DE4122828A1 - Luft-brennstoff-verhaeltnis-steuersystem - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuer­ system zum Steuern des Luft-Brennstoff-Verhältnisses (A/F) einer Luft- Brennstoff-Mischung, die einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung zugeführt werden soll.

Im Stand der Technik wurde ein linearer A/F-Sensor vorgeschlagen, der das Sauerstoffkonzentrationszellenvermögen und das Sauerstoffionenpumpvermögen von Zirkonerde (Zirkondioxid) nutzt, um festzustellen, ob das Luft-Brenn­ stoff-Verhältnis auf einer magereren oder reicheren Seite eines stöchio­ metrischen Verhältnisses liegt, und um ebenfalls den Wert des Luft-Brenn­ stoff-Verhältnisses festzustellen (vgl. die japanische offengelegte Patent­ veröffentlichung Nr. 63(1988)-36 140).

Nachstehend wird unter Bezug auf die Fig. 17 bis 20 der Zeich­ nungen ein konventioneller linearer A/F-Sensor beschrieben. Fig. 17 zeigt einen linearen A/F-Sensor mit einer Sensorzelle 20 und einer Pumpzelle 21, die voneinander getrennt dargestellt sind, und jede weist eine Vorrichtung aus stabilisierter Zirkonerde auf. Die Sensorzelle 20 und die Pumpzelle 21 sind miteinander über eine Isolierschicht 22 gekuppelt. Die Sensorzelle 20 und die Pumpzelle 21 weisen jeweils Diffusionslöcher 23, 24 auf, die in ihnen ausgebildet sind, um hierdurch Auspuffgase von einer Brennkraft­ maschine zu leiten. In der Isolierschicht 22 ist ein Nachweishohlraum 25 ausgebildet, in welchen Auspuffgase durch die Diffusionslöcher 23, 24 mit­ tels der Sensorzelle 22 und der Pumpzelle 21 eingeführt werden können. Die Diffusionslöcher 23, 24 und der Nachweishohlraum 25 dienen zusammen als ein Element zum Steuern der Geschwindigkeit, mit welcher die Auspuffgase diffundiert werden. Die Isolierschicht 22 weist weiterhin eine Referenz­ kammer 25a auf, die unterhalb des Nachweishohlraumes 25 und von diesem be­ abstandet angeordnet ist, wobei die Referenzkammer 25a zwischen der Sen­ sorzelle 20 und der Pumpzelle 21 ausgebildet ist. Ein Referenzgas wie bei­ spielsweise atmosphärische Luft wird in die Referenzkammer 25a durch ein (nicht dargestelltes) Verbindungsloch eingeführt. Wie in Fig. 18 gezeigt ist, weist die Sensorzelle 20 poröse Elektroden 26, 27 aus Platin auf, und die Pumpzelle 21 ist mit porösen Elektroden 28, 29 aus Platin versehen, wobei die Elektroden 26, 27, 28 und 29 auch als Katalysator wirken. Die Sensorzelle 20 ist mit einer elektrischen Heizung 30 versehen, um die Zelle auf einen bestimmten Temperaturbereich zu erhitzen, beispielsweise 800±100°C, um die Sensorzelle 20 aktiv zu halten.

Die Sensorzelle 20 arbeitet als ein konventioneller O₂-Sensor, um eine elektromotorische Kraft zu entwickeln, falls eine Sauerstoffkonzentrations­ differenz zwischen den Elektroden 26, 27 besteht. Die Pumpzelle 21 weist die gleichen Eigenschaften auf wie die Sensorzelle 20 und dient zum Pum­ pen von Sauerstoff von einer negativen Elektrode zu einer positiven Elek­ trode, wenn ein elektrischer Strom (Pumpstrom Ip) zu einem Fluß zwischen den Elektroden 28, 29 veranlaßt wird.

Eine Steuereinrichtung 31 stellt eine elektromotorische Kraft Vs fest, die von der Sensorzelle 20 entwickelt wird, und steuert weiterhin den Pumpstrom Ip über eine Rückkopplungsschleife, um die elektromotorische Kraft Vs konstant zu halten, also um eine Sauerstoffkonzentration entspre­ chend einem stöchiometrischen Verhältnis in dem Hohlraum 25 oder den Dif­ fusionslöchern 23, 24 zu halten. Da der Pumpstrom Ip kontinuierlich in be­ zug auf das Luft-Brennstoff-Verhältnis variiert, wie in Fig. 19 gezeigt ist, kann das Luft-Brennstoff-Verhältnis aus dem Pumpstrom Ip berechnet werden.

Im einzelnen weist die Steuereinrichtung 31 einen Komparator 1 und einen Integrierverstärker 2 mit einer positiven und einer negativen Stromver­ sorgung auf. Der Komparator 1 vergleicht die elektromotorische Kraft Vs und eine Referenzspannung Vref, die dem stöchiometrischen Verhältnis ent­ spricht. Das Ausgangssignal von dem Komparator 1 wird durch den Integra­ tionsverstärker 2 integriert, dessen integriertes Ausgangssignal als der Pumpstrom Ip über einen Widerstand 5 an die Pumpzelle 21 angelegt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Spannungsabfall über dem Widerstand 5 durch einen Stromdetektor 3 nachgewiesen, der ein Spannungssignal erzeugt, das dem Pumpstrom Ip entspricht. Daher wird der Pumpstrom Ip durch den Strom­ detektor 3 indirekt nachgewiesen. Das Ausgangssignal des Stromdetektors 3 wird an einen Addierer 4 angelegt, der dann ein Ausgangssignal Vout er­ zeugt, in dem Bereich von 0 bis 5 Volt, welches das Luft-Brennstoff-Ver­ hältnis repräsentiert gemäß der nachfolgenden Gleichung:

Vout=G×Ip+Vstp,

wobei G die Strom-Spannungs-Wandlerverstärkung eines Strom-Spannungs- Wandlers ist, der aus dem Widerstand 5 und dem Stromdetektor 3 besteht, und Vstp eine Stufenspannung in dem Bereich von 0 bis 5 Volt.

Bei dem in Fig. 18 dargestellten konventionellen System wird der Span­ nungsabfall über den Widerstand 5 an einen Strominversionsdetektor 6 an­ gelegt, um die Richtung festzustellen, in welcher der Pumpstrom fließt, wodurch ein stöchiometrisches Luft-Brennstoff-Verhältnis Vstc erzeugt wird (vgl. Fig. 20).

Das Luft-Brennstoff-Verhältnis eines Verbrennungsmotors wird durch eine Rückkopplungssteuerschleife gesteuert, um ein Luft-Brennstoff-Zielverhält­ nis zu erreichen auf der Grundlage der Luft-Brennstoff-Verhältnisinforma­ tion, die durch einen Luft-Brennstoff-Verhältnissensor erzeugt wird. Wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis innerhalb eines engen Bereiches oder Fen­ sters nahe an dem stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis gesteuert wird, kann beispielsweise der Dreiwegekatalysator im Auspuffsystem äußerst wirksam arbeiten. Bei einem Magerkonzeptmotor, der einen Katalysator mit magerem NOx aufweist, und einen Dreiwegekatalysator in dem Auspuffsystem wird das Luft-Brennstoff-Verhältnis durch eine Rückkopplungssteuerschlei­ fe gesteuert, um ein Luft-Brennstoff-Zielverhältnis zu erreichen, also einen bestimmten magereren Wert, auf der Grundlage der Luft-Brennstoff- Verhältnisinformation von einem linearen A/F-Sensor.

Eine exakte Steuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses, so daß dieses einen Zielwert erreicht, während der Verbrennungsmotor in Betrieb ist, ist äußerst wesentlich für einen ökonomischeren Brennstoffverbrauch, eine ver­ größerte Motorausgangsleistung, eine stabilere Leerlaufgeschwindigkeit des Motors, einen reineren Ausstoß von Auspuffgasen, und für ein verbessertes Fahren. Es ist erforderlich, daß der lineare A/F-Sensor, der die Luft- Brennstoff-Verhältnisinformation zur Verfügung stellt, so gesteuert wird, daß er nicht thermisch verschlechtert und zerstört wird infolge einer Schwärzung.

Luft-Brennstoff-Verhältnissensoren, insbesondere ein linearer A/F-Sensor, weisen einen komplizierten Aufbau auf, und sollten aus einer Heizung, ei­ ner Sensorzelle und einer Pumpzelle in Kombination in Betrieb bestehen.

Wenn der lineare A/F-Sensor, oder insbesondere seine Pumpzelle, nicht ar­ beitet, dann neigen das Luft-Brennstoff-Verhältnissignal Vout und das Sig­ nal Vstc für das stöchiometrische Verhältnis zu einer Abweichung von ihren wahren Werten, und die von dem linearen A/F-Sensor erzeugte Luft-Brenn­ stoff-Verhältnisinformation wird wenig verläßlich.

Daher ist es für den Fall eines Ausfalls des linearen A/F-Sensors wün­ schenswert, daß der Ausfall früh festgestellt wird, daß der Luft-Brenn­ stoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuervorgang auf der Grundlage des Sensor­ ausgangssignals gestoppt wird, und daß statt dessen ein anderer Luft- Brennstoff-Verhältnissteuervorgang ausgeführt wird.

Es ist weiterhin für eine exakte Luft-Brennstoff-Verhältnissteuerung er­ forderlich, daß die Luft-Brennstoff-Verhältnisinformation zu sämtlichen Zeiten durch den linearen A/F-Sensor stabil erzeugt wird.

Das von dem linearen A/F-Sensor erzeugte Luft-Brennstoff-Verhältnissignal Vout stellt insoweit kein Problem dar, als der Sensor in einer stöchio­ metrischen Luft-Brennstoffmischungs-Atmosphäre arbeitet. Wenn jedoch der lineare A/F-Sensor ständig unter einer magereren Luft-Brennstoffmischungs- Atmosphäre arbeitet, dann neigt das Luft-Brennstoff-Verhältnissignal Vout des Sensors zu einer zeitlichen Variation, wie dies in Fig. 14 dargestellt ist.

Im einzelnen hat das von dem linearen A/F-Sensor erzeugte Luft-Brennstoff- Verhältnissignal Vout eine Neigung dazu, im Verlauf der Zeit geringer zu werden, wenn der Motor ständig so arbeitet, daß das Luft-Brennstoff-Ver­ hältnis im Hinblick auf ein bestimmtes magereres Luft-Brennstoff-Zielver­ hältnis gesteuert wird. Es ist bekannt, daß bei einer hohen Belastung des Motors, bei welcher das Luft-Brennstoff-Verhältnis momentan in Richtung auf die angereicherte Seite verschoben wird, der Pumpstrom seine Richtung in dem Zeitraum ER ändert (Fig. 14) und dann erreicht das Luft-Brennstoff- Verhältnis denselben Wert wie zum Startzeitpunkt ST, so daß also angenom­ men wird, daß die O₂-Nachweiseigenschaften wiedergewonnen wurden am Ende der Periode ER.

Zu dem Zeitpunkt, an welchem das Ausgangssignal von dem linearen A/F-Sen­ sor irgendeine Störung anzeigt, wird daher die hierdurch erzeugte Luft- Brennstoff-Verhältnisinformation weniger verläßlich.

Es ist daher im Falle eines Ausfalls des linearen A/F-Sensors wünschens­ wert zu bestimmen, ob der Sensor eine Fehlfunktion aufweist, von welcher er sich wieder erholen kann, oder einen Ausfall, von dem er sich nicht wieder erholen kann, so daß jeder nachfolgende Rückkopplungssteuervorgang für das Luft-Brennstoff-Verhältnis unterbrochen werden kann oder ein an­ derer Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuervorgang anstelle des Rückkopplungssteuervorgangs ausgewählt werden kann.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystems, welches verläßlich zumindest ei­ nen Ausfall feststellen kann, von welchem sich ein Luft-Brennstoff-Verhält­ nissensor nicht erholen kann, und welches daraufhin einen geeigneten Vor­ gang in Abhängigkeit von dem Ausfall ausführen kann, um hierdurch unter­ schiedliche Probleme zu vermeiden, wie beispielsweise eine ungenügende Rei­ nigung des Auspuffgases, eine verschlechterte Fahrbarkeit, und einen insta­ bilen Motorleerlauf.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Luft-Brennstoff-Verhältnis- Steuersystem für eine Verbrennungskraftmaschine auf einem Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt mit einem Luft-Brennstoff-Verhältnissensor zur Erzeugung eines Luft-Brennstoff-Verhältnissignals, welches die Konzentra­ tion von Sauerstoff in einem Auspuffgas anzeigt, das durch eine verbrann­ te Luft-Brennstoffmischung in dem Verbrennungsmotor erzeugt wird, und mit einer Ausfallfeststelleinrichtung, die auf ein Ausgangssignal von dem Luft-Brennstoff-Verhältnissensor und ein Luft-Brennstoff-Zielverhältnis reagiert, welches abhängig von Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs be­ stimmt wird, um zumindest einen nicht reparierbaren Ausfall des Luft- Brennstoff-Verhältnissensors über einen Vergleich zwischen dem Ausgangs­ signal und dem Luft-Brennstoff-Zielverhältnis festzustellen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Luft-Brennstoff-Ver­ hältnis-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine auf einem Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt mit einem Luft-Brennstoff-Verhältnissensor zur Er­ zeugung eines Luft-Brennstoff-Verhältnissignals, welches die Konzentra­ tion von Sauerstoff in einem Auspuffgas anzeigt, das durch eine verbrann­ te Luft-Brennstoffmischung in dem Verbrennungsmotor erzeugt wurde, mit einer ersten Einrichtung mit einer Ausfallbestimmungseinrichtung, die auf ein Ausgangssignal von dem Luft-Brennstoff-Verhältnissensor und ein Luft- Brennstoff-Verhältnisziel reagiert, welches abhängig von Betriebszustän­ den des Kraftfahrzeugs festgestellt wird, um zumindest einen nicht repa­ rierbaren Ausfall des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors über einen Ver­ gleich zwischen dem Ausgangssignal und dem Luft-Brennstoff-Verhältnisziel­ wert festzustellen, mit einer Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungs­ steuereinrichtung zur Korrektur eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses ent­ sprechend zumindest dem Luft-Brennstoff-Verhältnissignal, so daß ein tat­ sächliches Luft-Brennstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors gleich dem Luft-Brennstoff-Verhältniszielwert gemacht wird, und mit einer zweiten Ein­ richtung mit einer Ausfallbearbeitungseinrichtung, um die Luft-Brennstoff- Verhältnis-Rückkopplungssteuereinrichtung außer Betrieb zu setzen und den Luft-Brennstoff-Verhältnissensor, in Reaktion auf ein Ausgangssignal von der Ausfallfeststelleinrichtung, welches einen nicht reparierbaren Ausfall des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors anzeigt.

Das Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem vergleicht ein Luft-Brennstoff- Verhältnis, welches durch Luft-Brennstoff-Verhältnisinformation von einem Luft-Brennstoff-Verhältnissensor angezeigt wird, mit einem Luft-Brennstoff- Zielverhältnis, welches abhängig von Betriebsbedingungen eines Motorfahr­ zeugs bestimmt wird, bei welchem das Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem vorgesehen ist, um verläßlich zumindest einen Ausfall des Luft-Brennstoff- Verhältnissensors festzustellen. Wenn ein Ausfall des Luft-Brennstoff-Ver­ hältnissensors entdeckt wird, dann wird ein Luft-Brennstoff-Verhältnis- Rückkopplungssteuerverfahren angehalten, und der Luft-Brennstoff-Verhält­ nissensor wird außer Betrieb gesetzt, wodurch verhindert wird, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis mit einem Fehler korrigiert wird, der auf einem Ausgangssignal von dem Luft-Brennstoff-Verhältnissensor beruht, der ausge­ fallen ist.

Das Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem ist daher wirksam, um das Auf­ treten von Problemen zu verhindern, wie beispielsweise einer schlechten Auspuffgasreinigung, einer verschlechterten Fahrbarkeit, und eines insta­ bilen Motorleerlaufs.

Die voranstehenden und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegen­ den Erfindung werden nachstehend weiter anhand der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert, wodurch beispielhaft bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung er­ läutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Luft-Brennstoff-Ver­ hältnis-Steuersystem gemäß einer Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung;

Fig. 2 ein detailliertes Blockschaltbild, teilweise im Querschnitt, des in Fig. 1 dargestellten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuer­ systems;

Fig. 3a) und 3b) Diagramme mit einer Darstellung eines Signals Vstc für ein sstöchiometrisches Verhältnis, das in dem in Fig. 2 darge­ stellten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem erzeugt wird;

Fig. 7 bis 10 Flußdiagramme von Unterprogrammen eines Steuerprogramms zur Feststellung eines Ausfalls eines Luft-Brennstoff-Verhältnis­ sensors;

Fig. 8a) und 8b) Flußdiagramme einer Hauptroutine des Steuerprogramms zur Feststellung eines Ausfalls eines Luft-Brennstoff-Verhält­ nissensors, wobei das Steuerprogramm durch eine Steuerung in dem in Fig. 2 dargestellten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuer­ system ausgeführt wird;

Fig. 9 ein Flußdiagramm eines Steuerprogramms zur Berechnung einer einzuspritzenden Brennstoffrate, wobei die Steuerprogramme ebenfalls durch die Steuerung in dem in Fig. 2 dargestellten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem ausgeführt werden;

Fig. 10 ein schematisches Blockschaltbild eines Luft-Brennstoff-Ver­ hältnis-Steuersystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 ein Blockschaltbild, teilweise im Querschnitt, des in Fig. 10 erläuterten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystems;

Fig. 12 ein Schaltbild einer Sensortreiberschaltung in dem in Fig. 11 dargestellten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem;

Fig. 13 ein Diagramm zur Erläuterung unterschiedlicher Zonen in be­ zug auf eine Luft-Brennstoff-Verhältnisdifferenz in dem in Fig. 11 dargestellten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem;

Fig. 14 ein Diagramm mit einer Darstellung der zeitlichen Variation des Ausgangssignals eines linearen A/F-Sensors;

Fig. 15a) und 15b) ein Flußdiagramm einer Hauptroutine eines Steuerpro­ gramms zum Steuern eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses, wobei das Steuerprogramm durch eine Steuerung in dem in Fig. 11 dar­ gestellten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem ausgeführt wird;

Fig. 15c) und 16 Flußdiagramme von Unterroutinen des Steuerprogramms zum Steuern eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses;

Fig. 17 eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung eines konven­ tionellen Luft-Brennstoff-Verhältnissensors;

Fig. 18 eine schematische Ansicht, teilweise in Blockdarstellung, des in Fig. 17 dargestellten konventionellen Luft-Brennstoff-Ver­ hältnissensors;

Fig. 19 ein Diagramm mit einer Darstellung der Beziehung zwischen einem Pumpstrom und einem Luft-Brennstoff-Verhältnis; und

Fig. 20 ein Diagramm mit einer Darstellung eines Signals für ein stöchiometrisches Verhältnis, dessen Höhe von der Richtung des Pumpstroms abhängt.

Nachstehend erfolgt eine ins einzelne gehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist das Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuer­ system allgemein einen Luft-Brennstoff-Verhältnissensor auf, eine erste Einrichtung mit einer Ausfallfeststelleinrichtung, einer Luft-Brennstoff- Verhältnis-Rückkopplungssteuereinrichtung, und eine zweite Einrichtung mit einer Ausfallbearbeitungseinrichtung.

Der Luft-Brennstoff-Verhältnissensor weist eine Pumpzelle auf, eine Sen­ sorzelle, eine Steuereinrichtung, eine erste Luft-Brennstoff-Verhältnis- Feststelleinrichtung, und eine zweite Luft-Brennstoff-Verhältnis-Fest­ stelleinrichtung.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist das Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem in einem Steuersystem für ein Brennstoffversorgungssystem für einen Ver­ brennungsmotor angeordnet. Das Steuersystem für das Brennstoffzufuhrsystem berechnet eine dem Motor zuzuführende Brennstoffrate auf der Grundlage ei­ ner Information bezüglich des Luft-Brennstoff-Verhältnisses (A/F), welche von einem linearen A/F-Sensor S erzeugt wird, der in einem Auspuffkanal des Motors angeordnet ist, und das Brennstoffzufuhrsystem weist eine Brenn­ stoffeinspritzdüse N auf, um die berechnete Brennstoffrate in einen Einlaß­ kanal des Motors einzuspritzen.

Der Luft-Brennstoff-Verhältnissensor umfaßt den linearen A/F-Sensor S, ei­ ne als die Steuereinrichtung mit dem linearen A/F-Sensor verbundene Steuer­ einrichtung 31, einen Stromdetektor 3, einen Addierer 4, und einen Strom­ bestimmungswiderstand 5. Der Luft-Brennstoff-Verhältnissensor ist ebenso ausgebildet wie der konventionelle Luft-Brennstoff-Verhältnissensor, der in Fig. 18 gezeigt ist, und wird nicht nachfolgend im einzelnen beschrie­ ben.

In Fig. 2 weist die Steuereinrichtung 31 einen Komparator 1 und einen In­ tegrierverstärker 2 mit einer positiven und einer negativen Stromversor­ gung auf. Der Komparator 1 vergleicht eine elektromotorische Kraft Vs, die zwischen den Elektroden 26, 27 der Sensorzelle 20 erzeugt wird, mit einer Referenzspannung Vref, beispielsweise 0,4 Volt. Das Ausgangssignal von dem Komparator 1 wird dem Integrierverstärker 2 zugeführt und durch diesen integriert, und dessen positives oder negatives Ausgangssteuersig­ nal wird zwischen den Elektroden 28, 29 der Pumpzelle 21 angelegt, um der Pumpzelle einen Pumpstrom Ip zuzuführen, so daß die elektromotorische Kraft Vs gleich der Referenzspannung Vref gemacht wird (Vs=Vref).

Der Widerstand 5 und der Stromdetektor 3 dienen zusammen als die erste Luft-Brennstoff-Verhältnis-Nachweiseinrichtung. Im einzelnen bestimmt der Stromdetektor 3 den Pumpstrom Ip auf der Grundlage eines Spannungsabfalls, der sich über dem Widerstand 5 entwickelt. Der Pumpstrom Ip, der die Luft- Brennstoff-Verhältnisinformation trägt, wird durch den Addierer 4 in ein Luft-Brennstoff-Verhältnissignal Vout in dem Bereich von 0 bis 5 Volt ge­ wandelt. Dann wird das Luft-Brennstoff-Verhältnissignal Vout an eine Motor­ steuerung 37 angelegt.

Eine Pumpspannung Vp, die sich zwischen den Elektroden 28, 29 der Pumpzelle 21 entwickelt, wird an einem Punkt A durch die zweite Luft-Brennstoff-Ver­ hältnis-Nachweiseinrichtung bestimmt, wobei der Punkt A auf der Leitung liegt, mit welcher der Pumpstrom Ip der Pumpzelle 21 zugeführt wird. Die zweite Luft-Brennstoff-Verhältnis-Nachweiseinrichtung weist einen Puffer­ verstärker 8 auf, der mit dem Punkt A verbunden ist, ein CR-Filter 10, ei­ nen Operationsverstärker 11, einen Widerstand 17 und zwei Dioden 15, 16.

Im einzelnen wird die Pumpspannung Vp über einen Widerstand 12 an den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 11 angelegt, dessen Ausgangssignal über einen Widerstand 13 zurück an seinen inver­ tierenden Eingangsanschluß angelegt wird. Eine Spannung mit einer Ver­ schiebung nach oben wird über einen Widerstands-Spannungsteiler 14 an den nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 11 angelegt. Die einander parallel geschalteten beiden Dioden 15, 16 sind mit umgekehrter Polarität zwischen eine Stromversorgung einer bestimm­ ten Spannung und Masse geschaltet. Die Verbindung zwischen den Dioden 15, 16 ist mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 11 über einen Widerstand 17 verbunden. Mit dieser Anordnung dient die zweite Luft- Brennstoff-Verhältnis-Nachweiseinrichtung als ein Verstärker, der ein Abschneidevermögen (clipping) aufweist. Das CR-Filter 10 dient zur Ver­ hinderung eines Stromstoßes und zur Entfernung von Rauschen.

Grundsätzlich weist die Pumpspannung Vp einen charakteristischen Verlauf auf wie er in Fig. 3a) gezeigt ist, der plötzlich bei dem stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis springt oder ansteigt. Da die elektromotorische Kraft der Pumpzelle die Pumpspannung Vp überlappt, erzeugt die zweite Luft- Brennstoff-Verhältnis-Nachweiseinrichtung als ihr Ausgangssignal ein Signal Vstc für das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis, welches unter­ schiedliche Pegel auf der magereren und angereicherteren Seite des stöchio­ metrischen Luft-Brennstoff-Verhältnisses aufweist. Das Signal Vstc für das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis wird an die Motorsteuerung 37 angelegt. Da die zweite Luft-Brennstoff-Verhältnis-Nachweiseinrichtung hauptsächlich aus dem Operationsverstärker 11 besteht, weist das Signal Vstc für das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis einen verhältnis­ mäßig glatten Signalverlauf auf, wie in Fig. 3b) gezeigt ist. Daher zeigt die zweite Luft-Brennstoff-Verhältnis-Nachweiseinrichtung Ausgangssignal­ eigenschaften, die ähnlich sind wie bei einem Sensor für das stöchiometri­ sche Luft-Brennstoff-Verhältnis.

Der lineare A/F-Sensor S weist eine elektrische Heizung 30 auf, um den Sen­ sor zu erhitzen, und die elektrische Heizung 30 ist mit einem Heizungstrei­ ber 32 verbunden. Der Heizungstreiber 32 weist eine bekannte Brückenschal­ tung oder dergleichen (nicht dargestellt) auf, um einen Heizungswiderstand R_H auf einem vorbestimmten Wert zu halten.

Die Sensorzelle 20 ist weiterhin an eine Nachweisschaltung 38 angeschlos­ sen, um die elektromotorische Kraft nachzuweisen, die von der Sensorzelle 20 erzeugt wird, und um ein Ausgangssignal Vs zu erzeugen, welches der festgestellten elektromotorischen Kraft entspricht.

Eine Pumpstromabschneideschaltung 39 ist angeschlossen, um den Eingangsan­ schluß des Integrierverstärkers 2 beispielsweise mit Masse zu verbinden. Daher schneidet in Reaktion auf ein Pumpstromabschneidesignal von der Steue­ rung 37 die Pumpstromabschneideschaltung 39 den Pumpstrom Ip dadurch ab, daß der Eingangsanschluß des Integrierverstärkers 3 an Masse gelegt wird.

Ein Starterschalter 40 ist in einer Kombinationsschalteranordnung (nicht dargestellt) des Motors vorgesehen und legt ein EIN- oder AUS-Signal an die Steuerung 37 an.

Die Steuerung 37 besteht hauptsächlich aus einem Mikrocomputer und weist Treiber 371, 372 auf, eine Eingangs/Ausgangs-Schnittstelle 373 zum Empfang unterschiedlicher Ausgangssignale und zum Anlegen von Steuersignalen an die Treiber 371, 372, einen Speicher 374, der ein Steuerprogramm zur Fest­ stellung eines Ausfalls speichert (vgl. Fig. 4 bis 8a) und 8b)), ein Steuerprogramm zur Berechnung einer einzuspritzenden Brennstoffrate (siehe Fig. 9) , und unterschiedliche charakteristische Daten und Werte, und weist eine Steuereinheit 375 auf, um unterschiedliche Steuerwerte entsprechend der Steuerprogramme zu berechnen.

Die Funktionen der Steuerung werden nachstehend unter Bezug auf Fig. 1 be­ schrieben. Die Steuerung 37 weist die erste Einrichtung auf, die wie vor­ anstehend beschrieben, die Ausfallfeststelleinrichtung umfaßt. Die Aus­ fallfeststelleinrichtung empfängt ein Signal von zumindest entweder der ersten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Nachweiseinrichtung, die das Luft-Brenn­ stoff-Verhältnissignal Vout erzeugt abhängig von dem Steuerstrom von der Steuereinrichtung, oder der zweiten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Nachweis­ einrichtung, die das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnissignal Vstc in Reaktion auf die festgestellte Steuerspannung erzeugt, die an die Pumpzelle durch die Steuereinrichtung angelegt wird. Die Ausfallfeststell­ einrichtung vergleicht dann das empfangene Signal mit einem Luft-Brenn­ stoff-Verhältnis-Zielsignal, um festzustellen, ob das verglichene Signal in einen zulässigen Bereich fällt. Falls das verglichene Signal nicht in den zulässigen Bereich fällt, dann stellt die Ausfallfeststelleinrichtung fest, daß der Luft-Brennstoff-Verhältnissensor einen Ausfall hat.

Die Steuerung 37 weist weiterhin die zweite Einrichtung auf, welche die Ausfallbearbeitungseinrichtung umfaßt, und die Luft-Brennstoff-Verhältnis- Rückkopplungssteuereinrichtung, die eine Rückkopplungssteuerung der Brenn­ stoffrate durchführt, die eingespritzt werden soll, auf der Grundlage des Luft-Brennstoff-Verhältnissignals. In Reaktion auf ein Ausfallsignal von der ersten Einrichtung hält die Ausfallbearbeitungseinrichtung den Luft- Brennstoff-Verhältnissteuervorgang an, der durch die Luft-Brennstoff- Verhältnis-Rückkopplungssteuerungseinrichtung ausgeführt wird, in Zusammen­ arbeit mit der Pumpstromabschneideschaltung 39. Wenn die Pumpstromabschnei­ deschaltung 39 in Betrieb gesetzt wird, erzeugt - wie nachstehend beschrie­ ben wird - der Luft-Brennstoff-Verhältnissensor ein Quasi-Signal, welches anzeigt, daß der Nachweishohlraum auf einer stöchiometrischen Luft-Brenn­ stoffmischungs-Atmosphäre gehalten wird.

Nachstehend wird unter Bezug auf die Flußdiagramme der Fig. 4 bis 9 ein Verfahren beschrieben zur Bestimmung eines Ausfalls des Luft-Brennstoff- Verhältnissensors sowie ein Verfahren zur Berechnung einer Brennstoffrate, die in den Motor eingespritzt werden soll, wobei die Verfahren zum selben Zeitpunkt ausgeführt werden, in welchem die einzuspritzende Brennstoffrate unter einer Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerung und unter nicht-rückgekoppelten Steuervorgängen mittels der Steuerung 37 durchge­ führt werden.

Das Ausfallfeststellungsverfahren wird entsprechend dem Steuerprogramm durchgeführt, welches in den Fig. 4, 5, 6, 7, 8a) und 8b) gezeigt ist. Das Steuerprogramm weist eine Hauptroutine auf, die in den Fig. 8a) und 8b) dargestellt ist. In der Hauptroutine wird in einem Schritt a1 die Heizung 30 eingeschaltet, und daraufhin folgt ein Schritt a2, welcher be­ stimmt, ob eine Startermarke 1 ist oder nicht. Ist die Startermarke nicht 1, dann verzweigt die Steuerung zu einem Schritt a8, und wenn die Starter­ marke 1 ist, dann geht die Steuerung mit einem Schritt a3 weiter. Die Startermarke wird gesetzt, wenn der Starterschalter SW eingeschaltet wird, wie in Fig. 7 gezeigt ist.

Die Startermarke wird auf 0 in dem Schritt a3 zurückgesetzt, und in einem Schritt a4 bzw. a5 werden Brennstoff-Festlegungsmarken F1, F2 bzw. eine Pumpenzellenbetriebsmarke gesetzt, die es gestattet, daß der Pumpenstrom Ip zugeführt wird. In einem Schritt a6 wird ein Sensorstartzeitgeber zu­ rückgesetzt, der eine Zeit festlegt, zu welcher der lineare A/F-Sensor S gestartet wird. Dann wird der Sensorstartzeitgeber in einem Schritt a7 gestartet. Daher zählt der Sensorstartzeitgeber den Zeitraum von dem Zeit­ punkt, wenn der Starterschalter SW von dem AUS-Zustand zu dem EIN-Zustand umschaltet. Ein nächster Schritt a8 legt fest, ob der Zählwert des Sensor­ startzeitgebers einen vorbestimmten Wert R überschreitet, der auf ein Zeitintervall gesetzt wurde, welches genügend lang ist, um den Luft-Brenn­ stoff-Verhältnissensor zu aktivieren, während der Motor warm wird. Wenn der Zählwert des Sensorstartzeitgebers nicht den vorbestimmten Wert R über­ schreitet, dann geht die Steuerung über zu einem Schritt a15, in welchem der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuervorgang unterbunden wird. Dann wird der rückkopplungsfreie Steuervorgang in einem Schritt a16 ausge­ führt, es wird also eine einzuspritzende Brennstoffrate aus einem vorbe­ stimmten Routinenverzeichnis festgelegt, auf der Grundlage der Motordreh­ geschwindigkeit und der Motorbelastung, und die festgelegte Brennstoffrate wird in einem bestimmten Speicherbereich gespeichert. Daraufhin geht die Steuerung von dem Schritt a16 zurück zu dem Schritt a1.

Gleichzeitig hiermit wird eine (nicht gezeigte) Brennstoffeinspritzroutine ausgeführt in Reaktion auf einen Interrupt (Unterbrechungsbefehl) bei einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel, um hierdurch Brennstoff einzuspritzen und so ein vorbestimmtes Luft-Brennstoff-Zielverhältnis zu erreichen.

Da die Startermarke in dem Schritt a2 0 ist, geht daraufhin die Steuerung von dem Schritt a2 direkt zu dem Schritt a8 über. Wenn in dem Schritt a8 der Zählwert des Sensorstartzeitgebers den vorbestimmten Wert R über­ schreitet, dann geht die Steuerung mit einem Schritt a9 weiter. Falls der Sensorstartzeitgeber immer noch in Betrieb ist, wird im Schritt a9 dessen Zählbetrieb angehalten, während der bislang erhaltene Zählwert beibehalten wird. Dann geht die Steuerung von dem Schritt a9 zu einem Schritt a10 über.

Der Schritt a10 legt fest, ob die Pumpenzellenbetriebsmarke 1 ist oder nicht. Ist die Pumpenzellenbetriebsmarke nicht 1, dann geht die Steuerung mit einem Schritt a11 weiter, in welchem die Pumpenzelle 21 in Betrieb ge­ setzt wird. Dann wird die Pumpenzellenbetriebsmarke in einem Schritt a12 auf 1 gesetzt, gefolgt von einem Schritt a13, in welchem ein Pumpenzellen­ betriebszeitgeber gestartet wird. Ein Schritt a14 bestimmt, ob der Zähl­ wert des Pumpenzellenbetriebszeitgebers einen vorbestimmten Wert ε über­ schreitet, der auf ein Zeitintervall gesetzt wurde, das genügend lang ist, um das Ausgangssignal des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors zu stabilisie­ ren. Falls der Zählwert des Pumpenzellenbetriebszeitgebers nicht den vor­ bestimmten Wert ε überschreitet, dann geht die Steuerung zu dem Schritt a15 über, um den rückkopplungsfreien Steuervorgang fortzusetzen. Wenn der Zählwert des Pumpenzellenbetriebszeitgebers den vorbestimmten Wert ε über­ schreitet, also wenn die vorbestimmte Wartezeit verstrichen ist, und der Pumpenstrom Ip verläßlich wird, dann geht die Steuerung von dem Schritt a14 zu einem Schritt a17 über. Wenn der Pumpenzellenbetriebszeitgeber noch in Betrieb ist, so wird in dem Schritt a17 dessen Zählbetrieb gestoppt, während der bislang erhaltene Zählwert beibehalten wird. Dann geht die Kontrolle von dem Schritt a17 zu einem Schritt a18 über.

Der Schritt a18 und nachfolgende Schritte a19, a20 legen fest, ob der lineare A/F-Sensor S ausgefallen ist oder nicht.

Der Schritt a18 ist als ein Unterroutine Nr. 1 in Fig. 4 dargestellt. Die Unterroutine Nr. 1 legt fest, ob der lineare A/F-Sensor S ausgefallen ist oder nicht, auf der Grundlage des Luft-Brennstoff-Verhältnissignals Vout. Falls die Brennstoffbestimmungsmarke F1 nicht in einem Schritt b1 gleich 1 ist und der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuervorgang in einem Schritt b2 ausgeführt wird, dann geht die Steuerung über zu einem Schritt b3. Ist die Brennstoff-Festlegungsmarke F1 in dem Schritt b1 gleich 1 und der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuervorgang wird nicht in dem Schritt b2 ausgeführt, dann kehrt die Steuerung zu der Hauptroutine zurück, die in den Fig. 8a) und 8b) gezeigt ist.

Der Schritt b3 liest ein Luft-Brennstoff-Zielverhältnis, welches bereits in der Hauptroutine bestimmt wurde, abhängig von Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs, welches das Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Dann wird das Luft-Brennstoff-Ver­ hältnissignal Vout von dem linearen A/F-Sensor S in einem Schritt b4 ein­ gelesen. Ein Schritt b5 wandelt daraufhin das Luft-Brennstoff-Verhältnis­ signal Vout in ein aktuelles Luft-Brennstoff-Verhältnis entsprechend ei­ nem vorbestimmten Routinenverzeichnis (nicht dargestellt) von Luft-Brenn­ stoff-Verhältnissen gegenüber Luft-Brennstoff-Verhältnissignalen.

Ein Schritt b6 berechnet eine Abweichung oder einen Fehler ΔA/F zwischen dem Luft-Brennstoff-Zielverhältnis und dem ermittelten Luft-Brennstoff- Verhältnis von dem Luft-Brennstoff-Verhältnissensor. Ein Schritt b7 stellt dann fest, ob der Fehler ΔA/F einen vorbestimmten Wert α überschreitet, um festzustellen, ob ein Sensorausfall vorliegt oder nicht. Falls der Feh­ ler ΔA/F nicht den vorbestimmten Wert α überschreitet, dann kehrt die Steuerung zu der Hauptroutine zurück. Überschreitet der Fehler ΔA/F den vorbestimmten Wert α, dann wird die Brennstoff-Festlegungsmarke F1 auf 1 gesetzt in einem Schritt b8. Daraufhin kehrt die Steuerung zu der Haupt­ routine zurück.

Der Schritt a19 ist eine Unterroutine Nr. 2 in Fig. 5. Die Unterroutine Nr. 2 legt fest, ob der lineare A/F-Sensor S ausgefallen ist oder nicht, auf der Grundlage des Signals Vstc für das stöchiometrische Luft-Brenn­ stoff-Verhältnis. Ist in einem Schritt c1 die Brennstoff-Festlegungsmarke F2 nicht gleich 1 und wird in einem Schritt c2 der Luft-Brennstoff-Ver­ hältnis-Rückkopplungssteuervorgang durchgeführt, dann geht die Steuerung zu einem Schritt c3 über. Ist in dem Schritt c1 die Brennstoff-Festlegungs­ marke F2 gleich 1 und wird in dem Schritt c2 nicht der Luft-Brennstoff- Verhältnis-Rückkopplungssteuervorgang durchgeführt, dann kehrt die Steue­ rung zu der in den Fig. 8a) und 8b) dargestellten Hauptroutine zurück.

Der Schritt c3 liest das Luft-Brennstoff-Zielverhältnis, welches bereits in der Hauptroutine in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Kraftfahzeu­ ges bestimmt wurde. Dann legt ein Schritt c4 fest, ob das Luft-Brennstoff- Zielverhältnis nahe an dem stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis liegt (also in einen Bereich fällt, der in Fig. 3 durch e angedeutet ist). Ist das Luft-Brennstoff-Zielverhältnis nahe an dem stöchiometrischen Luft- Brennstoff-Verhältnis, dann kehrt die Steuerung zu der Hauptroutine zurück, und falls nicht, geht die Steuerung mit einem Schritt c5 weiter.

Der Schritt c5 bestimmt, ob das Luft-Brennstoff-Zielverhältnis fetter ist als das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis. Bejahendenfalls geht die Steuerung über zu einem Schritt c6, und falls nicht, geht die Steue­ rung über zu einem Schritt c8.

Der Schritt c6 liest das momentane Signal Vstc für das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis, und ein darauffolgender Schritt c7 bestimmt, ob das gelesene stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnissignal Vstc ei­ nen fetteren Wert anzeigt. Zeigt es einen fetteren Wert in dem Schritt c7 an, dann kehrt die Steuerung zu der Hauptroutine zurück. Wenn das Signal Vstc für das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis einen magereren Wert im Schritt c7 anzeigt, so wird, da das Luft-Brennstoff-Zielverhältnis fetter ist als das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis, und da der Zielwert und der stöchiometrische Wert für das Luft-Brennstoff-Verhältnis nicht miteinander übereinstimmen, festgelegt, daß der Luft-Brennstoff-Ver­ hältnissensor einen Ausfall aufweist, und die Steuerung geht über zu einem Schritt c10, in welchem die Brennstoffbestimmungsmarke F2 auf 1 gesetzt wird. Daraufhin kehrt die Steuerung zu der Hauptroutine zurück. Der Schritt c8 liegt das momentane Signal Vstc für das stöchiometrische Luft-Brenn­ stoff-Verhältnis, und ein darauffolgender Schritt c9 bestimmt, ob das ge­ lesene Signal Vstc für das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis ei­ nen fetteren Wert anzeigt. Falls es einen magereren Wert in dem Schritt c9 anzeigt, dann kehrt die Steuerung zu der Hauptroutine zurück. Falls in dem Schritt c9 das Signal Vstc für das stöchiometrische Luft-Brennstoff- Verhältnis einen fetteren Wert anzeigt, dann wird, da das Luft-Brennstoff- Zielverhältnis magerer ist als der stöchiometrische Luft-Brennstoff-Ver­ hältnis, und da das Luft-Brennstoff-Zielverhältnis und das stöchiometri­ sche Luft-Brennstoff-Verhältnis nicht miteinander übereinstimmen, bestimmt, daß der Luft-Brennstoff-Verhältnissensor einen Ausfall erleidet, und die Steuerung geht zu dem Schritt c10 über, in welchem die Brennstoff-Fest­ legungsmarke F2 auf 1 gesetzt wird. Dann kehrt die Steuerung zu der Haupt­ routine zurück.

Das Schritt a20 ist als eine Unterroutine Nr. 3 in Fig. 6 gezeigt. Die Unterroutine Nr. 3 legt fest, ob der lineare A/F-Sensor S ausgefallen ist oder nicht, auf der Grundlage der elektromotorischen Kraft Vs, die durch die Sensorzelle 20 erzeugt wird. Falls die Brennstoff-Festlegungsmarke F1 in einem Schritt d1 nicht gleich 1 ist, dann geht die Steuerung über zu einem Schritt d2. Falls die Brennstoff-Festlegungsmarke F1 in dem Schritt d1 gleich 1 ist, dann kehrt die Steuerung zu der Hauptroutine zurück, die in den Fig. 8a) und 8b) gezeigt ist.

In dem Schritt d2 wird die von der Sensorzelle 20 erzeugte elektromotori­ sche Kraft Vs durch die Nachweisschaltung 38 festgestellt. Dann ermittelt ein Schritt d3, ob die festgestellte elektromotorische Kraft Vs, die auf beispielsweise 450 mV gesetzt sein kann, in einen zulässigen Bereich von ϕ bis ψ fällt oder nicht. Der zulässige Bereich wurde vorher experimentell bestimmt. Falls die elektromotorische Kraft Vs in dem Schritt d3 in den zulässigen Bereich fällt, dann kehrt die Steuerung zu der Hauptroutine zurück. Liegt die elektromotorische Kraft Vs außerhalb des zulässigen Be­ reiches, dann wird bestimmt, daß die Sensorzelle 20 irgendeinem Ausfall unterliegt, und die Brennstoff-Festlegungsmarke F1 wird in einem Schritt d4 auf 1 gesetzt. Daraufhin kehrt die Steuerung zu der Hauptroutine zurück.

Nach den Unterroutinen Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 3 in den Schritten a18, a19, a20 geht die Steuerung zu einem Schritt a21 in der Hauptroutine über. Der Schritt a21 bestimmt, ob die Brennstoff-Festlegungsmarke F1 0 ist oder nicht. Ist die Brennstoff-Festlegungsmarke F1 nicht 0, dann wird ein Pumpenzellen-Betriebsstoppsignal über den Treiber 372 an die Pump­ stromabschneideschaltung 39 angelegt, um den Pumpstrom Ip in einem Schritt a22 abzuschneiden, um hierdurch zu verhindern, daß die Pumpenzelle 21 geschwärzt wird. Dann geht die Steuerung von dem Schritt a22 zu dem Schritt a15 über für den Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuervorgang ohne Rückkopplung.

Falls die Brennstoff-Festlegungsmarke F1 gleich 0 ist, dann geht die Steuerung von dem Schritt a21 zu einem Schritt a23 über. Der Schritt a23 legt fest, ob die momentanen Betriebszustände des Kraftfahrzeuges in ei­ nen Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerbereich fallen oder nicht. Liegen sie nicht in dem Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungs­ steuerbereich, dann geht die Steuerung über zu dem Schritt a15 für den Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuervorgang ohne Rückkopplung.

Falls in dem Schritt a23 die momentanen Betriebszustände des Kraftfahr­ zeuges in der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerzone liegen, dann geht die Steuerung über zu einem Schritt a24. Der Schritt a24 legt fest, ob das Luft-Brennstoff-Zielverhältnis bei den momentanen Betriebs­ zuständen das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis ist oder nicht. Ist das Luft-Brennstoff-Zielverhältnis das stöchiometrische Luft-Brenn­ stoff-Verhältnis, dann geht die Steuerung mit einem Schritt a26 weiter. Falls das Luft-Brennstoff-Zielverhältnis nicht das stöchiometrische Luft- Brennstoff-Verhältnis ist, also auf der magereren oder fetteren Seite des stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnisses liegt, dann geht die Steuerung zu einem Schritt a25 über.

Der Schritt a26 legt fest, ob die Brennstoff-Festlegungsmarke F2 gleich 1 ist oder nicht. Ist sie es nicht, dann geht die Steuerung über zu einem Schritt a27, in welchem der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuer­ vorgang ausgeführt wird, um den Betrieb des Motors bei dem stöchiometri­ schen Luft-Brennstoff-Verhältnis zu erzielen, basierend auf dem Signal Vstc für das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis gemäß einer Routine zur Berechnung einer einzuspritzenden Brennstoffrate, wie in Fig. 9 ge­ zeigt. Daraufhin geht die Steuerung zurück zum Schritt a1.

Falls die Brennstoff-Festlegungsmarke F2 in dem Schritt a26 gleich 1 ist, was anzeigt, daß das Signal Vstc für das stöchiometrische Luft-Brennstoff- Verhältnis nicht normal ist, so geht die Steuerung zu dem Schritt a15 über für den Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuervorgang ohne Rückkopplung.

In dem Schritt a25 wird der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuer­ vorgang ausgeführt, um das Luft-Brennstoff-Zielverhältnis zu erreichen (auf der magereren oder fetteren Seite des stöchiometrischen Luft-Brennstoff- Verhältnisses), auf der Grundlage des Luft-Brennstoff-Verhältnissignals Vout entsprechend der in Fig. 9 gezeigten Routine. Daraufhin kehrt die Steuerung von dem Schritt a25 zu dem Schritt a1 zurück.

Nachstehend wird die in Fig. 9 dargestellte Routine beschrieben. Zunächst ermittelt ein Schritt e1, ob eine Bedingung zum Starten eines Brennstoff­ einspritzungs-Rückkopplungssteuervorgangs erfüllt ist oder nicht, auf der Grundlage eines Eingangssignals von einer bekannten Nachweiseinrichtung.

Ist die Bedingung nicht erfüllt, dann geht die Steuerung mit einem Schritt e2 weiter, und wenn die Bedingung erfüllt ist, dann geht die Steuerung zu einem Schritt e3 über für den Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungs­ steuervorgang.

In dem Schritt e2 wird ein Brennstoffinjektionsraten-Korrekturkoeffizient K_FB auf 1 gesetzt. Dies führt dazu, daß der Motor kontinuierlich betrie­ ben wird, um das Luft-Brennstoff-Verhältnis an das stöchiometrische Luft- Brennstoff-Verhältnis anzupassen gemäß dem Steuervorgang ohne Rückkopplung (open-loop). Dann geht die Steuerung zu einem Schritt e4 über, in welchem eine Brennstoffeinspritzrate Fuel berechnet wird. Im einzelnen wird eine Interrupt-Routine ausgeführt, um eine Motordrehgeschwindigkeit N von ei­ nem Motordrehgeschwindigkeitssensor 41 zu lesen, eine Rate A/N für Einlaß­ luft von dem Motordrehsensor 41 und einem Luftflußsensor 42, und atmosphä­ rische Druckdaten von einem Sensor 43 für atmosphärischen Druck. Eine grundlegende Brennstoffeinspritzrate F(A/N,N) wird aus der Lufteinlaßrate A/N und der Motordrehgeschwindigkeit N berechnet. Die berechnete grund­ legende Brennstoffeinspritzrate F(A/N,N) wird mit dem Korrekturkoeffizi­ enten KFB (der nachstehend beschrieben wird) multipliziert, und mit einem weiteren Korrekturkoeffizienten K, der von einem Parameter wie etwa dem Atmosphärendruck abhängt, wodurch die Brennstoff-Einspritzrate Fuel erhal­ ten wird. Daraufhin kehrt die Steuerung von dem Schritt e4 zur Hauptrou­ tine zurück.

Anstelle der Lufteinlaßrate A/N können Daten verwendet werden wie bei­ spielsweise der Lufteinlaßdruck, die Drosselklappenöffnung, oder derglei­ chen.

Falls die Bedingung in dem Schritt e1 erfüllt ist, dann legt der Schritt e3 fest, ob ein Durchschnittswert ΔV_M von Fehlern oder Differenzen ΔV zwischen dem vorbestimmten und dem aktuellen stöchiometrischen Luft-Brenn­ stoff-Verhältnis gelöscht oder initialisiert werden muß. Muß der Durch­ schnittswert ΔV_M gelöscht werden, dann wird er in einem Schritt e5 ge­ löscht, auf welchen dann ein Schritt e6 folgt.

Der Schritt e6 liest das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnissig­ nal Vstc und das Luft-Brennstoff-Verhältnissignal Vout.

Ein Schritt e7 vergleicht den gelesenen Wert für Vstc mit dem Wert in dem vorangehenden Zyklus, und bestimmt, ob sie sich voneinander unterschei­ den, also ob sich das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnissignal Vstc zwischen einem hohen Pegel VHi und einem niedrigen Pegel VLo geändert hat (siehe Fig. 20). Falls das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhält­ nissignal Vstc seinen Pegel geändert hat, weil das momentane Luft-Brenn­ stoff-Verhältnis das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis erreicht hat, dann geht die Steuerung zu einem Schritt e8 über, und falls keine Änderung erfolgte, dann verzweigt die Steuerung zu einem Schritt e9.

Der Schritt e8 bestimmt, ob Bedingungen für die Korrektur des durchschnitt­ lichen Fehlers ΔV_M erfüllt sind (also ob sich die Gaspedalstellung oder die Drosselöffnung um einen Referenzwert oder niedriger geändert hat, ob das Luft-Brennstoff-Zielverhältnis unmittelbar vorher geändert wurde, usw.). Falls die Bedingungen erfüllt sind, dann geht die Steuerung zu ei­ nem Schritt e10 über, und falls nicht, geht die Steuerung mit dem Schritt e9 weiter.

In dem Schritt e10 wird das Luft-Brennstoff-Verhältnissignal Vout zu dem Zeitpunkt, an welchem es das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis erreicht hat, als ein aktueller Wert Vst gespeichert. Dann wird ein Fehler oder eine Differenz ΔV berechnet zwischen dem aktuellen Luft-Brennstoff- Verhältnis Vst und einem vorbestimmten stöchiometrischen Luft-Brennstoff- Verhältnis Ust, und es wird ein Durchschnittswert ΔV_M der momentanen und vorherigen Fehler oder Differenzen berechnet, um Störungen zu eliminieren, so daß der Durchschnittswert ΔV_M aktualisiert wird.

Der Schritt e9 berechnet den Korrekturkoeffizienten K_FB für die Brenn­ stoffrate. Im einzelnen wird das Luft-Brennstoff-Verhältnissignal Vout zu dem Zeitpunkt korrigiert mit dem durchschnittlichen Fehler ΔV_M, wodurch ein Luft-Brennstoff-Verhältnis erzeugt wird, das sich beispielsweise aus­ drücken läßt als,

(A/F)₂=f(Vout-ΔV_M).

Dann wird das Luft-Brennstoff-Zielverhältnis A/F, welches bereits in der Hauptroutine abhängig von Betriebszuständen des Kraftfahrzeuges bestimmt wurde, eingelesen, und es wird ein Fehler oder eine Differenz Δε zwischen dem gelesenen Luft-Brennstoff-Zielverhältnis A/F und dem aktuellen Luft- Brennstoff-Verhältnis (A/F)₂ berechnet, und so entsteht eine Differenz Δε zwischen dem momentan berechneten Fehler ε und dem vorher berechneten Fehler. Schließlich wird in dem Schritt e9 ein Korrekturkoeffizient K_FB berechnet für die Steuerung einer Brennstoffeinspritzrate auf der Grund­ lage des Luft-Brennstoff-Verhältnisses.

Der Korrekturkoeffizient K_FB wird als die Summe oder die Differenz be­ rechnet aus einem proportionalen Term KA(ε) einer Verstärkung abhängig von dem Pegel des Fehlers ε, einem Offset Kp zur Verhinderung einer Antwort­ verzögerung infolge des Dreiwegekatalysators, einem differentiellen Term K_{D( Δε )}, abhängig von der Differenz Δε, einem integralen Term ΣK_{I( ε , tFB)}, und 1.

Daraufhin geht die Steuerung mit dem Schritt e4 weiter, in welchem eine ordnungsgemäße Brennstoffrate, die zu dem Zeitpunkt zugeführt werden soll, aus den Korrekturkoeffizienten K_FB, K sowie der grundlegenden Brennstoff­ einspritzrate F(A/N,N) berechnet wird. Dann kehrt die Steuerung zu der Hauptroutine zurück.

Die auf diese Weise in der in Fig. 9 dargestellten Routine festgestellte zuzuführende Brennstoffrate wird in der Brennstoffeinspritzroutine aufge­ rufen, die zu dem Zeitpunkt eines Interrupts ausgeführt wird, der in Reak­ tion auf ein Kurbelwellenwinkelsignal hervorgerufen wird, das in der Haupt­ routine erzeugt wird. Die Brennstoffeinspritzdüse N wird dann durch den Treiber 371 während eines Zeitintervalls betätigt, welches der festgeleg­ ten zuzuführenden Brennstoffrate entspricht, wodurch Brennstoff mit der Rate eingespritzt wird, mit welcher das gewünschte Luft-Brennstoff-Verhält­ nis erzielt wird.

Bei der voranstehenden Ausführungsform legen die erste und zweite Nachweis­ einrichtung das Luft-Brennstoff-Verhältnissignal bzw. das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnissignal an die Steuerung an, welche die Kompara­ toreinrichtung aufweist. Zur Bestimmung eines Ausfalls kann jedoch nur ei­ nes dieser beiden Signale, entweder das Luft-Brennstoff-Verhältnissignal oder das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnissignal, an die Kompa­ ratoreinrichtung angelegt werden. Diese Alternative führt zu einer einfa­ cheren Anordnung.

Die Fig. 10 und 11 zeigen ein Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem ge­ mäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Wie in Fig. 12 gezeigt, ist das Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem in einem Brennstoffzufuhrsystem für eine Verbrennungskraftmaschine 10 an­ geordnet. Das Brennstoffzufuhrsystem berechnet eine dem Motor zuzuführen­ de Brennstoffrate auf der Grundlage einer Information bezüglich des Luft- Brennstoff-Verhältnisses (A/F), die von einem linearen A/F-Sensor S erzeugt wird, der in einem Auspuffkanal 11 des Motors 10 angeordnet ist, und weist eine Brennstoffeinspritzdüse N zum Einspritzen der berechneten Brennstoff­ rate in einen Einlaßkanal 13 des Motors 10 auf.

Der lineare A/F-Sensor S und die diesem zugeordnete Steuereinrichtung 31, die in Fig. 11 gezeigt ist, weisen dieselbe Anordnung auf wie bei dem in Fig. 18 gezeigten konventionellen System, und werden nicht im einzelnen be­ schrieben.

In Fig. 11 legt der lineare A/F-Sensor S ein Luft-Brennstoff-Verhältnis­ signal Vout in dem Bereich von 0 bis 5 Volt an eine Motorsteuerung 12 an. Die Steueranordnung 31 für den linearen A/F-Sensor S weist eine Pumpstrom­ abschneideschaltung 14 auf, die wie in Fig. 12 angeschlossen ist, wobei die Pumpstromabschneideschaltung 14 als Teil einer Ausfallbearbeitungsein­ richtung arbeitet.

Wie in Fig. 12 dargestellt ist, weist die Pumpstromabschneideschaltung 14 einen Transistor 15 auf, dessen Basis ein Pumpstromabschneidesignal von der Steuerung 12 zugeführt werden kann. Wird das Pumpstromabschneidesignal an die Basis des Transistors 15 angelegt, so wird die Verbindung zwischen ei­ nem Komparator 1 und einem Integrierverstärker 2 mit positiver und negati­ ver Stromversorgung auf ein Potential von 0 gebracht. Daher wird ein Pump­ strom Ip gleich Null, so daß der Komparator 1 ein Ausgangssignal erzeugt wie wenn das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis festgestellt wur­ de.

Ein Starterschalter 16 ist in einer (nicht dargestellten) Kombischalter­ anordnung des Motors angeordnet und legt ein EIN- oder AUS-Signal an die Steuerung 12 an. Ein Luftflußsensor 12 führt der Steuerung 37 ein Signal zu, welches Lufteinlaßrateninformation anzeigt. Ein Motordrehgeschwindig­ keitssensor 18 legt ein Signal, welches Motordrehgeschwindigkeitsinforma­ tion anzeigt, an die Steuerung 37 an. Ein Sensor 19 für Atmosphärendruck führt der Steuerung 37 ein Signal zu, welches atmosphärische Druckinforma­ tion anzeigt.

Die Steuerung 37 besteht hauptsächlich aus einem Mikrocomputer und umfaßt Treiber 121, 122, eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 123 zum Empfang unter­ schiedlicher Ausgangssignale und zum Anlegen von Steuersignalen an die Treiber 121, 122, einen Speicher 124, der ein Steuerprogramm zum Steuern der Luft-Brennstoff-Verhältnisse speichert (siehe Fig. 15a) bis 15c)), sowie verschiedene Schwellenwerte, sowie eine Steuereinheit 125 zum Berech­ nen von Steuerwerten entsprechend dem Steuerprogramm.

Die Funktionen der Steuerung 12 werden nachstehend unter Bezug auf Fig. 10 erläutert. Die Steuerung 12 weist eine erste Einrichtung auf einschließlich einer Abweichungsberechnungseinrichtung, die auf ein Luft-Brennstoff-Ver­ hältnissignal Vout von der Steueranordnung 31 für den linearen A/F-Sensor S reagiert, um einen Fehler oder eine Differenz ΔA/F zwischen einem aktuel­ len Luft-Brennstoff-Verhältnis gemäß dem Luft-Brennstoff-Verhältnissignal Vout und einem Luft-Brennstoff-Zielverhältnis zu berechnen, welches vor­ eingestellt wird, abhängig von Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs, bei welchem das Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem vorgesehen ist. Die erste Einrichtung weist weiterhin eine Ausfallfeststelleinrichtung und ei­ ne Störungsfeststelleinrichtung auf. Die Steuerung 12 ist weiterhin mit einer zweiten Einrichtung einschließlich einer Störungsbearbeitungsein­ richtung und einer Ausfallbearbeitungseinrichtung versehen, und weist ei­ ne Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuereinrichtung auf, um eine Rückkopplungssteuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses auf der Grundlage des Luft-Brennstoff-Verhältnissignals durchzuführen.

Die Störungsfeststelleinrichtung erzeugt ein Störungssignal, wenn der Fehler ΔA/F einen Schwellenwert π überschreitet. Die Ausfallfeststellein­ richtung erzeugt ein Ausfallsignal, wenn der Fehler ΔA/F einen weiteren Schwellenwert α überschreitet. Die Störungsbearbeitungseinrichtung unter­ bricht den auf dem Luft-Brennstoff-Verhältnissignal beruhenden Luft-Brenn­ stoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuervorgang, wenn das Störungssignal von der Störungsfeststelleinrichtung erzeugt wird. Die Ausfallbearbeitungsein­ richtung unterbricht den auf dem Luft-Brennstoff-Verhältnissignal basie­ renden Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuervorgang und stoppt den Sensorbetrieb, wenn das Ausfallsignal durch die Ausfallfestlegungsein­ richtung erzeugt wird.

Wie in Fig. 13 gezeigt ist, ist der Schwellenwert α größer als der Schwel­ lenwert π.

Der Schwellenwert π wird festgelegt in Ansehung einer Pegelverringerung des Luft-Brennstoff-Verhältnissignals Vout, die im Verlauf der Zeit auftritt, wenn der Motor ständig mit einem mageren Luft-Brennstoff-Gemisch arbeitet (während eines Intervalls EN in Fig. 14). Wird der Schwellenwert π über­ schritten, so wird der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuervor­ gang unterbrochen, jedoch läßt man den linearen A/F-Sensor weiter arbei­ ten. Der andere Schwellenwert α, der größer ist als der Schwellenwert π, wird so ausgewählt, daß er einen solchen Pegel aufweist, daß bei einer Überschreitung des Schwellenwertes α durch den Fehler ΔA/F festgelegt wird, daß der Luft-Brennstoff-Sensor ausgefallen ist und sich von dem Aus­ fall nicht erholen kann.

Unter Bezug auf das in den Fig. 15a) bis 15c) und 16 dargestellte Steuer­ programm wird einVerfahren zum Steuern eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses mit dem in den Fig. 10 bis 12 gezeigten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuer­ system beschrieben. Der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuervorgang wird si­ multan mit einem Vorgang der Steuerung der einzuspritzenden Brennstoffrate (über eine Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerung und eine Luft- Brennstoff-Verhältnissteuerung ohne Rückkopplung) mit der Steuerung 37 durchgeführt.

Das Steuerprogramm weist eine in den Fig. 15a) und 15b) gezeigte Haupt­ routine auf. In der Hauptroutine wird die Heizung 30 (siehe Fig. 18) in ei­ nem Schritt f1 eingeschaltet, worauf ein Schritt f2 folgt, der bestimmt, ob eine Startermarke gleich 1 ist oder nicht. Ist die Startermarke nicht gleich 1, dann verzweigt die Steuerung zu einem Schritt f8, und wenn die Startermarke 1 ist, dann geht die Steuerung mit einem Schritt f3 weiter. Die Startermarke wird gesetzt, wenn der Starterschalter SW eingeschaltet wird, wie in Fig. 15c) gezeigt ist.

Die Startermarke wird auf 0 in dem Schritt f3 zurückgesetzt, und in jewei­ ligen Schritten f4, f5 werden eine Brennstoff-Festlegungsmarke F1 und eine Störungsmarke F2 zurückgesetzt sowie eine Pumpenzellenbetriebsmarke, die eine Zufuhr des Pumpenstroms Ip gestattet. In einem Schritt f6 wird ein Sensorstartzeitgeber zurückgesetzt, der eine Zeit zum Starten des linearen A/F-Sensors S festlegt. Daraufhin wird der Sensorstartzeitgeber in einem Schritt f7 gestartet.

Ein nächster Schritt f8 legt fest, ob die Zählung des Sensorstartzeitgebers einen vorbestimmten Wert R überschreitet, der auf ein Zeitintervall ge­ setzt wurde, welches genügend lang ist für die Aktivierung des Luft-Brenn­ stoff-Verhältnissensors, während der Motor warm wird. Falls die Zählung des Sensorstartzeitgebers nicht den vorbestimmten Wert R überschreitet, dann geht die Steuerung zu einem Schritt f17 über, in welchem ein Luft-Brenn­ stoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerkoeffizient KFB auf 1 gesetzt wird. Dann wird der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuervorgang in ei­ nem Schritt f18 unterbunden. Dann geht die Steuerung mit einem Schritt f19 weiter, in welchem eine Brennstoff-Einspritzrate Fuel berechnet wird. Im einzelnen wird eine einzuspritzende Brennstoffrate aus einem Routinenver­ zeichnis bestimmt, abhängig von der Motordrehgeschwindigkeit N und der Motorbelastung A/N, und die festgelegte Brennstoff-Einspritzrate Fuel wird in einem vorbestimmten Speicherbereich gespeichert. Anders ausgedrückt wird der Vorgang ohne Rückkopplung zum Steuern der einzuspritzenden Brennstoff­ rate in dem Schritt f19 durchgeführt. Daraufhin kehrt die Steuerung von dem Schritt f19 zu der Hauptroutine zurück. In einer (nicht dargestellten) Brennstoff-Einspritzroutine vor dem voranstehend genannten Vorgang wird die einzuspritzende Brennstoffrate in Reaktion auf einen Interrupt (Unter­ brechung) bei einem bestimmten Kurbelwellenwinkel festgelegt, und es wird Brennstoff mit der vorbestimmten Rate ausgespritzt, um ein Luft-Brennstoff- Zielverhältnis zu erreichen, welches durch den Luft-Brennstoff-Verhältnis- Steuervorgang ohne Rückkopplung festgelegt wurde.

Daraufhin geht die Steuerung von dem Schritt f2 direkt zu dem Schritt f8 über, da die Startermarke in dem Schritt f2 gleich 0 ist. Wenn der Zähl­ wert des Sensorstartzeitgebers den vorbestimmten Wert R in dem Schritt f8 überschreitet, dann geht die Steuerung mit einem Schritt f9 weiter. Wenn der Sensorstartzeitgeber noch in Betrieb ist, wird in dem Schritt f9 des­ sen Zählbetrieb gestoppt, während der bislang erhaltene Zählwert beibehal­ ten wird. Dann geht die Steuerung von dem Schritt f9 zu einem Schritt f10 über.

Der Schritt f10 legt fest, ob die Pumpenzellenbetriebsmarke gleich 1 ist oder nicht. Ist die Pumpenzellenbetriebsmarke nicht gleich 1, dann geht die Steuerung zu einem Schritt f11 weiter, in welchem die Pumpenzelle 21 betrieben wird. Dann wird die Pumpenzellenbetriebsmarke auf 1 gesetzt in einem Schritt f12, worauf ein Schritt f13 folgt, in welchem ein Pumpen­ zellenbetriebszeitgeber gestartet wird. Ein Schritt f14 bestimmt, ob der Zählwert des Pumpenzellenbetriebszeitgebers einen vorbestimmten Wert über­ schreitet, der auf ein Zeitintervall gesetzt wurde, welches genügend lang ist, daß sich das Ausgangssignal des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors stabilisieren kann. Falls der Zählwert des Pumpenzellenbetriebszeitgebers nicht den vorbestimmten Wert ε überschreitet, dann geht die Steuerung zu dem Schritt f17 über, um mit dem Steuervorgang ohne Rückkopplung fortzu­ fahren. Falls der Zählwert des Pumpenzellenbetriebszeitgebers den vorbe­ stimmten Wert ε überschreitet, also wenn der Sensorausgang stabil wird und der Pumpenstrom Ip verläßlich, dann geht die Steuerung von dem Schritt f14 auf einen Schritt f15 über. Wenn der Pumpenzellenbetriebszeitgeber noch in Betrieb ist, so wird in dem Schritt f15 dessen Zählbetrieb gestoppt, wäh­ rend der bislang erhaltene Zählwert erhalten bleibt. Dann verzweigt die Steuerung von dem Schritt f15 zu einem Schritt a20.

Der Schritt f20 legt fest, ob der lineare A/F-Sensor S ausgefallen ist oder nicht.

Der Schritt f20 ist als eine Unterroutine Nr. 1 in Fig. 16 gezeigt. Die Unterroutine Nr. 1 legt fest, ob der lineare A/F-Sensor S ausgefallen ist oder nicht, auf der Grundlage des Luft-Brennstoff-Verhältnissignals Vout. Falls in einem Schritt g1 die Brennstoff-Festlegungsmarke F1 nicht gleich 1 ist, und falls in einem Schritt g2 der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rück­ kopplungssteuervorgang durchgeführt wird, dann geht die Steuerung zu ei­ nem Schritt g3 über. Ist die Brennstoff-Festlegungsmarke F1 in dem Schritt g1 gleich 1 und in dem Schritt g2 wird nicht der Luft-Brennstoff-Verhält­ nis-Rückkopplungssteuervorgang durchgeführt, dann kehrt die Steuerung zurück zu der in den Fig. 15a) und 15b) gezeigten Hauptroutine.

Der Schritt g3 liest ein Luft-Brennstoff-Zielverhältnis, welches bereits in der Hauptroutine bestimmt wurde, abhängig von Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges, bei welchem das Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist. Dann wird in einem Schritt g4 das Luft-Brennstoff-Verhältnissignal Vout von dem linearen A/F-Sensor S gelesen. Ein Schritt g5 wandelt daraufhin das Luft-Brennstoff-Verhält­ nissignal Vout in ein aktuelles Luft-Brennstoff-Verhältnis entsprechend einem vorbestimmten Routinenverzeichnis (nicht dargestellt) von Luft-Brenn­ stoff-Verhältnissen gegenüber Luft-Brennstoff-Verhältnissignalen.

Ein Schritt g6 berechnet eine Abweichung oder einen Fehler ΔA/F zwischen dem Luft-Brennstoff-Zielverhältnis und dem festgestellten Luft-Brennstoff- Verhältnis von dem Luft-Brennstoff-Verhältnissensor. Dann bestimmt ein Schritt g7, ob der Fehler ΔA/F den Schwellenwert α überschreitet, um zu bestimmen, ob ein Sensorausfall vorliegt oder nicht. Falls der Fehler ΔA/F nicht den Schwellenwert α überschreitet, dann geht die Steuerung zu einem Schritt g9 über. Falls der Fehler ΔA/F den Schwellenwert α überschrei­ tet, dann wird die Brennstoff-Festlegungsmarke F1 in einem Schritt g8 auf 1 gesetzt. Daraufhin kehrt die Steuerung zu der Hauptroutine zurück. Der Schritt g9 legt fest, ob der Fehler ΔA/F den Schwellenwert π überschrei­ tet oder nicht. Falls nicht, so kehrt die Steuerung zu der Hauptroutine zurück. Wenn der Fehler ΔA/F den Schwellenwert π überschreitet, dann geht die Steuerung zu einem Schritt g10 über, in welchem die Störung F2 gesetzt wird. Daraufhin kehrt die Steuerung zu der Hauptroutine zurück.

Zurück in der Hauptroutine geht die Steuerung über zu einem Schritt f21. Der Schritt f21 legt fest, ob die Brennstoff-Festlegungsmarke F1 gleich 0 ist oder nicht. Ist die Brennstoff-Festlegungsmarke f1 nicht 0, so wird bestimmt, daß der Fehler ΔA/F in der A/F-Rückkopplungssteuer-Interrupt- Zone liegt oder in der Systemabschaltzone. Die Steuerung geht zu einem Schritt f16 über, in welchem ein Pumpenzellenbetriebsstoppsignal über den Treiber 122 an die Pumpenstromabschneideschaltung 14 angelegt wird, um den Pumpenstrom Ip abzuschneiden. Dann geht die Steuerung von dem Schritt f16 zu dem Schritt f17 für den Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuervorgang ohne Rückkopplung.

Ist die Brennstoff-Festlegungsmarke F1 gleich 0, dann geht die Steuerung von dem Schritt f21 zu einem Schritt f22 über. Der Schritt f22 bestimmt, ob die momentanen Betriebszustände des Kraftfahrzeugs in einen Luft-Brenn­ stoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerbereich fallen oder nicht. Liegen sie nicht in dem Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerbereich, dann geht die Steuerung zu dem Schritt f17 über für den Luft-Brennstoff-Ver­ hältnis-Steuervorgang ohne Rückkopplung.

Falls die momentanen Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges in dem Luft- Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerbereich in dem Schritt f22 lie­ gen, dann geht die Steuerung zu einem Schritt f23 über. Der Schritt f23 bestimmt, ob die Störungsmarke F2 gleich 1 ist oder nicht. Ist die Aus­ fallmarke F2 gleich 1, dann wird festgelegt, daß der Fehler ΔA/F in der A/F-Rückkopplungssteuer-Interrupt-Zone liegt, und die Steuerung geht zu dem Schritt f17 über für den Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuervorgang ohne Rückkopplung. Wenn in dem Schritt f23 die Störungsmarke F2 gleich Null ist, dann wird festgelegt, daß der Fehler ΔA/F in der aktiven Zone für die A/F- Rückkopplungssteuerung liegt, und die Steuerung geht zu einem Schritt f24 über.

Der Schritt f24 berechnet ein aktuelles Luft-Brennstoff-Verhältnis (A/F)₂ basierend auf dem Luft-Brennstoff-Verhältnissignal Vout gemäß der Gleichung:

(A/F)₂=f(Vout).

Dann wird das Luft-Brennstoff-Zielverhältnis A/F gelesen, welches bereits in der Hauptroutine abhängig von Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs be­ stimmt wurde, und es wird ein Fehler oder eine Differenz ε zwischen dem gelesenen Luft-Brennstoff-Zielverhältnis A/F und dem aktuellen Luft-Brenn­ stoff-Verhältnis (A/F)₂ berechnet, und dann eine Differenz Δε zwischen dem momentan berechneten Fehler ε und dem bislang berechneten Fehler. Schließlich wird in dem Schritt f24 ein Korrekturkoeffizient K_FB berech­ net für die Steuerung einer Brennstoff-Einspritzrate basierend auf dem Luft-Brennstoff-Verhältnis.

Der Korrekturkoeffizient K_FB wird berechnet als Summe oder Differenz aus einem proportionalen Term KA(ε) einer Verstärkung abhängig von dem Pegel des Fehlers ε, einem Offset Kp zur Verhinderung einer Antwortverzögerung infolge des Dreiwegekatalysators, einem differentiellen Term K_{D( Δε )} ab­ hängig von der Differenz Δε, einem integralen Term ΣK_{I( ε , tFB)}, und 1.

Daraufhin geht die Steuerung zu dem Schritt f19 über, in welchem eine ord­ nungsgemäße zu diesem Zeitpunkt zuzuführende Brennstoffrate berechnet wird aus den Korrekturkoeffizienten K_FB, K, und der grundlegenden Brennstoff- Einspritzrate F(A/N,N). Dann kehrt die Steuerung zu dem Schritt f1 in der Hauptroutine zurück.

Die zuzuführende Brennstoffrate, die auf diese Weise in der Routine be­ stimmt wird, die in den Fig. 15a) und 15b) gezeigt ist, wird in der Brennstoff-Einspritzroutine aufgerufen, die zum Zeitpunkt eines Interrupts ausgeführt wird, der in Reaktion auf ein Kurbelwellenwinkelsignal hervor­ gerufen wird, das in der Hauptroutine erzeugt wird. Dann wird die Brenn­ stoff-Einspritzdüse N durch den Treiber 121 für einen Zeitraum aktiviert, welcher der festgelegten zuzuführenden Brennstoffrate entspricht, wodurch Brennstoff mit der Rate eingespritzt wird, mit welcher das gewünschte Luft-Brennstoff-Verhältnis erhalten wird.

Zwar wurden bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfin­ dung gezeigt und im einzelnen beschrieben, jedoch wird darauf hingewiesen, daß sich unterschiedliche Änderungen und Modifikationen vornehmen lassen, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der sich aus der Gesamtheit der Anmeldeunterlagen ergibt.

Claims (8)

1. Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine auf einem Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch:
einen Luft-Brennstoff-Verhältnissensor zur Erzeugung eines Luft-Brenn­ stoff-Verhältnissignals, welches die Konzentration von Sauerstoff in einem Auspuffgas anzeigt, welches von einer verbrannten Luft-Brennstoff- Mischung in der Brennkraftmaschine erzeugt wurde; und
eine Ausfallfeststelleinrichtung, die auf ein Ausgangssignal von dem Luft-Brennstoff-Verhältnissensor reagiert und auf ein Luft-Brennstoff- Zielverhältnis, welches abhängig von Betriebszuständen des Kraftfahr­ zeuges bestimmt wurde, um zumindest einen nicht behebbaren Ausfall des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors mittels eines Vergleichs zwischen dem Ausgangssignal und dem Luft-Brennstoff-Zielsignal festzustellen.

2. Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß weiterhin eine Störungsfeststelleinrichtung vorgesehen ist, die auf das Ausgangssignal von dem Luft-Brennstoff-Verhältnis­ sensor reagiert und auf das Luft-Brennstoff-Zielverhältnis, um eine behebbare Störung des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors festzustellen.

3. Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß weiterhin eine Fehlerberechnungseinrichtung vorgesehen ist, um einen Fehler bzw. eine Abweichung zwischen dem Luft-Brennstoff- Verhältnissignal und dem Luft-Brennstoff-Zielverhältnis zu berechnen, wobei die Ausfallfeststelleinrichtung eine Einrichtung zum Vergleich des Fehlers mit einem ersten vorbestimmten Wert aufweist und einen Aus­ fall des ersten Luft-Brennstoff-Verhältnissensors feststellt, wenn der Fehler den ersten vorbestimmten Wert überschreitet, und die Störungs­ feststelleinrichtung eine Einrichtung zum Vergleich des Fehlers mit ei­ nem zweiten vorbestimmten Wert aufweist, der kleiner ist als der erste vorbestimmte Wert, und zum Bestimmen einer Störung des Luft-Brennstoff- Verhältnissensors, wenn der Fehler den zweiten vorbestimmten Wert über­ schreitet.

4. Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Luft-Brennstoff-Verhältnissensor eine Sensorzelle aufweist zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals, welches von der Differenz zwischen der Sauerstoffkonzentration in dem Auspuffgas und der Sauerstoffkonzentration in einem Referenzgas abhängt, welches ein Sauerstoffüberschußverhältnis aufweist, das genügend größer als 1 ist, eine Steuereinrichtung aufweist, um das elektrische Ausgangssignal von der Sensorzelle nachzuweisen und ein elektrisches Steuersignal zu erzeugen, um das elektrische Ausgangssignal dazu zu veranlassen, einen vorbestimmten Wert einzunehmen, eine Pumpzelle zur Bewegung von Sauer­ stoffionen in Reaktion auf das elektrische Steuersignal von der Steuer­ einrichtung, eine erste Feststelleinrichtung zur Erzeugung eines Luft- Brennstoff-Verhältnissignals abhängig von einem elektrischen Strom, der zwischen der Steuereinrichtung und der Pumpzelle fließt, und eine zwei­ te Feststelleinrichtung zur Erzeugung eines stöchiometrischen Luft- Brennstoff-Verhältnissignals entsprechend einer Spannung, die über der Pumpzelle entwickelt wird, wobei die Ausfallfeststelleinrichtung eine Einrichtung zum Vergleich zumindest entweder des Luft-Brennstoff-Ver­ hältnissignals oder des stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis­ signals mit dem Luft-Brennstoff-Zielverhältnis aufweist.

5. Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, gekennzeichnet durch:
einen Luft-Brennstoff-Verhältnissensor zur Erzeugung eines Luft-Brenn­ stoff-Verhältnissignals, welches die Konzentration von Sauerstoff in einem Auspuffgas anzeigt, das von einer verbrannten Luft-Brennstoff- Mischung in dem Verbrennungsmotor erzeugt wurde;
eine erste Einrichtung mit einer Ausfallfeststelleinrichtung, die auf ein Ausgangssignal von dem Luft-Brennstoff-Verhältnissensor und ein Luft-Brennstoff-Zielverhältnis reagiert, welches abhängig von Betriebs­ bedingungen des Kraftfahrzeugs bestimmt wurde, zur Bestimmung zumindest eines nicht behebbaren Ausfalles des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors mittels Vergleich zwischen dem Ausgangssignal und dem Luft-Brennstoff- Zielverhältnis;
eine Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuereinrichtung zur Kor­ rektur eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses, welches zumindest entspre­ chend dem Luft-Brennstoff-Verhältnissignal korrigiert wird, so daß ein aktuelles Luft-Brennstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors an das Luft- Brennstoff-Zielverhältnis angeglichen wird; und
eine zweite Einrichtung mit einer Ausfallbearbeitungseinrichtung zum Außerkraftsetzen der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerein­ richtung und des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors in Reaktion auf ein Ausgangssignal von der Ausfallfeststelleinrichtung, welches einen nicht behebbaren Ausfall des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors anzeigt.

6. Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Einrichtung weiterhin eine Störungsfeststell­ einrichtung aufweist, die auf das Ausgangssignal von dem Luft-Brenn­ stoff-Verhältnissensor und das Luft-Brennstoff-Zielverhältnis reagiert, um eine behebbare Störung des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors festzu­ stellen, und daß die zweite Einrichtung weiterhin eine Störungsbearbei­ tungseinrichtung aufweist, um die Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopp­ lungssteuereinrichtung außer Kraft zu setzen in Reaktion auf ein Aus­ gangssignal von der Störungsfeststelleinrichtung, welches eine behebbare Störung des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors anzeigt.

7. Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Einrichtung weiterhin eine Fehlerberechnungs­ einrichtung aufweist, um einen Fehler oder eine Abweichung zwischen dem Luft-Brennstoff-Verhältnissignal und dem Luft-Brennstoff-Zielsignal zu berechnen, daß die Störungsfeststelleinrichtung eine Einrichtung zum Vergleich des Fehlers mit einem ersten vorbestimmten Wert aufweist und zur Bestimmung eines Ausfalls des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors, wenn der Fehler den ersten vorbestimmten Wert überschreitet, und daß die Störungsfeststelleinrichtung eine Einrichtung zum Vergleich des Fehlers mit einem zweiten vorbestimmten Wert aufweist, der kleiner ist als der erste vorbestimmte Wert, und zur Bestimmung einer Störung des Luft-Brennstoff-Verhältnissensors, wenn der Fehler den zweiten vorbe­ stimmten Wert überschreitet.

8. Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Luft-Brennstoff-Verhältnissensor eine Sensorzelle aufweist, um ein elektrisches Ausgangssignal abhängig von der Differenz zwischen der Sauerstoffkonzentration in dem Auspuffgas und der Sauer­ stoffkonzentration in einem Referenzgas zu erzeugen, welches einen Sauerstoffüberschuß von genügend mehr als 1 aufweist, eine Steuerein­ richtung zur Bestimmung des elektrischen Ausgangssignals von der Sen­ sorzelle und zur Erzeugung eines elektrischen Steuersignals, um das elektrische Ausgangssignal dazu zu veranlassen, einen vorbestimmten Wert anzunehmen, eine Pumpzelle zur Bewegung von Sauerstoffionen in Reaktion auf das elektrische Steuersignal von der Steuereinrichtung, eine erste Nachweiseinrichtung zur Erzeugung eines Luft-Brennstoff- Verhältnissignals abhängig von einem elektrischen Strom, der zwischen der Steuereinrichtung und der Pumpzelle fließt, und eine zweite Nach­ weiseinrichtung zur Erzeugung eines stöchiometrischen Luft-Brennstoff- Verhältnissignals, welches einer über der Pumpzelle entwickelten Span­ nung entspricht, und daß die Ausfallfeststelleinrichtung eine Einrich­ tung zum Vergleich zumindest entweder des Luft-Brennstoff-Verhältnis­ signals oder des stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnissignals mit dem Luft-Brennstoff-Zielverhältnis aufweist.