DE3830574C2

DE3830574C2 -

Info

Publication number: DE3830574C2
Application number: DE3830574A
Authority: DE
Inventors: Takauki Ituzi; Sadayasu Katsuta Jp Ueno; Norio Mito Jp Ichikawa
Original assignee: Hitachi Automotive Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1987-09-09
Filing date: 1988-09-08
Publication date: 1990-12-20
Also published as: GB8821043D0; DE3830574A1; GB2209852B; US4909223A; JPS6469748A; KR0122459B1; GB2209852A; KR890005377A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kalibrieren der Ausgangskennlinie eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 36 33 616 bekannt.

Ein Verfahren zur Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf einen gewünschten Wert ist in der JP 58-1 43 108 A offenbart. Ein im Auspuffsystem angeordneter Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Sensor ist hohen thermischen Beanspruchungen ausgesetzt und die dadurch bedingte Alterung beeinträchtigt die Erfassungsgenauigkeit.

Es ist ferner eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung für Magerkonzepte bekannt, die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis einer Brennkraftmaschine so mager wie möglich einstellt, um gleichzeitig eine Verbesserung des Abgasverhaltens und eine Kraftstoffersparnis zu erreichen. Bei dieser Regelung 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 ermittelt. Während des Betriebs ist der im Abgassystem angeordnete Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, den Auspuffgasen mit ziemlich hoher Temperatur ausgesetzt. Infolge der hohen thermischen Beanspruchung oder chemischer Ablagerungen ändert sich die Ausgangskennlinie des Sensors, wobei die Fehlerrate bei der Ermittlung der Luft/Kraftstoff-Verhältniswerte ansteigt. Daher ist es schwierig, die Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Regelung genau auszuführen.

Aus diesem Grund muß die Ausgangskennlinie eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor nach Bedarf während des Betriebes korrigiert werden. Aus JP 58-57 050 A ist bekannt, daß während des Motorbetriebes für alle Zylinder die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird, so daß das Auspuffgas hinsichtlich seiner Zusammensetzung der Atmosphärenluft gleich wird uns so die Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors in Echtzeit korrigiert (kalibiert) wird.

Eine aus der DE-OS 36 06 045 bekannte Schaltungsanordnung für einen Luft/Kraftstof-Verhältnis-Sensor enthält Meßelemente zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Abgas, eine Detektoreinheit zur Erzeugung eines Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Signals und Korrektureinheiten zur Kalibrierung der Ausgangskennlinie des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors. Eine Alterungs-Detektor-Einheit erfaßt ein Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Signal, wenn die Kraftstoffzufuhr zur gesamten Brennkraftmaschine unterbrochen und Atmosphärenluft in die Auspuffleitung eingeleitet wird. Dieses Verhältnissignal wird mit einer vorgegebenen Bezugsgröße verglichen, wobei eine Korrektureinheit bei Abweichungen einen entsprechenden Korrekturwert zur Kalibrierung der Ausgangskennlinie ermittelt.

Aus der GB-21 81 253 A ist eine Luft/Kraftstoff-Erfassungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem im Abgasstrang angeordneten Sensor zur Bestimmung des Rest-Sauerstoffgehaltes im Abgas bekannt. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird durch Vergleich eines vom Sensor erfaßten Meßsignals mit einem vorgegebenen Bezugswert bestimmt. Durch Zufuhr einer gesonderten, von einer Steuerung vorgegebenen Zusatzluftmenge kann der Sensor durch Vergleich seiner Ausgangssignale vor und nach Zufuhr der Zusatzluftmenge kalibriert werden. Die durch Verschmutzung oder Abnützung erzeugte Änderung der Ausgangscharakteristik des Luft/Kraftstoff-Sensor kann somit korrigiert werden. Allerdings ist bei dieser Vorrichtung eine zusätzliche Luftführung erforderlich.

In der DE-OS 36 33 616 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Kalibrieren der Ausgangskennlinie eines im Auspuffsystem einer Brennkraftmaschine angeordneten Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors angegeben, die Einrichtungen zur Ermittlung eines Ist-Wertes und zur Bestimmung eines Soll-Wertes des Kraftstoff/Luftverhältnisses sowie Sensoren zur Erfassung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine aufweist. Durch eine Abtasteinrichtung wird das Maximalausgangssignal des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors abgetastet, wenn dessen Umgebung über eine vorgegebenen Zeitdauer mit atmosphärischer Luft gefüllt worden ist. Diese Abtastwerte werden gespeichert und aktualisiert. In Übereinstimmung mit der Änderung des Maximalausgangssignals wird der Luft/Kraftstoff-Verhältniswert korrigiert. Ein Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß während der Kalibrierung die gesamte Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine unterbrochen wird, so daß die Gefahr einer Brennkraftmaschinenabdrosselung bis zum Stillstand besteht.

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

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Kalibrieren der Ausgangskennlinie eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors für die Regelung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für eine Mehrzylinder- Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der nicht die Gefahr der Brennkraftmaschinenabdrosselung bis zum Stillstand besteht, die Brennkraftmaschinen für alle Arten von Automobilen einschließlich Automobilen mit automatischer Kraftübertragung eingesetzt werden kann, die trotz der fortschreitenden Änderung der Kennlinie des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors stets genaue Korrekturen durchführen kann und die eine genaue Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben Merkmale gelöst.

Selbst wenn bei der Korrektur des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors ein Teil der Zylinder abgeschaltet wird, so erzeugt wenigstens ein Zylinder ein Drehmoment. Daher besteht die Gefahr der Brennkraftmaschinenabdrosselung bis zum Stillstand nicht. Andererseits kann der aufgrund der Fehlzündungen in einigen 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.

Weitere Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Gesamtaufbau eines gesteuerten Brennkraftmaschinen- Systems mit Sensoren und Steuereinheit;

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 eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors erläutert; und

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

Fig. 1 zeigt den schematischen Gesamtaufbau eines gesteuerten Brennkraftmaschinensystems mit Sensoren und Steuereinheit. In der Zeichnung ist das System anhand eines Zylinders einer Brennkraftmaschine gezeigt, die 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 Krafstoffeinspritzventil 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 Steuer 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 Ausgangssignale 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 Eingabe/Ausgabe-Anschluß (in Fig. 2 als 1/0-Anschluß bezeichnet) wandelt einerseits Signale von anderen Schaltungen in Signalformate um, die vom Mikrocomputer verarbeitet werden können oder wandelt umgekehrt Signale in Signalformate für andere 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 Fig. 2 als V/I-Wandler bezeichnet), in ein Spannungssignal umgewandelt, anschließend wird dieses Signal durch den A/D-Wandler in ein Digitalsignal umgewandelt und über den Eingabe/Ausgabe-Anschluß an die CPU 15 geliefert, wo es verarbeitet wird. Die Ausgangssignale 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 Ausgangssignale 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 Eingabe/Ausgabe-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 der JP 58-1 43 108 A, anwendbar.

Während für die Messung der Ansaugluftmenge in der Ausführungsform von Fig. 1 ein variabler Ansaugluft- Strömungsmesser 1 mit Klappen verwendet wird, kann die Ansaugluftmenge 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 verwendet werden. Ebenso kann die Brennkraftmaschinendrehzahl durch ein anderes Ermittlungsverfahren als das des Kurbelwellenwinkelsensors 2 ermittelt werden, etwa durch Ermittlung 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 in 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 geeignet 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 Ausgangssignale des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 4 und den Werten der Luft/Kraftstoff-Verhältnisse kennzeichnen. Die CPU 15 empfängt die Ausgangssignale des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors 4 und sucht im ROM 13 die dem Signal entsprechenden Daten, um das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu bestimmen. Das dem Kraftstoffeinspritzventil 3 zuzuführende Einspritzimpulssignal wird in einer Richtung korrigiert, die das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur Übereinstimmung mit dem Soll- Luft/Kraftstoff-Verhältnis bringt; auf diese Weise wird die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt. Dabei ist festzustellen, daß das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht nur auf der Grundlage der Ausgangssignale des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors 4 korrigiert wird, sondern auch anhand der Daten, die den die Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine 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 Soll-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- Ausgangskennlinie A₁ mit der Zeit zu einer Ausgangskennnlinie A₂.

Wenn dieser Fall eintritt, dann ändert sich das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis, das anfangs durch einen Ausgangswert 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 durch Regelung auf das richtige Verhältnis eingestellt werden.

Um den Stillstand der Brennkraftmaschine 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 die Brennkraftmaschine 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 Ausgangssignale des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors 4 vor und nach der Kraftstoffunterbrechung entspricht, zu ermitteln.

Es wird also in den (die) Zylinder, für den (die) die Kraftstoffzufuhr unterbrochen worden ist, nur Luft eingelassen, das Auspuffgas 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, für 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, für 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 die Brennkraftmaschine 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 der Brennkraftmaschine betrifft, d. h. die Aufrechterhaltung eines konstanten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, so kann dieses unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Brennkraftmaschine 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 bis 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 Betriebsbedingungen beschränkt. Es ist lediglich erforderlich, geeignete Bedingungen für konstanten Betrieb entsprechend dem Hubraum und der Art der Brennkraftmaschine auszuwählen.

Die Feststellung der oben erwähnten 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 der Brennkraftmaschine gemäß dem im ROM 13 gespeicherten Bedingungsentscheidungsprogramm zu bestimmen.

Nun werden angenommen, daß die oben erwähnten Bedingungen konstanten Betriebs für den Fall einer Brennkraftmaschine 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 ΔP der Sauerstoffkonzentration im Auspuffkrümmer 7 (die Sauerstoffkonzentration wird bei Fehlzündung aufgrund der Abschaltung der Kraftstoffzufuhr zunehmen) durch die folgende Gleichung (1) darstellen:

wobei ΔP=Betrag des Anstiegs der Sauerstoffkonzentration
P=Sauerstoffkonzentration in Luft (21%)
T_n=Gesamtzahl der Zylinder
n=Anzahl der fehlgezündeten Zylinder
P_O=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 P_O im Auspuffgas während der Verbrennung in einer gegebenen Bedingung konstanten Betriebs konstant. Daher wird die durch Gleichung (2) gegebene Änderung ΔP der Sauerstoffkonzentration im Auspuffgas bzw. die Änderung des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses vor und nach dem Fehlzünden konstant, falls die Fehlzündungen erfordernde Brennkraftmaschinenbetriebsbedingung 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 ΔP entspricht, unverändert. Wenn sich die Ausgangskennlinie des Sensors jedoch von A₁ auf A₂ ändert, dann ändert sich die der Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ΔP 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 werden 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 ΔP 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 ΔP 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=α/(I₂-I_c) (4).

Der Wert von α wird vorläufig experimentell bestimmt und im ROM 13 der Steuereinheit 9 gespeichert. Dann werden jedesmal, wenn die Brennkraftmaschine 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 Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für die Korrektur des Ausgangssignals 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 Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt, wenn die CPU 15 feststellt, daß der Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein Leerlaufzustand ist.

Derartige konstante Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine können den Zustand konstanter Drehzahl und einen Verlangsamungszustand, bei dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine stabil bleibt, enthalten. Bei einer Brennkraftmaschine 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 Betriebes der Brennkraftmaschine 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 die Brennkraftmaschine 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 Soll-Luft/ Kraftstoff-Verhältnis für den Leerlaufbetrieb. Im Schritt 52 wird das Ausgangssignal des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 4 eingelesen. Im Schritt 53 wird das Ist-Luft/ Kraftstoff-Verhältnis bestimmt, indem das Ausgangssignal des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 4 mit dem im RAM 14 gespeicherten Korrekturfaktor K multipliziert wird. Im Schritt 54 wird festgelegt, ob das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit dem Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt. Wenn dies nicht der Fall ist, dann wird die Kraftstoffeinspritzeinheit (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 dem gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht, worauf in einem Schritt 56 die Kraftstoffeinspritzzeit festgesetzt wird. Im Schritt 57 wird das Ausgangssignal 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 Fehlzündungen 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 K 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 der Brennkraftmaschine, die auf gewöhnliche Weise durchgeführt wird.

In Fig. 6 sind die tatsächlich erhaltenen Ergebnisse der Änderungen der Ausgangssignale des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors gezeigt, die sich aus der Unterbrechnung der Kraftstoffeinspritzung in die vorgewählten Zylinder ergaben, wobei das Soll-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 einem im wesentlichen konstanten Wert erreicht, obwohl im Luft/Kraftstoff-Verhältnis einige Störungen auftraten.

Es sei festgestellt, daß diese Störungen durch konstruktive Änderungen am Auspuffkrümmer hinreichend unterdrückt werden können.

Daher wird in Verbindung mit der oben beschriebenen Ausführungsform jedesmal die Verarbeitung von Fig. 5 durchgeführt, wenn die in Betrieb befindliche Brennkraftmaschine 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 Regelung 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-Regelung kann stets durchgeführt werden, was eine Verbesserung im Kraftstoffverbrauch zur Folge hat.

Claims

1. Vorrichtung zum Kalibrieren der Ausgangskennlinie eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors für die Regelung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit

- einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Ermittlungseinrichtung (4; 52, 53) für die Ermittlung eines Signals entsprechend einem Ist-Wert (AF_t) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses aus der Zusammensetzung des Auspuffgases;
- einer Einrichtung (9; 50) zur Feststellung eines vorbestimmten stationären Betriebszustandes der Maschine;
- einer Einrichtung (9; 51) zur Bestimmung eines Soll-Wertes (AF) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem stationären Betriebszustand,

gekennzeichnet durch

- Einrichtungen (3, 9; 54, 56) für die Zuführung einer dem Soll-Wert (AF) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses entsprechenden Kraftstoffmenge an jeden Zylinder (5), wenn der Ist-Wert AF_t) und der Soll-Wert (AF) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses übereinstimmen,
- eine Einrichtung (9; 58, 59), die im vorbestimmten stationären Betriebszustand die Zündung ausgewählter Zylinder abschaltet, wobei die Anzahl der abgeschalteten Zylinder höchstens N-1 ist bei einer Gesamtzahl von N-Zylindern,
- eine Korrektureinrichtung (9; 60-65), die in Abhängigkeit von der Höhe des Ausgangssignals der Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Ermittlungseinrichtung (4; 52, 53) vor und nach Aktivierung der Abschalt-Einrichtung (9; 58, 59) einen Wert für die Korrektur der Ausgangskennlinie (Kalibrieren der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Ermittlungseinrichtung (4) ermittelt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschalt-Einrichtung (9; 58, 59) eine Einrichtung zur Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr an die ausgewählten Zylinder aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschalt-Einrichtung (9; 58, 59) eine Einrichtung zur Unterbrechung der Zündung in den ausgewählten Zylindern aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (9; 60-65) aufweist: eine erste Speichereinheit (13) zum Speichern eines Bezugswertes für die Änderung des Ausgangssignals der Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Ermittlungseinrichtung (4) vor und nach Aktivierung der Abschalteinrichtung (9; 58, 59) und eine Einrichtung (62, 63) zur Bestimmung der Differenz zwischen erstem und zweitem Ausgangssignal (I₂-I_c) der Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Ermittlungseinrichtung (4) zu den Zeitpunkten vor und nach Aktivierung der Abschalteinrichtung (9; 58, 59) und zur Berechnung des Verhältnisses des Differenzwertes (I₂-I_c) und des Bezugswertes (α), um damit einen Korrekturwert (K₁) für die Ausgangskennlinie der Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Ermittlungseinrichtung (4) zu bestimmen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (9; 60-65) weiterhin eine zweite Speichereinrichtung (14) zum Speichern des Korrekturwertes (K), eine Einrichtung (64) zum Vergleich eines von der Korrekturwert- Bestimmungseinrichtung (62, 63) neu bestimmten Korrekturwertes (K₁) mit dem in der zweiten Speichereinrichtung (14) gespeicherten Korrekturwert (K) und eine Einrichtung (65) für die Ersetzung des gespeicherten Korrekturwertes (K) durch den neu bestimmten Korrekturwert (K₁), wenn die Vergleichseinrichtung (64) die Nichtübereinstimmung dieser Korrekturwerte feststellt, aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (50) zur Ermittlung des vorbestimmten stationären Betriebszustandes eine Einrichtung aufweist zur Ermittlung wenigstens eines der drei Betriebszustände der Brennkraftmaschine: Leerlauf-Zustand, Verlangsamungs-Zustand, Konstantdrehzahl-Zustand.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturwert-Bestimmungseinrichtung (62, 63) eine Einrichtung (59, 60) zum Empfang des zweiten Ausgangssignals der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Ermittlungseinrichtung (4) nach Ablauf von wenigstens 2 s nach Aktivierung der Abschalt- Einrichtung (9; 58, 59) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Ermitllungseinrichtung (4; 52, 53) einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (4) aufweist, der auf Werte der restlichen Sauerstoffkonzentration und der Konzentration unverbrannter Komponenten im Auspuffgas der Brennkraftmaschine anspricht, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu ermitteln, wobei der Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensor (4) ein Ausgangssignal erzeugt, das in bezug auf den Wert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eine im wesentlichen lineare Charakteristik aufweist.

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