DE4122828C2

DE4122828C2 - Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE4122828C2
Application number: DE4122828A
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Danno; Tetsuro Ishida; Yoshiaki Kodama
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1990-07-10
Filing date: 1991-07-10
Publication date: 1996-07-25
Anticipated expiration: 2011-07-11
Also published as: KR940004344B1; DE4122828A1; US5209206A; KR920002916A

Description

Die Erfindung betrifft eine Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug nach dem Anspruch 1.

Aus der US 4,844,038 ist ein Verfahren zum Feststellen einer Anormalität eines Abgaskonzentrationssensors in einer Brennkraftmaschine bekannt, die mit einem Brennstoffversorgungssteuersystem ausgestattet ist, das die Brennstoffmenge steuert, die einer zugeordneten Brennkraftmaschine zuzuführen ist. Das Brennstoffzuführsteuersystem spricht dabei auf einen Wert eines korrigierten Luft-Brennstoff-Verhältnisses an, welches in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Sensors eingestellt wird. Das Ausgangssignal des Sensors wird ab einer bestimmten Zeit nach dem Start der Maschine überwacht. Der Sensor wird als anormal arbeitend diagnostiziert, wenn das Ausgangssignal desselben einen im wesentlichen konstanten Wert über eine vorbestimmte Zeitdauer hinweg hat.

Der Beginn des Überwachungsvorganges des Sensors wird deshalb nicht an den Zeitpunkt des Startens der Brennkraftmaschine gelegt, da auch bei nicht-linearen O₂-Sensoren in der Aufwärmphase Spannungswerte auftreten können, die über dem normalen Bereich liegen, die dann zu einer vorläufigen Störung des Sensors während der Aufwärmphase führen.

Dieses bekannte Verfahren ist jedoch nicht dazu geeignet, um beispielsweise zwischen einer vorläufigen und damit behebbaren Störung des Sensors und einer nicht mehr behebbaren Störung, also beispielsweise eine vollständigen Ausfall des Sensors unterscheiden zu können.

Nachstehend wird unter Bezug auf die Fig. 15 bis 18 der beigefügten Zeichnungen ein konventioneller linearer A/F-Sensor beschrieben, wie er beispielsweise aus der JP 63-36140 A bekannt ist. Fig. 15 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 Brennkraftmaschine zu leiten. In der Isolierschicht 22 ist ein Nachweishohlraum 25 ausgebildet, in welchen Auspuffgase durch die Diffusionslöcher 23, 24 mittels 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 Referenzkammer 25a auf, die unterhalb des Nachweishohlraumes 25 und von diesem beabstandet angeordnet ist, wobei die Referenzkammer 25a zwischen der Sensorzelle 20 und der Pumpzelle 21 ausgebildet ist. Ein Referenzgas wie beispielsweise atmosphärische Luft, wird in die Referenzkammer 25a durch ein (nicht dargestelltes) Verbindungsloch eingeführt. Wie in Fig. 16 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 Sauerstoffkonzentrationsdifferenz zwischen den Elektroden 26, 27 besteht. Die Pumpzelle 21 weist die gleichen Eigenschaften auf wie die Sensorzelle 20 und dient zum Pumpen von Sauerstoff von einer negativen Elektrode zu einer positiven Elektrode, 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 entsprechend einem stöchiometrischen Verhältnis in dem Hohlraum 25 oder den Diffusionslöchern 23, 24 zu halten. Da der Pumpstrom Ip kontinuierlich in bezug auf das Luft-Brennstoff-Verhältnis variiert, wie in Fig. 17 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 Stromversorgung auf. Der Komparator 1 vergleicht die elektromotorische Kraft Vs und eine Referenzspannung Vref, die dem stöchiometrischen Verhältnis entspricht. Das Ausgangssignal von dem Komparator 1 wird durch den Integrationsverstärker 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 Stromdetektor 3 indirekt nachgewiesen. Das Ausgangssignal des Stromdetektors 3 wird an einen Addierer 4 angelegt, der dann ein Ausgangssignal Vout erzeugt, in dem Bereich von 0 bis 5 Volt, welches das Luft-Brennstoff-Verhältnis 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. 16 dargestellten konventionellen System wird der Spannungsabfall über den Widerstand 5 an einen Strominversionsdetektor 6 angelegt, um die Richtung festzustellen, in welcher der Pumpstrom fließt, wodurch ein stöchiometrisches Luft-Brennstoff-Verhältnis Vstc erzeugt wird (vgl. Fig. 18).

Das Luft-Brennstoff-Verhältnis eines Verbrennungsmotors wird durch eine Rückkopplungssteuerschleife gesteuert, um ein Luft-Brennstoff-Zielverhältnis zu erreichen auf der Grundlage der Luft-Brennstoff-Verhältnisinformation, die durch einen Luft-Brennstoff-Verhältnissensor erzeugt wird. Wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis innerhalb eines engen Bereiches oder Fensters 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 Rückkopplungssteuerschleife 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 vergrößerte 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, einer Sensorzelle und einer Pumpzelle in Kombination in Betrieb bestehen.

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

Daher ist es für den Fall eines Ausfalls des linearen A/F-Sensors wünschenswert, daß der Ausfall früh festgestellt wird, daß der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuervorgang auf der Grundlage des Sensorausgangssignals gestoppt wird, und daß stattdessen ein anderer Luft-Brennstoff-Verhältnissteuervorgang ausgeführt wird.

Es ist weiterhin für eine exakte Luft-Brennstoff-Verhältnissteuerung erforderlich, 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 stöchiometrischen 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. 12 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-Verhältnis im Hinblick auf ein bestimmtes magereres Luft-Brennstoff-Zielverhältnis 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. 12) und dann erreicht das Luft-Brennstoff- Verhältnis denselben Wert wie zum Startzeitpunkt ST, so daß also angenommen wird, daß die O₂-Nachweiseigenschaften wiedergewonnen wurden am Ende der Periode ER.

Zu dem Zeitpunkt, an welchem das Ausgangssignal von dem linearen A/F-Sensor 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 wünschenswert 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 anderer Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuervorgang anstelle des Rückkopplungssteuervorgangs ausgewählt werden kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, welche die Möglichkeit bietet, eine differenzierte Entscheidung bei einer Feststellung einer behebbaren und einer nicht-behebbaren Störung (Ausfall) treffen zu können, um damit gezielt auf den Rückkopplungs- und Sensorbetrieb einzuwirken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1(a) und 1(b) Diagramme mit einer Darstellung eines Signals Vstc für ein stöchiometrisches Verhältnis;

Fig. 2 bis 5 Flußdiagramme von Unterprogrammen eines Steuerprogramms zur Feststellung eines Ausfalls eines Luft-Brennstoff-Verhältnis sensors;

Fig. 6(a) und 6(b) Flußdiagramme einer Hauptroutine des Steuerprogramms zur Feststellung eines Ausfalls eines Luft-Brennstoff-Verhält nissensors;

Fig. 7 ein Flußdiagramm eines Steuerprogramms zur Berechnung einer einzuspritzenden Brennstoffrate;

Fig. 8 ein schematisches Blockschaltbild eines Luft-Brennstoff-Ver hältnis-Steuersystems gemäß einer weiteren Ausführungsform mit Merkmalen nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 ein Blockschaltbild, teilweise im Querschnitt, des in Fig. 8 erläuterten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystems;

Fig. 10 ein Schaltbild einer Sensortreiberschaltung in dem in Fig. 9 dargestellten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem;

Fig. 11 ein Diagramm zur Erläuterung unterschiedlicher Zonen in be zug auf eine Luft-Brennstoff-Verhältnisdifferenz in dem in Fig. 9 dargestellten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem;

Fig. 12 ein Diagramm mit einer Darstellung der zeitlichen Variation des Ausgangssignals eines linearen A/F-Sensors;

Fig. 13a) und 13b) ein Flußdiagramm einer Hauptroutine eines Steuerpro gramms zum Steuern eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses, wobei das Steuerprogramm durch eine Steuerung in dem in Fig. 9 dar gestellten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem ausgeführt wird;

Fig. 13(c) und 14 Flußdiagramme von Unterroutinen des Steuerprogramms zum Steuern eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses;

Fig. 15 eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung eines konven tionellen Luft-Brennstoff-Verhältnissensors;

Fig. 16 eine schematische Ansicht, teilweise in Blockdarstellung, des in Fig. 15 dargestellten konventionellen Luft-Brennstoff-Ver hältnissensors;

Fig. 17 ein Diagramm mit einer Darstellung der Beziehung zwischen einem Pumpstrom und einem Luft-Brennstoff-Verhältnis; und

Fig. 18 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.

Grundsätzlich weist die Pumpspannung Vp einen charakteristischen Verlauf auf wie er in Fig. 1(a) 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. 1(b) 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.

Die Steuerung weist eine erste Einrichtung auf, die eine Ausfallfeststelleinrichtung umfaßt. Die Aus fallfeststelleinrichtung empfängt ein Signal von zumindest entweder einer 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-Sollsignal, 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 weist weiterhin eine 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. Wenn die Pumpstromabschnei deschaltung 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. 2 bis 7 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. 2, 3, 4, 5, 6(a) und 6(b) gezeigt ist. Das Steuerprogramm weist eine Hauptroutine auf, die in den Fig. 6(a) und 6(b) 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. 5 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 Θ 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 Θ 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 Θ 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. 2 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. 6(a) und 6(b) 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 mit Merkmalen nach 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. 3. 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. 6(a) und 6(b) 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. 1 durch e angedeutet ist). Ist das Luft-Brennstoff-Sollverhältnis 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-Sollverhältnis 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-Sollverhältnis 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- Sollverhältnis magerer ist als der stöchiometrische Luft-Brennstoff-Ver hältnis, und da das Luft-Brennstoff-Sollverhältnis 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. 4 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. 6(a) und 6(b) 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-Sollverhältnis bei den momentanen Betriebs zuständen das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis ist oder nicht. Ist das Luft-Brennstoff-Sollverhältnis das stöchiometrische Luft-Brenn stoff-Verhältnis, dann geht die Steuerung mit einem Schritt a26 weiter. Falls das Luft-Brennstoff-Sollverhältnis 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-Sollverhältnis 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. 7 gezeigten Routine. Daraufhin kehrt die Steuerung von dem Schritt a25 zu dem Schritt a1 zurück.

Nachstehend wird die in Fig. 7 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. 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. 18). 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-Sollverhältnis 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-Sollverhältnis 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. 7 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. 8 und 9 zeigen ein Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem ge mäß einer weiteren Ausführungsform mit Merkmalen nach der vorliegenden Erfindung.

Wie in Fig. 10 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. 9 gezeigt ist, weisen dieselbe Anordnung auf wie bei dem in Fig. 16 gezeigten konventionellen System, und werden nicht im einzelnen be schrieben.

In Fig. 9 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. 10 angeschlossen ist, wobei die Pumpstromabschneideschaltung 14 als Teil einer Ausfallbearbeitungsein richtung arbeitet.

Wie in Fig. 10 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. 13(a) bis 13(c)), 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. 8 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-Sollverhältnis 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. 11 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. 12). 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. 13(a) bis 13(c) und 16 dargestellte Steuer programm wird einVerfahren zum Steuern eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses mit dem in den Fig. 8 bis 10 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. 13(a) und 13(b) gezeigte Haupt routine auf. In der Hauptroutine wird die Heizung 30 (siehe Fig. 16) 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. 13(c) 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 Θ 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 Θ 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- Sollverhältnis 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 Θ 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 f20.

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. 14 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. 13(a) und 13(b) gezeigten Hauptroutine.

Der Schritt g3 liest ein Luft-Brennstoff-Sollverhältnis, welches bereits in der Hauptroutine bestimmt wurde, abhängig von Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges, bei welchem das Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem mit Merkmalen nach 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-Sollverhältnis 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-Sollverhältnis 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. 13(a) und 13(b) 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.

Claims

1. Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, mit

a) einem linearen Luft-Brennstoff-Verhältnissensor zur Erzeugung eines Luft-Brennstoff-Verhältnis-Istsignals, welches die Konzentration von Sauerstoff in einem Auspuffgas anzeigt,
b) einer Einstelleinrichtung zum Einstellen eines Luft-Brennstoff-Verhältnis-Sollsignals in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine,
c) einer Feststelleinrichtung, die auf das Istsignal von dem Sensor und auf das Sollsignal anspricht, um eine Störung oder einen Ausfall des Sensors durch Vergleichen des Istsignals mit dem Sollsignal festzustellen, bestehend aus
- c1) einer Abweichungs-Berechnungseinrichtung zur Berechnung einer Abweichung zwischen dem Istsignal und dem Sollsignal,
- c2) einer Störungs-Feststelleinrichtung zur Feststellung einer behebbaren Störung des Sensors, von der sich dieser wieder erholen kann, wenn die Abweichung über einem ersten Bezugswert liegt,
- c3) einer Ausfall-Feststelleinrichtung zur Feststellung einer nicht behebbaren Störung des Sensors, wenn die Abweichung zwischen dem Istsignal und dem Sollsignal über einem zweiten Bezugswert, der größer ist als der erste Bezugswert, liegt,
d) einer Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungs-Steuereinrichtung zur Korrektur des Luft-Brennstoff-Verhältnisses, wobei die Feststelleinrichtung bei Feststellung einer behebbaren oder nicht behebbaren Störung den Rückkopplungssteuervorgang der Steuereinrichtung unterbricht und wobei bei Feststellung einer nicht behebbarren Störung zusätzlich der Sensorbetrieb gestoppt wird.

2. Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Störungs-Feststelleinrichtung und der Ausfall-Feststelleinrichtung über ein ODER-Glied der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungs-Steuereinrichtung zugeführt sind.