DE3842287C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Steuerung eines Heizelements eines in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoffkonzentrationssensors, mit einer Betriebszustands-Detektoreinrichtung zur Ermittlung des Betriebszustands der Brennkraftmaschine, und einer Grundleistungseinstelleinrichtung zur Einstellung einer dem Heizelement zuzuführenden Grundleistung in Abhängigkeit vom erfaßten Betriebszustand der Brennkraftmaschine.

Aus der US 45 38 575 ist eine Heizelementteststeuerung für einen in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoffsensor bekannt, bei der auf der Basis der gemessenen Werte von Strom und Spannung am Heizelement die zugeführte Leistung bestimmt wird. In Abhängigkeit von der von einer gesonderten Strommeßeinrichtung ermittelten Stromstärke durch das Heizelement und der anliegenden Spannung, sowie in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise dem Ansaugleitungsdruck, werden Stromimpulse bestimmt, mit denen das Heizelement beaufschlagt wird. Zur genauen Anpassung der Heizleistung an den Leistungsbedarf des Sauerstoffsensors werden bei diesem Verfahren die tatsächlichen Bedingungen mit Referenzbedingungen, d. h. mit einer Referenzleistung aus dem Produkt von Referenzstrom und Referenzspannung verglichen. Diese Referenzwerte sind hier fest vorgegebene und damit unveränderliche Größen. Eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Heizelements durch unterschiedliche Exemplarstellung bei der Fertigung und durch zeitabhängige Veränderungen im Verlauf der Lebensdauer des Heizelements werden dabei nicht berücksichtigt. Somit besteht die Gefahr, daß eine von den gewünschten Werten abweichende Heizleistung und Temperatur des Heizelements erhalten werden kann, wodurch die angestrebte genaue Messung des Abgas-Sauerstoffgehalts einer Brennkraftmaschine in Frage gestellt ist.

Aus der US 45 10 036 ist ein Sauerstoffkonzentrationssensor der Begrenzungsstromausführung in Flachbauweise bekannt, bei dem auf der Basis einer Erfasung des Widerstandswertes des Heizelements mit einer Widerstandsmeßbrücke eine Steuerung des Heizelements auf konstante Temperatur erreicht werden soll. Die Verwendung eines zusätzlichen Temperatursensors am Heizelement zur Überwachung der erzielten Temperatur ist nicht vorgesehen. Im Rahmen der Leistungssteuerung des integriert auf einem Träger aufgebrachten Heizelements wird die zugeführte Leistung in Abhängigkeit von dem gemessenen Widerstandswert des Heizelements gemäß einer entsprechenden Kennlinie eingestellt. Eine Beziehung zwischen der Temperatur und dem entsprechenden Widerstandswert wird nur über die Kennlinie gebildet. Dabei kann durch diese allgemeine Kennlinie des integrierten Heizelementetyps auch hier eine übliche, durch Fertigungstoleranzen und den normalen Betrieb bedingte Streuung der elektrischen Werte einzelner Exemplare der Heizelemente nicht erfaßt und bei der Leistungssteuerung nicht berücksichtigt werden.

Dem Anmeldungsgegenstand liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System der gattungsgemäßen Art zur Steuerung des Heizelements eines Sauerstoffkonzentrationssensors derart auszugestalten, daß auch bei Abweichungen von der Temperatur-Widerstandskennlinie des Heizelements eine genaue Einstellung der Heiztemperatur erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Widerstandsmeßeinrichtung zur Ermittlung des Widerstandswertes des Heizelements, durch eine Lerneinrichtung zur Ermittlung eines während eines vorgegebenen stationären Betriebszustands der Brennkraftmaschine erfaßten Lernwertes des Widerstandswertes des Heizelements und Speichern des jeweils ermittelten Lernwertes in einer Speichereinrichtung, durch eine Recheneinrichtung zur Berechnung von Korrekturfaktoren zur Korrektur der Grundleistung unter Verwendung des von der Widerstandsmeßeinrichtung ermittelten Heizelemente-Widerstandswertes und des von der Lerneinrichtung ermittelten Lernwertes, durch eine Solleistungs-Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer dem Heizelement zuzuführenden Solleistung durch Korrektur der eingestellten Grundleistung mittels der berechneten Korrekturfaktoren und durch eine Steuereinrichtung zur Steuerung der dem Heizelement zuzuführenden Istleistung in Abhängigkeit von der bestimmten Solleistung.

Erfindungsgemäß wird somit zunächst die erforderliche, dem Heizelement zuzuführende Grundleistung aus den den Betriebszustand der Brennkraftmaschine repräsentierenden Werten von Drehzahl und Ansaugleitungsdruck bestimmt. Zum Erfassen möglicher Veränderungen der Temperatur-Widerstandskennlinie des Heizelements wird sodann der aktuelle Widerstandswert ermittelt und mit einem Widerstands-Lernwert, der während eines spezifischen stationären Betriebszustands der Brennkraftmaschine ermittelt und gespeichert wird, verglichen. Im Verlauf dieses stationären Betriebszustands der Brennkraftmaschine wird ein Meßpunkt einer neuen, aktuellen Temperatur-Widerstandskennlinie ermittelt, so daß auf diese Weise eindeutig eine Beziehung zwischen Temperatur und Widerstand des Heizelements in diesem definierten Betriebszustand gebildet wird. Auf der Basis des Ergebnisses dieses Vergleichs wird sodann eine Solleistung bestimmt, die genau an die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine und die Veränderungen der elektrischen Eigenschaften des Heizelements angepaßt ist, wodurch eine exakte Leistungszufuhr und demzufolge eine genaue Messung der Sauerstoffkonzentration gewährleistet ist.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine, bei der das System zur Steuerung eines Heizelements eines Sauerstoffkonzentrationssensors Anwendung findet,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Programms der Steuerschaltung gemäß Fig. 2 zur Steuerung des Heizelements,

Fig. 4, 5 und 6 Kennlinien zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen jeweils einem Korrekturwert Pcold, Prh und Potp und der Differenz zwischen einem Lernwert BRH und einem Widerstandswert RH des Heizelements,

Fig. 7 ein Ablaufdiagramm eines Programms der Steuerschaltung gemäß Fig. 2 zur Ermittlung, ob die Bedingungen für eine Übertemperaturkorrektur erfüllt sind,

Fig. 8 eine graphische Darstellung einer Tabelle zur Bestimmung einer elektrischen Grundleistung,

Fig. 9 ein zeitlicher Verlauf eines an eine Steuereinrichtung angelegten Steuersignals,

Fig. 10 Kennlinien zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen der Temperatur und dem Widerstandswert des Heizelements.

Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1, nachstehend vereinfacht als Maschine bezeichnet, einen Kolben 2, einen Zylinder 3 und einen Zylinderkopf 4. Ein Abgaskanal 5 des jeweiligen Zylinders 3 in dem Zylinderkopf 4 ist an einen Abgassammler 6 angeschlossen, während ein Ansaugkanal 7 eines jeden Zylinders 3 im Zylinderkopf 4 an einen Ansaugverteiler 8 angeschlossen ist. Der Ansaugverteiler 8 ist an einen Ausgleichsbehälter 9 zum Verhindern des Pulsierens der Ansaugluft angeschlossen. Der Ausgleichsbehälter 9 enthält einen Ansaugdrucksensor 10 zum Ermitteln des Luftdrucks in dem Ansaugverteiler 8, d. h. des Ansaugdrucks Pm.

Ferner zeigt Fig. 1 ein Drosselventil 11 zum Steuern der einem jeweiligen Zylinder 3 über den Ausgleichsbehälter 9 zuzuführenden Ansaugluftmenge, einen das Drosselventil 11 umgehenden Umleitungskanal 12 für die Ansaugluft und einen Ansaugluft-Temperaturfühler 13 zum Messen der Ansauglufttemperatur. Das Drosselventil 11 ist direkt mit einem Drosselstellungsfühler 14 gekoppelt, der einen Drosselöffnungradfühler zur Abgabe eines Signals über den Öffnungsgrad des Drosselventils 11 sowie einen Leerlaufschalter enthält, der eingeschaltet ist, wenn die Maschine 1 im Leerlauf betrieben wird. Mit 15 ist ein an dem Abgassammler 6 angebrachter Sauerstoffkonzentrationssensor bezeichnet, der ein Meßelement 15a zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration der Abgase und ein Heizelement 15b aus Platin zur Erwärmung enthält; mit 16 ist ein Wassertemperaturfühler zum Messen der Temperatur des Kühlwassers der Maschine 1 bezeichnet und mit 17 ist ein Verteiler zum Anlegen einer von einer Zündanlage 19 erzeugten Hochspannung an eine Zündkerze 18 der Maschine 1 unter einer vorbestimmten Zeitsteuerung bezeichnet. Mit 20 ist ein an dem Verteiler 17 angebrachter Maschinendrehzahlgeber zum Erzeugen eines der Umlaufgeschwindigkeit der Maschine 1 entsprechenden Impulssignals bezeichnet, während mit 21 ein Fahrgeschwindigkeitsgeber zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit bezeichnet ist.

Die verschiedenen Erfassungssignale aus dem Ansaugdrucksensor 10, dem Ansaugluft-Temperaturfühler 13, dem Drosselstellungsfühler 14, dem Sauerstoffkonzentrationssensor 15, dem Wassertemperaturfühler 16, dem Maschinendrehzahlgeber 20 und dem Fahrgeschwindigkeitsgeber 21 sind an eine Steuerschaltung 25 angelegt, in der verschiedene Steuerungsvorgänge ausgeführt werden, einschließlich der Steuerung der mit einem Brennstoffeinspritzventil 26 eingespritzten Brennstoffmenge, der Zündzeitsteuerung für die Zündkerze 18 und der Steuerung des Heizelements 15b des Sauerstoffkonzentrationssensors 15 entsprechend den Erfassungssignalen.

Ein Blockschaltbild der Steuerschaltung 25 ist in Fig. 2 gezeigt. Fig. 2 zeigt eine Spannungsquelle 31 zum Erzeugen einer an dem Meßelement 15a des Sauerstoffkonzentrationssensors 15 angelegten vorbestimmten Spannung, einen Widerstand 32 zum Messen des über das Meßelement 15a fließenden Stroms, einen Verstärker 33 zum Verstärken der an dem Widerstand 32 abfallenden Spannung um ein vorbestimmtes Vielfaches und einen A/D-Wandler 34 zum Umsetzen der verstärkten Spannung, d. h. eines die Sauerstoffkonzentration der Abgase anzeigenden analogen Signals sowie weiterer analoger Signale aus dem Ansaugdrucksensor 10, dem Ansaugluft-Temperaturfühler 13, einem Drosselöffnungsgradfühler 14a des Drosselstellungsfühlers 14, dem Wassertemperaturfühler 16 und dem Fahrgeschwindigkeitsgeber 21 in digitale Signale. Mit 35 ist eine Treiberschaltung bezeichnet, die durch ein Steuersignal gesteuert wird, welches von einem Mikrocomputer 37 mit einer Zentraleinheit (CPU), einem Festspeicher (ROM), einem Arbeitsspeicher (RAM) und einem Datensicherungs-Arbeitsspeicher (RAM) sowie einem daran angelegten Signal aus einem Leerlaufschalter 14b des Drosselstellungsfühlers 14 berechnet und angelegt wird. Die Treiberschaltung 35 führt dem Brennstoffeinspritzventil 26 ein Steuersignal zur Brennstoffzufuhr zur Maschine 1 mit einer vorbestimmten Brennstoffmenge zu, die von dem Mikrocomputer 37 berechnet wird. Von dem Mikrocomputer 37 wird auch die Zündanlage 19 derart gesteuert, daß an den Verteiler 17 eine Hochspannung unter einer vorbestimmten Zeitsteuerung angelegt wird.

Mit 38 ist eine Steuereinrichtung in Form einer Speisesteuerschaltung zur Steuerung der dem Heizelement 15b des Sauerstoffkonzentrationssensors 15 zugeführten Leistung bezeichnet. Die Speisesteuerschaltung 38 steuert damit die Stromversorgung aus einer Heizelement-Stromquelle 39 entsprechend einem Steuersignal aus dem Mikrocomputer 37. Mit 40 ist eine Heizspannung-Meßschaltung zum Messen der Heizspannung während des Einschaltens des Heizelements 15b bezeichnet, während mit 41 eine Heizstrom-Meßschaltung zum Messen des Heizstroms bezeichnet ist.

Die Steuerschaltung 25 gemäß dem Ausführungsbeispiel führt verschiedene Steuerungsvorgänge aus, zu denen die Steuerung der Brennstoffeinspritzmenge, die Zündzeitsteuerung und die Steuerung des Heizelements 15b des Sauerstoffkonzentrationssensors 15 zählen. Von diesen Steuerungsvorgängen wird die Heizelementsteuerung des Sauerstoffkonzentrationssensors 15, die den wesentlichen Steuerungsvorgang des Steuersystems darstellt, nachstehend ausführlich anhand des in Fig. 3 gezeigten Steuerprogramms erläutert.

Die in Fig. 3 in Form eines Ablaufdiagramms dargestellte Heizelementsteuerung des Sauerstoffkonzentrationssensors 15 wird durch eine Einschaltsteuerung der Speisung des Heizelements 15b aus der Heizelement-Stromquelle 39 in vorbestimmten Zeitabständen von beispielsweise 100 ms entsprechend den Betriebszuständen der Maschine 1 und dem Ergebnis der Erfassung durch den Sauerstoffkonzentrationssensor 15 herbeigeführt.

Das Programm beginnt mit einem Schritt 301, bei dem verschiedene Parameter einschl. der Maschinendrehzahl Ne, des Ansaugdrucks Pm, einer Heizspannung Vh und eines Heizstroms Ih gemäß den Signalen aus den verschiedenen Sensoren bzw. Fühlern und den Meßschaltungen eingelesen werden, wonach ein Schritt 302 folgt.

Bei dem Schritt 302 wird aus der Heizspannung Vh und dem Heizstrom Ih, die bei dem Schritt 301 eingelesen wurden, ein Widerstandswert RH des Heizelements 15b ermittelt. Bei der vorangehend angeführten Verwendung von Platin für das Heizelement 15b ergibt sich ein im wesentlichen linearer Zusammenhang zwischen dem Widerstandswert RH und der Temperatur des Heizelements 15b gemäß Fig. 10.

Bei einem Schritt 303 wird ermittelt, ob ein Lernwert BRH bezüglich des in dem Datensicherungs-Arbeitsspeicher gespeicherten Heizelementwiderstands im Normalzustand ist. Falls bei dem Schritt 303 ermittelt wird, daß der Lernwert BRH abnormal ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 304 weiter, bei dem ein normaler Lernwert BRH (zu vier Ohm) eingestellt wird, wonach ein Schritt 305 folgt. Falls andererseits bei dem Schritt 303 ermittelt wird, daß der Lernwert BRH normal ist, schreitet das Programm direkt zu dem Schritt 305 weiter. Bei dem Schritt 303 wird der Lernwert BRH derart überprüft, daß von dem Lernwert BRH, der zum Zeitpunkt des neuen Einschreibens des Lernwerts BRH umgeschrieben wurde, zuvor auch der Kehrwert 1/BRH gespeichert wird und daß aus diesen beiden Werten ermittelt wird, ob der Lernwert BRH normal ist.

Bei dem Schritt 305 wird bestimmt, ob die Lernbedingungen für den Lernwert BRH bezüglich des Widerstandswerts RH des Heizelements 15h erfüllt sind. Falls die Lernbedingungen zu erfüllen sind, ist es erforderlich, daß eine Rückführungsregelung entsprechend einem Ausgangssignal des Meßelements 15a des Sauerstoffkonzentrationssensors 15 ausgeführt wird, daß der Ansaugdruck Pm niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, während die Maschinendrehzahl Ne für mindestens eine Minute unter einem vorbestimmten Wert gehalten ist, und daß die dem Heizelement 15b zugeführte Leistung nicht unterhalb eines vorbestimmten Werts liegt. Das heißt, die Lernbedingungen werden vollständig durch einen stabilen Betriebszustand bei der Steuerung der Temperatur des Heizelements 15b auf 1100°C erfüllt. Die Rückführungsregelung gemäß dem Ausgangssignal des Meßelements 15a des Sauerstoffkonzentrationssensors 15 erfolgt unter der Bedingung, daß die Maschine 1 nicht im Anlaufzustand ist, daß die Temperatur des Maschinenkühlwassers (mit einer Wassertemperatur von 70°C oder darüber) das Ende Warmlaufphase anzeigt, daß keine Steigerung der Brennstoffzuführung nach dem Anlassen, zum Warmlaufen, unter Schwerlast oder für eine Beschleunigung vorgenommen wird, daß die Brennstoffzufuhr nicht gesperrt wird und daß ferner die Aufrechterhaltung des Wirkungszustands des Sauerstoffkonzentrationssensors 15 ermittelt wird.

Falls bei dem Schritt 305 ermittelt wird, daß die Lernbedingungen vollständig erfüllt sind, wird bei einem Schritt 306 der Lernwert BRH auf den bei dem Schritt 302 ermittelten Widerstandswert RH des Heizelements 15b umgeschrieben, wonach dann nach dem Einspeichern des dermaßen umgeschriebenen Lernwerts BRH in den Datensicherungs-Arbeitsspeicher das Programm zu einem Schritt 307 fortschreitet. Da auf diese Weise der Lernwert BRH in den Datensicherungs-Arbeitsspeicher eingespeichert wird, wird selbst bei einem Abschalten der Steuerschaltung 25 durch das Stillsetzen der Maschine 1 der Lernwert BRH nicht gelöscht, so daß er bei dem nächsten Maschinenbetrieb wieder abgerufen werden kann.

Falls im Gegensatz dazu bei dem Schritt 305 ermittelt wird, daß die Lernbedingungen nicht vollständig erfüllt sind, schreitet das Programm ohne irgendein neues Einschreiben eines Lernwerts BRH zu dem Schritt 307 weiter.

Bei dem Schritt 307 wird ermittelt, ob die Bedingungen für eine Kaltlaufkorrektur für den Sauerstoffkonzentrationssensor 15 erfüllt sind. Ob diese "Bedingungen für eine Kaltlaufkorrektur" erfüllt sind oder nicht, wird mittels eines nicht dargestellten Programms festgestellt, gemäß dem ermittelt wird, ob seit dem Anlassen der Maschine 1 zehn Minuten verstrichen sind, wobei bei dem Schritt 307 nur das Ergebnis dieser Ermittlung herangezogen wird.

Falls ermittelt wird, daß die Bedingungen für die Kaltlaufkorrektur erfüllt sind, schreitet das Programm zu einem Schritt 308 weiter, bei dem aus einer in dem Festspeicher gespeicherten Tabelle entsprechend der Differenz zwischen dem in dem Datensicherungs-Arbeitsspeicher gespeicherten Lernwert BRH und dem bei dem Schritt 302 berechneten gegenwärtigen Widerstandswert RH des Heizelements 15b ein erster Korrekturfaktor in Form einer Kaltlauf-Leistungskorrekturgröße Pcold ermittelt wird. Der Zusammenhang zwischen der in der Tabelle gespeicherten Differenz (BRH-RH) zwischen dem Widerstandswert RH und dem Lernwert BRH, und der Kaltlauf-Leistungskorrekturgröße Pcold wird gemäß der Kennlinie in Fig. 4 eingestellt.

Falls andererseits ermittelt wird, daß die Bedingungen für die Kaltlaufkorrektur nicht erfüllt sind, schreitet das Programm zu einem Schritt 309 weiter, bei dem die Kaltlauf-Leistungskorrekturgröße Pcold auf "0" gesetzt wird.

Durch die Kaltlauf-Leistungskorrekturgröße Pcold wird in einem nachfolgend beschriebenen Prozeß eine nachfolgend beschriebene Grundleistung PB nach oben zu korrigiert, so daß das bislang unmittelbar nach dem Anlassen der Maschine 1 kalt gebliebene Meßelement 15a des Sauerstoffkonzentrationssensors 15 schnell erwärmt wird, wodurch die Inbetriebnahme des Meßelements 15a gefördert wird. Je größer die Differenz (BRH-RH) zwischen dem Lernwert BRH und dem momentanen Widerstandswert RH des Heizelements 15b ist, um so größer wird der Wert der Kaltlauf-Leistungskorrekturgröße Pcold eingestellt. Je niedriger der Widerstandswert RH des Heizelements 15b und damit die Temperatur des Heizelements 15b ist, desto mehr Leistung wird daher dem Heizelement 15b zugeführt, so daß das Meßelement 15a schneller erwärmt wird. Wenn ferner die Differenz (BRH-RH) ausreichend klein ist, wird die Kaltlauf-Leistungskorrekturgröße Pcold auf einen kleinen Wert oder auf "0" gesetzt, wodurch auf wirkungsvolle Weise verhindert wird, daß dem Heizelement 15b eine übermäßige Leistung zugeführt wird.

Auf den Abschluß des Schritts 308 oder 309 hin schreitet das Programm zu einem Schritt 310 weiter, bei dem ermittelt wird, ob Bedingungen für eine Anfahrkühlungskorrektur erfüllt sind. Ob die "Bedingungen für eine Anfahrkühlungskorrektur" erfüllt sind, wird daraus bestimmt, ob seit dem Wechsel der Fahrzeuggeschwindigkeit von 0 km/h auf eine andere Geschwindigkeit als 0 km/h mehr als drei Minuten verstrichen sind. Diese Bestimmung wird gleichfalls nach einem nicht in den Figuren dargestellten Programm vorgenommen, wobei bei dem Schritt 310 nur das Ergebnis der Bestimmung herangezogen wird.

Falls ermittelt wird, daß die Bedingungen für die Anfahrkühlungskorrektur erfüllt sind, schreitet das Programm zu einem Schritt 311 weiter, bei dem aus einer in dem Festspeicher gespeicherten Tabelle bzw. einem gespeicherten Verzeichnis entsprechend der Differenz zwischen dem in dem Datensicherungs-Arbeitsspeicher gespeicherten Lernwert BRH und dem bei dem Schritt 302 ermittelten momentanen Widerstandswert RH des Heizelements 15b ein zweiter Korrekturfaktor in Form einer Anfahrzeit-Leistungskorrekturgröße Prh bestimmt wird. Der Zusammenhang zwischen der in der Tabelle gespeicherten Differenz (BRH-RH) zwischen dem Lernwert BRH und dem Widerstandswert RH und der Anfahrzeit-Leistungskorrekturgröße Prh wird gemäß der in Fig. 5 gezeigten Kennlinie gewählt.

Falls andererseits ermittelt wird, daß die Bedingungen für die Anfahrkühlungskorrektur nicht erfüllt sind, schreitet das Programm zu einem Schritt 312 weiter, bei dem die Anfahrzeit-Leistungskorrekturgröße Prh auf "0" gesetzt wird.

Auf diese Weise wird entsprechend einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Anfahren des Fahrzeugs die Anfahrzeit-Leistungskorrekturgröße Prh eingesetzt, um zu verhindern, daß unmittelbar nach dem Anfahren des Fahrzeugs aus dem Leerlaufzustand, bei dem der an dem Abgassammler 6 angebrachte Sauerstoffkonzentrationssensor 15 bzw. die Abgase der Maschine 1 nicht ausreichend erwärmt sind, das Meßelement 15a abgekühlt wird, weil mit der Erhöhung der Maschinendrehzahl Ne oder des Ansaugdrucks Pm die Grundleistung PB für das Heizelement 15b verringert wird. Das Abkühlen des Meßelements 15a wird auf diese Weise dadurch verhindert, daß die Grundleistung PB auf die nachfolgend beschriebene Weise um die Anfahrzeit-Leistungskorrekturgröße Prh nach oben korrigiert wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird bei dem Schritt 310 die Entscheidung, ob die Bedingungen für die Anfahrkühlungskorrektur erfüllt sind, entsprechend der Fahrgeschwindigkeit getroffen. Alternativ kann diese Entscheidung entsprechend der Ermittlung getroffen werden, ob drei Minuten seit dem Zeitpunkt verstrichen sind, an dem die Maschinendrehzahl Ne einen vorbestimmten Wert übersteigt oder der Leerlaufschalter 14b ausgeschaltet wird.

Nach Beendigung des Schritts 311 oder 312 schreitet das Programm zu einem Schritt 313 weiter, bei dem ermittelt wird, ob die Bedingungen für eine Übertemperaturkorrektur erfüllt sind oder nicht. Diese Ermittlung erfolgt durch ein nicht in Fig. 7 gezeigtes Programm, wobei bei dem Schritt 313 nur das Ergebnis der Ermittlung herangezogen wird.

Das in Fig. 7 gezeigte Programm wird durch ein Unterbrechungssignal in Abständen von 1 Sekunde ausgeführt. Bei einem Schritt 701 wird ermittelt, ob gegenwärtig gerade angelassen wird; falls die Maschine 1 gerade angelassen wird, wird bei einem Schritt 702 ein Zähler COTP gelöscht, wodurch das Programm beendet ist.

Falls dagegen bei dem Schritt 701 ermittelt wird, daß die Maschine 1 nicht im Anlaufzustand ist, wird bei einem Schritt 703 ermittelt, ob die gegenwärtige Maschinendrehzahl Ne höher als oder gleich 3000 Umdrehungen/min ist. Falls Ne größer oder gleich 3000 Umdrehungen/min ist, wird bei einem Schritt 704 der Zählstand des Zählers COTP um "1" erhöht, wogegen bei einem Schritt 705 der Zählstand des Zählers COTP um "1" vermindert wird, wenn Ne kleiner als 3000 Umdrehungen/min ist.

Nach dem Schritt 704 oder 705 wird bei einem Schritt 706 ermittelt, ob der Zählstand des Zählers COTP größer als oder gleich Null ist; falls der Zählstand des Zählers COTP kleiner als Null ist, wird bei einem Schritt 707 der Zählstand des Zählers COTP auf Null zurückgesetzt, wonach ein Schritt 708 folgt, während dann, wenn der Zählstand des Zählers COTP größer als oder gleich Null ist, das Programm direkt zu dem Schritt 708 fortschreitet. Bei dem Schritt 708 wird ermittelt, ob der Zählstand des Zählers COTP größer als oder gleich 180 ist; falls die Antwort positiv ist, wird bei einem Schritt 709 der Zählstand des Zählers COTP auf 180 eingestellt, wonach ein Schritt 710 folgt, während das Programm direkt zu dem Schritt 710 fortschreitet, falls der Zählstand des Zählers COTP kleiner als 180 ist.

Bei dem Schritt 710 wird ermittelt, ob die Maschinendrehzahl Ne niedriger als 3000 Umdrehungen/min ist; wenn dies der Fall ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 711 weiter, bei dem ermittelt wird, ob der Zählstand des Zählers COTP größer als oder gleich 10 ist. Falls der Zählstand des Zählers COTP größer als oder gleich 10 ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 712 weiter. Falls bei dem Schritt 710 ermittelt wird, daß Ne größer oder gleich 3000 Umdrehungen/min ist, oder bei dem Schritt 711 ermittelt wird, daß der Zählstand des Zählers COTP kleiner als 10 ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 713 weiter. Bei dem Schritt 712 wird das Programm nach dem Setzen einer Kennung in dem Arbeitsspeicher beendet, die das Erfüllen der Bedingungen für die Übertemperaturkorrektur anzeigt, während bei dem Schritt 713 die Routine nach dem Rücksetzen der Kennung in dem Arbeistsspeicher beendet wird, da die Bedingungen für die Übertemperaturkorrektur nicht erfüllt sind.

Im einzelnen sind die "Bedingungen für die Übertemperaturkorrektur" während einer Zeitdauer vor dem Verringern des Zählstands des Zählers COTP unter 10 erfüllt. Diese Zeitdauer wird entsprechend der Länge der Zeit von dem Zeitpunkt, an dem die Maschinendrehzahl Ne niedriger als 3000 Umdrehungen/min ist, bis zu dem Zeitpunkt bestimmt, an dem die Maschinendrehzahl Ne 3000 Umdrehungen/min erreicht bzw. übersteigt.

Falls bei dem Schritt 313 nach Fig. 3 ermittelt wird, daß die Bedingungen für die Übertemperaturkorrektur erfüllt sind, schreitet das Programm zu einem Schritt 314 weiter, bei dem ein dritter Korrekturfaktor in Form einer Übertemperatur-Leistungskorrekturgröße Potp entsprechend der Differenz zwischen dem in dem Datensicherungs-Arbeitsspeicher gespeicherten Lernwert BRH und dem gegenwärtigen, bei dem Schritt 302 bestimmten Widerstandswert RH des Heizelements 15b aus einer Tabelle bestimmt wird, die in dem Festspeicher gespeichert ist. Der Zusammenhang zwischen der Übertemperatur-Leistungskorrekturgröße Potp und der in der Tabelle gespeicherten Differenz (RH-BRH) zwischen dem Widerstandswert RH und dem Lernwert BRH ist gemäß den Kennlinien in Fig. 6 gewählt.

Falls andererseits ermittelt wird, daß die Bedingungen für die Übertemperaturkorrektur nicht erfüllt sind, schreitet das Programm zu einem Schritt 315 weiter, bei dem die Übertemperatur-Leistungskorrekturgröße Potp auf "0" gesetzt wird.

Der Zweck der Übertemperatur-Leistungskorrekturgröße Potp für eine vorbestimmte Zeitdauer nach einer schnellen Fahrt bzw. einer Fahrt mit hoher Maschinendrehzahl Ne ist es, einen übermäßigen Anstieg der Temperatur des Heizelements 15b zu verhindern, der ansonsten durch die hohe Abgastemperatur unmittelbar nach der schnellen Fahrt bzw. dem schnellen Lauf der Maschine verursacht werden könnte, falls die nachfolgend beschriebene elektrische Grundleistung PB dem Heizelement 15b direkt zugeführt würde. Die elektrische Grundleistung PB wird daher in einem nachstehend beschriebenen Prozeß um die Übertemperatur-Leistungskorrekturgröße Potp nach unten korrigiert, wodurch ein übermäßiger Anstieg der Temperatur des Heizelements 15b und des Meßelements 15a verhindert wird.

Nach Beendigung des Schrittes 314 oder 315 schreitet das Programm zu einem Schritt 316 weiter, bei dem aus der Heizspannung Vh und dem Heizstrom Ih, die bei dem Schritt 301 eingelesen wurden, die elektrische Energie, mit der das Heizelement 15b für eine vorbestimmte Zeitdauer von beispielsweise 100 ms gespeist wird, nämlich die elektrische Energie bzw. Leistung PA für einen Einschaltfaktor 100% berechnet wird, wonach dann ein Schritt 317 folgt. Die in der Beschreibung nachstehend genannte elektrische Energie bzw. Leistung ist in allen Fällen als diejenige für jeweils 100 ms angenommen.

Bei dem nächsten Schritt 317 wird aus der Maschinendrehzahl Ne und dem Ansaugdruck Pm, die bei dem Schritt 301 als Parameter erfaßt wurden, nach einer Rechengleichung oder einer in dem Festspeicher gespeicherten Tabelle gemäß Fig. 8 die Grundleistung PB für das Heizelement 15b bestimmt, wonach ein Schritt 318 folgt. Bei einem hohen Ansaugdruck Pm oder einer hohen Maschinendrehzahl Ne ist naturgemäß die in die Maschine 1 eingespritzte Brennstoffmenge erhöht, was zur Folge hat, daß die Abgastemperatur erhöht ist, wodurch wiederum das Meßelement 15a durch die Abgase erwärmt wird; daher wird die Tabelle auf die in Fig. 8 dargestellte Weise eingestellt, so daß in diesem Fall die dem Heizelement 15b zugeführte Leistung verringert wird. Falls andererseits die Maschinendrehzahl Ne oder der Ansaugdruck Pm niedrig ist, ist die Abgastemperatur verringert, was die Erwärmung des Meßelements 15a verhindert; daher wird in diesem Fall gemäß der Tabelle die dem Heizelement 15b zugeführte Leistung erhöht.

Bei dem Schritt 318 wird die Grundleistung PB entsprechend den bei den Schritten 308, 311 bzw. 314 erhaltenen Leistungskorrekturgrößen Pcold, Prh und/oder Potp unter Anwendung der nachstehenden Gleichung korrigiert bzw. kompensiert, gemäß der eine dem Heizelement 15b tatsächlich zuzuführende elektrische Solleistung Pc berechnet wird:

Pc=PB+Pcold+Prh-Potp

Nachdem auf diese Weise die Solleistung Pc bestimmt ist, wird bei einem Schritt 319 aus der Solleistung Pc und der bei dem Schritt 316 ermittelten Leistung PA für den Einschaltfaktor 100% nach der nachstehenden Gleichung ein Einschaltfaktor D zum Zuführen der Solleistung Pc zu dem Heizelement 15b berechnet wird:

D=(Pc/PA)×100

Bei einem nächsten Schritt 320 wird der Steuereinrichtung bzw. Speisesteuerschaltung 38 zum Steuern der Strom- bzw. Leistungszufuhr zu dem Heizelement 15b ein Impulssignal mit dem auf diese Weise erhaltenen Einschaltfaktor D zugeführt, wonach der ganze Steuerprozeß abgeschlossen ist.

Es sei angenommen, daß die Leistung PA bei dem Einschaltfaktor 100% 50 (W100 ms) ist und die Solleistung Pc 25 (W100 ms) ist. Der Einschaltfaktor D ist dann 50%, so daß das der Speisesteuerschaltung 38 zugeführte Impulssignal die in Fig. 9 durch eine ausgezogene Linie dargestellte Form annimmt.

Gemäß der vorstehenden Erläuterung wird bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der bei einem stabilen Maschinenzustand, bei dem das Heizelement 15b auf im wesentlichen eine Temperatur von 1100°C eingestellt ist, der Widerstandswert RH des Heizelements 15b als Lernwert BRH gespeichert, so daß die durch die Maschinendrehzahl Ne und den Ansaugdruck Pm bestimmte Grundleistung PB entsprechend einem Korrekturfaktor in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Lernwert BRH und dem gerade erfaßten Widerstandswert RH des Heizelements 15b korrigiert wird. Infolgedessen wird dem Heizelement 15b eine ausreichende Leistung, jedoch keine übermäßige Leistung zugeführt, wodurch die Probleme einer Überhitzung des Heizelements 15b oder eines unerwünschten Abfallens der Temperatur des Meßelements 15a gelöst werden.

Bei der Bestimmung der Grundleistung PB kann anstelle der Maschinendrehzahl Ne und des Ansaugdrucks Pm, die bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel benutzt werden, die Ansaugluftmenge oder der Öffnungsgrad des Drosselventils 11 herangezogen werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, für den gleichen Zweck nur die Maschinendrehzahl Ne oder nur den Ansaugdruck Pm heranzuziehen.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Leistungsversorgung des Heizelements 15b durch den Einschaltfaktor in Form einer Zeit zu je 100 ms gesteuert, jedoch kann die dem Heizelement 15b zugeführte Leistung auch durch Verändern der angelegten Spannung gesteuert werden.

Somit wird bei dem System zur Steuerung eines Heizelements der Widerstandswert RH des Heizelements 15b bei vorbestimmten Betriebszuständen der Maschine 1 gespeichert und der auf diese Weise gespeicherte Widerstandswert bzw. Lernwert BRH sowie ein mittels der Widerstandsmeßeinrichtung 40 und 41 gerade gemessener Widerstandswert RH des Heizelements 15b zum Kompensieren bzw. Korrigieren der entsprechend dem Betriebszustand bestimmten elektrischen Grundleistung Pb für das Heizelement 15b herangezogen werden, während zugleich eine Solleistung Pc festgelegt wird. Die dem Heizelement 15b zugeführte Leistung kann damit unter Korrektur von Kennlinienabweichungen des Heizelements 15b festgelegt werden. Es ist daher möglich, das Zuführen von übermäßiger oder zu geringer Leistung zu dem Heizelement 15b zu verhindern, so daß daher aus dem Sauerstoffkonzentrationssensor 15 immer ein zufriedenstellendes Meßergebnis erhalten wird.

Claims (13)

1. System zur Steuerung eines Heizelements eines in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoffkonzentrationssensors, mit
einer Betriebszustands-Detektoreinrichtung zur Ermittlung des Betriebszustands der Brennkraftmaschine, und
einer Grundleistungseinstelleinrichtung zur Einstellung einer dem Heizelement zuzuführenden Grundleistung in Abhängigkeit vom erfaßten Betriebszustand der Brennkraftmaschine,
gekennzeichnet durch eine Widerstandsmeßeinrichtung (40, 41) zur Ermittlung des Widerstandswertes (RH) des Heizelements (15b),
durch eine Lerneinrichtung (37) zur Ermittlung eines während eines vorgegebenen stationären Betriebszustands der Brennkraftmaschine (1) erfaßten Lernwertes (BRH) des Widerstandswertes (RH) des Heizelements (15b) und Speichern des jeweils ermittelten Lernwertes (BRH) in einer Speichereinrichtung (37),
durch eine Recheneinrichtung (37) zur Berechnung von Korrekturfaktoren zur Korrektur der Grundleistung (PB) unter Verwendung des von der Widerstandsmeßeinrichtung (40, 41) ermittelten Heizelemente-Widerstandswertes (RH) und des von der Lerneinrichtung (37) ermittelten Lernwertes (BRH),
durch eine Solleistungs-Bestimmungseinrichtung (37) zur Bestimmung einer dem Heizelement (15b) zuzuführenden Solleistung (PC) durch Korrektur der eingestellten Grundleistung (PB) mittels der berechneten Korrekturfaktoren und durch
eine Steuereinrichtung (38) zur Steuerung der dem Heizelement (15b) zuzuführenden Istleistung in Abhängigkeit von der bestimmten Solleistung (PC).

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels der Betriebszustands-Detektoreinrichtung (10, 20) erfaßte Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) die Maschinendrehzahl (Ne) und den Ansaugleitungsdruck (Pm) der Brennkraftmaschine (1) umfaßt, gemäß denen die Grundleistungseinstelleinrichtung (37) die Grundleistung (PB) berechnet.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsmeßeinrichtung (40, 41) eine Heizspannungs-Meßeinrichtung (40) und eine Heizstrom-Meßeinrichtung (41) enthält und der Widerstandswert (RH) des Heizelements (15b) aus der gemessenen Heizspannung und dem gemessenen Heizstrom berechnet wird.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Lernwert-Bestimmungseinrichtung (37) für die Bestimmung, ob der Lernwert (BRH) des Widerstandswertes (RH) des Heizelements (15b) in der Lerneinrichtung (37) normal ist, wobei die Lernwert-Bestimmungseinrichtung (37) bei der Ermittlung eines anormalen Lernwertes (BRH) den Lernwert (BRH) auf einen vorbestimmten Wert einstellt.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Speichereinrichtung (37) der Lernwert (BRH) und der Kehrwert (1/BRH) desselben gespeichert werden, aus denen die Lernwert-Bestimmungseinrichtung (37) ermittelt, ob der Lernwert (BRH) normal ist.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene stationäre Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) darin besteht, daß gemäß dem Ausgangssignal eines Meßelements (15a) des Sauerstoffkonzentrationssensors (15) eine Rückführungsregelung ausgeführt wird, daß der Ansaugleitungsdruck (Pm) nicht über einem vorbestimmten Wert liegt, während die Maschinendrehzahl (Ne) für mindestens eine vorbestimmte Zeit auf einem vorbestimmten Wert oder darunter gehalten ist, und daß die dem Heizelement (15b) zugeführte Leistung nicht geringer als ein vorbestimmter Wert ist.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Kaltlaufkorrekturzustand-Bestimmungseinrichtung (37) für die Bestimmung, ob Bedingungen für eine Kaltlaufkorrektur an dem Sauerstoffkonzentrationssensor (15) erfüllt sind, bei deren Erfüllung die Recheneinrichtung (37) einen ersten Korrekturfaktor (Pcold) für die Korrektur der Grundleistung (PB) berechnet.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltlaufkorrekturzustand-Bestimmungseinrichtung (37) die Kaltlaufkorrektur-Bedingungen als erfüllt ermittelt, wenn vom Anlassen der Brennkraftmaschine (1) an nicht mehr als eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Anfahrkühlung-Korrekturzustand-Bestimmungseinrichtung (37) zur Bestimmung, ob die Bedingungen für eine Anfahrkühlungskorrektur erfüllt sind, bei deren Erfüllung die Recheneinrichtung (37) einen zweiten Korrekturfaktor (Prh) zur Korrektur der Grundleistung (PB) berechnet.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrkühlung-Korrekturzustand-Bestimmungseinrichtung (37) die Bedingungen für die Anfahrkühlungskorrektur als erfüllt bestimmt, wenn nicht mehr als eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Zeitpunkt verstrichen ist, an dem das von der Brennkraftmaschine (1) angetriebene Kraftfahrzeug aus dem Stand anfährt.

11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Übertemperatur-Korrekturzustand-Bestimmungseinrichtung (37) zur Bestimmung, ob die Bedingungen für eine Übertemperaturkorrektur erfüllt sind, bei deren Erfüllung die Recheneinrichtung (37) einen dritten Korrekturfaktor (Potp) zur Korrektur der Grundleistung (PB) berechnet.

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertemperatur-Korrekturzustand-Bestimmungseinrichtung (37) die Bedingungen für die Übertemperaturkorrektur während einer Zeitdauer von einem Zeitpunkt, an dem die Maschinendrehzahl (Ne) der Brennkraftmaschine (1) unter eine vorbestimmte Maschinendrehzahl abfällt, bis zu einem Zeitpunkt als erfüllt bestimmt, an dem ein Zählerstand (COTP), der entsprechend der Zeitdauer gebildet ist, während der die Maschinendrehzahl (Ne) über der vorbestimmten Maschinendrehzahl bleibt, unter einen vorbestimmten Wert abfällt.

13. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (37) den jeweiligen Korrekturfaktor (Pcold, Prh, Potp) gemäß der Differenz zwischen dem gemessenen Widerstandswert (RH) und dem gespeicherten Lernwert (BRH) berechnet.