eine sogenannte lernende Regelung ausgeführt wird. Der Grund für die Berechnung des Kompensationskoeffizienten R REF nur unter der Bedingung, daß |AF ACT - AF TAR | ≦ωτ DAF 3, besteht darin, daß selbst im stabilen Arbeitsbereich der Maschine große Änderungen in der Sauerstoffkonzentration im Abgas auftreten können. Wenn das der Fall ist, wird der Rückkopplungskompensationskoeffizient K O2 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, der berechnet wird, keine ausreichend hohe Genauigkeit zur Verwendung in der Kompensation haben und wird daher der Kompensationskoeffizient R REF unter Verwendung der Gleichungen (2) oder (3) erhalten, um dadurch eine Fehlerkorrektur des Kompensationskoeffizienten K REF durchzuführen. Unmittelbar anschließend an eine Änderung des Maschinenbetriebs von einer hohen Last auf normale Laufverhältnisse wird beispielsweise die ermittelte Sauerstoffkonzentration einen Anteil enthalten, der die zunehmende Kraftstoffmenge wiedergibt, die wähend des Hochlastbetriebes geliefert wird, und es wird eine Verzögerung auftreten, bevor der berechnete Wert des Kompensationskoeffizienten K O2 bezüglich der laufenden Maschinenarbeitsverhältnisse richtig sein wird. Fehler werden im Kompensationskoeffizienten K REF daher auftreten, so daß aus diesem Grund der Lernregelvorgang ausgeführt wird, wenn |AF ACT - AF TAR | DAF 3 ist.
Im folgenden wird anhand von Fig. 8 ein K REF - Berechnungsunterprogramm gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung beschrieben. Zunächst wird der Kompensationskoeffizient K REF , der den laufenden Maschinenarbeitsverhältnissen entspricht, die nach Maßgabe der Drehzahl N e der Maschine und des Absolutdruckes I PB im Ansaugrohr bestimmt sind, aus der K REF -Datenliste, d. h. vom Speicherplatz (i, j) gelesen und wird dieser Wert von K REF dann als vorhergehender Wert K REF(n-1) bezeichnet (Schritt 131). Die CPU beurteilt dann, ob der Absolutwert des Unterschiedes zwischen dem ermittelten Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF ACT und dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF TAR kleiner als ein vorbestimmter Wert DAF 4 von beispielsweise 1 ist oder nicht (Schritt 132). Wenn |AF ACT - AF TAR |≦λτ DAF 4, dann wird die Ausführung des K REF -Unterprogramms angehalten und kehrt die Programmausführung zum ursprünglichen Programm zurück. Wenn |AF ACT - AF TAR | DAF 4 ist, dann wird entschieden, ob |AF ACT - AF TAR | kleiner als ein vorbestimmter Wert DAF 5 ist oder nicht, wobei DAF 4 ≦λτ DAF 5 und beispielsweise DAF 5 gleich 0,5 ist (Schritt 133). Wenn |AF ACT - AF TAR | DAF 5 ist, dann wird der Kompensationskoeffizient K REF aus der folgenden Gleichung berechnet und am Speicherplatz (i, j) in der K REF -Datenliste gespeichert (Schritt 134).
R REF = C REFN × (K O2 - 1,0) + K REF(n-1) (4)
In der obigen Gleichung ist C REFN ein Konvergenzkoeffizient.
Wenn andererseits |AF ACT - AF TAR |≦λτ DAF 5 ist, dann wird der Kompensationskoeffizient K REF nach der folgenden Gleichung und am Speicherplatz (i, j) der K REF -Datenliste gespeichert (Schritt 135).
R REF = C REFW × (AF ACT · K O2 - AF TAR ) + K REF(n-1)
In der obigen Gleichung ist C REFW ein Konvergenzkoeffizient, wobei C REFW ≦λτ C REFN ist.
Wenn der Kompensationskoeffizient K REF für den Speicherplatz (i, j) der K REF -Datenliste berechnet und in dieser Weise fortgeschrieben ist, dann wird der Kehrwert des Wertes von K REF , der als IK REF bezeichnet wird, im Schritt 136 berechnet. Die vorher erhaltenen Integralkomponente K O2I(n-1) wird dann vom Speicher RAM 49 ausgelesen (Schritt 137), wobei diese Integralkomponente K O2I(n-1), der vorher erhaltene Wert K REF(n-1) und der Kehrwert IK REF miteinander multipliziert werden und das Ergebnis dieser Multiplikation als Integralkomponente K O2I(n-1) bezeichnet und im RAM 49 gespeichert wird (Schritt 138). Wenn dieses Unterprogramm das nächste Mal ausgeführt wird, dann wird die vorhergehende Integralkomponente K O2I(n-1), die in dieser Weise im Schritt 138 gespeichert wurde, im Schritt 78 oder im Schritt 112 dazu benutzt, die laufende Integralkomponente K O2In zu berechnen. In dieser Weise wird eine höhere Genauigkeit im Ansprechvermögen bezüglich der Änderungen im Luft/Kraftstoff-Verhältnis erzielt.
Bei einem K REF -Berechnungsunterprogramm, wie es oben beschrieben wurde, wird der Kompensationskoeffizient K REF nur so berechnet, daß der Kompensationskoeffizient K O2 gleich 1,0 ist, wenn |AF ACT - AF TAR | DAF 4 ist. Normalerweise wird der Kompensationskoeffizient K REF nach Maßgabe des laufenden Maschinenarbeitsbereiches fortgeschrieben und wird eine lernende Regelung ausgeführt. Wenn der Kompensationskoeffizient K REF berechnet wird und |AF ACT - AF TAR | ≦λτ DAF 5 ist, dann wird der Kompensationskoeffizient R REF höher als in dem Fall angesetzt, daß |AF ACT - AF TAR | DAF 5 ist, um dadurch die Geschwindigkeit der Kompensation zu erhöhen.
Bei dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zum Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses erfolgen die Berechnung eines Kompensationswertes und das Fortschreiben dieses Wertes nur dann, wenn die Abweichung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das aus dem Ausgangssignal eines Sauerstoffkonzentrationssensors ermittelt wird, vom Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter einem vorbestimmten Wert liegt. Wenn weiterhin die Abweichung des ermittelten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vom Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter dem bestimmten Wert liegt, wird der Kompensationswert nach Maßgabe dieser Abweichung berechnet. Wenn eine große Änderung in der Sauerstoffkonzentration im Abgas der Maschine auftritt, wird in dieser Weise die Kompensation des Kompensationswertes R REF , die dazu dient, Fehler im Grundwert zu kompensieren, angehalten. Schwankungen im Kompensationswert können daher vermieden werden, so daß eine Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit hoher Genauigkeit und eine höhere Verminderung der Abgasschadstoffe erzielt werden können, wobei ein Sauerstoffkonzentrationssensor verwandt wird, dessen Ausgangssignal sich proportional zur Sauerstoffkonzentration ändert.

Claims (4)

1. Verfahren zum Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Kraftstoffgemisches, das einer Brennkraftmaschine geliefert wird, die mit einem Sauerstoffkonzentrationssensor ausgerüstet ist, der im Abgasleitungssystem angeordnet ist und ein Ausgangssignal erzeugt, das sich proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas der Maschine ändert, wobei ein Grundwert (T i ) zum Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nach Maßgabe einer Vielzahl von Maschinenarbeitsparametern bezüglich der Maschinenlast bestimmt wird, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches auf der Grundlage des Ausgangssignals des Sauerstoffkonzentrationssensors ermittelt wird, der Grundwert mit wenigstens einem Kompensationswert kompensiert wird, um eine Abweichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das unter Verwendung des Ausgangssignals des Sauerstoffkonzentrationssensors ermittelt wurde, vom Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu kompensieren und dadurch einen Ausgangswert bezüglich des Soll-Luft/Kraftstoff- Verhältnisses zu bestimmen, und das Luft/Kraftstoff- Verhältnis des Gemisches nach Maßgabe dieses Ausgangswertes geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationswert berechnet und fortgeschrieben wird, wenn die Abweichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das aus dem Ausgangssignal des Sauerstoffkonzentrationssensors ermittelt wird, vom Soll-Luft/Kraftstoff- Verhältnis unter einem vorbestimmten Wert liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationswert ein Kompensationskoeffizient (K REF ) ist, der mit dem Grundwert multipliziert wird.
3. Verfahren zum Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Kraftstoffgemisches, das einer Brennkraftmaschine geliefert wird, die mit einem Sauerstoffkonzentrationssensor ausgerüstet ist, der im Abgasleitungssystem angeordnet ist und ein Ausgangssignal erzeugt, das sich proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas der Maschine ändert, wobei ein Grundwert (T i ) zum Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nach Maßgabe einer Vielzahl von Maschinenarbeitsparametern bezüglich der Maschinenlast festgelegt wird, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches auf der Grundlage des Ausgangssignals des Sauerstoffkonzentrationssensors bestimmt wird, der Grundwert mit wenigstens einem Kompensationswert kompensiert wird, um eine Abweichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses das unter Verwendung des Ausgangssignals des Sauerstoffkonzentrationssensors ermittelt wird, vom Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu kompensieren und dadurch einen Ausgangswert bezüglich des Soll-Luft/Kraftstoff- Verhältnisses zu bestimmen, und das Soll-Luft/Kraftstoff- Verhältnis des Gemisches nach Maßgabe dieses Ausgangswertes gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationswert nach Maßgabe der Abweichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das aus dem Ausgangssignal des Sauerstoffkonzentrationssensor ermittelt wird, von dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis dann berechnet und fortgeschrieben wird, wenn diese Abweichung unter einem vorbestimmten Wert liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationswert ein Kompensationskoeffizient (K REF ) ist, der mit dem Grundwert multipliziert wird, und daß die Berechnungen so ausgeführt werden, daß die Geschwindigkeit der Kompensation umso höher ist, je höher der Absolutwert der Abweichung ist.
DE19873713791 1986-04-24 1987-04-24 Verfahren zum regeln des luft/kraftstoff-verhaeltnisses des einer brennkraftmaschine gelieferten kraftstoffgemisches Granted DE3713791A1 (de)

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