DE3830574A1 - Apparat zur steuerung des luft/kraftstoff-verhaeltnisses fuer einen mehrzylindermotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Apparat zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für einen Mehrzylindermotor mit einer Rückkopplungssteuerung für die Kraftstoffmenge, die gemäß dem mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor ermittelten Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors zugeführt wird, insbesondere einen Steuerungsapparat, der die zeitliche Änderung der Ausgangskennlinie des Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Sensors automatisch korrigiert.

Ein Verfahren zur Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf einen gewünschten Wert ist in JP 58-1 43 108 A offenbart, die am 19. 02. 1982 von Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha eingereicht wurde und am 25. 08. 1983 offengelegt worden ist.

Unlängst hat für die Motorsteuerung von Automobilen eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung vom sog. Magerverbrennungstyp, die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors so mager wie möglich macht, Verwendung gefunden, um gleichzeitig den Forderungen nach Emissionskontrolle und Kraftstoffersparnis zu entsprechen. In diesem Verfahren wird ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor verwendet, der aus der restlichen Sauerstoffkonzentration und der Konzentration unverbrannter Gase (Hydrocarbonate) im Auspuffgas des Motors das Luft/Kraftstoff-Verhältnis über einen großen Bereich vom mageren zum fetten Gemisch im wesentlichen linear zu ermitteln in der Lage ist.

Dabei wird der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor betrieben, während er für eine lange Zeit den Auspuffgasen mit ziemlich hoher Temperatur ausgesetzt ist, weshalb die von der physikalischen und chemischen Beanspruchung herrührenden Änderungen seiner Ausgangskennlinie nicht vernachlässigt werden können. Wenn der Sensor über lange Zeit hinweg unter einer solchen Bedingung betrieben wird, steigt also die Fehlerrate bei der Ermittlung der Luft/Kraftstoff-Verhältniswerte an und daher ist es schwierig, die Luft/ Kraftstoff-Verhältnisregelung genau auszuführen.

Aus diesem Grund muß der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor so betrieben werden, daß nach Bedarf während des Betriebes die Änderungen der Ausgangskennlinie korrigiert werden. Aus JP 58-57 050 A, die am 29. 09. 1981 eingereicht und am 05. 04. 1983 offengelegt worden ist, ist bekannt, daß während des Motorbetriebes für alle Zylinder die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird, so daß das Auspuffgas hinsichtlich seiner Zusammensetzung der Atmosphärenluft gleich wird und so die Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors in Echtzeit korrigiert (kalibriert) wird. Aus US 46 76 213 A vom 30. 06. 1987 von denselben Erfindern (einige von ihnen) wie die der vorliegenden Anmeldung ist ebenfalls ein Apparat zur Steuerung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses bekannt, der zur Korrektur der Änderung der Ausgabe eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors in der Lage ist.

Es ist jedoch unvorteilhaft, für alle Zylinder des Motors die Kraftstoffzufuhr zu unterbrechen, weil hierbei die Gefahr besteht, daß bei mit einer automatischen Kraftübertragung ausgerüsteten Automobilen der Motor zum Stehen gebracht wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Apparat zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnises zu schaffen, bei dem nicht die Gefahr der Motorabdrosselung besteht, der in Motoren für alle Arten von Automobilen einschließlich Automobilen mit automatischer Kraftübertragung eingesetzt werden kann, der trotz der fortschreitenden Änderung der Kennlinie des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors stets genaue Korrekturen durchführen kann und der eine genaue Rückkopplungssteuerung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses aufrechterhalten kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Apparat zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für einen Mehrzylindermotor, der während des Motorbetriebes nicht in allen Zylindern des Motors Fehlzündungen herbeiführt und der die momentane Ausgabeänderung des Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Sensors ermittelt und dabei die gewünschte Korrektur durchführt.

Selbst wenn bei der Korrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors ein Teil der Zylinder zu Fehlzündungen veranlaßt wird, so erzeugt wenigstens ein Zylinder ein Drehmoment. Daher besteht die Gefahr der Motorabdrosselung nicht. Andererseits kann der aufgrund der Fehlzündungen in einigen der Mehrzahl der Zylinder sich ergebende Änderungsbetrag im Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Auspuffgasen genau geschätzt werden. Bei Verwendung des geschätzten Änderungsbetrages als Bezugsgröße ist es möglich, das Verhältnis zwischen der Bezugsgröße und dem tatsächlich ermittelten Änderungsbetrag zu bestimmen, wodurch ein hinreichend genauer Korrekturwert bestimmt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Darstellung, die den Gesamtaufbau eines erfindungsgemäßen Apparates zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses erläutert,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Steuereinheit von Fig. 1,

Fig. 3 den Querschnitt eines Beispiels des in der Erfindung verwendeten Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors,

Fig. 4 die Ausgangskennlinie des erfindungsgemäßen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors,

Fig. 5 ein Flußdiagramm, das den Korrekturablauf der Ausgangskennlinie des erfindungsgemäßen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors erläutert, und

Fig. 6 die Ausgabe-Ansprechcharakteristik des erfindungsgemäßen Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines eine Ausführungsform der Erfindung aufnehmenden Motorsystems. In der Zeichnung ist das System anhand eines Zylinders eines Benzinmotors gezeigt, der aus einer Mehrzahl von Zylindern aufgebaut ist. Das System weist einen Ansaugluft-Strömungsmesser 1, einen Kurbelwellenwinkelsensor 2 für die Ermittlung der Motordrehzahl und der Stellung des Kolbens in jedem Zylinder, ein Kraftstoffeinspritzventil 3 für die getrennte Zuführung des Kraftstoffs an jeden Zylinder, einen Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Sensor 4 für die Ermittlung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses des Gemisches aus der Zusammensetzung des Auspuffgases, einen Zylinder 5, eine Zündkerze 6, einen Auspuffkrümmer 7, einen Drosselklappenschalter 8 und eine Steuereinheit 9 auf.

Fig. 2 ist ein detailliertes Blockschaltbild der Steuereinheit 9, deren Hauptteil einen Mikrocomputer mit einem ROM 13, mit einem RAM 14 und mit einer CPU 15 aufweist.

Im ROM 13 sind ein Programm für die Steuerung des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses und ein Steuerprogramm für die Ausgabekorrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, das später mit Bezug auf Fig. 5 erklärt wird, gespeichert.

Diese Programme werden von der CPU 15 gesteuert. Ferner ist im ROM 13 eine Bezugsgröße (Anfangswert) für die Änderung der Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors vor und nach der Fehlzündung des Motors gespeichert. Das RAM 14 speichert den Wert des Korrekturfaktors für den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor. Dieser Wert im RAM 14 wird entsprechend einer Veränderung aktualisiert. Ein Taktgeber liefert Bezugstaktsignale an die CPU 15 und an die Logikschaltung in der Steuereinheit 9. Ein E/A-Anschluß wandelt einerseits Signale von anderen Schaltungen in Signalformate um, die vom Mikrocomputer verarbeitet werden können oder wandelt umgekehrt Signale in Signalformate von anderen Schaltungen um. Ein A/D-Wandler ist eine Schaltung zur Umwandlung von Analogsignalen in Digitalsignale. Die Steuereinheit 9 ist mit verschiedenen Sensoren, Schaltern und Stellgliedern, die in verschiedenen Teilen des Motors eingebaut sind, elektrisch verbunden. Zunächst wird die Ausgabe des Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Sensors 4 durch einen Strom/Spannungs-Wandlungsschaltkreis in ein Spannungssignal umgewandelt, anschließend wird dieses Signal durch den A/D-Wandler in ein Digitalsignal umgewandelt und über den E/A-Anschluß an die CPU 15 geliefert, wo es verarbeitet wird. Die Ausgaben des Ansaugluft-Strömungsmessers 1, des Wassertemperatursensors 10 und des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 4 sind Analogsignale und werden daher nach dem Passieren eines Pufferverstärkers jeweils in Digitalsignale umgewandelt. Die Ausgaben des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 4, des Ansaugluft-Strömungsmessers 1, des Wassertemperatursensors 10, des Drosselklappenschalters 8, des Kurbelwellenwinkelsensors 2 und des Zündschalters 12 werden alle an die CPU 15 geführt, so daß die dem gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechende Kraftstoffeinspritzmenge (Einspritzzeit) gemäß dem Steuerprogramm für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im ROM 13 auf der Grundlage der im selben ROM 13 gespeicherten Daten bestimmt wird. Die bestimmte Kraftstoffeinspritzmenge wird als Einspritzsignal über den E/A-Anschluß einem Abwärtszähler zugeführt. Das Einspritzsignal wird durch den Abwärtszähler und ein Flip-Flop in einer gegebenen zeitlichen Abfolge an die Kraftstoffeinspritzventile der einzelnen Zylinder verteilt. Eine Treiberstufe verstärkt die Einspritzimpulse auf eine Größe, die ausreicht, um das Einspritzventil einzuschalten. Für die oben beschriebene Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ist jedes bekannte Verfahren, so beispielsweise das bereits erwähnte aus JP 58-1 43 108 A, anwendbar.

Während für die Messung der Ansaugluft-Strömungsrate in der Ausführungsform von Fig. 1 ein variabler Ansaugluft- Strömungsmesser 1 vom Fähnchentyp verwendet wird, kann die Ansaugluft-Strömungsrate auch aus dem Ansaug-Unterdruck oder der Drosselklappenöffnung berechnet werden. Auch ein Ansaugluft-Strömungsmesser anderen Typs wie etwa der Hitzdrahttyp oder der Wirbeltyp von Karman kann im Rahmen der Erfindung verwendet werden. Ebenso kann die Motordrehzahl durch ein anderes Ermittlungsverfahren als das des Kurbelwellenwinkelsensors 2 ermittelt werden, etwa mit dem Verfahren der Feststellung der Zündimpulszahl.

Auf diese Weise wird zunächst der vom Kraftstoffeinspritzventil 3 eingespritzte Kraftstoff mit der Luft vermischt, dann wird die Mischung in den Zylinder 5 gesaugt, wo sie durch die Zündkerze 6 gezündet wird und verbrennt. Nach der Verbrennung wird das Auspuffgas an den Auspuffkrümmer 7 ausgestoßen, um dort den Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensor 4 vollständig zu umgeben.

Die Einzelheiten des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 4 sind in Fig. 3 gezeigt. Von der nicht gezeigten Treiberschaltung wird an die Elektroden 44 des Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Sensors 4 eine Spannung angelegt. Die restliche Sauerstoffkonzentration im Auspuffgas oder der Wert der für die Oxidation des unverbrannten Gases erforderlichen Sauerstoffmenge wird als ein sog. Sauerstoffpumpstrom ermittelt. Dieser Sensor ist vom sog. Schwellenstromtyp, der zur Ermittlung eines großen Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Bereiches zwischen mageren und fetten Gemischen in der Lage ist. Sein Hauptteil enthält einen Zirkoniumdioxid- Festkörperelektrolyten 41, ein eingebautes Heizelement 42 und eine Schutzhülse 43.

In der Steuereinheit 9 werden im ROM 13 die Daten gespeichert, die die Beziehung zwischen den Werten der Ausgabesignale des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 4 und den Werten der Luft/Kraftstoff-Verhältnisse kennzeichnen. Die CPU 15 empfängt die Ausgabesignale des Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Sensors 4 und sucht im ROM 13 die dem Signal entsprechenden Daten, um das tatsächliche Luft/Kraftstoff- Verhältnis zu bestimmen. Das dem Kraftstoffeinspritzventil 3 zuzuführende Einspritzimpulssignal wird in einer Richtung korrigiert, die das tatsächliche Luft/Kraftstoff- Verhältnis zur Übereinstimmung mit dem momentan gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnis bringt; auf diese Weise wird die Rückkopplungssteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt. Dabei ist festzustellen, daß das gewünschte, momentane Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht nur auf der Grundlage der Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors 4 korrigiert wird, sondern auch anhand der Daten, die den die Motorbetriebsbedingung angebenden Signalen entsprechen. Diese Signale werden von den verschiedenen Sensoren, etwa vom Drosselklappenschalter 8, vom Wassertemperatursensor 10 usw., geliefert, wobei die diesen Daten entsprechenden Signale aus den im ROM 13 gespeicherten Daten ausgesucht werden. Für dieses Verfahren zur Bestimmung des gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses kann jedes bekannte Verfahren angewendet werden.

Wie bereits erwähnt, ist der Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensor 4 aufgrund physikalischer oder chemischer Beanspruchung während des Betriebes zeitlichen Veränderungen seiner Eigenschaften unterworfen. Deshalb ändert sich, wie beispielsweise in Fig. 4 gezeigt ist, dessen Anfangs- Ausgabekennlinie A₁ mit der Zeit zu einer Ausgangskennlinie A₂.

Wenn dieser Fall eintritt, dann ändert sich das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis, das anfangs durch einen Ausgabewert I _c des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 4 gegeben ist und als Luftüberschußverhältnis λ₁ ausgedrückt wird, auf einen Wert λ₂. Wenn daher dies nicht geändert wird, kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht mit der Rückkopplungssteuerung auf das richtige Verhältnis eingestellt werden.

Um den Stillstand des Motors zu verhindern und statt dessen einen kontinuierlichen, stabilen Betrieb zu ermöglichen, wird folglich in dieser Ausführungsform mit Ausnahme wenigstens eines der Zylinder die Zuführung des Einspritzsignales an das (die) Kraftstoffeinspritzventil(e) 3 des (der) anderen gewählten Zylinder(s) unterbrochen. Auf diese Weise wird, wenn der Motor konstant auf ein gegebenes Luft/Kraftstoff-Verhältnis hin überwacht wird, die Kraftstoffzufuhr an die gegebene Auswahl des (der) Zylinder(s) abgeschaltet, um jegliche Veränderung der Kennlinie des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 4, die einer Änderung der Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors 4 vor und nach der Kraftstoffunterbrechung entspricht, zu ermitteln.

Es wird also in den (die) Zylinder, an den (die) die Kraftstoffzufuhr unterbrochen worden ist, nur Luft eingelassen, das Aufpuffgas wird in den Auspuffkrümmer ausgestoßen und dort wird es mit dem Auspuffgas von den anderen Zylindern vermischt. Daher wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis um einen Betrag erhöht (magerer eingestellt), der dem (den) Zylinder(n) entspricht, an den (die) die Kraftstoffzufuhr unterbrochen worden ist.

Wenn die entsprechenden Zylinder die gleiche Kolbenstellung haben, so ist in diesem Fall der Anstieg des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses gleich dem Produkt aus der Differenz zwischen der Sauerstoffkonzentration von Luft und der Sauerstoffkonzentration im Auspuffgas der verbrennenden Zylinder und dem Verhältnis zwischen der Anzahl der Zylinder, an die die Kraftstoffzufuhr unterbrochen ist, und die Anzahl der Zylinder, die mit Kraftstoff versorgt werden. Dann ist der Anstieg der Sauerstoffkonzentration im wesentlichen konstant, weil die Sauerstoffkonzentration der Luft im wesentlichen konstant ist. Außerdem ändert sich der Sauerstoffpumpstrom des Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Sensors linear mit der Sauerstoffkonzentration. Gemäß dem Betrag des Anstiegs des Sauerstoffpumpstrom- Wertes, der einer gegebenen Änderung des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, ist es daher möglich, eine Kennlinienänderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors zu ermitteln und die notwendige Kalibrierung auszuführen.

Nun wird nochmal auf Fig. 2 Bezug genommen: Ausgelöst durch das Signal des Drosselklappenschalters 8 usw. stellt die CPU 15 fest, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis konstant gehalten wird, so wie wenn der Motor leerläuft, langsamer wird oder mit konstanter Drehzahl arbeitet; unter dieser Bedingung wird die CPU 15 so gesteuert, daß sie die Zuleitung eines Einspritzsignales an eines der Kraftstoffeinspritzventile 3, z. B. an das Kraftstoffeinspritzventil A, für eine gegebene Zeitspanne unterbricht.

Was das Verfahren zur Feststellung der konstanten Betriebsbedingung des Motors betrifft, d. h. die Aufrechterhaltung eines konstanten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, so kann dieses unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der Motor in einer konstanten Betriebsbedingung ist, wenn irgendeine der folgenden Bedingungen (1) bis (3) zutrifft, ausgeführt werden:

(1) Leerlauf
Wassertemperatur:
70 bis 75°C
Drosselklappenöffnung:	0°
Motordrehzahl:	750 ± 20 UpM
Ansaugluftströmung:	20 ± 0,4 kg/h

(2) Konstante Drehzahl
Wassertemperatur:
75 bis 80°C
Drosselklappenöffnung:	35 ± 0,5°
Motordrehzahl:	2000 ± 50 UpM
Ansaugluftströmung:	150 ± 3 kg/h

(3) Verlangsamung
Wassertemperatur:
75 bis 80°C
Drosselklappenöffnung:	0°
Motordrehzahl:	1000 ± 3000 UpM
Kraftübertragung:	nicht kräftefrei

Die obige Bedingung kann für eine Motorenklasse mit 1,8 Litern Hubraum angewendet werden, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben angegebenen Zahlenwerte und Bedingungsarten beschränkt. Es ist lediglich erforderlich, geeignete Bedingungen für konstanten Betrieb entsprechend dem Hubraum und der Art des Motors auszuwählen.

Die Feststellung der obenerwähnten Bedingungen wird durchgeführt, indem die CPU 15 die Ausgaben des Wassertemperatursensors 10, des Drosselklappenschalters 8, des Kurbelwellenwinkelsensors 2, des Ansaugluft-Strömungsmessers 1, die in Fig. 2 gezeigt sind, und eines nicht gezeigten Kraftübertragungsschalters (für die Feststellung der kräftefreien Position) empfängt, um die Bedingung konstanten Betriebs des Motors gemäß dem im ROM 13 gespeicherten Bedingungsentscheidungsprogramm zu bestimmen.

Nun werde angenommen, daß die obenerwähnten Bedingungen konstanten Betriebs für den Fall eines Motors mit T _n Zylindern (T _n ist eine ganze Zahl nicht kleiner als 2) zutreffen. Falls dann n Zylinder (n ist eine ganze Zahl größer als 0) fehlgezündet werden, so läßt sich die sich ergebende Änderung Δ P der Sauerstoffkonzentration im Auspuffkrümmer 7 (die Sauerstoffkonzentration wird bei Fehlzündung aufgrund der Abschaltung der Kraftstoffzufuhr zunehmen) durch die folgende Gleichung (1) darstellen:

wobei
Δ P = Betrag des Anstiegs der Sauerstoffkonzentration
P = Sauerstoffkonzentration in Luft (21%)
T _n = Gesamtzahl der Zylinder
n = Anzahl der fehlgezündeten Zylinder
P₀ = Sauerstoffkonzentration im Auspuffgas, wenn in allen Zylindern Verbrennung stattfindet,

ist.

Die Vereinfachung der obigen Gleichung (1) ergibt

Hierbei ist die Sauerstoffkonzentration P in der Luft ebenso wie die restliche Sauerstoffkonzentration P₀ im Auspuffgas während der Verbrennung in einer gegebenen Bedingung konstanten Betriebs konstant. Daher wird die durch Gleichung (2) gegebene Änderung Δ P der Sauerstoffkonzentration im Auspuffgas bzw. die Änderung des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses vor und nach dem Fehlzünden konstant, falls die Fehlzündungen erfordernde Motorbetriebsbedingung und die Zahl der fehlzuzündenden Zylinder als konstant vorgegeben werden. Falls die in Fig. 4 gezeigte Ausgangskennlinie des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors ihren Anfangszustand A₁ beibehält, dann bleibt die Sensorausgabeänderung dK, die der auf die Fehlzündungen zurückzuführenden Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses Δ P entspricht, unverändert. Wenn sich die Ausgangskennlinie des Sensors jedoch von A₁ auf A₂ ändert, dann ändert sich die der Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses Δ P entsprechende Änderung der Sensorausgabe auf dK′. Das Verhältnis zwischen dK und dK′ stellt den geforderten Korrekturfaktor für den Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensor dar.

Angenommen, die Ausgangskennlinie des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors 4 werde in Fig. 4 durch A₁ dargestellt; dann stellt λ₁ das Luftüberschußverhältnis dar, wenn der Ausgangsstrom (Sauerstoffpumpstrom) I _c ist, so daß das Luftüberschußverhältnis zu λ₁′ und der λ₁′ entsprechende Ausgangsstrom zu I₁ wird, wenn sich das Luft/Kraftstoff- Verhältnis um Δ P ändert. Daher sollte die Änderung dK (= I₁-I _c) des Ausgangsstromes konstantgehalten werden, falls die Ausgangskennlinie ihren ursprünglichen Zustand A₁ beibehält.

Nun werde angenommen, daß sich die Ausgangskennlinie des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 4 von A₁ nach A₂ geändert hat.

In diesem Fall hat das dem Ausgangsstrom I _c entsprechende Luftüberschußverhältnis den Wert λ₂, so daß das Luftüberschußverhältnis den Wert λ₂′ und der entsprechende Ausgangsstrom den Wert I₂ annehmen, falls sich das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis um Δ P ändert. Wenn daher die Änderung des Ausgangsstromes dK = I₁-I _c als Änderungsbezugswert in Form einer Konstanten α gegeben ist, dann gilt die folgende Gleichung:

K = a/(I₂-I _c) (4)

Der Wert von α wird vorläufig experimentell bestimmt und im ROM 13 der Steuereinheit 9 gespeichert. Dann werden jedesmal, wenn der Motor in der vorhin erwähnten konstanten Betriebsbedingung ist, der oder die gewählten Zylinder fehlgezündet, so daß die Änderung des Ausgangsstromes dK′ = I₂-I _c des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors ermittelt und ein Korrekturfaktor K zusammen mit dem im ROM 13 gespeicherten Wert von α berechnet wird. Ferner wird dieser Korrekturfaktor K in Form eines durch Aktualisierung aus dem vorherigen Faktor K erhaltenen Wertes im RAM 14 gespeichert. Der im RAM 14 gespeicherte Korrekturfaktor K wird während der Rückkopplungssteuerung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses für die Korrektur der Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 4 verwendet, wobei er ständig genau auf das gewünschte Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingeregelt wird.

Der in Fig. 5 gezeigte Betriebsablauf wird durch die CPU 15 während der gewöhnlichen Rückkopplungssteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt, wenn die CPU 15 feststellt, daß der Betriebszustand des Motors ein Leerlaufzustand ist.

Derartige konstante Betriebsbedingungen des Motors können den Zustand konstanter Drehzahl und einen Verlangsamungszustand, bei dem des Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors stabil bleibt, enthalten. Bei einem Motor mit niedrigem Abtriebsdrehmoment und kleiner Zylinderzahl ist jedoch im Hinblick auf eine beträchtliche an den Fahrer übertragene Erschütterung die Fehlzündung eines der Zylinder während des Motorlaufes mit konstanter Drehzahl nicht sehr vorteilhaft. Andererseits wird die Fahreigenschaft im Zustand der Verlangsamung durch das Auftreten solcher Fehlzündungen nicht sehr beeinflußt, weshalb die Bestimmung eines Korrekturfaktors dann durchgeführt werden kann, wenn der Motor in den Zustand der Verlangsamung kommt.

Nun wird wieder auf Fig. 5 Bezug genommen; die Schritte 51 bis 55 sind Operationen zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzzeit t, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis während des Leerlaufbetriebes bei einem gewünschten Luft/Kraftstoff- Verhältnis konstant zu halten.

Im Schritt 51 bestimmt die CPU 15 das gewünschte Luft/ Kraftstoff-Verhältnis für den Leerlaufbetrieb. Im Schritt 52 wird die Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 4 eingelesen. Im Schritt 53 wird das tatsächliche Luft/ Kraftstoff-Verhältnis bestimmt, indem die Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 4 mit dem im RAM 14 gespeicherten Korrekturfaktor K multipliziert wird. Im Schritt 54 wird festgelegt, ob das gewünschte Luft/Kraftstoff- Verhältnis mit dem tatsächlichen Luft/Kraftstoff- Verhältnis übereinstimmt. Wenn dies nicht der Fall ist, dann wird die Kraftstoffeinspritzzeit (die der Einspritzmenge entspricht) in einer Richtung verstellt, die den Fehler des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf 0 vermindert. Nach dem Schritt 55 wird auf Schritt 52 zurückgesprungen. Wenn im Schritt 54 festgestellt wird, daß kein Fehler des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vorliegt, dann bedeutet dies, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei dem gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, weshalb in einem Schritt 56 die Kraftstoffeinspritzzeit festgesetzt wird. Im Schritt 57 wird die Ausgabe des Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Sensors I _c eingelesen. Im Schritt 58 wird das Kraftstoffeinspritzventil eines vorbestimmten Zylinders außer Betrieb gesetzt, wodurch in diesem Zylinder Fehlzündungen stattfinden. Dies wird durch ein Unterbrechen der Zuführung eines Steuersignals an das Kraftstoffeinspritzventil bewerkstelligt. Im Schritt 59 wird die Fehlzündungsbedingung für eine gegebene Zeitperiode aufrechterhalten. Diese gegebene Zeitperiode ist das Zeitintervall zwischen dem Beginn der Fehlzündung und dem Eintreten einer Stabilisierung der Sauerstoffkonzentration im Auspuffgas; es reicht vorzugsweise von 2 s bis ungefähr 3 s. Diese Zeitperiode ist vorläufig durch Experimente bestimmt.

Wenn dann der Punkt erreicht ist, an dem die Sauerstoffkonzentration stabil ist, so wird in einem Schritt 60 die Ausgabe I₂ des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 4 eingelesen.

Im Schritt 61 wird der als Bezugsgröße dienende Änderungswert α aus dem ROM 13 der Steuereinheit 9 ausgelesen. Im Schritt 62 wird der Korrekturfaktor K₁ = α/(I₂-I _c) berechnet.

Im Schritt 63 wird der im RAM 14 gespeicherte Korrekturfaktor I eingelesen. Im Schritt 64 werden die Korrekturfaktoren K₁ und K verglichen. Wenn die beiden Werte gleich sind, dann springt der Steuerungsablauf direkt zur Hauptroutine 66 zurück. Wenn die beiden Werte ungleich sind, dann wird zum Schritt 65 zurückgesprungen, wo der Wert von K mit K₁ überschrieben und im RAM 14 gespeichert wird, wobei zur Hauptroutine 66 zurückgesprungen wird. Diese Hauptroutine ist die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsroutine des Motors, die auf gewöhnliche Weise durchgeführt wird.

In Fig. 6 sind die tatsächlich erhaltenen Ergebnisse der Änderungen der Ausgaben des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors gezeigt, die sich aus der Unterbrechung der Kraftstoffeinspritzung in die vorgewählten Zylinder ergaben, wobei das gewünschte Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt worden war. Die Ausgabe hat sich in einer Periode von ungefähr 2 bis 3 s nach Eintreten der Fehlzündungen stabilisiert und einen im wesentlichen konstanten Wert erreicht, obwohl im Luft/Kraftstoff-Verhältnis einige Störungen auftraten.

Es sei festgestellt, daß diese Störung mit einer Änderung im Auspuffkrümmer hinreichend unterdrückt werden kann.

Daher wird in Verbindung mit der oben beschriebenen Ausführungsform jedesmal die Verarbeitung von Fig. 5 durchgeführt, wenn der in Betrieb befindliche Motor in eine gegebene Betriebsbedingung wie etwa den Leerlaufzustand, den Zustand konstanter Drehzahl oder den Zustand der Verlangsamung gerät; weiterhin wird dabei jedesmal ein neuer Korrekturfaktor K berechnet. Entsprechend dem Korrekturfaktor K wird die Änderung in der Ausgangskennlinie des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 4 korrigiert, so daß es möglich ist, stets das genaue Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu ermitteln und dadurch die genaue Rückkopplungssteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses aufrechtzuerhalten.

Während in der oben beschriebenen Ausführungsform als Mittel zum Ausschluß wenigstens eines Zylinders aus der Mehrzahl der Zylinder und zum Fehlzünden wenigstens eines Zylinders der verbleibenden Zylinder das Verfahren der Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zu der in den Zylinder gesaugten Luft verwendet wird, kann alternativ dazu die Zündspannung für die Zündkerze des zur Fehlzündung bestimmten Zylinders unterbrochen werden. So wird der Kraftstoff wie üblich an alle Zylinder geliefert, während die Zündspannung nicht an die Zündkerze des zur Fehlzündung bestimmten Zylinders angelegt wird. Daher sollte sich als Ergebnis der Fehlzündung zu diesem Zeitpunkt die Sauerstoffkonzentration im Auspuffkrümmer um einen gegebenen Wert erhöht haben, so daß es durch Ermittlung des Anstiegs des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und durch Berechnung der Änderung der Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors mittels Gleichung (2) möglich ist, einen Korrekturfaktor K zu erhalten.

Ferner kann die obige Ausführungsform durch eine Abwandlung ergänzt werden, bei der der Korrekturfaktor K beobachtet wird, so daß die Änderung der Kennlinie des Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Sensors als außerhalb ihres Toleranzbereiches befindlich angesehen wird, wenn der Korrekturfaktor K einen gegebenen Wert übersteigt; dann wird, beispielsweise durch das Einschalten einer Warnlampe, ein geeigneter Alarm gegeben.

Wenn die Erfindung in Automobilen mit Benzinmotoren zur Anwendung kommt, so kann der Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensor ungeachtet der Tatsache, ob die Automobile mit einer automatischen Kraftübertragung oder mit einer manuellen Schaltung ausgerüstet sind, kalibriert werden, ohne daß der Motor abgedrosselt wird. Ein weiterer Effekt besteht darin, daß der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor kalibriert werden kann, ohne daß speziell dafür ein Element vorgesehen werden muß, mit dem bestimmt wird, ob das Auspuffrohr mit Luft gefüllt ist. Die richtige Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Steuerung kann stets durchgeführt werden, was eine Verbesserung im Kraftstoffverbrauch zur Folge hat.

Claims (9)

1. Apparat zur Steuerung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für einen Mehrzylindermotor,
gekennzeichnet durch
eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Ermittlungseinrichtung (4, 52, 53) für die Ermittlung eines Wertes des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses des Motors aus der Zusammensetzung des Auspuffgases des Motors, um ein elektrisches Signal zu erzeugen,
eine Einrichtung (9, 50) für die Ermittlung eines vorbestimmten stationären Betriebszustandes des Motors,
eine Einrichtung (9, 51) für die Ermittlung eines gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für den stationären Betriebszustand,
Einrichtungen (3, 9, 56) für die Zuführung eines dem gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechenden Kraftstoffflusses an jeden Zylinder (5) des Motors,
eine Einrichtung (9, 58, 59), die auf die Feststellung der stationären Betriebsbedingungen des Motors anspricht und einige der Zylinder des Motors, deren Anzahl nicht größer als N-1 (N stellt die Gesamtzahl der Zylinder dar) ist, zu Fehlzündungen veranlaßt, und
eine Einrichtung (9, 60 bis 65), die auf eine Änderung des Ausgabewertes der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Ermittlungseinrichtung (4, 52, 53) vor und nach der Betätigung der die Fehlzündung veranlassenden Einrichtung (9, 58, 59) anspricht, um die Ausgabekennlinie der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Ermittlungseinrichtung (4) zu korrigieren.

2. Apparat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Fehlzündungen veranlassende Einrichtung (9, 58, 59) eine Einrichtung aufweist zur Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr an die für Fehlzündungen ausgewählten Zylinder, deren Anzahl nicht größer als N-1 ist.

3. Apparat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Fehlzündungen veranlassende Einrichtung (9, 58, 59) eine Einrichtung aufweist zur Unterbrechung der Zündung in den für Fehlzündungen ausgewählten Zylindern, deren Anzahl nicht größer als N-1 ist.

4. Apparat gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (9, 60 bis 65) eine erste Speichereinheit (13) zum Speichern eines Bezugswertes für die Änderung des Ausgabewertes der Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Ermittlungseinrichtung (4) vor und nach der Betätigung der die Fehlzündungen veranlassenden Einrichtung (9, 58, 59) und eine Einrichtung (62, 63) zur Bestimmung der Differenz zwischen ersten und zweiten Ausgabewerten der Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Ermittlungseinrichtung (4) zu den Zeitpunkten vor und nach der Betätigung der die Fehlzündungen veranlassenden Einrichtung (9, 58, 59) und zur Berechnung des Verhältnisses des Differenzwertes und des Bezugswertes, um damit einen Korrekturwert für die Ausgangskennlinie der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Ermittlungseinrichtung (4) zu bestimmen, aufweist.

5. Apparat gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (9, 60 bis 65) weiterhin eine zweite Speichereinrichtung (14) zum Speichern des Korrekturwertes, eine Einrichtung (64) zum Vergleich eines von der Korrekturwert-Bestimmungseinrichtung (62, 63) neu bestimmten Korrekturwertes mit dem in der zweiten Speichereinrichtung (14) gespeicherten Korrekturwert und eine Einrichtung (65) für die Ersetzung des gespeicherten Korrekturwertes durch den neu bestimmten Korrekturwert, wenn die Vergleichseinrichtung (64) die Nichtübereinstimmung dieser Korrekturwerte feststellt, aufweist.

6. Apparat gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (50) zur Ermittlung der stationären Betriebsbedingung eine Einrichtung zur Ermittlung wenigstens eines der drei Zustände: Leerlauf-Zustand, Verlangsamungs-Zustand und Konstantdrehzahl-Zustand des Motors aufweist.

7. Apparat gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ermittlung des Korrekturwertes (62, 63) eine Einrichtung (60) zum Empfang des zweiten Ausgabewertes der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Ermittlungseinrichtung (4) nach Ablauf von wenigstens 2 s nach Betätigung der die Fehlzündungen veranlassenden Einrichtung (9, 58, 59) aufweist.

8. Apparat gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Ermittlungseinrichtung (4, 52, 53) einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (4) aufweist, der auf Werte der restlichen Sauerstoffkonzentration und der Konzentration unverbrannter Komponenten im Auspuffgas des Motors anspricht, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu ermitteln, wobei der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (4) eine Ausgabe erzeugt, die in bezug auf den Wert des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses eine im wesentlichen lineare Charakteristik besitzt.

9. Apparat gemäß Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die anzeigt, wenn der Differenzwert zwischen der ersten und der zweiten Ausgabe der Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Ermittlungseinrichtung (4, 52, 53) einen vorbestimmten Wert übersteigt.