DE4101019A1 - Vorrichtung zur erfassung der betriebsbereitschaft eines sauerstoffsensors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erfassung der Betriebsbereitschaft eines Sauerstoffsensors.

Zur Gewinnung eines der Sauerstoffdichte des Abgases der Brennkraftmaschine entsprechenden Ausgangssignals wird bei einer Brennkraftmaschine zur Erzielung eines gewünschten Luft- Brennstoffverhältnisses ein Sauerstoffsensor, wie beispiels­ weise ein Magergemischsensor verwendet. Das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors steuert die Einschaltzeit einer Brenn­ stoffeinspritzvorrichtung, so daß ein Luft-Brennstoffverhält­ nis der Brennkraftmaschine mit einem Wert größer als das stö­ chiometrische Luft-Brennstoffverhältnis erhalten wird.

Ein bekannter Sauerstoffsensor weist einen Träger aus einem festen Elektrolyten wie stabilisiertem Zirkonium auf, sowie eine erste luftdurchlässige Elektrode auf einer Seite des Festelektrolytträgers in Kontakt mit dem zu untersuchenden Ab­ gas und eine zweite luftdurchglässige Elektrode auf der ande­ ren Seite des Festelektrolytträgers in Kontakt mit einem Be­ zugsgas, wie der Außenluft.

Bei dieser Ausführung des Sauerstoffsensors wird durch Anlegen einer elektrischen Gleichspannung mit einem vorbestimmten Spannungsbereich an die Elektroden ein elektrischer Strom, der sogenannte Begrenzungsstrom bewirkt, der entsprechend der Sau­ erstoffdichte des Abgases auf einem vorbestimmten Wert gehal­ ten wird. Daher kann durch die Ermittlung des elektrischen Ausgangsstroms des Sauerstoffsensors ein Wert der Sauerstoff­ dichte des Abgases gebildet werden, und auf der Basis dieses Wertes der Wert, auf den das Luft-Brennstoffverhältnis der Brennkraftmaschine gesetzt werden soll, geschatzt werden.

Eine niedrige Temperatur des Festelektrolytträgers (d. h. die Element-Temperatur) verursacht jedoch bei dieser Ausführung des Sauerstoffsensors eine verminderte Ausgangsgröße, während das gleiche Luft-Brennstoffverhältnis innerhalb des Betriebs­ bereichs aufrechterhalten wird. Der gewonnene Wert des elek­ trischen Ausgangsstroms bezieht sich auf eine Sauerstoff­ dichte, die kleiner als die tatsächliche Sauerstoffdichte ist, so daß die Regelung des Luft-Brennstoffverhältnisses in Abhän­ gigkeit vom Ausgangssignal des Sauerstoffsensors während eines Niedertemperaturzustands des Elements fehlerbehaftet durchge­ führt und das Luft-Brennstoffverhältnis auf einen Wert größer als das vorbestimmte Luft-Brennstoffverhältnis geregelt wird.

Eine Lösung dieses Problems sieht eine Einrichtung vor, die ermittelt, ob ein voll aktivierter Zustand bzw. eine volle Be­ triebsbereitschaft des Sauerstoffsensors erreicht ist, bevor die Regelung des Luft-Brennstoffverhältnisses durchgeführt wird. Ein bekanntes Verfahren zur Bestimmung der vollen Be­ triebsbereitschaft des Sauerstoffsensors verwendet den Aus­ gangspegel des Sauerstoffsensors bei einer Unterbrechung der Brennstoffzufuhr der Brennkraftmaschine. Bei diesem Verfahren wird vom Prinzip ausgegangen, daß die Sauerstoffdichte des Ab­ gases bei unterbrochener Brennstoffzufuhr gleich der Sauer­ stoffdichte der Außenluft ist und der aktivierte Zustand bzw. die Betriebsbereitschaft des Sauerstoffsensors dann vorliegt, wenn der Ausgangspegel des Sauerstoffsensors demjenigen der Sauerstoffdichte der Außenluft entspricht (Siehe japanische ungeprüfte Veröffentlichung Nr. 59-46 350). Bei diesem Stand der Technik ist ein Schwellenwert vorgesehen und es wird er­ mittelt, ob während der unterbrochenen Brennstoffzufuhr der Ausgangspegel des Sauerstoffsensors größer ist als der Schwel­ lenwert. Ist der Ausgangspegel des Sauerstoffsensors größer als der Schwellenwert, wird bestimmt, daß die Element-Tempera­ tur ausreichend hoch und die Betriebsbereitschaft des Sauer­ stoffsensors gewährleistet ist.

Zur Verbesserung der Genauigkeit bei der Bestimmung der Be­ triebsbereitschaft des Sauerstoffsensors wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem bestimmt wird, ob ein Betriebszustand, in dem der Ausgangspegel des Sauerstoffsensors während der un­ terbrochenen Brennstoffzufuhr größer ist als der Schwellen­ wert, kontinuierlich andauert (siehe japanische ungeprüfte Veröffentlichung 60-21 265). Bei diesem Stand der Technik wird während der unterbrochenen Brennstoffzufuhr nach vorbestimmten Intervallen der Ausgangspegel des Sauerstoffsensors wiederholt gemessen, wobei eine Bestimmung der Betriebsbereitschaft des Sauerstoffsensors dann möglich ist, wenn der Betriebszustand, bei dem der Ausgangspegel des Sauerstoffsensors größer als der Schwellenwert ist, länger als eine vorbestimmte Zeit andauert.

Bei diesem Stand der Technik ist der Grund für die Bestimmung, ob der Betriebszustand, bei dem der Ausgangspegel des Sauer­ stoffsensors größer als der Schwellenwert ist, länger als eine vorbestimmte Zeit andauert, die Ermittlung der Betriebs­ bereitschaft des Sauerstoffsensors so schnell wie möglich und ohne einen Verlust an Genauigkeit durchzuführen. Der Schwel­ lenwert zur Bestimmung der Betriebsbereitschaft ist normaler­ weise der niedrigste mögliche Wert zur schnellen Bestimmung der Betriebsbereitschaft des Sauerstoffsensors, wobei infolge der unvermeidlichen Schwankungen des Ausgangspegels des Sauer­ stoffsensors eine fehlerhafte Bestimmung durchgeführt werden kann, so daß der Ausgangspegel des Sauerstoffsensors größer ist als der Schwellenwert, obwohl der Sauerstoffsensor tatsächlich nicht betriebsbereit ist. Eine solche, durch Schwankungen des Ausgangspegels verursachte fehlerhafte Be­ stimmung wird vermieden, indem ermittelt wird, ob der Aus­ gangspegel des Sauerstoffsensors eine Zeitspanne länger als das vorbestimmte Intervall größer als der festgelegte Wert ist.

Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist, daß eine genaue Bestimmung des Betriebszustands des Sauerstoffsensors aus den folgenden Gründen nicht immer möglich ist. Wird die Brenn­ kraftmaschine beispielsweise im Rahmen einer Fahrt mit Reise­ geschwindigkeit auf einer Schnellstraße betrieben, so dauert der gleichförmige Betriebszustand eine relativ lange Zeit an und Unterbrechungen der Brennstoffzufuhr treten selten auf. In diesem Fall wird bei dem bekannten Verfahren, bei dem während unterbrochener Brennstoffzufuhr die Bestimmung der Be­ triebsbereitschaft des Sauerstoffsensors durch Ermittlung, ob die Zeitdauer, in der der Ausgangspegel größer ist als ein vorgegebener Wert, länger andauert, als eine vorbestimmte Zeitdauer, die Regelung des Luft-Brennstoffverhältnisses manchmal für eine relativ lange Zeitspanne ausgesetzt, so daß eine genaue Regelung des Luft-Brennstoffverhältnisses nicht gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß eine schnelle und genaue Bestimmung des thermisch aktivierten Zustands bzw. der thermischen Betriebsbereitschaft des Sauer­ stoffsensors gewährleistet ist, wodurch die Regelung des Luft- Brennstoffverhältnisses häufiger durchgeführt und eine genaue Regelung des Luft-Brennstoffverhältnisses auf einen gewünsch­ ten Wert erzielt wird.

Eine Vorrichtung zur Bestimmung des Betriebsbereitschaft eines Sauerstoffsensors einer Brennkraftmaschine, bei der unter vor­ gegebenene Bedingungen eine Unterbrechung der Brennstoffzufuhr erfolgt, umfaßt gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel:

• - eine Einrichtung zur Bestimmung eines Betriebszustands, in dem eine Unterbrechung der Brennstoffzufuhr erfolgt,
• - eine erste Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des ermit­ telten Pegels des Sauerstoffsensors mit einem vorbestimmten ersten Wert, wenn die Brennstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine unterbrochen ist,
• - eine zweite Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des ermit­ telten Pegels des Sauerstoffsensors mit einem vorbestimmten zweiten Wert, der kleiner als der erste Wert ist, wenn die Brennstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine unterbrochen ist,
• - eine erste Ermittlungseinrichtung zur Bestimmung der Be­ triebsbereitschaft des Sauerstoffsensors, wenn die erste Ver­ gleichseinrichtung bestimmt, daß der ermittelte Pegel den er­ sten Wert einmal übersteigt, und
• - eine zweite Ermittlungseinrichtung zur Bestimmung der Be­ triebsbereitschaft des Sauerstoffsensors, wenn die zweite Vergleichseinrichtung bestimmt, daß der ermittelte Pegel auf­ einanderfolgend den zweiten Wert mindestens zweimal über­ steigt.

Eine Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung umfaßt:

• - einen Motorblock,
• - eine mit dem Motorblock verbundene Ansaugleitung zur Einlei­ tung von Ansaugluft in den Motorblock,
• - eine Einrichtung zur Zuführung einer Brennstoffmenge in die Ansaugleitung zur Aufbereitung eines Luft-Brennstoffgemischs,
• - eine mit dem Motorblock verbundene Abgasanlage zur Ableitung von Abgasen aus dem Motorblock,
• - eine in der Abgasanlage angeordnete Einrichtung zur Bildung eines von der Sauerstoffdichte im Abgas abhängigen elektri­ schen Signals, dessen Pegel das Luft-Brennstoffverhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten brennbaren Luft-Brennstoff­ gemischs angibt,
• - eine Einrichtung zur Regelung der der Brennkraftmaschine zu­ geführten Brennstoffmenge in Abhängigkeit vom Signal der Sen­ soreinrichtung und Regelung des Luft-Brennstoffverhältnisses auf einen vorbestimmten Wert,
• - eine Einrichtung zur Unterbrechung der Brennstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Be­ triebszustand der Brennkraftmaschine,
• - eine Einrichtung zur Unterbrechung der Brennstoffzufuhr von der Brennstoffzuführeinrichtung zur Brennkraftmaschine
• - eine erste Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des ermit­ telten Pegels des Sauerstoffsensors mit einem vorbestimmten ersten Wert, wenn die Brennstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine unterbrochen ist,
• - eine zweite Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des ermit­ telten Pegels des Sauerstoffsensors mit einem vorbestimmten zweiten Wert, der kleiner als der erste Wert ist, wenn die Brennstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine unterbrochen ist,
• - eine erste Ermittlungseinrichtung zur Bestimmung der Be­ triebsbereitschaft des Sauerstoffsensors, wenn die erste Ver­ gleichseinrichtung bestimmt, daß der ermittelte Pegel den er­ sten Wert einmal übersteigt,
• - eine zweite Ermittlungseinrichtung zur Bestimmung der Be­ triebsbereitschaft des Sauerstoffsensors, wenn die zweite Vergleichseinrichtung bestimmt, daß der ermittelte Pegel auf­ einanderfolgend den zweiten Wert mindestens zweimal über­ steigt.
• - eine Einrichtung zur Freigabe der Regelung des Luft-Brenn­ stoffverhältnisses durch die Regeleinrichtung, wenn die Be­ triebsbereitschaft des Sauerstoffsensors durch die erste Er­ mittlungseinrichtung und/oder die zweite Ermittlungseinrich­ tung bestimmt wird.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Brennkraftmaschine, bei der die Vorrichtung zur Bestimmung des aktivierten Zu­ stands bzw. der Betriebsbereitschaft des Sauerstoffsensors An­ wendung findet.

Fig. 2 ein Blockschaltbild der elektronischen Regelungseinheit gemäß Fig. 1,

Fig. 3 den Zusammenhang zwischen dem Luft-Brennstoffverhältnis und dem Ausgangspegel des Sauerstoffsensors,

Fig. 4 bis 7 Ablaufdiagramme des Programms der elektronischen Regelungseinheit gemäß Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 2 mit einem Ansaugrohr 4, in dem ein Drosselventil 8 angeordnet ist. Das Drosselven­ til 8 ist mit dem Gaspedal 6 über ein Verbindungsglied verbun­ den, wobei die Öffnung des Drosselventils 8 in Abhängigkeit von der Betätigung des Gaspedals 6 gesteuert wird. Ein Luft­ durchflußmesser 10 zur Messung der der Brennkraftmaschine 2 zugeführten Ansaugluftmenge ist im Ansaugrohr 4 stromauf des Drosselventils 8 angeordnet. Ein Ansauglufttemperatursensor 12 zur Ermittlung der Temperatur der der Brennkraftmaschine 2 zu­ geführten Ansaugluft befindet sich im Ansaugrohr 4 zwischen dem Drosselventil 8 und dem Luftdurchflußmesser 10 und ein Drosselstellungssensor 14 ist mit dem Drosselventil 8 verbun­ den. Der Drosselstellungssensor 14 umfaßt einen Sensor zur Er­ mittlung des kontinuierlich veränderlichen Öffnungsgrades des Drosselventils 8, einen Leerlaufschalter, der eingeschaltet wird, wenn sich das Drosselventil 8 in der Leerlaufstellung befindet und ausgeschaltet wird, wenn das Drosselventil 8 aus der Leerlaufstellung heraus geöffnet wird.

Die Abgasanlage 18 weist einen Sauerstoffsensor 20 (d. h. einen Magergemischsensor) auf zur Ermittlung eines Luft-Brenn­ stoffverhältnisses des der Brennkraftmaschine 2 zugeführten brennbaren Luft-Brennstoffgemischs in Abhängigkeit von der Sauerstoffdichte des durch die Abgasanlage 18 strömenden Ab­ gases. Stomab des Sauerstoffsensors 20 ist ein Katalysator 22 angeordnet.

Ein Verteiler 24 hat eine mit einer Kurbelwelle der Brenn­ kraftmaschine 2 verbundene Verteilerwelle 24a. Der Verteiler 24 ist mit einer Zündanlage 32 verbunden und einer auf einem Zylinderkopf angeordneten Zündkerze 34 wird durch die Zündanlage 32 über den Verteiler 24 Hochspannung zur Zündung des Brennstoffs zugeführt.

Im Ansaugrohr 4 ist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 50 vorgesehen zur Erzeugung eines in eine Einlaßöffnung 3 der Brennkraftmaschine 2 gerichteten Brennstofflusses.

Zur Ermittlung verschiedener Betriebsparameter der Brennkraft­ maschine 2 und zusätzlich zu dem genannten Luftdurchflußmesser 10, dem Ansauglufttemperatursensor 12, dem Drosselstellungs­ sensor 14 und dem Sauerstoffsensor 20 weist die Brennkraftma­ schine 2 einen ersten Kurbelwinkelsensor 26 an einer Seite der Verteilerwelle 24a zur Abgabe eines Pulssignals für je 30° Kurbelwellendrehung zur Berechnung der Maschinendrehzahl NE auf, einen zweiten Kurbelwinkelsensor 28 auf einer Seite der Verteilerwelle 24a zur Abgabe eines Pulssignals für je 720° Kurbelwellendrehung zur Bestimmung der Zylindernummer, und einen am Zylinderblock 5 der Brennkraftmaschine 2 angebrachten und in Kontakt mit dem Kühlwassermantel 7 stehenden Kühlwas­ sertemperatursensor 30 zur Ermittlung der Temperatur des Kühl­ wassers der Brennkraftmaschine 2.

Diese Sensoren sind mit einer von einem Mikrocomputersystem gebildeten elektronischen Regelungseinheit 40 verbunden, wobei die Sensorsignale der elektronischen Regelungseinheit 40 zuge­ führt werden.

Gemäß Fig. 2 umfaßt die elektronische Regelungseinheit 40 eine Zentraleinheit 40a, einen Festwertspeicher 40b (in Fig. 2 als ROM bezeichnet) zur Speicherung verschiedener Programme und Daten, wie beispielsweise Schwellenwerte zur Bestimmung des aktiven Zustands (nachstehend vereinfacht als Betriebsbe­ reitschaft bezeichnet) des Sauerstoffsensors 20, einen Schreib/Lesespeicher 40c (in Fig. 2 als RAM bezeichnet) zur zeitweiligen Speicherung von Programmen und Daten, einen Si­ cherungsspeicher 40d, der ständig von einer nicht gezeigten Batterie mit Strom versorgt wird, so daß Daten bei Abschaltung der Hauptstromversorgung nicht gelöscht werden. Mittels eines Datenbusses 40e sind dieses Elemente miteinander verbunden. Die elektronische Regelungseinheit 40 umfaßt des weiteren eine Eingabeschnittstelle 40f und eine Ausgabeschnittstelle 40g. Der Luftdurchflußmesser 10, der Ansauglufttemperatursensor 12, der Drosselstellungssensor 14, der erste Kurbelwinkelsensor 26, der zweite Kurbelwinkelsensor 28 und der Kühlwassertempe­ ratursensor 30 sind mit der Eingabeschnittstelle 40f verbun­ den. Zusätzlich zur Zündspule und den Brennstoffeinspritzvor­ richtungen 50 ist eine Anzeigevorrichtung 52 zur Anzeige der Betriebsbereitschaft des Sauerstoffsensors 20 an die Ausgabe­ schnittstelle 40g angeschlossen.

Die elektronische Regelungseinheit 40 führt die Regelung der Brennstoffeinspritzmenge durch die Brennstoffeinspritzvor­ richtungen 50 und eine Regelung der Zündzeitpunkte durch die Zündanlage 32 in Abhängigkeit von unterschiedlichen, durch die einzelnen Sensoren ermittelten Betriebsbedingungen der Brenn­ kraftmaschine 2 durch. Darüberhinaus überwacht die elektroni­ sche Regelungseinheit 40 den Ausgangspegel des Sauerstoffsen­ sors 20 zur Bestimmung der Betriebsbereitschaft des Sauer­ stoffsensors 20.

Fig. 3 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Luft-Brennstoff­ verhältnis des der Brennkraftmaschine 2 zugeführten brennbaren Luft-Brennstoffgemischs und dem elektrischen Strom durch den in der Abgasanlage 18 angeordneten Sauerstoffsensor 20. Ein Signalverlauf D zeigt einen linearen Zusammenhang zwischen dem Luft-Brennstoffverhältnis bei voller Betriebsbereitschaft des Sauerstoffsensors 20. Die Signalverläufe A, B und C zeigen den gleichen Zusammenhang, wobei jedoch der Sauerstoffsensor 20 eine Element-Temperatur von 660°C, 640°C bzw. 620°C aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden zwei Schwellenwerte I1 und I2 berücksichtigt. Übersteigt der Ausgangspegel des Sauer­ stoffsensors 20 den größeren Schwellenwert I1 einmal, wird be­ stimmt, daß der Sauerstoffsensor 20 betriebsbereit ist. Wenn dagegen der Ausgangspegel des Sauerstoffsensors 20 nur den niedrigeren Schwellenwert I2 übersteigt, wird dann bestimmt, daß der Sauerstoffsensor 20 betriebsbereit ist, wenn dies zweimal in Folge auftritt. Auf diese Weise ist eine genaue und schnelle Bestimmung der Betriebsbereitschaft des Sauerstoff­ sensors 20 gewährleistet.

Die Bestimmung der Betriebsbereitschaft des Sauerstoffsensors 20 mittels einem der beiden Schwellenwerte I1 und I2 kann schnell und genau durchgeführt werden. Die Betriebsbereit­ schaft des Sauerstoffsensors 20 wird bestimmt, wenn der ermit­ telte Wert des elektrischen Stroms durch den Sauerstoffsensor 20 bei unterbrochener Brennstoffzufuhr, wobei das zu untersu­ chende Gas das gleiche Luft-Brennstoffverhältnis hat wie die Außenluft, einmalig größer ist als der größere Schwellenwert I1 oder zweimal nacheinander größer ist als der niedrigere Schwellenwert I2. Gemäß Fig. 3 liegt der gößere Schwellenwert I1, bezogen auf das Luft-Brennstoffverhältnis während unter­ brochener Brennstoffzufuhr, (in Fig. 3 mit (A/F)_FCUT bezeich­ net) d. h. bei der Sauerstoffdichte der Außenluft, zwischen einem Stromwert des Signalverlaufs A und einem Stromwert des Signalverlaufs B.

Der niedrigere Schwellenwert I2, bezogen auf das Luft-Brenn­ stoffverhältnis während unterbrochener Brennstoffzufuhr ((A/F)_FCUT) d. h. bei der Sauerstoffdichte der Außenluft, liegt zwischen einem Stromwert des Signalverlaufs B und einem Stromwert des Signalverlaufs C.

Anhand der Fig. 4 bis 7 wird nachstehend die Durchführung einer Regelung des Luft-Brennstoffverhältnisses durch die elektronische Regelungseinrichtung 40 beschrieben. Die Brenn­ stoffeinspritzung kann unabhängig zu gewünschten Zeitpunkten in einem Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine 2 durchgeführt werden. Fig. 4 zeigt ein Einspritzssteuerprogramm für jede der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 50, das während eines Ar­ beitszyklusses der Brennkraftmaschine 2 abläuft. Auf bekannte Weise werden die Zeitpunkte durch den Zählerstand eines nicht gezeigten Zählers ermittelt, wobei das Aufwärtszählen bei je­ dem 30°-Pulssignal des ersten Kurbelwinkelsensors 26 erfolgt und der Zähler bei jedem 720°-Pulssignal des zweiten Kurbel­ winkelsensors 28 gelöscht wird. Das Einspritzssteuerprogramm gemäß Fig. 4 beginnt bei diesen Zeitpunkten und bei Schritt 100 wird ermittelt, ob eine Marke FC gesetzt ist. Wie nachste­ hend noch beschrieben wird, wird die Marke FC auf (1) gsetzt, wenn die Brennstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine 2 unterbro­ chen ist und auf (0) rückgesetzt, wenn die Unterbrechung der Brennstoffzufuhr beendet ist. Wird ermittelt, daß die Brenn­ stoffzufuhr zur Brennkraftmaschine 2 unterbrochen werden soll (FC=1), geht das Einspritzsteuerprogramm weiter zu Schritt 102, wobei ein Nullwert in eine Brennstoffeinspritzmenge τ umgesetzt und die Unterbrechung der Brennstoffzufuhr durchge­ führt wird.

Wird die Brennstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine 2 nicht un­ terbrochen (FC=0), geht das Einspritzsteuerprogramm von Schritt 100 zu Schritt 104, in dem eine Grundeinspritzmenge τp berechnet wird gemäß der Beziehung

τp = K _* (Q/NE),

wobei Q eine mittels des Luftdurchflußmessers 10 gemessene An­ saugluftmenge und NE die aus der Zeitdifferenz aufeinander­ folgender 30°-Pulssignale des ersten Kurbelwinkelsensors 26 berechnete Drehzahl der Brennkraftmaschine 2 ist. Diese Grund­ einspritzmenge τp wird zur Bildung eines theoretischen Luft-Brennstoffver­ hältnisses bei den ermittelten Werten von Q und NE verwendet.

In Schritt 106 wird abschließend eine Brennstoffeinspritzmenge τ berechnet durch die Beziehung

τ = τp _* FAF _* KMAGER _* (1 + α) β + γ,

wobei FAF ein nachstehend beschriebener Rückkopplungskorrek­ turfaktor und KMAGER ein nachstehend beschriebener Magerkor­ rekturfaktor ist. α, β und γ sind weitere Korrekturmengen oder Korrekturfaktoren entsprechend der Berechnung der Brenn­ stoffeinspritzmenge τ, deren Beschreibung hier jedoch wegge­ lassen ist.

In Schritt 108 wird mittels der Ausgabeschnittstelle 40g der Brennstoffeinspritzvorrichtung 50 ein Einspritzsignal zur Durchführung der Brennstoffeinspritzung zugeführt, so daß die in Schritt 106 berechnete Brennstoffeinspritzmenge τ in die Brennkraftmaschine 2 eingespritzt wird.

Fig. 5 zeigt ein Programm zur Bestimmung der Brennstoffunter­ brechungsbedingung, das zu einem vorbestimmten Intervall ab­ läuft. In Schritt 110 wird ermittelt, ob der Leerlaufschalter des Drosselstellungssensors 14 eingeschaltet ist, d. h. ob sich das Drosselventil 8 in der Leerlaufstellung befindet. Das Programm geht zu Schritt 112, wenn ermittelt wird, daß der Leerlaufschalter ausgeschaltet ist und die Marke FC zur Brenn­ stoffunterbrechung auf (0) rückgesetzt wird. Wird ermittelt, daß der Leerlaufschalter eingeschaltet ist, geht das Programm zu Schritt 114 und es wird bestimmt, ob die Marke FC zur Brennstoffunterbrechung auf (1) gesetzt ist. Ist FC=0, d. h. wird die Unterbrechung der Brennstoffzufuhr zu dem Zeitpunkt, bei dem dieser Ablauf im vorangegangenen Programmablauf durch­ geführt wurde, nicht durchgeführt, geht das Programm zu Schritt 116 und bestimmt, ob die Maschinendrehzahl NE größer ist als ein vorgegebener Wert NE1. Ist NE < NE1, wurde die Brennkraftmaschine 2 verlangsamt von einem Betriebszustand, in dem die Drehzahl NE der Brennkraftmaschine 2 größer als NE1 war. Das Programm geht zu Schritt 118, wobei die Marke FC zur Brennstoffunterbrechung auf (1) gesetzt und die Brennstoffun­ terbrechung gemäß Schritt 102 in Fig. 4 durchgeführt wird.

Im folgenden Zeitpunkt zum Ablaufen des Programms gemäß Fig. 5 geht das Programm von Schritt 114 zu Schritt 120 und es wird ermittelt, ob die Maschinendrehzahl NE größer als ein vorbe­ stimmter Wert NE2 ist, wobei NE2 kleiner als NE1 ist. Das Pro­ gramm geht zu Schritt 118, wenn NE < NE2 und die Brennstoffun­ terbrechung wird weiterhin aufrechterhalten. Unterschreitet die Maschinendrehzahl NE den Wert NE2, geht das Programm von Schritt 120 zu Schritt 112 und die Brennstoffunterbrechung wird beendet.

Fig. 6 zeigt ein Berechnungsprogramm des Rückkopplungskorrek­ turfaktors FAF, das nach vorbestimmten Intervallen, bei­ spielsweise 4 ms, abläuft. In Schritt 120 wird ermittelt, ob eine Marke F1 gesetzt ist. Wie nachstehend noch beschrieben wird, wird diese Marke F1 bei Vorliegen der Betriebsbereit­ schaft des Sauerstoffsensors 20 auf (1) gesetzt und bei feh­ lender Betriebsbereitschaft des Sauerstoffsensors auf (0) rückgesetzt. Ist der Sauerstoffsensor 20 nicht aktiviert (F1=0), geht das Programm zu Schritt 122, wobei die nachfol­ genden Programmschritte eine Steuerung ohne Rückkopplung durchführen. Während der Steuerung im offenen Regelkreis gemäß Schritt 122 nimmt der Magerkorrekturfaktor KMAGER einen Wert von 1.0 an und in Schritt 124 nimmt der Rückkopplungskorrek­ turfaktor FAF den Wert 1.0 an. Da KMAGER den Wert 1.0 hat, wird als Ergebnis der Steuerung im offenen Regelkreis das Luft-Brennstoffverhältnis im wesentlichen bestimmt durch die in Schritt 106 gemäß Fig 4 berechnete Grundeinspritzmenge τp.

Wird in Schritt 120 ermittelt, daß der Sauerstoffsensor 20 be­ triebsbereit ist (F1=1), geht das Programm zu Schritt 126 und bestimmt, ob weitere Rückkopplungsbedingungen erfüllt sind. Die Regelung im geschlossesn Regelkreis wird beendet, wenn sich die Brennkraftmaschine 2 in einem Beschleunigungszustand befindet. Ist die Rückkopplungsbedingung nicht erfüllt, geht das Programm von Schritt 126 zu Schritt 122, wobei die nach­ folgenden Programmschritte eine Steuerung des Luft-Brenn­ stoffverhältnisses im offenen Regelkreis durchführen. Wird er­ mittelt, daß die Rückkopplungsbedingungen erfüllt sind, geht das Programm zu Schritt 128, in dem der Magerkorrekturfaktor KMAGER berechnet wird. Der Magerkorrekturfaktor KMAGER kann einen Wert kleiner als 1.0 annehmen und wird zur Gewinnung ei­ nes mageren Luft-Brennstoffverhältnisses gemäß Schritt 106 in Fig. 4 mit der Grundeinspritzmenge τp multipliziert. Auf bekannte Weise steht eine Datentabelle mit Werten des Mager­ korrekturfaktors KMAGER entsprechend Kombinationen der Maschi­ nendrehzahl NE und der Maschinenlast, wie dem Verhältnis der Ansaugluftmenge Q und der Maschinendrehzahl NE zur Verfügung. Dabei wird eine bekannte Interpolationsberechnung des Werts des Magerkorrekturfaktors KMAGER auf der Basis der gemessenen Werte von NE und Q/NE durchgeführt. In Schritt 130 wird der Wert des elektrischen Stroms Ox des Sauerstoffsensors eingege­ ben, während in Schritt 132 ein korrigierter elektrischer Strom IR aus dem gemessenen elektrischen Strom des Sauerstoff­ sensors 20 berechnet wird, der das Luft-Brennstoffverhältnis des brennbaren Gemischs angibt. Die zur Verfügung stehende zweidimensionale Tabelle enthält Werte des korrigierten elek­ trischen Stroms IR bezogen auf den gemessenen elektrischen Strom. Mittels des in Schritt 128 berechneten Magerkorrektur­ faktors KMAGER wird in Schritt 134 ein Bezugswert IR′ des kor­ rigierten elektrischen Stroms IR, d. h. ein Zielwert des Luft- Brennstoffverhältnisses berechnet.

Die Abläufe der Schritte 136 bis 148 zeigen allgemein ein rückgekoppeltes Programm zur Ermittlung des Luft-Brennstoff­ verhältnisses. In Schritt 136 wird bestimmt, ob der das ermit­ telte Luft-Brennstoffverhältnis angebende korrigierte elektri­ sche Strom IR größer als der den Zielwert des Luft-Brennstoff­ verhältnisses angebende Zielwert IR′ ist. Wird bestimmt, daß IR < IR′, d. h. daß das ermittelte Luft-Brennstoffverhältnis größer ist als der Zielwert des Luft-Brennstoffverhältnisses, geht das Programm zu Schritt 138 und bestimmt, ob die erste Entscheidung IR < IR′ gemäß Schritt 136 vorliegt. Das Programm geht zu Schritt 140, wenn das Ergebnis aus Schritt 138 Ja ist, und der Rückkopplungskorrekturfaktor FAF wird um einen Wert A erhöht, d. h. es wird ein Programmsprung durchgeführt. Wird ermittelt, daß das Ergebnis von IR < IR′ aus Schritt 136 nicht dem ersten Ergebnis entspricht, geht das Programm zu Schritt 142 und der Rückkopplungskorrekturfaktor FAF wird um einen Wert a erhöht, der kleiner als der Wert A ist. Wird bestimmt, daß IR IR′, d. h. daß das ermittelte Luft-Brennstoffverhält­ nis kleiner oder gleich dem Zielwert des Luft-Brennstoffver­ hältnisses ist, geht das Programm zu Schritt 144 und es wird bestimmt, ob die erste Entscheidung IR IR′ gemäß Schritt 136 vorliegt. Das Programm geht zu Schritt 146, wenn das Ergebnis aus Schritt 144 Ja ist und der Rückkopplungskorrekturfaktor FAF wird um einen Wert B erhöht, d. h. es wird ein Programmsprung durchgeführt. Wird ermittelt, daß das Ergebnis von IR IR′aus Schritt 136 nicht dem ersten Ergebnis entspricht, geht das Programm zu Schritt 148 und der Rückkopplungskorrekturfaktor FAF wird um einen Wert b erhöht, der kleiner ist als der Wert B.

Fig. 7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Programms zur Ermitt­ lung der Betriebsbereitschaft des Sauerstoffsensors 20, das nach vorbestimmten Intervallen von beispielsweise 2 s, 18 s oder 25 s abläuft. In Schritt 160 wird ermittelt, ob die Marke FC zur Brennstoffunterbrechung gesetzt ist. Im Falle FC=0, d. h. wenn die Unterbrechung der Brennstoffzufuhr nicht durchge­ führt wird, wird der auf Schritt 162 folgende Teil des Pro­ gramms übergangen. Wird ermittelt, daß FC=1, d. h. daß die Unterbrechung der Brennstoffzufuhr durchgeführt wird, geht das Programm zu Schritt 162 und es wird bestimmt, ob der korri­ gierte elektrische Strom IR des Sauerstoffsensors 20 größer als ein vorbestimmter zweiter bzw. kleinerer Schwellenwert I2 ist. Wie nachstehend noch beschrieben wird, wird auf eine Be­ triebsbereitschaft des Sauerstoffsensors 20 entschieden, wenn zwei aufeinanderfolgende Bestimmungen von IR < I2 vorliegen, auch wenn der korrigierte elektrische Strom IR den höheren bzw. ersten Schwellenwert I1 nicht überschreitet. Wird ermit­ telt, daß IR kleiner als der niedrige Schwellenwert I2 ist, d. h. daß der Sauerstoffsensor 20 nicht betriebsbereit ist, geht das Programm zu Schritt 164 und die Marken F1 und F2 wer­ den gelöscht. Das Programm geht von Schritt 120 in Fig. 6 zu den Schritten 122 und 124, wenn die Marke F1 gelöscht ist (F1=0), so daß die Regelung des Luft-Brennstoffverhältnisses im geschlossenen Regelkreis nicht durchgeführt wird und statt dessen das Luft-Brennstoffverhältnis auf das theoretische Luft-Brennstoffverhältnis im offenen Regelkreis gesteuert wird. Wird in Schritt 162 in Fig. 7 ermittelt, daß IR < I2 ist, geht das Programm zu Schritt 166 und es wird bestimmt, ob der korrigierte elektrische Strom IR des Sauerstoffsensors 20 größer als der vorbestimmte erste bzw. größere Schwellenwert I1 ist. Ist IR größer als der erste bzw. höhere Schwellenwert I1, wobei der Sauerstoffsensor 20 betriebsbereit ist, geht das Programm zu Schritt 168 und die Marke F1 wird gesetzt. Das Programm geht von Schritt 120 in Fig. 6 zu den Schritten 126 und 128, wenn die Marke F1 gesetzt ist (F1=1), worauf zur Erzielung eines mageren Luft-Brennstoffverhältnisses in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine 2 die Regelung des Luft-Brennstoffverhältnisses durchgeführt wird. Wird ermittelt, daß IR kleiner als der erste bzw. höhere Schwellenwert I1, jedoch größer als der zweite bzw. niedrigere Schwellenwert I2 ist, geht das Programm zu Schritt 170 und es wird ermittelt, ob die Marke F2 gesetzt ist. Ist in Schritt 170 als Ergebnis F2=0 d. h. liegt die erste Bestimmung von IR < I2 aus Schritt 162 vor, geht das Programm zu Schritt 172, wobei die Marke F2 gesetzt und die Marke F1 im rückgesetzten Zustand (F1=0) gehalten wird, so daß die Steuerung des Luft- Brennstoffverhältnisses im offenen Regelkreis aufrechterhalten wird. Zum folgenden Zeitpunkt für den Ablauf des Programms ge­ mäß Fig. 7, geht das Programm in Abhängigkeit davon, ob die Bedingung I2 < IR < I1 weiterhin vorliegt, von Schritt 170 zu Schritt 168, wobei die Marke F1 gesetzt und die Betriebsbe­ reitschaft des Sauerstoffsensors 20 bestimmt wird, so daß die Regelung des Luft-Brennstoffverhältnisses im geschlossenen Re­ gelkreis eingeleitet wird.

Wird ein Wert des korrigierten elektrischen Stroms IR zwischen I1 und I2 bestimmt, erfolgt in Schritt 170 eine Abfrage, ob die temporäre Marke F2 zu dem vorhergehenden Ablaufzeitpunkt des Programms gesetzt ist. Ist das Ergebnis dieser Abfrage in Schritt 170 Nein, wird die temporäre Marke F2 gesetzt und das Ergebnis der Abfrage in Schritt 170 wird zu Ja und die Marke F1 wird gesetzt, wenn erneut bei der Ausführung des Schritts 166 im Rahmen des Programmablaufs zum darauffolgenden Zeit­ punkt ein Wert von IR zwischen I1 und I2 erhalten wird. Somit wird die temporäre Marke F2 dann gesetzt, wenn zwei aufeinan­ derfolgende Ermittlungsergebnisse einen Wert von IR zwischen I1 und I2 ergeben. Bei Vorliegen zweier solcher aufeinander­ folgender Ermittlungsergebnisse wird bestimmt, daß der Sauer­ stoffsensor 20 betriebsbereit ist und daher die Regelung des Luft-Brennstoffverhältnisses im geschlossenen Regelkreis be­ ginnen kann. Auf diese Weise ist eine schnelle und genaue Be­ stimmung der Betriebsbereitschaft des Sauerstoffsensors 20 ge­ währleistet.

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 2 unter gleichbleibenden Bedingungen über eine relativ lange Zeitspanne, wie beispiels­ weise bei einer Fahrt auf einer Schnellstraße, erfolgt selten eine Unterbrechung der Brennstoffzufuhr, so daß daher der hö­ here erste Schwellenwert I1, der nur einmal berücksichtigt wird, maßgebend für die Bestimmung der Betriebsbereitschaft des Sauerstoffsensors 20 ist. Der niedrigere zweite Schwellen­ wert I2, der zweimal nacheinander berücksichtigt wird, ist maßgebend für eine wirksame und schnelle Bestimmung der Be­ triebsbereitschaft des Sauerstoffsensors 20, wenn der Aus­ gangsstrom des eingeschalteten Sauerstoffsensors 20, bei­ spielsweise nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 2, re­ lativ klein ist.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Bestimmung des aktiven Zustands eines Sauerstoffsensors einer Brennkraftmaschine, bei der unter einer vorgegebenenen Bedingung eine Unterbrechung der Brenn­ stoffzufuhr erfolgt, gekennzeichnet durch

• - eine Einrichtung (14, 40) zur Bestimmung eines Betriebszu­ stands, in dem eine Unterbrechung der Brennstoffzufuhr er­ folgt,
• - eine erste Vergleichseinrichtung (40) zum Vergleichen des ermittelten Pegels des Sauerstoffsensors (20) mit einem vorbe­ stimmten ersten Wert (I1), wenn die Brennstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine (2) unterbrochen ist,
• - eine zweite Vergleichseinrichtung (40) zum Vergleichen des ermittelten Pegels des Sauerstoffsensors (20) mit einem vorbe­ stimmten zweiten Wert (I2), der kleiner als der erste Wert (I1) ist, wenn die Brennstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine (2) unterbrochen ist,
• - eine erste Ermittlungseinrichtung (40) zur Bestimmung des aktiven Zustands des Sauerstoffsensors (20), wenn die erste Vergleichseinrichtung (40) bestimmt, daß der ermittelte Pegel den ersten Wert (I1) einmal übersteigt, und
• - eine zweite Ermittlungseinrichtung (40) zur Bestimmung des aktiven Zustands des Sauerstoffsensors (20), wenn die zweite Vergleichseinrichtung (40) bestimmt, daß der ermittelte Pegel aufeinanderfolgend den zweiten Wert (I2) mindestens zweimal übersteigt.

2. Brennkraftmaschine mit einer mit einem Motorblock verbun­ denen Ansaugleitung zur Einleitung von Ansaugluft in den Mo­ torblock, einer Einrichtung, die zur Aufbereitung eines Luft- Brennstoffgemischs der Ansaugleitung eine Brennstoffmenge zu­ führt, einer mit dem Motorblock verbundenen Abgasanlage zur Ableitung von Abgasen aus dem Motorblock, einer in der Abgas­ anlage angeordneten Sensoreinrichtung zur Bildung eines von der Sauerstoffdichte im Abgas abhängigen elektrischen Signals, dessen Pegel das Luft-Brennstoffverhältnis des der Brennkraft­ maschine zugeführten Luft-Brennstoffgemischs angibt, und einer Einrichtung zur Regelung der der Brennkraftmaschine zugeführ­ ten Brennstoffmenge in Abhängigkeit vom Signal der Sensorein­ richtung und Regelung des Luft-Brennstoffverhältnisses auf einen vorbestimmten Wert, gekennzeichnet durch

• - eine Einrichtung (40) zur Unterbrechung der Brennstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine (2) in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Betriebszustand der Brennkraftmaschine (2),
• - eine Einrichtung (40) zur Unterbrechung der Brennstoffzufuhr von der Brennstoffzuführeinrichtung (50) zur Brennkraftma­ schine (2),
• - eine erste Vergleichseinrichtung (40) zum Vergleichen des ermittelten Pegels der Sensoreinrichtung (20) mit einem vorhe­ stimmten ersten Wert (I1), wenn die Brennstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine (2) unterbrochen ist,
• - eine zweite Vergleichseinrichtung (40) zum Vergleichen des ermittelten Pegels der Sensoreinrichtung (20) mit einem vorbe­ stimmten zweiten Wert (I2), der kleiner als der erste Wert (I1) ist, wenn die Brennstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine (2) unterbrochen ist,
• - eine erste Ermittlungseinrichtung (40) zur Bestimmung des aktiven Zustands der Sensoreinrichtung (20), wenn die erste Vergleichseinrichtung (40) bestimmt, daß der ermittelte Pegel den ersten Wert (I1) einmal übersteigt,
• - eine zweite Ermittlungseinrichtung (40) zur Bestimmung des aktiven Zustands der Sensoreinrichtung (20), wenn die zweite Vergleichseinrichtung (40) bestimmt, daß der ermittelte Pegel aufeinanderfolgend den zweiten Wert (I2) mindestens zweimal übersteigt,
• - eine Einrichtung zur Freigabe der Regelung des Luft-Brenn­ stoffverhältnisses im geschlossenen Regelkreis durch die Rege­ lungseinrichtung (40), wenn der aktive Zustand der Sensorein­ richtung (20) durch die erste Ermittlungseinrichtung (40) und/oder die zweite Ermittlungseinrichtung (40) bestimmt wird.

3. Brennkaftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (20) ein Magergemischsensor ist, der ein elektrisches Signal erzeugt, das stetig in Abhängigkeit vom Luft-Brennstoffverhältnis veränderlich ist.