DE3840248A1 - Vorrichtung zur bestimmung des luft-kraftstoff-verhaeltnisses eines verbrennungsmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors, insbesondere, aber nicht ausschließlich, betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff- Mischungsverhältnisses für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.

Um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff- Gemisches genau zu steuern, das in die Zylinder von Verbrennungsmotoren eintritt, hat man in jüngerer Zeit Luft- Kraftstoff-Verhältnisdetektoren in die Auspuffkrümmer von Motoren installiert. Die Komponenten des Motorabgases, die eine Korrelation zum Luft-Kraftstoff-Verhältnis haben, werden mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektor bestimmt, und die Kraftstoffzuführung wird durch die Rückkopplung so gesteuert, daß ein Sollwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht wird.

Diese Art von Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektor hat im allgemeinen ein Meßelement und eine Heizung, welche das Meßelement zumindest auf eine vorgeschriebene Temperatur aufheizt, die nachstehend als Aktivierungstemperatur bezeichnet wird, unter der das Meßelement nicht ordnungsgemäß funktionieren wird. Ein Detektor dieser Bauart ist beispielsweise in der JP-Patentanmeldung Nr. 60-58548 beschrieben.

Die Temperatur des Abgases eines Verbrennungsmotors hängt stark vom Betriebszustand des Motors ab, der sich durch Parameter beschreiben läßt, wie z. B. die Motordrehzahl, den Ansaugluftströmungsdurchsatz und den Ansaugluftdruck. Da ein Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektor im Innenraum des Auspuffkrümmers eines Motors angeordnet ist, ist er dem Abgas des Motors ausgesetzt; die Temperatur des Detektors ändert sich, wenn sich die Abgastemperatur ändert.

Das Ausgangssignal eines Meßelementes eines Luft-Kraftstoff- Verhältnisdetektors hängt von der Temperatur des Gases ab, dem er ausgesetzt ist. Um Schwankungen des Ausgangssignals des Meßelementes zu begrenzen, wird bei einem herkömmlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektor das Ausgangssignal der Heizung für das Meßelement in Abhängigkeit von der Abgastemperatur gesteuert, von der angenommen wird, daß sie durch den Ansaugluftströmungsdurchsatz in den Motor bestimmt wird.

Wenn nämlich der Ansaugluftströmungsdurchsatz unter einem vorgeschriebenen Wert liegt, wird dies als Anzeichen dafür genommen, daß die Abgastemperatur unter einer vorgeschriebenen Temperatur liegt, und die Heizung für das Meßelement wird eingeschaltet. Wenn andererseits der Ansaugluftströmungsdurchsatz über dem vorgeschriebenen Wert liegt, wird dies als Anzeichen dafür genommen, daß die Abgastemperatur über der vorgeschriebenen Temperatur liegt, und die Heizung für das Meßelement wird abgeschaltet.

Dieses Verfahren für die Heizungssteuerung ist jedoch nicht ausreichend genau, da der Ansaugluftströmungsdurchsatz allein nicht ausreichend oder adäquat ist, um die Abgastemperatur eines Motors anzugeben, so daß auch bei einem konstanten Ansaugluftströmungsdurchsatz die Abgastemperatur sich ändern kann. Mit diesem herkömmlichen Verfahren der Heizungssteuerung kann somit die Temperatur des Meßelementes nicht konstant gehalten werden, was zu ungenauen Messungen des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses führt.

Über den gesamten Betriebsbereich des Motors liegen außerdem Schwankungen bei der Abgastemperatur aufgrund der Änderung der Betriebsbedingungen normalerweise über 800°C. Der Änderungsbereich von Abgastemperaturen zwischen Werten, wo die Heizung eines herkömmlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektors eingeschaltet ist, und Werten, wo sie abgeschaltet ist, ist zu groß, die Temperaturänderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektors wird zu hoch, und die Temperaturabhängigkeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektors kann nicht mehr ignoriert werden. Eine genaue Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von Abgasen wird somit extrem schwierig.

Ferner tritt bei einem herkömmlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektor das Problem auf, das sie Batteriespannung des Fahrzeugs direkt an die Heizung für das Meßelement angelegt wird. Während des Fahrzeugbetriebes kann jedoch die Batteriespannung schwanken. Wenn somit die Abgastemperatur zu klein ist, kann es unmöglich werden, die Temperatur des Meßelementes über seiner Aktivierungstemperatur zu halten, wenn man die Batteriespannung verwendet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für einen Verbrennungsmotor anzugeben, die in zuverlässiger Weise das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgasen über einen großen Bereich von Motorbetriebsbedingungen bestimmen kann, auch wenn die Temperatur der Abgase des Motors sich stark ändert.

Dieses Ziel wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in zufriedenstellender Weise erreicht. Dabei bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, daß sie nicht durch Schwankungen der Batteriespannung des Fahrzeugs beeinflußt wird, in welches die Vorrichtung eingebaut ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses für einen Motor weist folgende Komponenten auf: ein Meßelement, das ein elektrisches Ausgangssignal entsprechend der Konzentration einer Komponente im Abgas des Motors erzeugt, welche mit dem Luft-Kraftstoff- Verhältnis korrigiert ist; eine elektrische Heizung, welche das Meßelement zumindest auf seine Aktivierungstemperatur aufheizt; einen Spannungsregler, um die Spannung, die an die elektrische Heizung angelegt wird, auf einem konstanten Pegel zu halten; eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren des Ausgangssignals des Meßelementes hinsichtlich der Differenz zwischen der tatsächlichen Abgastemperatur und einer Referenzabgastemperatur; und eine Einrichtung zur Bestimung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgaes auf der Basis des korrigierten Ausgangssignals.

Die Korrektureinrichtung umfaßt eine Einrichtung zur Bestimmung der tatsächlichen Abgastemperatur auf der Basis von Parametern, welche den Betriebszustand des Motors angeben. Dabei können sämtliche geeignete Parameter verwendet werden, wie z. B. die Motordrehzahl und einer oder mehrere Parameter, die gewählt sind aus dem Ansaugluftdruck, dem Ansaugluftströmungsdurchsatz, dem Öffnungsgrad der Drosselklappen usw. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Betriebsparameter die Drehzahl des Motors und der Ansaugluft des Motors.

Die Korrektureinrichtung und die Einrichtung zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses brauchen nicht von einem bestimmten Typ zu sein, aber bei einer bevorzugten Ausführungsform sind sie beide in eine einzige Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung eingebaut, die einen Mikroprozessor und einen Speicher aufweist.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt eines Teiles eines Motors, der mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses ausgerüstet ist,

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild eines Luft-Kraftstoff- Verhältnissensors für die Ausführungsform gemäß Fig. 1 mit einer dazugehörigen Abtastschaltung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung gemäß Fig. 1, die als Steuerung für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses dient,

Fig. 4a ein Diagramm zur Erläuterung der Temperaturabhängigkeit der Ausgangsspannung eines Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors,

Fig. 4b ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Abweichung des Ausgangssignals eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors und der Abgastemperatur,

Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung gemäß Fig. 3 bei Korrektur der Ausgangsspannung der Abtastschaltung 51 für den Luft-Kraftstoff- Verhältnissensor 3.

Bei der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen werden durchgehend gleiche Bezugszeichen für gleiche oder entsprechende Teile verwendet. Obwohl die Erfindung im wesentlichen bei ihrer Anwendung auf eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug erläutern wird, ist die Erfindung selbstverständlich auch auf Motoren für andere Zwecke anwendbar.

Wie in Fig. 1 dargestellt, hat ein Fahrzeugmotor 1 einen Kolben 1 a, Einlaß- und Auslaßventile 1 b und eine Zündkerze 1 c, die in üblicher Weise in einen Motorzylinder 1 d eingebaut sind. Der Einfachheit halber ist ein einziger Zylinder 1 d dargestellt, jedoch kann der Motor 1 selbstverständlich mit einer entsprechenden Anzahl von Zylindern 1 d mit gleichem Aufbau ausgerüstet sein. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 3 ist im Auspuffkrümmer 2 des Motors 1 montiert. Ein Ansaugrohr 4, das sich in den Innenraum des Zylinders 1 d öffnet, hat einen darin eingebauten Ansaugluftdurchsatzsensor 5, der ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, welches dem Durchsatz entspricht, mit dem Luft durch das Ansaugrohr 4 einströmt.

Ein Luftfilter 12 ist am Einlaß des Ansaugrohres 4 montiert. Ein Ansaugluftdrucksensor 6, der ebenfalls im Ansaugrohr 4 montiert ist, mißt den Druck der Ansaugluft und erzeugt ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal. Eine Drosselklappe 7 ist im Innenraum des Ansaugrohres 4 montiert, und ein Drosselklappenöffnungssensor 8, der im Ansaugrohr 4 montiert ist, mißt den Öffnungsgrad der Drosselklappe 7 und erzeugt ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal. Ein Drehzahlsensor 9, der am Motor 1 montiert ist, mißt dessen Drehzahl und erzeugt entsprechende elektrische Ausgangssignale.

Die Ausgangssignale von den Sensoren 3, 5, 6, 8 und 9 werden als Eingangssignale an eine Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung 50 angelegt, die von der Batterie 11 des Fahrzeugs mit Energie versorgt wird. Die Steuerung 50 steuert den Betrieb einer Kraftstoffeinspritzdüse 10, die im Ansaugrohr 4 montiert ist. Die Steuerung 50 arbeitet auch als Steuerung für die Vorrichtung zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der Erfindung.

Der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 3 weist ein Meßelement 31 und eine Heizung 32 auf, die in Fig. 2 schematisch und im Zusammenhang mit einer dazugehörigen Abtastschaltung 51 dargestellt sind, welche in der Steuerung 50 untergebracht ist. Das Meßelement 31 ist von herkömmlicher Bauweise und beispielsweise in der JP-Patentanmeldung Nr. 60-169751 beschrieben. Das Meßelement 31 hat folgende Bestandteile: eine Sauerstoffpumpe 31 a, eine Sauerstoffkonzentrationszelle 31 b, die der Sauerstoffpumpe 31 a gegenüberliegt, einen Abgasdiffusor 31 c, der zwischen der Sauerstoffpumpe 31 a und der Sauerstoffkonzentrationszelle 31 b ausgebildet ist, und ein Sauerstoffreferenzteil 31 d, das zur Atmosphäre hin offen ist. Für eine ordnungsgemäße Funktion muß das Meßelement 31 über eine vorgeschriebene Aktivierungstemperatur beheizt werden, und zu diesem Zweck ist die Heizung 32 in unmittelbarer Nähe angeordnet. Die Heizung 32 ist mit zwei Leitungen 32 a und 32 b versehen, an die eine Heizspannung angelegt wird.

Wenn der Motor 1 arbeitet und das Meßelement 31 zumindest auf seine Aktivierungstemperatur aufgeheizt ist, erzeugt die Sauerstoffkonzentrationszelle 31 b eine elektromotorische Kraft Vs, entsprechend der Differenz zwischen der Sauerstoffkonzentration in dem Abgasdiffusor 31 c und der Sauerstoffkonzentration in dem Sauerstoffreferenzteil 31 d. Diese elektromotorische Kraft Vs wird an den nicht-invertierenden Eingang eines Vorverstärkers 51 a der Abtastschaltung 51 angelegt.

Das verstärkte Ausgangssignal des Vorverstärkers 51 a wird an den invertierenden Eingang eines Differentialintegrators 51 b angelegt, an dessen nicht-invertierenden Eingang eine Referenzspannung Vref angelegt wird. Das Ausgangssignal des Differentialintegrators 51 b wird an den nicht-invertierenden Eingang einer Folgestufe 51 c angelegt, und das Ausgangssignal der Folgestufe 51 c wird an den invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 51 d sowie an dessen nicht-invertierenden Eingang über einen Widerstand Rs angelegt.

Man läßt einen Steuerstrom Ip durch die Sauerstoffpumpe 31 a fließen, und zwar in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Referenzspannung Vref und der Spannung, die an den invertierenden Eingang des Integrators 51 b angelegt wird. Der Steuerstrom Ip ist proportional zur Konzentration des Sauerstoffs im Abgas, was mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Korrelation steht. Der Wert der Referenzspannung Vref wird so gewählt, daß der Steuerstrom Ip positiv ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch mager ist, daß der Steuerstrom Ip negativ ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch fett ist, und daß der Steuerstrom Ip den Wert Null hat, wenn ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorliegt.

Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 51 d, das proportional zum Steuerstrom Ip ist, wird an den invertierenden Eingang eines Verstärkers 51 e angelegt, dessen nicht-invertierender Eingang an eine Referenzspannung VO angeschlossen ist, die einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht. Die positive Ausgangsspannung Vout des Verstärkers 51 e gibt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis an und ist für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem Wert der Referenzspannung VO.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung 50 gemäß Fig. 1, die auch als Steuerung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses dient. Analog/Digital-Wandler bzw. A/D-Wandler 50 a bis 50 d sind zwischen eine Eingangsstufe 55 sowie den Ansaugluftdurchsatzsensor 5, den Ansaugluftdrucksensor 6, den Drosselklappenöffnungssensor 8 und die Batterie 11 geschaltet. Das Ausgangssignal des Drehzahlsensors 9 wird der Eingangsstufe 55 direkt zugeführt.

Ein weiterer A/D-Wandler 50 e ist zwischen den Ausgang der Abtastschaltung 51 gemäß Fig. 2 und die Eingangsstufe 55 geschaltet. Die Eingangsstufe 55 ist mit einem Mikroprozessor 52 verbunden, der außerdem an einen ROM 53, einen RAM 54 und eine Ausgangsstufe 56 angeschlossen ist. Der RAM 54 wird zur vorübergehenden Speicherung von Daten während der Durchführung von Berechnungen verwendet. Die Ausgangsstufe 56 ist über eine Kraftstoffsteuerschaltung 57 an die Kraftstoffeinspritzdüse 10 angeschlossen.

Eine konstante Spannung wird an die eine Leitung 32 a der Heizung 32 über einen Spannungsregler 58 angelegt. Der Spannungsregler 58 umfaßt einen Transistor Tr 1 und einen Verstärker 58a, dessen Ausgang an die Basis des Transistors Tr 1 angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors Tr 1 ist mit der Batterie 11 verbunden, die eine Spannung Vb liefert, während der Emitter des Transistors Tr 1 an die Leitung 32a der Heizung 32 sowie den invertierenden Eingang des Verstärkers 58 a angeschlossen ist, um ein Rückkopplungssignal zu liefern. Eine Referenzspannung Vhc ist an den nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 58 a angelegt. Mit einer derartigen Anordnung wird die Spannung Vh, die an die Heizung 32 angelegt wird, stets auf dem Wert Vhc gehalten, auch wenn sich die Batteriespannung Vb ändern sollte.

Fig. 4a zeigt das Ausgangssignal Vout der Abtastschaltung 51 für den Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 3 als Funktion des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das für drei verschiedene Werte TH, TO und TL der Abgastemperatur Texh gemessen wird, denen der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 3 ausgesetzt wird. Dabei gilt die Beziehung TH<TO<TL, und die Spannung Vh, die an die Heizung 32 angelegt wird, ist konstant. TO ist dabei eine Referenztemperatur.

Wenn die Temperatur des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 3 Sich ändert, ändert sich auch der Steuerstrom Ip, der durch die Sauerstoffpumpe 31 a fließt, auch wenn keine Änderung beim Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorliegt. Wie oben erwähnt, ist der Steuerstrom Ip positiv für ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch, negativ für ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch sowie Null für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch.

Wenn die Temperatur des Abgases ansteigt, steigt der Absolutwert des Steuerstromes Ip sowohl für fette als auch für magere Gemische an, während er für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch im wesentlichen unverändert bleibt.

Experimente mit Motoren zeigen, daß für eine konstante Spannung Vh, die an der Heizung 32 anliegt, die Temperatur des Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors 3 sich um etwa 150°C ändert, wenn sich die Abgastemperatur um etwa 800°C ändert. Aufgrund der Temperaturabhängigkeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 3 ändert sich das Ausgangssignal Vout der Abtastschaltung 51 des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 3 in Abhängigkeit von der Abtasttemperatur Texh in der Art und Weise, wie es in Fig. 4a dargestellt ist. Der Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung Vout und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei der Referenztemperatur TO, die in Fig. 4a mit einer ausgezogenen Linie dargestellt ist, wird in dem ROM 53 gespeichert.

Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ein stöchiometrisches Verhältnis ist, ist die Ausgangsspannung Vout der Abtastschaltung 51 gleich der Referenzspannung VO, die an dem nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 51 e gemäß Fig. 2 anliegt, wie sich aus der Darstellung gemäß Fig. 4a ergibt. Wenn die Abgastemperatur Texh ein Wert TH ist, der die Referenztemperatur TO überschreitet, ist die Ausgangsspannung Vout (TH) größer als die Ausgangsspannung Vout (TO) für dasselbe Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch mager ist; sie ist kleiner als Vout (TO), wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch fett ist; und sie ist gleich dem Wert Vout (TO) für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch. Die entgegengesetzte Relation ist zu beobachten, wenn die Abgastemperatur Texh einen Wert TL hat, der niedriger ist als die Referenztemperatur TO.

Fig. 4b zeigt den Zusammenhang zwischen der Abweichung Δ Vout der Ausgangsspannung Vout der Abtastschaltung 51 und der Abgastemperatur Texh, wobei Δ Vout durch die folgende Formel definiert ist:

Δ Vout = (Vout(T)-VO)/(Vout(TO)-VO) .

Die Bezeichnungen Vout(T) und Vout(TO) geben jeweils die Ausgangsspannung für eine Abgastemperatur von T und für die Abgasreferenztemperatur TO an. Die Abweichung Δ Vout ändert sich linear mit der Abgastemperatur Texh. Wenn die Abgastemperatur Texh und die Ausgangsspannung Vout der Abtastschaltung 51 bei der Temperatur bekannt sind, so kann dann auf der Basis des Zusammenhanges gemäß Fig. 4b der Wert von Vout für dasselbe Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt werden, als wenn die Abgastemperatur tatsächlich TO wäre. Ein Temperaturkorrekturfaktor Ci=1/Δ Vout ist in dem ROM 53 als Funktion der Drehzahl Ne und der Last Pb gespeichert, welche zusammen die Abgastemperatur bestimmen.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 der Betrieb der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung 50 beschrieben. Zur Durchführung der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung sind nur das Ausgangssignal vom Drehzahlsensor 9 und das Ausgangssignal von einem der Sensoren 5, 6 und 8 erforderlich. Der Betrieb wird für den Fall beschrieben, wo die Motordrehzahl Ne und der Ansaugluftströmungsdurchsatz Qa als Parameter verwendet werden, die den Motorbetriebszustand angeben.

Auf der Basis eines in dem ROM 53 gespeicherten Programms werden elektrische Signale, die der Motordrehzahl Ne und dem Ansaugluftströmungsdurchsatz Qa entsprechen, in den Mikroprozessor 52 eingegeben, der die Motorlast gemäß der Formel Qa/Ne berechnet. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sollwert für das Abgas, welches der berechneten Last entspricht, wird dann aus dem ROM 53 ausgelesen.

Das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases unter den herrschenden Betriebsbedingungen wird von dem Luft-Kraftstoff- Verhältnissensor 3 gemessen, und ein entsprechendes Ausgangssignal Vout wird von der Abtastschaltung 51 erzeugt. Dieses Signal durchläuft einen A/D-Wandler 50 e, und ein digitalisiertes Signal wird über die Eingangsstufe 55 in den Mikroprozessor 52 eingegeben.

Der Mikroprozessor 52 vergleicht den Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sollwert mit dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und berechnet dann die Betriebszeit für die Kraftstoffeinspritzdüse 10, so daß das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert wird. Ein entsprechendes Steuersignal wird über die Ausgangsstufe 56 an die Kraftstoffsteuerschaltung 57 gegeben, und die Kraftstoffeinspritzdüse 10 wird so betätigt, daß sie Kraftstoff für die berechnete Länge der Zeitspanne einspritzt.

Um das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu bestimmen, muß die Steuerung 50 das Ausgangssignal Vout des Luft-Kraftstoff- Verhältnissensors 3 für die Abgastemperatur Texh des Abgases korrigieren, wenn sie sich von der Referenztemperatur TO unterscheidet. Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm für den Betriebsablauf, der von der Steuerung 50 durchgeführt wird, wobei dieser Betrieb auf der Basis des Betriebszustandes des Motors durchgeführt wird, der durch die Motordrehzahl Ne und den Ansaugluftdruck Pb bestimmt ist.

Nach dem Start wird zunächst beim Schritt 101 ein Digitalsignal, das dem Pegel der Ausgangsspannung Vout der Abtastschaltung 51 entspricht, über den A/D-Wandler 50 e und die Eingangsstufe 55 in den Mikroprozessor 52 eingegeben. Dieses Signal gibt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas an, welches von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 3 gemessen wurde.

Als nächstes werden beim Schritt 102 elektrische Signale, die dem Ansaugluftdruck Pb und der Motordrehzahl Ne entsprechen, von dem Ansaugluftdrucksensor 6 bzw. dem Drehzahlsensor 9 in den Mikroprozessor 52 eingegeben. Diese beiden Werte Pb und Ne werden als Parameter verwendet, welche den Betriebszustand des Motors und somit die Abgastemperatur Texh angeben. Beim Schritt 103 wird der obenerwähnte Temperaturkorrekturfaktor Ci (=1/Δ Vout) entsprechend den Werten von Ne und Pb aus dem ROM 53 ausgelesen.

Beim Schritt 104 wird die Ausgangsspannung Vout der Abtastschaltung 51 für die Abgastemperatur korrigiert, und zwar unter Verwendung des Korrekturfaktors Ci, gemäß der nachstehenden Gleichung, wobei Vr eine korrigierte Ausgangsspannung ist:

Vr = Ci × (Vout - VO) + VO .

Die korrigierte Ausgangsspannung Vr hat den Wert, den die Ausgangsspannung Vout der Abtastschaltung 51 für dasselbe Luft-Kraftstoff-Verhältnis hätte, wenn die Abgastemperatur Texh gleich der Referenztemperatur TO wäre.

Zuletzt wird beim Schritt 105 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, entsprechend einer Ausgangsspannung Vr, aus dem ROM 53 gelesen, in welchem der Zusammenhang gespeichert ist, der in Fig. 4a mit einer ausgezogenen Linie dargestellt ist. Dies ist das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter den herrschenden Betriebsbedingungen.

Auch wenn somit die Ausgangsspannung Vout der Abtastschaltung 51 sich stark ändert, während sich die Motorbetriebsbedingungen ändern, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Lage, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis genau zu bestimmen, und zwar durch Korrektur der Ausgangsspannung Vout hinsichtlich der Temperatur. Da das Luft-Kraftstoff-Verhältnis genau bestimmt werden kann, ist es für die Steuerung 50 auch möglich, das Verhältnis mit hoher Genauigkeit einzustellen.

Wie sich aus Fig. 4a ergibt, ist der Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung Vout der Abtastschaltung 51 und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis verschieden für jede Abgastemperatur Texh. Anstatt jedoch all diese vielen Zusammenhänge zu speichern, braucht gemäß der Erfindung der ROM 53 nur eine sehr kleine Anzahl von Zusammenhängen zu speichern, nämlich den Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung Vout und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis für eine Referenztemperatur TO, den Zusammenhang zwischen der Abweichung Δ Vout und der Abgastemperatur, sowie den Zusammenhang zwischen der Abgastemperatur und bestimmten Parametern, wie z. B. Ne und Pb, welche den Motorbetriebszustand angeben. Somit braucht der ROM 53 keine große Kapazität zu haben.

Gemäß der Erfindung kann somit die Temperatur des Meßelementes 31 des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 3 variieren, so daß kein komplizierter Mechanismus zur Steuerung des Ausgangssignals der Heizung 32 erforderlich ist.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Motordrehzahl Ne und der Ansaugluftdruck Pb als Motorbetriebsparameter verwendet, die der Abgastemperatur entsprechen. Es können jedoch auch der Ansaugluftströmungsdurchsatz Qa oder die Drosselklappenöffnung R anstelle des Ansaugluftdruckes Pb als Betriebsparameter verwendet werden.

Obwohl bei der oben beschriebenen Ausführungsform die Abtastschaltung 51 und der Spannungsregler 58 in die Luft-Kraftstoff- Verhältnissteuerung 50 eingebaut bzw. integriert sind, können sie selbstverständlich auch als separate Einrichtungen vorgesehen sein, um die gleiche Wirkung zu erzielen.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors, gekennzeichnet durch

• - ein Meßelement (31), das ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, welches der Konzentration einer Komponente in dem Abgas eines Motors (1) entspricht, welches mit dem Luft- Kraftstoff-Verhältnis in Korrelation steht;
• - eine elektrische Heizung (32), die in der Nähe des Meßelementes (31) angeordnet und in der Lage ist, das Meßelement (31) auf seine Aktivierungstemperatur aufzuheizen;
• - einen Spannungsregler (58), um eine Spannung, die an die elektrische Heizung (32) angelegt wird, auf einem konstanten Pegel zu halten;
• - eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren des Ausgangssignals des Meßelementes (31) hinsichtlich der Differenz zwischen der tatsächlichen Abgastemperatur (T) und einer Abgasreferenztemperatur (TO); und
• - eine Einrichtung zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases auf der Basis des korrigierten Ausgangssignals.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung Mittel umfaßt, um die Abtasttemperatur auf der Basis des Betriebszustandes des Motors (1) zu bestimmen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bestimmung der Abtasttemperatur den Betriebszustand auf der Basis der Motordrehzahl (Ne) und mindestens einem Parameter bestimmt, der ausgewählt ist aus dem Ansaugluftdruck (Pb), dem Ansaugluftströmungsdurchsatz (Qa) und dem Öffnungsgrad (R) einer Drosselklappe (7) des Motors.