DE4124080C2 - Einrichtung zur Bestimmung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses in einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Einrichtung zur Bestimmung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses in einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bestimmung eines Luft-Brennstoff-Verhält
nisses in einer Brennkraftmaschine nach dem Anspruch 1.
Aus der Literaturstelle KAMO, Takashi et al. Leau Mixture Sensor: SAE-Paper Nr.
850380, in SAE Transactions 1985, Vol. 94, Section 3, S. 177-186, ist ein Sensor
bekannt, der eine Zirkon-Festkörper-Elektrolytzelle aufweist. Bei dieser bekannten
Konstruktion sind Platinelektroden auf gegenüberliegenden Seiten des Elektrolyten befestigt
und es ist eine Keramikbeschichtung vorgesehen, die eine Diffusionsschicht bildet. Dieser
bekannte Sensor soll frei sein von temperaturabhängigen Änderungen seiner Eigenschaften
und es sollen dessen druckabhängige Eigenschaften auf der Grundlage eines Auspuffgas
druckes korrigiert werden, der jedoch bei diesem bekannten System geschätzt wird. Diese
bekannte Anordnung kann zwar bei etwa konstanter Drehzahl einer zugeordneten Maschine
zu günstigen Ergebnissen führen, in Übergangsbereichen der Drehzahl ist dieses bekannte
Prinzip jedoch nicht besonders vorteilhaft, da hier zwangsläufig der genannte Schätz
vorgang den tatsächlich momentan vorherrschenden Bedingungen nacheilt und somit die
richtigen Schätzwerte zu spät bzw. nacheilend verarbeitet werden, also zu einem Zeitpunkt
verarbeitet werden, bei welchem bereits ganz andere Druckverhältnisse gelten können.
Aus der Literaturstelle SUSUKI, Seikoo et al., Thick Film Zirconia Air-Fuel Ratio Sensor
with a Heater for Lean Mixture Control Systems, SAE-Paper Nr. 850379, in SAE Trans
actions 1985, Vol. 94, Section 3, S. 170-176, ist ein Luft-Brennstoff-Verhältnissensor
eines spezifischen Diffusionstyps bekannt. Ein derartiger Sensor ist durch eine hohe
Temperaturabhängigkeit gekennzeichnet, weist jedoch eine niedrige Druckabhängigkeit auf.
Es wurde ferner ein linearer A/F-Sensor vorgeschlagen, der das Sauerstoffkonzentrations
zellen-Vermögen von Zirkonerde (Zirkondioxid) und deren Sauerstoffionen-Pumpvermögen
ausnutzt, um zu bestimmen, ob das Luft-Brennstoff-Verhältnis auf einer magereren oder
fetteren Seite eines stöchiometrischen Verhältnisses liegt, und um weiterhin den Wert des
Luft-Brennstoff-Verhältnisses zu bestimmen (siehe die japanische offengelegte Patentver
öffentlichung Nr. 63 (1988)-36140).
Nachstehend wird unter Bezug auf die Fig. 7 bis 10 der beigefügten Zeichnungen ein
konventioneller linearer A/F-Sensor beschrieben. Fig. 7 zeigt einen linearen A/F-Sensor,
der eine Sensorzelle 20 und eine Pumpzelle 21 aufweist, die voneinander getrennt
dargestellt sind, und jede Zelle weist eine Vorrichtung aus stabilisierter Zirkonerde auf. Die
Sensorzelle 20 und die Pumpzelle 21 sind miteinander über eine Isolierschicht 22
gekoppelt. Die Sensorzelle 20 und die Pumpzelle 21 weisen jeweils in ihnen ausgebildete
Diffusionslöcher 23, 24 auf, um hierdurch Auspuffgase von einer Brennkraftmaschine mit
innerer Verbrennung zu leiten. Die Isolierschicht 22 ist mit einem Nachweishohlraum 25
versehen, der in der Isolierschicht ausgebildet ist, in welchen Auspuffgase durch die
Diffusionslöcher 23, 24 durch die Sensorzelle 20 und die Pumpzelle 21 eingeführt werden
können. Die Diffusionslöcher 23, 24 und der Nachweishohlraum 25 dienen zusammen als
ein Element zur Kontrolle der Geschwindigkeit, mit welcher die Auspuffgase diffundiert
werden. Die Isolierschicht 22 ist weiterhin mit einer Differenzkammer 25a versehen, die
unterhalb des Nachweishohlraums 25 und von diesem beabstandet angeordnet ist, wobei
die Differenzkammer 25a zwischen der Sensorzelle 20 und der Pumpzelle 21 ausgebildet
ist. Ein Referenzgas, wie beispielsweise Atmosphärenluft, wird in die Referenzkammer
25a durch ein (nicht dargestelltes) Verbindungsloch eingeführt. Wie in Fig. 8 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, 29
auch als Katalysator dienen. Die Sensorzelle 20 ist mit einer elektrischen Heizung 30
versehen, um sich 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 auftritt. 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 man einen elektrischen Strom (Pumpstrom Ip) zwischen den Elektroden
28, 29 fließen läßt.
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 aufrecht zu erhalten, die einem stöchiometrischen Verhältnis
in dem Hohlraum 25 oder den Diffusionslöchern 23, 24 entspricht. Da sich der Pumpstrom
Ip kontinuierlich in Bezug auf das Luft-Brennstoff-Verhältnis ändert, wie in Fig. 9 gezeigt,
kann das Luft-Brennstoff-Verhältnis aus dem Pumpstrom Ip berechnet werden.
Im einzelnen weist die Steuereinrichtung 31 einen Komparator 1 und einen Integrierver
stärker 2 mit einer positiven und einer negativen Stromversorgung auf. Der Komparator
1 vergleicht die elektromotorische Kraft Vs mit einer Referenzspannung Vref, die dem
stöchiometrischen Verhältnis entspricht. Das Ausgangssignal von dem Komparator 1 wird
durch den Integrierverstärker 2 integriert, dessen integriertes Ausgangssignal als der
Pumpstrom Ip über einen Widerstand 5 der Pumpzelle 21 zugeführt wird. Zu diesem
Zeitpunkt wird ein Spannungsabfall über den Widerstand 5 durch einen Stromdetektor 3
nachgewiesen, der ein Spannungssignal erzeugt, welches dem Pumpstrom Ip entspricht.
Daher wird der Pumpstrom Ip indirekt durch den Stromdetektor 3 nachgewiesen. Das
Ausgangssignal des Stromdetektors 3 wird an einen Addierer 4 angelegt, welcher dann ein
Ausgangssignal Vout erzeugt, in dem Bereich von 0-5 V, welches das Luft-Brennstoff-Verhältnis
repräsentiert gemäß der nachstehenden Gleichung:
Vout = G·Ip + Vstp
wobei G die Strom-Spannungs-Wandlerverstarkung eines Strom-Spannungs-Wandlers
bezeichnet, der aus dem Widerstand 5 und dem Stromdetektor 3 besteht, und Vstp eine
erhöhte Spannung in dem Bereich von 0-5 V ist.
Bei dem in Fig. 8 dargestellten konventionellen System wird der Spannungsabfall über den
Widerstand 5 an einen Strominversions-Detektor 6 angelegt, um die Richtung festzustellen,
in welcher der Pumpstrom fließt, wodurch ein stöchiometrisches Luft-Brennstoff-Verhältnis
Vstc erzeugt wird (vgl. Fig. 10).
Bei dem linearen A/F-Sensor weist der Pumpstrom Ip einen Wert auf, welcher der
Sauerstoffkonzentration entspricht (welche dann, wenn sie größer wird, das Luft-Brennstoff-Verhältnis
magerer macht) in dem Auspuffgas, und den Konzentrationen von
A₂, CO entspricht, welche dann, wenn sie höher sind, das Luft-Brennstoff-Verhältnis fetter
machen, und weist eine Charakteristik auf, die aus der folgenden Gleichung (1) her
vorgeht:
Ip α(K₁·T0,75·S/L + K₂·T-0,5·Pg·S/L) (1)
wobei K₁ und K₂ Konstanten sind, die sich in Abhängigkeit von dem Aufbau des linearen
A/F-Sensors ändern, T die absolute Temperatur ist, Pg der Partialdruck von Sauerstoff in
dem gemessenen Auspuffgas ist, S die Querschnittsfläche des Diffusionsloches in der die
Gasdiffusion begrenzenden Schicht ist, und L die Dicke der Gasdiffusionsbegrenzungs
schicht ist.
Es ist bekannt, daß in dem Falle, in welchem der lineare A/F-Sensor einen solchen Aufbau
aufweist, daß er hauptsächlich das Gas mit Molekülen diffundiert, die Konstante K₁ größer
ist als die Konstante K₂, was bei der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Information eine hohe
Abhängigkeit von der Temperatur hervorruft, und daß dann, falls der lineare A/F-Sensor
einen solchen Aufbau aufweist, daß er hauptsächlich das Gas durch kleine Löcher
diffundiert, die Konstante K₂ größer ist als die Konstante K₁, was zu einer starken
Abhängigkeit der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Information von dem Druck führt.
In dem Fall, in welchem der lineare A/F-Sensor mit einem Aufbau eingesetzt wird, bei
welchem hauptsächlich das Gas durch kleine Löcher diffundiert wird, wurde herausgefun
den, daß gemäß der Darstellung in Fig. 9 die Kurve b, welche den Pumpstrom gegenüber
dem Luft-Brennstoff-Verhältnis darstellt, die unter einem Referenzdruck aufgezeichnet
wurde, der auf den Sensor in einer Referenzumgebung wirkt, stark von der Kurve a
abweicht, welche den Pumpstrom gegenüber dem Luft-Brennstoff-Verhältnis zeigt, die
unter einem gemessenen Druck auf den Sensor auf beiden Seiten des stöchiometrischen
Luft-Brennstoff-Verhältnisses aufgezeigt wurde, wobei der Pumpstrom Ip Null ist, wobei
die Abweichung größer wird, wenn der Absolutwert des Pumpstroms Ip größer wird.
Bei einem linearen A/F-Sensor, der einen Aufbau aufweist, bei welchem das Gas
hauptsächlich durch kleine Löcher diffundiert wird, wurde bislang der Abhängigkeit der
von dem Sensor erzeugten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Information von dem Druck und der
Temperatur keine Beachtung geschenkt. Es war üblich, das Luft-Brennstoff-Verhältnis der
Brennstoff-Einspritzvorrichtung über eine Rückkopplungs-Steuerschleife zu steuern, auf der
Grundlage der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Information, die nicht korrigiert war.
Eine exakte Steuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses, so daß dieses einen Zielwert
erreicht, während die Brennkraftmaschine in Betrieb ist, ist äußerst wichtig für eine
Verringerung des Brennstoffverbrauchs, eine vergrößerte Motorausgangsleistung, eine
stabilere Leerlaufgeschwindigkeit des Motors, reinere Auspuffgase, und verbesserte
Fahreigenschaften. Allerdings stellte sich heraus, daß das voranstehend beschriebene
konventionelle Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuerverfahren unzureichend ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Einrichtung zur
Bestimmung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses in einer Brennkraftmaschine zu schaffen,
bei der das Luft-Brennstoff-Verhältnis noch genauer abhängig vom tatsächlichen Sauer
stoffgehalt im Abgas auf einen optimalen Wert geregelt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale
gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus dem Unteranspruch 2.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Einrichtung zur Bestimmung eines Luft-Brenn
stoff-Verhältnisses mit Merkmalen nach der vor
liegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Flußdiagramm eines Korrekturverfahrens für ein
Luft-Brennstoff-Verhältnis, welches von einem Luft-Brennstoff-Sensor
mit der Einrichtung zur Bestimmung des Luft-Brennstoff-Verhält
nisses erzeugt wird;
Fig. 3 ein Blockschaltbild, teilweise im Schnitt, eines
Brennstoffeinspritz-Steuersystems, bei welchem das
Verfahren zur Korrektur eines Luft-Brennstoff-Ver
hältnisses gemäß Fig. 2 durchgeführt werden kann;
Fig. 4(a)
bis 4(c) Flußdiagramme eines Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steu
erprogramms, welches durch eine Steuerung in dem in
Fig. 3 dargestellten Brennstoffeinspritz-Steuersy
stem ausgeführt wird;
Fig. 5 ein Diagramm in einer Darstellung einer Zuordnung
von Motordrehmomenten, Motorgeschwindigkeiten und
Auspuffdrucken;
Fig. 6 ein Diagramm mit einer Darstellung von Zuordnungen
von Auspuffdrucken und Einlaßluftmengen;
Fig. 7 eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung
eines konventionellen Luft-Brennstoff-Verhältnis-Sensors;
Fig. 8 eine schematische Ansicht, teilweise als Block
schaltbild, des in Fig. 7 gezeigten konventionellen
Luft-Brennstoff-Verhältnis-Sensors;
Fig. 9 ein Diagramm mit einer Darstellung der Beziehung
zwischen einem Pumpstrom und einem Luft-Brennstoff-Verhältnis;
und
Fig. 10 ein Diagramm mit einer Darstellung eines stöchiome
trischen Verhältnissignals, dessen Pegel von der
Richtung des Pumpstroms abhängt.
Fig. 1 zeigt als Blockschaltbild eine Einrichtung zur Bestimmung des Luft-Brennstoff-Verhält
nisses mit Merkmalen nach der vorliegenden Erfindung.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist die Einrichtung zur Bestimmung des Luft-Brennstoff-Verhält
nisses einen Luft-Brennstoff-Verhältnis-Sen
sor auf, um eine Luft-Brennstoff-Verhältnis-Information Ss
abzugeben, entsprechend dem Luft-Brennstoff-Verhältnis-Signal
Vout in Fig. 8), welche das Luft-Brennstoff-Verhältnis reprä
sentiert, das in dem Auspuffrohr einer Brennstoffmaschine mit
innerer Verbrennung festgestellt wurde, und weist eine Druckinfor
mations-Ausgabeeinrichtung auf, die nahe dem Luft-Brennstoff-Sensor
angeordnet ist, um den Druck eines Auspuffgases festzu
stellen, in welchem der Luft-Brennstoff-Sensor angeordnet ist,
weist eine Auspuffdruck-Berechnungseinrichtung auf, um einen
Auspuffdruck Pk aus einer vorbestimmten Zuordnung (Tabelle,
Abbildung) oder dergleichen zu berechnen in Abhängigkeit von
der Druckinformation von der Druckinformations-Ausgabeeinrich
tung, weist eine Druckdifferenz-Berechnungseinrichtung auf, um
die Differenz ΔP zwischen dem Auspuffdruck Pk und einem Refe
renzdruck Po festzustellen, und weist eine Luft-Brennstoff-
Verhältnis-Berechnungseinrichtung auf, um die Luft-Brennstoff-
Verhältnis-Information Ss mit der Druckdifferenz ΔP zu kor
rigieren und ein korrigiertes Luft-Brennstoff-Verhältnis-Si
gnal auszugeben.
Das korrigierte Luft-Brennstoff-Verhältnis-Signal wird einem
Rückkopplungs-Steuersystem zugeführt, welches das korrigierte
Luft-Brennstoff-Verhältnis-Signal verwendet, also dem Brenn
stoffeinspritz-Steuersystem einer Brennkraftmaschine mit inne
rer Verbrennung.
Fig. 2 zeigt eine Sequenz von Bearbeitungsschritten, die von
der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung zur Bestimmung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses
ausgeführt wird. Bei der Verarbeitungssequenz
wird die Druckdifferenz ΔP zwischen dem Auspuffdruck Pk, der
von der Auspuffdruck-Berechnungseinrichtung ausgegeben wird,
und dem Referenzdruck Po in einer Referenzumgebung zunächst
berechnet. Dann wird die Luft-Brennstoff-Verhältnis-Informa
tion Ss von dem Luft-Brennstoff-Verhältnis-Sensor korrigiert.
Im einzelnen wird die Druckdifferenz ΔP (= Pk-Po) multipli
ziert mit einer Korrekturkonstanten G, und die Luft-Brenn
stoff-Verhältnis-Information Ss von dem Luft-Brennstoff-Ver
hältnis-Sensor wird durch eine Korrektur Ss korrigiert, die
von der Druckdifferenz ΔP abhängt, wodurch eine druckkorri
gierte Luft-Brennstoff-Verhältnis-Information So erzeugt wird.
Auf diese Weise wird die druckkorrigierte Luft-Brennstoff-
Verhältnis-Information So gemäß der nachstehenden Gleichung
(2) berechnet:
So = G × (Pk-Po) × Ss (2)
Beispielsweise kann die Kurve b für den Pumpenstrom gegenüber
dem Luft-Brennstoff-Verhältnis gemäß Fig. 9 durch die voran
stehend beschriebene Bearbeitungssequenz wie folgt korrigiert
werden:
Die Luft-Brennstoff-Verhältnis-Information Ss1 auf der Kurve
b wird durch die Druckkorrektur ΔS korrigiert in die korri
gierte Luft-Brennstoff-Verhältnis-Information So1 auf der
Kurve a für den Pumpenstrom gegenüber dem Luft-Brennstoff-Verhältnis,
wodurch ein Luft-Brennstoff-Verhältnis unter dem
Referenzdruck erzeugt wird.
Fig. 3 zeigt ein Brennstoffeinspritz-Steuersystem für eine
Verbrennungskraftmaschine mit innerer Verbrennung. Das in Fig.
3 gezeigte Verfahren zur Korrektur eines Luft-Brennstoff-Ver
hältnisses kann bei dem Brennstoffeinspritz-Steuersystem ver
wendet werden.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, weist das Brennstoffeinspritz-Steu
ersystem einen linearen A/F-Sensor 14 auf, der in einem Aus
puffkanal 11 einer Brennkraftmaschine 10 angeordnet ist. Eine
Information Ss bezüglich des Luft-Brennstoff-Verhältnisses
(A/F), welche von dem linearen A/F-Sensor 14 erzeugt wird,
wird zu einer Motorsteuerung 12 ausgegeben. Die Motorsteuerung
12 berechnet dann eine Brennstoffrate, die dem Motor 10 zu
geführt werden soll, und zwar auf der Grundlage der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Information
Ss. Das Brennstoffeinspritz-Steuersystem
weist eine Brennstoff-Einspritzdüse N auf, um die
berechnete Brennstoffrate in einen Einlaßkanal 13 des Motors
10 einzuspritzen.
Der lineare A/F-Sensor 14 und eine Steuereinrichtung 15 für
diesen, wie in Fig. 11 gezeigt ist, weisen dieselbe Anordnung
auf wie der lineare A/F-Sensor und die Steuereinrichtung 31
des in Fig. 8 gezeigten konventionellen Systems und werden
nicht im einzelnen beschrieben.
In Fig. 3 bilden daher der lineare A/F-Sensor 14 und die zu
gehörige Steuereinrichtung 15 den Luft-Brennstoff-Verhältnis-Sensor
(vgl. Fig. 1). Der lineare A/F-Sensor (14) ist mit der
Motorsteuerung 12 über die Steuereinrichtung 15 verbunden, und
liefert ein Luft-Brennstoff-Verhältnis-Signal Ss in dem Be
reich von 0 bis 5 V an die Motorsteuerung 12.
Ein Starterschalter 16 ist in einer Kombinationsschalteranord
nung (nicht dargestellt) des Motors vorgesehen und legt ein
EIN- oder ein AUS-Signal an die Steuerung 12 an. Ein Luftfluß
sensor 17 gibt ein die Lufteinlaßraten-Information anzeigendes
Signal an die Steuerung 12. Ein Motordrehgeschwindigkeits-Sensor
18 legt ein Motordrehgeschwindigkeits-Information an
zeigendes Signal an die Steuerung 12 an. Ein Atmosphärendruck-Sensor
19 liefert ein Signal, welches Atmosphärendruck-Infor
mation anzeigt, an die Steuerung 12. Ein Drucksensor 20, der
als die Druckinformations-Ausgabeeinrichtung dient (vgl. Fig.
1), gibt Auspuffdruck-Information an die Steuerung 12. Der
Drucksensor 20 ist in dem Auslaßkanal 11 in der Nähe des li
nearen A/F-Sensors 14 angeordnet.
Die Steuerung 12 besteht hauptsächlich aus einem Mikrocomputer
und weist einen Treiber 121 auf, um die Brennstoff-Einspritz
düse N zu bestätigen, eine Eingangs/Ausgangsschnittstelle 123,
um unterschiedliche Ausgangssignale zu empfangen und ein Steu
ersignal an den Treiber 121 anzulegen, einen Speicher 123, der
ein Steuerprogramm zum Steuern des Luft-Brennstoff-Verhältnis
ses speichert (vgl. Fig. 4(a) bis 4(c)), sowie eine Steuer
einheit 124 zur Berechnung von Steuerwerten entsprechend dem
Steuerprogramm.
Die Funktionen der Steuerung 12, also die Funktionen der Aus
puffdruck-Berechnungseinrichtung, der Druckdifferenz-Berech
nungseinrichtung, und der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Berech
nungseinrichtung werden nachstehend beschrieben. Zusätzlich zu
diesen Funktionen weist die Steuerung 12 weiterhin eine Ein
richtung zum Steuern der Brennstoffrate auf, die eingespritzt
werden soll, mittels einer Rückkopplungs-Steuerung auf der
Grundlage des korrigierten Luft-Brennstoff-Verhältnisses.
Ein Verfahren zur Korrektur eines Luft-Brennstoff-Verhältnis
ses von dem Luft-Brennstoff-Verhältnis-Sensor wird nachstehend
unter Bezug auf das in den Fig. 4(a) bis 4(c) gezeigte Steuer
programm beschrieben. Das Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuer
verfahren wird gleichzeitig mit einem Verfahren zum Steuern
der einzuspritzenden Brennstoffrate durchgeführt (über eine
Rückkopplungs-Steuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses und
eine rückkopplungsfreie Steuerung des Luft-Brennstoff-Verhält
nisses (ohne Rückkopplung)), mittels der Steuerung 12.
Das Steuerprogramm weist eine Hauptroutine auf, die in Fig.
4(a) und 4(b) gezeigt ist, welche mit ihrer Ausführung durch
die Steuerung 12 beginnt, wenn der Starterschalter 16 einge
schaltet wird. Wird der Starterschalter 16 eingeschaltet, so
wird eine Startermarke gesetzt, wie in Fig. 4(c) gezeigt. In
der Hauptroutine wird die Heizung 30 (vgl. Fig. 8) in einem
Schritt a1 eingeschaltet, gefolgt von einem Schritt a2, wel
cher bestimmt, ob die Startermarke 1 ist oder nicht. Ist die
Startermarke nicht 1, dann springt die Steuerung zu einem
Schritt a7, und wenn die Startermarke 1 ist, dann geht die
Steuerung mit einem Schritt a3 weiter.
Die Startermarke wird auf Null in dem Schritt a3 zurückge
setzt, und eine Pumpenzellen-Betriebsmarke, die eine Zuführung
des Pumpenstroms Ip gestattet (vgl. Fig. 9), wird in einem
Schritt a4 zurückgesetzt. In einem Schritt a6 wird ein Sensor
startzeitgeber zurückgesetzt, der eine Zeit zum Starten des
linearen A/F-Sensors 14 festlegt. Daraufhin wird der Sensor
startzeitgeber in einem Schritt a6 gestartet.
Ein nächster Schritt a7 legt fest, ob der Zählwert des Sensor
startzeitgebers einen vorbestimmten Wert θ überschreitet, der
auf ein Zeitintervall gesetzt wurde, das genügend lang ist, um
den Luft-Brennstoff-Verhältnis-Sensor zu aktivieren, während
der Motor sich erwärmt. Wenn der Zählwert des Sensorstartzeit
gebers nicht den vorbestimmten Wert θ überschreitet, dann geht
die Steuerung zu einem Schritt a15 über, in welchem ein Luft-
Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerkoeffizient KFB ge
setzt wird. Dann wird der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopp
lungssteuervorgang in einem Schritt a16 unterbunden. Dann geht
die Steuerung in einem Schritt a17 weiter, in welchem eine
Brennstoff-Einspritzrate Fuel berechnet wird. Im einzelnen
wird eine einzuspritzende Brennstoffrate aus einer vorbestimm
ten Zuordnung festgelegt, die von der Motordrehgeschwindigkeit
N und der Motorbelastung A/N abhängt, und die ermittelte
Brennstoff-Einspritzrate Fuel wird in einem vorbestimmten
Speicherbereich gespeichert. Mit anderen Worten wird der rück
kopplungsfreie Vorgang zur Steuerung der einzuspritzenden
Brennstoffrate in dem Schritt a17 ausgeführt. Daraufhin kehrt
die Steuerung von dem Schritt a17 zum Schritt a1 der Hauptrou
tine zurück. In einer (nicht dargestellten) Brennstoff-Ein
spritzroutine, die sich dem voranstehend beschriebenen Ver
fahren anschließt, wird die einzuspritzende Brennstoffrate in
Reaktion auf eine Unterbrechung (Interrupt) bei einem bestimm
ten Kurbelwellenwinkel festgelegt, und Brennstoff wird mit der
so festgelegten Rate eingespritzt, um ein Luft-Brennstoff-Zielverhältnis
(ein angestrebtes Luft-Brennstoff-Verhältnis)
zu erreichen, welches durch das Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuerverfahren
ohne Rückkopplung festgelegt ist.
Überschreitet der Zählwert des Sensorstartzeitgebers den vor
bestimmten Wert θ in dem Schritt 7, dann geht die Steuerung
mit einem Schritt a8 weiter. Falls der Sensorstartzeitgeber
immer noch im Betrieb ist, wird in dem Schritt a8 dessen Zähl
betrieb angehalten, während der bislang erreichte Zählwert
beibehalten wird. Dann geht die Steuerung von dem Schritt a8
zu einem Schritt a9 über.
Der Schritt a9 legt fest, ob die Pumpenzellen-Betriebsmarke 1
ist oder nicht. Ist die Pumpenzellen-Betriebsmarke nicht 1,
dann geht die Steuerung zu einem Schritt a10 über, in welchem
die Pumpenzelle 21 betätigt wird. Dann wird die Pumpenzellen-Betriebsmarke
auf 1 in einem Schritt a11 gesetzt, auf welchen
ein Schritt a12 folgt, in welchem ein Pumpenzellen-Betriebs
zeitgeber gestartet wird. Ein Schritt a13 stellt fest, ob der
Zählwert des Pumpenzellen-Betriebszeitgebers einen vorbestimm
ten Wert ∈ überschreitet, der auf ein genügend langes Zeit
intervall gesetzt wurde, damit sich das Ausgangssignal des
Luft-Brennstoff-Verhältnis-Sensors stabilisieren kann. Wenn
der Zählwert des Pumpenzellen-Betriebszeitgebers nicht den
vorbestimmten Wert ∈ überschreitet, dann geht die Steuerung zu
dem Schritt a15 über, um mit dem rückkopplungsfreien Steuer
verfahren weiterzumachen. Wenn der Zählwert des Pumpenzellen-Betriebszeitgebers
den vorbestimmten Wert ∈ überschreitet,
also wenn der Sensorausgang stabil wird und der Pumpenstrom Ip
verläßlich wird, dann geht die Steuerung von dem Schritt a13
zu einem Schritt a14 über. Wenn der Pumpenzellen-Betriebszeit
geber immer noch in Betrieb ist, so wird in dem Schritt a14
dessen Zählbetrieb angehalten, während der bis dahin erreichte
Zählwert beibehalten wird. Dann geht die Steuerung von dem
Schritt a14 zu einem Schritt a18 über.
Der Schritt a18 legt fest, ob die momentanen Betriebsbedingun
gen des Motors in einen Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopp
lungssteuerbereich fallen oder nicht. Liegen sie nicht in dem
Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerbereich, dann
geht die Steuerung zu dem Schritt a15 über, um das rückkopp
lungsfreie Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuerverfahren durch
zuführen.
Wenn die momentanen Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs in
dem Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerbereich im
Schritt a18 liegen, dann geht die Steuerung mit einem Schritt
a19 weiter. In dem Schritt a19 liest die Auspuffdruck-Berech
nungseinrichtung den Druck in dem Auslaßkanal, wie er von dem
Drucksensor 20 festgestellt wird, und berechnet einen Druck Pk
auf den linearen A/F-Sensor 14 aus dem abgelesenen Druck. In
dem Schritt a19 erzeugt die Druckdifferenz-Berechnungseinrich
tung die Druckdifferenz ΔP zwischen dem Druck Pk und einem
Referenzdruck Po auf den linearen A/F-Sensor 14. Dann wird die
Luft-Brennstoff-Verhältnis-Information Ss von dem Luft-Brenn
stoff-Verhältnis-Sensor durch die Druckdifferenz ΔP entspre
chend Gleichung (2) in einem Schritt a20 korrigiert, wodurch
die korrigierte Luft-Brennstoff-Verhältnis-Information So
erzeugt wird.
Daraufhin geht die Steuerung von dem Schritt a20 zu einem
Schritt a21 über. Der Schritt a21 berechnet ein aktuelles
Luft-Brennstoff-Verhältnis (A/F)₂, auf der Grundlage der kor
rigierten Luft-Brennstoff-Verhältnis-Information So entspre
chend der Gleichung
(A/F)₂ = f(So)
Dann wird ein Zielwert für das Luft-Brennstoff-Verhältnis A/F,
welcher bereits abhängig von Betriebszuständen des Kraftfahr
zeugs bestimmt wurde, bei welchem der Motor mit der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Nachweisvorrichtung
vorgesehen ist,
gelesen, und es wird ein Fehler oder eine Differenz ∈ berech
net zwischen dem gelesenen Zielwert für das Luft-Brennstoff-Verhältnis
A/F und dem aktuellen Luft-Brennstoff-Verhältnis
(A/F)₂, und ebenso eine Differenz Δ∈ zwischen dem momentan
berechneten Fehler ∈ und dem vorher berechneten Fehler.
Schließlich wird in dem Schritt a21 ein Korrekturkoeffizient
KFB berechnet für die Steuerung einer Brennstoff-Einspritzrate
auf der Grundlage des Luft-Brennstoff-Verhältnisses.
Der Korrekturkoeffizient KFB wird als die Summe oder Differenz
berechnet aus einem proportionalen Term KA(∈) einer Verstär
kung abhängig von dem Fehlerpegel ∈, einem Offset Kp zur Ver
hinderung einer Antwortverzögerung infolge des Drei-Wege Kata
lysators, einem differentiellen Term KD(Δ∈) abhängig von der
Differenz Δ∈, einem integralen Term ΣKI( ∈ ,tFB), und 1.
Daraufhin geht die Steuerung zu dem Schritt a17 über, in wel
chem eine geeignete Brennstoffrate, die zu diesem Zeitpunkt
zugeführt werden soll, aus den Korrekturkoeffizienten KFB, K,
und der grundlegenden Brennstoff-Einspritzrate F(A/N, N) be
rechnet wird. Dann kehrt die Steuerung zu dem Schritt a1 in
der Hauptroutine zurück.
Die zuzuführende Brennstoffrate, die auf diese Weise in der in
den Fig. 4(a) und 4(b) gezeigten Routine bestimmt wird, wird
in der Brennstoff-Einspritzroutine aufgerufen, die zum Zeit
punkt einer Unterbrechung (Interrupt) ausgeführt wird, die in
Reaktion auf ein Kurbelwellenwinkel-Signal durchgeführt wird,
welches in der Hauptroutine erzeugt wird. Dann wird die Brenn
stoff-Einspritzdüse N durch den Treiber 121 für einen Zeitraum
betätigt, welcher der festgelegten zuzuführenden Brennstoff
rate entspricht, wodurch Brennstoff mit der Rate eingespritzt
wird, mit welcher das gewünschte Luft-Brennstoff-Verhältnis
erhalten wird.
Bei der voranstehenden Ausführungsform wird die Druckinforma
tion von dem Drucksensor 20 als der Druckinformations-Ausgabe
einrichtung durch die Auspuffdruck-Berechnungseinrichtung
gelesen. Die Druckinformation kann jedoch auf irgendeine ande
re Weise bereitgestellt werden.
Beispielsweise kann die Druckinformations-Ausgabeeinrichtung
aus dem Motordrehgeschwindigkeits-Sensor 18 und dem Luftfluß
sensor 17 bestehen, und die Druckinformation in dem Auslaßka
nal kann auf der Grundlage der Motordrehgeschwindigkeit und
der Lufteinlaßrate erhalten werden, die in dem Einlaßkanal
eingezogen wurde. Im einzelnen speichert der Speicher 123 der
Steuerung 12 eine dreidimensionale Zuordnung oder Karte von
Motordrehgeschwindigkeiten Ne, Motordrehmomenten T, und Aus
puffdrucken PN, wie in Fig. 5 gezeigt, wobei die Zuordnung als
die Auspuffdruck-Berechnungseinrichtung dient. Zunächst wird
die Motordrehgeschwindigkeit Ne und die Menge A an Einlaßluft
bestimmt, dann wird die Lufteinlaßrate A/N aus der Motordreh
geschwindigkeit Ne und der Einlaßluftmenge A berechnet, und
das Motordrehmoment T wird aus der Lufteinlaßrate A/N und der
Motordrehgeschwindigkeit Ne berechnet. Daraufhin werden der
Auspuffdruck PM in Abhängigkeit von der Motordrehgeschwindig
keit Ne und dem Motordrehmoment T aus der in Fig. 5 gezeigten
dreidimensionalen Zuordnung festgelegt. Sind keine exakten
Druckdaten bei dieser Zuordnung verfügbar, dann werden diese
Daten zwischen am engsten benachbarten Punkten auf der Zuord
nung interpoliert. Beispielsweise können Auspuffdruckdaten bei
der Motordrehgeschwindigkeit Ne1 und dem Motordrehmoment T1 in
Fig. 5 wie nachstehend angegeben interpoliert werden:
{n1/(n1 + n2)} × (50-10) + 10 = PM.
Dann wird der Atmosphärendruck PA von dem Atmosphärendruck-Sensor
19 gelesen, und es wird ein Druck Pk berechnet (= PM +
PA). Der auf diese Weise bestimmte Druck Pk wird in dem
Schritt a19 der Hauptroutine verwendet. Falls der Atmosphären
druck-Sensor 19 nicht vorhanden ist, dann kann der Druck PM
als der Druck Pk verwendet werden.
In dem Falle, in welchem die Druckinformations-Ausgabeeinrich
tung aus dem Motordrehgeschwindigkeits-Sensor und dem Luft
flußsensor besteht, so kann der Drucksensor 20 entfallen, und
daher läßt sich die Anzahl verwendeter Teile verringern.
Falls die in Fig. 5 gezeigte Zuordnung nicht erhältlich ist,
dann kann der Atmosphärendruck PA von dem Atmosphärendruck-Sensor
19 gelesen werden, der Druck Pk (= PA) kann berechnet
werden, und dann kann der Druck Pk in dem Schritt a19 der
Hauptroutine verwendet werden.
Alternativ hierzu kann die Druckinformations-Ausgabeeinrich
tung den Luftflußsensor 17 aufweisen. Im einzelnen speichert
der Speicher 123 der Steuerung 12 eine Zuordnung (Karte) von
Lufteinlaßraten Q und Auspuffdrucken PM in dem Auspuffkanal,
wie in Fig. 6 gezeigt ist, wobei die Zuordnung als die Aus
puffdruck-Berechnungseinrichtung dient. Die Steuerung 12 be
stimmt die Einlaßluft-Rate Q (= A/N) aus der Motordrehge
schwindigkeit Ne und der Einlaßluftmenge A, bestimmt einen
Auspuffdruck PM1 von der Zuordnung entsprechend der Luftein
laßrate Q, und berechnet Druckinformation Pk (= PM1). Die
Korrelation zwischen Lufteinlaßraten Q (= A/N) und Auspuff
drucken PM1 in dem Auspuffkanal wird experimentell bestimmt.
Wenn die Steuerung 12 dem Atmosphärendruck-Sensor 19 zugeord
net ist, dann kann der Auspuffdruck PM1 aus der in Fig. 6 dar
gestellten Zuordnung (Karte) bestimmt werden, der Atmosphä
rendruck PA kann von dem Atmosphärendruck-Sensor 19 gelesen
werden, die Druckinformation Pk (= PA + PM1) kann berechnet
werden, und die Druckinformation kann in dem Schritt a19 der
Hauptroutine verwendet werden.
Claims (2)
1. Einrichtung zur Bestimmung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses in einer Brenn
kraftmaschine, mit einem im Auspuffgasstrom der Brennkraftmaschine angeordneten
Sensor, welcher kleine Diffusionslöcher aufweist und welcher die Konzentration von
Sauerstoff im Auspuffgas gasdruckabhängig mißt,
mit einer Auspuffdruck-Berechnungseinrichtung zur Berechnung eines Druckes in dem Auspuffgas, die ein Drucksignal von einer im Auspuffgasstrom angeordneten Druck meßeinrichtung empfängt,
einer Druckdifferenz-Berechnungseinrichtung zur Berechnung der Druckdifferenz zwischen dem auftretenden Druck und einem Referenzdruck, der auf den Sensor wirkt, um den Sensor zu veranlassen, Referenzausgangssignal-Eigenschaften aufzuweisen, wenn der Sensor einem Referenzdruck ausgesetzt wird; und
eine Luft-Brennstoff-Verhältnis-Berechnungseinrichtung zur Berechnung und Korrektur eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses auf der Grundlage des Ausgangssignals des Sensors und der Druckdifferenz, die von der Druckdifferenz-Berechnungseinrichtung berechnet wurde, um ein druckkorrigiertes Luft-Brennstoff-Verhältnis zu erzeugen.
mit einer Auspuffdruck-Berechnungseinrichtung zur Berechnung eines Druckes in dem Auspuffgas, die ein Drucksignal von einer im Auspuffgasstrom angeordneten Druck meßeinrichtung empfängt,
einer Druckdifferenz-Berechnungseinrichtung zur Berechnung der Druckdifferenz zwischen dem auftretenden Druck und einem Referenzdruck, der auf den Sensor wirkt, um den Sensor zu veranlassen, Referenzausgangssignal-Eigenschaften aufzuweisen, wenn der Sensor einem Referenzdruck ausgesetzt wird; und
eine Luft-Brennstoff-Verhältnis-Berechnungseinrichtung zur Berechnung und Korrektur eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses auf der Grundlage des Ausgangssignals des Sensors und der Druckdifferenz, die von der Druckdifferenz-Berechnungseinrichtung berechnet wurde, um ein druckkorrigiertes Luft-Brennstoff-Verhältnis zu erzeugen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßein
richtung aus einem Drucksensor besteht.
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