DE4215787C2

DE4215787C2 - Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4215787C2
Application number: DE4215787A
Authority: DE
Inventors: Kazumi Ishida; Hiroshi Haraguchi; Masakazu Hishinuma; Akio Fujiwara
Original assignee: Denso Corp; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: DENSO CORP., KARIYA, AICHI, JP TOKYO GAS CO. LTD.,
Priority date: 1991-05-13
Filing date: 1992-05-13
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2012-05-14
Also published as: DE4215787A1; US5417060A; JP2989929B2; JPH04339146A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Luft/Brennstoff-Verhält nis-Steuerungsgerät bzw. eine Lambdaregelungsvorrichtung oder Lambdaregler für eine Brennkraftmaschine und insbesondere auf ein solches Gerät dieser Art, das einen ersten und zweiten Sauerstoffsensor, auch Lambdasonde genannt, aufweist, die stromab bzw. stromauf eines katalytischen Wandlers bzw. Katalysators der Brennkraftmaschine angeordnet sind.

Es ist ein Lambdaregler für eine Brennkraftmaschine bekannt, das zur Verbesserung des jeweiligen Reinheitsgrads des Abgases ein Luft/Brennstoff-Verhältnis, d. h. die Luftzahl λ der Brennkraftmaschine in Übereinstimmung mit einem Ausgangssignal einer stromauf des Katalysators angeordneten Lambdasonde um ein theoretisches Luft/Brennstoff-Verhältnis, das sogenannte stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, herum steuert.

Weiterhin ist ein Lambdaregler für eine Brennkraftmaschine bekannt, das eine erste und zweite, stromab bzw. stromauf des Katalysators der Brennkraftmaschine angeordnete Lambdasonde aufweist und das ein Ausgangssignal der ersten, stromauf des Katalysators angeordneten Lambdasonde in Übereinstimmung mit einem Ausgangssignal der zweiten, stromab des Katalysators angeordneten Lambdasonde kompensiert, um eine Abnahme in der Steuerbarkeit zu verhindern, die auf eine Änderung oder Streuung in einer Charakteristik bzw. Eigenschaft der ersten Lambdasonde zurückzuführen ist. So wird beispielsweise eine Verzögerungszeit der Lambdareglung durch die erste Lambdasonde in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal der zweiten Lambdasonde gesteuert. Ein derartiges Verfahren ist in der JP-OS-61-286550 beschrieben, die mit der US-PS- 4,739,614 korrespondiert.

Fig. 3A ist eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Sauerstoffsensors bzw. Lambdasonde der vorstehend erwähnten Art. Fig. 3B ist eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 3A gezeigten Bereichs A. Gemäß Fig. 3A weist jeder der beiden in dem vorstehend erwähnten Lambdaregler verwendeten Lambdasonden einen bekannten Festkörper- bzw. Trocken elektrolyten 31 auf, der in Form einer Röhre mit einem offe nen und einem geschlossenen Ende ausgebildet ist und aus Zirkonerde bzw. Zirkondioxid (ZrO₂) besteht, dem Yttriumoxid (Y₂O₃) oder dergleichen zugefügt ist, wobei an der inneren Oberfläche und den äußeren Oberflächen der Röhre des Festkörperelektrolyten 31 aus Platin oder dergleichen herge stellte Elektroden 32 und 33 vorgesehen sind und wobei eine Schutzschicht 34 zum Schutz der Lambdasonde selbst dient. Diese Lambdasonde hat keinerlei Funktion zum Oxidieren oder Verringern bestimmter Substanzen in einem unausgeglichenen Verbrennungsgas bzw. Abgas, wie beispielsweise Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H₂), Stickstoffoxid (NOx) oder dergleichen.

Die Anwesenheit der bestimmten Substanzen hat daher zur Folge, daß die Charakteristik der ersten, stromauf des Kata lysators angeordneten Lambdasonde von derjenigen Cha rakteristik, die im Falle der Abwesenheit dieser Substanzen vorliegen würde, zum mageren oder fetten Zustand hin ab weicht. Genauer gesagt, falls beispielsweise eine große Menge an CO oder H₂ in einem Abgas enthalten ist, weicht die Charakteristik der ersten Lambdasonde von der in seinem Normalzustand gegebenen zum Zustand der Magerkeit des Abgases hin ab, da für eine ausreichende Oxidierungsreaktion auf der Oberfläche der Elektrode 33 eine bestimmte Zeitspanne benötigt wird. Eine derartige Abweichung verhindert daher, daß die Luftzahl λ der Brennkraftmaschine noch sicherer zu dem stöchiometrischen Verhältnis gesteuert werden kann.

Die Charakteristik der zweiten, stromab des Katalysators an geordneten Lambdasonde weicht nicht sehr stark in Abhängigkeit davon ab, ob das Abgas in einem fetten oder mage ren Zustand vorliegt, da die bestimmten Substanzen im unaus geglichenen Abgas in einem bestimmten Maße vom Katalysator gereinigt werden. Falls das Ausgangssignal der ersten Lambdasonde in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal der zweiten Lambdasonde kompensiert wird, liegt ein Problem je doch darin, daß eine Steuerfrequenz der Lambdaregelung ab nimmt, so daß die Steuerbarkeit abnimmt, da das Ausgangs signal der ersten Lambdasonde von dem im Normalzustand ab weicht. Darüberhinaus nimmt das Reinigungsverhältnis bzw. das Reinigungsvermögen des Katalysators gemäß der Darstellung in Fig. 4 ab, die eine Charakteristik bzw. Kennlinie des Reini gungsverhältnisses in Bezug zur Steuerfrequenz zeigt.

Darüberhinaus verschlechtern sich aufgrund von Abnutzung die Eigenschaften des Katalysators mit der Zeit, so daß er gege benenfalls nicht mehr in ausreichendem Maße funktionsfähig ist. Wenn ein derartiges Problem auftritt, ändert sich die Charakteristik der zweiten, stromab des Katalysators ange ordneten Lambdasonde, so daß die Luftzahl λ der Brennkraftma schine zur Verbesserung des Reinigungsvermögens des Katalysa tors nicht in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal der zweiten Lambdasonde gesteuert werden kann.

Weiteres zum Stand der Technik enthält die den Oberbe griff des Anspruchs bildende DE 38 37 984 A1, die ein Verfah ren und Vorrichtung zur Lambdaregelung beschreibt, das bzw. die Stabilitätsprobleme bei der Regelung eliminiert. Zu die sem Zwecke setzt die darin beschrieben Vorrichtung eine erste und eine zweite vom Katalysator stromabwärtsliegende Lambdasonde zur stabilen Regelung des Lambda-werts bzw. der Luftzahl λ ein. Jedoch ist es anzunehmen, daß die dort ver wendeten Lambdasonden identisch ausgeführt werden.

Die DE 39 38 056 A1 beschreibt einen Sauerstoffühler bzw. eine Lambdasonde, der bzw. die eine Katalysatoranordnung zum Be wirken und/oder Fördern einer Wassergasreaktion des der zweiten Elektrode zugeführten, in dem erfaßten Gas enthaltenen Kohlenmonoxids aufweist. Somit wird eine schnelle Erfassung der Luftzahl erzielt bzw. wird es ermöglicht, durch vom Ausgangssignal des Fühlers abhängige Regelung die Luftzahl auf dem stöchiometrischen Verhältnis zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lambda- Steuerungsgerät der gattungsgemäßen Art in der Weise zu verbessern, daß die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden können. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, trotz evtl. Abnutzungserscheinungen des Katalysators bzw. Verschlechterungen dessen Reinigungswirkung ein kontinuierliches und genaues Erfassen des Bereichs zu ermöglichen, bei dem der Reinigungswirkungsgrad des Katalysators hoch ist. Somit soll die Grundlage einer Steuerung der Luftzahl λ geschaffen werden, die eine höchst wirksame Reinigung des Abgases im Katalysators ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den Pa tentansprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst. Im einzelnen wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß stromauf des Katalysators eine eine leistungsfähige katalytische Wirkung aufweisende Lambdasonde, während stromab des Katalysators eine eine niedrige katalytische Wirkung aufweisende Lambdasonde vorgesehen wird. Dies hat zur Folge, daß die Luftzahl λ im Ansprechen auf eine Abweichung der Fensterposition in sicherer Weise gesteuert werden kann, da keine Abweichung der Ausgangssignal-Kennlinie auftritt, obgleich die stromaufwärtsliegende Lambdasonde dem unausgeglichenen bzw. ungereinigten Verbrennungsgas ausgesetzt ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung nä her erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den prinzipiellen Aufbau eines Aus führungsbeispiels des Lambdareglers;

Fig. 2A und 2B Kennlinien des jeweiligen Verhältnis ses der Spannung zur Luftzahl λ einer Lambdasonde bei diesem Ausführungsbeispiel;

Fig. 3A eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Lambdasonde;

Fig. 3B eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs A der in Fig. 3A gezeigten herkömmlichen Lambdasonde;

Fig. 3C eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Lambdasonde;

Fig. 3D eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs B der erfindungsgemäßen Lambdasonde;

Fig. 4 eine Kennlinie des Verhältnisses des auf die Steuerungsfrequenz bezogenen Reinigungsgrads im Stand der Technik;

Fig. 5A die Charakteristik bzw. den Kennlinienverlauf eines katalytischen Reinigungsgrads von in einem Abgas ent haltenen CO und NOx, der gegenüber der Luftzahl λ aufgetragen ist, wenn sich das Rhodium des Katalysators in einem Normalzustand befindet;

Fig. 5B eine auf der Luftzahl λ bezogene Ausgangskennlinie der Lambdasonde, wenn sich das Rhodium des Katalysators in einem Normalzustand befindet;

Fig. 5C den auf die Luftzahl λ bezogenen Kennlinienverlauf des katalytischen Reinigungsverhältnisses von im Abgas enthaltenen CO und NOx, wenn das Rhodium des Katalysators verschlechtert bzw. abgenutzt ist;

Fig. 5D eine Ausgangskennlinie der Lambdasonde in bezug auf die Luftzahl λ, wenn das Rhodium des Katalysators verschlechtert ist;

Fig. 6 anhand eines Flußdiagramms einen Ablauf zur Be rechnung einer Steuerungsmenge bei diesem Ausführungsbei spiel;

Fig. 7 anhand eines Flußdiagramms einen Haupt-Rückkopp lungssteuerungsablauf zur Berechnung der Luftzahl λ;

Fig. 8 und 9 anhand eines Flußdiagramms einen Unter- Rückkopplungssteuerungsablauf zur Berechnung der Luftzahl λ bei diesem Ausführungsbeispiel;

Fig. 10A bis 10I bei diesem Ausführungsbeispiel auftretende Signalverläufe;

Fig. 11 eine Beziehung zwischen dem Ansaugluftdruck PM und der Gesamt-Gasdurchflußmenge bei diesem Ausführungsbei spiel;

Fig. 12 eine Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl NE und einem Maschinendrehzahl-Kompensationskoeffizienten KNE bei diesem Ausführungsbeispiel;

Fig. 13 eine Beziehung zwischen dem Auslastungsverhält nis und der Nebenströmungsmenge bei diesem Ausführungsbei spiel;

Fig. 14 eine Beziehung zwischen dem Ansaugluftdruck PM und einer zweiten Bezugsspannung VR2 bei diesem Ausführungs beispiel;

Fig. 15A bis 15D Zeitdiagramme dieses Ausführungs beispiels;

Fig. 16 eine Beziehung zwischen einer zweiten Integra tionskonstante SK und dem Ansaugluftdruck PM bei diesem Aus führungsbeispiel;

Fig. 17 eine Beziehung zwischen Auslassungsbeträgen SSR und SSL und dem Ansaugluftdruck PM bei diesem Ausführungs beispiel; und

Fig. 18 ein Funktions-Blockschaltbild dieses Ausfüh rungsbeispiels.

Vorab sei darauf hingewiesen, daß einander entsprechende Elemente oder Teile über alle Zeichnungen hinweg mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.

Das nachfolgend näher erläuterte Ausführungsbeispiel eines Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuerungsgeräts bzw. Lambdareglers wird für einen Gasmotor verwendet, dessen Brennstoff hauptsächlich aus Methangas besteht.

Fig. 1 zeigt anhand eines Blockschaltbilds dieses Ausfüh rungsbeispiel des Lambdareglers für einen Gasmotor 1 (Brennkraftmaschine). Ein Ansaugluftsystem des Gasmotors 1 weist einen Luftreiniger 2 zum Filtern der Ansaugluft sowie ein Ansaugluftrohr 3 auf, das dem Gasmotor 1 das Luft/Brennstoff-Gemisch zuführt. Im Ansaugluftrohr 3 sind ein Mischer 4, der zur Erzeugung eines Luft/Brennstoff- Gemischgases, das dünner als ein theoretisches Luft/Brennstoff-Verhältnis, das sogenannte stöchiometrische Verhältnis, ist, die über den Luftreiniger 2 angesaugte Luft mit einem über einen Haupt-Brennstoffzufuhrkanal von einer nicht gezeigten Brennstoffzufuhr-Quelle her zugeführten Brenngas vermischt, ein regelbares bzw. Absperrventil 5 zum Steuern der jeweiligen Durchflußmenge des Luft/Brennstoff- Gemischgases zum Gasmotor 1 sowie ein Umgehungs- Brennstoffzufuhrkanal 7 vorgesehen, der das Brenngas von der nicht gezeigten Brennstoffzufuhr-Quelle her einer stromab des Mischers 4 befindlichen Stelle zuführt. Der Umgehungs- Brennstoffzufuhrkanal 7 weist zur Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses bzw. der Luftzahl λ weiterhin ein Steuerventil 8 auf, das zum Einstellen einer Durchflußrate bzw. -menge des Brenngases (einer Durchflußmenge des Umgehungs-Brennstoffzufuhrkanals) dient, um die Luftzahl des Luft/Brennstoff-Gemischgases auf einen gewünschten Wert zu steuern. Das regelbare Ventil 5 steuert die gesamte Durchflußmenge des aus dem Mischer 4 sowie aus dem Umgehungs-Brennstoffzufuhrkanal 7 zum Gasmotor 1 fließenden Luft/Brennstoff-Gemischgases. Stromab des regelbaren Ventils 5 befindet sich im Ansaugluftrohr 3 ein Ansaugluft-Drucksensor 9 zum Erfassen eines Ansaugluftdrucks PM.

In einem Abgassystem des Gasmotors 1 ist ein Abgasrohr 10 vorgesehen, das zum Abführen des Abgases aus dem Gasmotor 1 dient. Im Abgasrohr 10 ist ein Rhodium-Katalysator 11 vorge sehen, der zum Reinigen schädlicher, im Abgas enthaltener Substanzen dient. Zur Erfassung der Luftzahl des dem Gasmotor 1 zugeführten Luft/Brennstoff-Gemisches sind ein erster und ein zweiter Sauerstoffsensor bzw. Lambdasonde 12 und 13 stromauf bzw. stromab des Rhodiumkatalysators 11 vorgesehen.

In bekannter Weise hat sowohl die erste als auch die zweite Lambdasonde 12 bzw. 13 eine derartige Kennlinie bzw. Charakteristik, daß sein Ausgangssignal an dem stöchiometrischen Verhältnis invertiert wird, und erfaßt unter Verwendung dieser Charakteristik, ob sich die Luftzahl bezüglich des stöchiometrischen Verhältnisses in einem fetten Zustand oder in einem mageren Zustand befindet.

Eine am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 1 vorgesehene Zündkerze 14 zündet das dieser zugeführte Luft/Brennstoff- Gemischgas. Ein Motordrehzahlsensor 15 erfaßt eine Motor drehzahl NE des Gasmotors 1.

Eine elektrische bzw. elektronische Steuereinheit (ECU) 20 enthält eine zentrale Recheneinheit (CPU) 20a, einen Fest wertspeicher (ROM) 20b, in welchem Steuerprogramme oder der gleichen im voraus gespeichert werden, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 20c zum temporären Speichern von Betriebsdaten oder dergleichen, einen Analog/Digital-Umsetzer (ADC) 20d, eine Eingabeport- bzw. Eingabekanal-Schaltung 20e zum Eingeben der von den verschiedenen, vorstehend erwähnten Sensoren jeweils erfaßten Signale, eine Ausgabekanal- Schaltung 20f zum Ausgeben von Steuersignalen für das Steuerventil 8, die Zündkerze 14 oder dergleichen, sowie Busleitungen 20g, welche die in der elektronischen Steuereinheit 20 enthaltenen Elemente miteinander verbinden.

Nachfolgend wird anhand der in Fig. 3C gezeigten Quer schnittsansicht der genaue Aufbau der Lambdasonden 12 und 13, die eines der Merkmale der vorliegenden Erfindung verkörpern, näher erläutert.

Gemäß Fig. 3C weist die Lambdasonde 12 einen bekannten Festkörper- bzw. Trockenelektrolyten 31, der in Form einer Röhre mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende ausgebildet ist und aus Zirkonerde bzw. Zirkondioxid (ZrO₂), dem Yttriumoxid (Y₂O₃) oder dergleichen hinzugefügt ist, besteht, aus Platin oder dergleichen hergestellte Elektroden 32 und 33, die auf eine innere Oberfläche bzw. äußere Ober flächen der Röhre des Festkörperelektrolyten 31 aufgeschich tet sind, eine die Elektrode 33 bedeckende Schutzschicht 34 zum Schutz der Lambdasonde selbst, sowie eine Kataly satorschicht 35 auf, welche die Schutzschicht 34 bedeckt. Der Festkörperelektrolyt 31 sowie die Elektroden 32 und 33 bilden eine Sauerstoffkonzentrationszelle bzw. ein Sauer stoffkonzentrationselement. Die Katalysatorschicht 35 hat die Aufgabe (Katalysatorfunktion), die im Abgas enthaltenen gesundheitsschädlichen Substanzen (HC, insbesondere Methan- CH₄, falls der verwendete Brennstoff hauptsächlich aus Me thangas zusammengesetzt ist) zu oxidieren und im Abgas ent haltene Stickstoffoxide (NOx) zu verringern.

Fig. 3D ist eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 3C ge zeigten Bereichs B. Die Katalysatorschicht 35 besteht haupt sächlich aus 0,4 mg Platin, 0,01 mg Palladium sowie 0,4 mg Rhodium und wird beispielsweise mittels eines in der japani schen Gebrauchsmusteranmeldung 59-10616 beschriebenen Ver fahrens hergestellt.

Gemäß vorstehender Beschreibung wird bei einer herkömmlichen, in den Fig. 3A und 3B gezeigten Lambdasonde, der keine Katalysatorschicht 35 aufweist, eine Spannung nicht geändert, wenn die Luftzahl λ gleich 1 ist, wie dies in den Fig. 2A und 2B mit gestrichelten Linien dargestellt ist, welche die Charakteristik bzw. den Kennlinienverlauf der Spannung be züglich der Luftzahl zeigen; dies ist darauf zurückzuführen, daß zur ausreichenden Oxidationsreaktion von Abgaskomponenten (HC und CO) auf der Oberfläche der Elektrode 33 eine bestimmte Zeitspanne erforderlich ist, wenn HC und CO in einer großen Menge in einem unausgeglichenen bzw. unbalancierten Verbrennungsgas und einem eine niedrige Tem peratur aufweisenden Abgas enthalten sind. Das heißt, seine Spannungskennlinie weicht von der des stöchiometrischen Verhältnisses (λ = 1) zur mageren Seite hin ab.

Demgegenüber verhindert die Katalysatorschicht 35 gemäß der Darstellung in den Fig. 2A und 2B, daß die Spannungskennlinie von der des stöchiometrischen Verhältnisses abweicht, da in der Katalysatorschicht 35 in einem gewissen Ausmaß eine Oxidationsreaktion stattfindet, so daß die in dem unausgeglichenen Verbrennungsgas und dem die niedrige Temperatur aufweisenden Abgas enthaltenen Komponenten innerhalb einer kurzen Zeitspanne in der Katalysatorschicht 35, die auf dem Weg vorgesehen ist, über den sie die Elektrode 33 erreichen, in ausreichendem Maße oxidiert werden. Die Katalysatorschicht 35 verringert darüberhinaus CH₄, um zu verhindern, daß das Ausgangssignal der Lambdasonde unter dem Einfluß von NOx abweicht, so daß die Spannungskennlinie der des stöchiometrischen Verhältnisses angenähert werden kann.

Die stromab des Rhodium-Katalysators 11 angeordnete Lambdasonde 13 ist demgegenüber eine herkömmliche Lambdasonde, die gemäß der Darstellung in den Fig. 3A und 3B keine Katalysatorschicht aufweist. Nachfolgend werden die sich bei Verwendung einer derartigen herkömmlichen, keine Katalysatorschicht aufweisenden Lambdasonde stromab des Rhodium-Katalysators 11 ergebenden Auswirkungen näher erläutert, das heißt die Auswirkungen der Verwendung einer Lambdasonde, dessen katalytische Wirkung niedrig ist (da Platin eine katalytische Wirkung hat).

Fig. 5A zeigt die Charakteristik bzw. Kennlinie eines kata lytischen Reinigungsverhältnisses von im Abgas enthaltenen CO und NOx in Abhängigkeit von der Luftzahl λ, wenn der Rhodium- Katalysator 11 normal bzw. voll funktionsfähig ist. Fig. 5B zeigt eine entsprechende Ausgangssignal-Kennlinie der Lambdasonde 13 in Abhängigkeit vom Luftzahl λ, wenn der Rhodium-Katalysator 11 voll funktionsfähig ist. Demgegenüber zeigt Fig. 5C die Kennlinie des katalytischen Reinigungsverhältnisses bzw. -vermögens von im Abgas enthaltenen CO und NOx in Abhängigkeit von der Luftzahl λ, wenn der Rhodium-Katalysator 11 einen verschlechterten Zustand aufweist. Fig. 5D zeigt eine entsprechende Ausgangssignal-Kennlinie der Lambdasonde 13 in Abhängigkeit von der Luftzahl λ, wenn der Rhodium-Katalysator 11 diesen verschlechterten Zustand aufweist. Das Reinigungsverhältnis PR ist definiert durch die Formel: PR = {(IASC - OASC)/IASC} × 100%, in der mit IASC die jeweilige Menge der bestimmten, in dem dem Rhodium-Katalysator 11 zugeführten Abgas enthaltenen Komponente (zum Beispiel HC, CH₄, oder auch CO) und OASC die Menge der bestimmten Komponente bezeichnet ist, die in dem von dem Rhodium-Katalysator 11 wieder abgegebenen Abgas enthalten ist.

Wie aus den Fig. 5A und 5B hervorgeht, ist das katalyti sche Reinigungsverhältnis um einer Luftzahl λ von 1 herum (stöchiometrisches Verhältnis) hoch. Wenn sich demgegenüber die Eigenschaften des Rhodium-Katalysators 11 verschlechtert haben, verschiebt sich ein Bereich, bei dem das katalytische Reinigungsverhältnis hoch ist (und der nachfolgend als Fenster bezeichnet wird), gemäß der Darstellung in den Fig. 5C und 5D zur fetten Seite hin. Diese Verschiebung der Fensterposition hat verschiedene Ursachen. Es wird angenommen, daß eine dieser Ursachen darin liegt, daß die Reinigungscharakteristik von NOx abnimmt, da in großer Menge Sauerstoff existiert, der aufgrund der verschlechterten Eigenschaften des Rhodium-Katalysators 11 nicht durch eine Oxidationsreaktion im Rhodium-Katalysator 11 verbraucht wird.

Wenn gemäß vorstehender Erläuterung stromab des Rhodiumkata lysators 11 die Lambdasonde mit einer hohen katalytischen Wirkung verwendet wird, obgleich sich die Position des Fensters zur fetten Seite hin verschiebt, ändert sich die Spannung bei der Luftzahl λ von 1 stets so, wie dies aus dem Verlauf der durchgezogenen Kurve in Fig. 5D hervorgeht, so daß eine Steuerung in demjenigen Bereich, in dem das katalytische Reinigungsverhältnis hoch ist, unmöglich ist.

Wenn demgegenüber stromab des Rhodium-Katalysators 11 die eine geringe katalytische Wirkung aufweisende Lambdasonde vorgesehen wird, folgt die anhand der gestrichelten Kurve in Fig. 5D gezeigte Änderung der Spannung der Lambdasonde 13 der Lageverschiebung des Fensters, so daß die Position des Be reichs, an dem das katalytische Reinigungsverhältnis stets hoch ist bzw. das Fenster erfaßt werden kann.

Demzufolge wird im Ausführungsbeispiel der Erfindung die eine leistungsfähige katalytische Wirkung aufweisende Lambdasonde 12 stromauf des Rhodium-Katalysators 11 vorgesehen, während die eine niedrige katalytische Wirkung aufweisende Lambdasonde 13 stromab des Rhodium-Katalysators 11 vorgesehen wird. Dies hat zur Folge, daß die Luftzahl λ zum stöchiometrischen Verhältnis hin gesteuert wird, da keine Ab weichung der Ausgangssignal-Kennlinie auftritt, obgleich die Lambdasonde 12 dem unausgeglichenen bzw. ungereinigten Verbrennungsgas ausgesetzt ist. Darüberhinaus kann die Luftzahl im Ansprechen auf eine Abweichung der Fensterposi tion in sicherer Weise derart gesteuert werden, daß mittels eines später näher beschriebenen Verfahrens stets ein hohes katalytisches Reinigungsverhältnis im Rhodium-Katalysator 11 erzielbar ist.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 9 ein Verfahren zum Steuern der Luftzahl des Gasmotors 1 unter Verwendung der Lambdasonden 12 und 13 näher beschrieben, das heißt ein Verfahren zur Berechnung eines Steuerungsbetrags für das Steuerventil 8.

Fig. 6 zeigt anhand eines Flußdiagramms eine Steuerungsaus maß-Berechungsroutine zur Berechnung eines Steuerungsausmaßes D des Steuerventils 8.

Zunächst wird in einem Schritt 301 ein Basis- bzw. Grund- Steuerungsausmaß DB unter Verwendung eines mittels des An saugluft-Drucksensors 9 erfaßten Ansaugluftdrucks PM sowie einer mittels des Motordrehzahlsensors 15 ermittelten Motor drehzahl NE in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung berechnet:

DB ← (PM - PMOS) × KPMB × KNE × KDB + DOS (1)

In dieser Gleichung bezeichnet PMOS einen in Fig. 11 gezeig ten Wert, der einem in der Beziehung zwischen dem Ansaug luftdruck PM und der Gesamt-Gasdurchflußmenge vorliegenden Versatz bzw. Offsetwert entspricht, der in Übereinstimmung mit jedem Gasmotor eingestellt wird; KPMB bezeichnet einen Umsetzungskoeffizienten zum Umsetzen des Ansaugluftdrucks in ein Leistungsverhältnis; KNE bezeichnet einen Motordrehzahl- Kompensationskoeffizienten, der in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl NE eingestellt ist, da gemäß der Darstellung in Fig. 12 eine Beziehung zwischen der Motordrehzahl NE und dem Motordrehzahl-Kompensationskoeffizienten KNE vorliegt; KDB bezeichnet einen in Übereinstimmung mit dem Ansaugluftdruck PM und der Motordrehzahl NE eingestellten Kompensati onskoeffizienten; und DOS bezeichnet einen Wert, der einem Versatz- bzw. Offsetwert entspricht, der in der in Fig. 13 gezeigten Beziehung zwischen dem Leistungsverhältnis und der Umgehungs-Durchflußmenge vorliegt, und der in ähnlicher Weise wie der Wert PMOS in Übereinstimmung mit jedem Gasmotor eingestellt wird.

In einem Folgeschritt 302 wird unter Verwendung des Ansaug luftdrucks PM, der Motordrehzahl NE sowie eines Luftzahl- Kompensationskoeffizienten FAF in Übereinstimmung mit folgender Gleichung ein Kompensations-Steuerungsausmaß DF berechnet:

DF ← (PM - PMOS) × KPMF × KNE × FAF (2)

In dieser Gleichung ist mit KPMF ein Wert bezeichnet, der in Übereinstimmung mit folgender Gleichung eingestellt ist, die eine Neigung α einer eine Beziehung zwischen dem Ansaugluft druck PM und der Gesamt-Gasdurchflußmenge angebenden Kurve sowie einer Neigung β einer eine Beziehung zwischen dem Lei stungsverhältnis und der Umgehungs-Durchflußmenge angebenden Kurve verwendet:

KPMF ← α/β (3)

In einem Nachfolgeschritt 303 wird das Steuerungsausmaß D in Abhängigkeit von dem Grund-Steuerungsausmaß DB und dem Kom pensations-Steuerungsausmaß DF, die gemäß vorstehender Er läuterung berechnet worden sind, berechnet. In einem Schritt 304 wird ein dem Steuerungsausmaß D entsprechendes Steuersi gnal ausgegeben und dem Steuerventil 8 zugeführt. Daraufhin ist die Steuerungsausmaß-Berechnungsroutine beendet.

Nachfolgend wird ein Verfahren zum Einstellen des Luftzahl- Kompensationskoeffizienten FAF näher erläutert. Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm, das eine Haupt-Luftzahl- Rückkopplungssteuerungsroutine zur Berechnung des Luftzahl- Kompensationskoeffizienten FAF in Übereinstimmung mit einem Ausgangswert V1 (einem ersten Ausgangswert) der ersten Lambdasonde 12 darstellt. Diese Haupt-Luftzahl- Rückkopplungssteuerungsroutine wird bei jedem vorbestimmten Zeitintervall (von beispielsweise 4 ms in diesem Ausführungsbeispiel) gestartet und durchgeführt.

Zunächst wird in einem Schritt 401 überprüft, ob ein Haupt- Luftzahl-Rückkopplungszustand vorliegt oder nicht. Dieser Haupt-Luftzahl-Rückkopplungszustand besteht in diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise darin, daß die Maschine gestartet wurde und sich die erste Lambdasonde 12 in einem aktiven Zustand oder dergleichen befindet. Falls darauf entschieden wird, daß kein Haupt-Luftzahl- Rückkopplungszustand vorliegt, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 402, bei dem der Luftzahl-Kompensationskoeffizient FAF auf den Wert 0 eingestellt wird (FAF ← 0).

Wenn demgegenüber dahingehend entschieden wird, daß der Haupt-Luftzahl-Rückkopplungszustand vorliegt, führt die zentrale Recheneinheit im Anschluß an einen Schritt 403 die Haupt-Luftzahl-Rückkopplungssteuerung durch.

Im Schritt 403 liest die zentrale Recheneinheit 20a den er sten Ausgangswert V1 aus. In einem Folgeschritt 404 wird überprüft, ob der erste Ausgangswert V1 gleich oder kleiner als eine erste Bezugs- bzw. Referenzspannung VR1 (von bei spielsweise 0,45 V in diesem Ausführungsbeispiel) ist oder nicht, das heißt, ob sich die Luftzahl in einem fetten oder in einem mageren Zustand befindet. Demgemäß wird der in Fig. 10A gezeigte Ausgangswert V1 der Lambdasonde 12 gemäß der Darstellung in Fig. 10B bewertet bzw. überprüft. Wenn der erste Ausgangswert V1 gleich der oder kleiner als die erste Referenzspannung VR1 ist, das heißt, wenn sich die Luftzahl in einem mageren Zustand befindet, schreitet der Ablauf zu einem Schritt 405, bei dem die zentrale Recheneinheit 20a den jeweiligen Wert eines ersten Verzögerungszählers CDLY1 um eins verringert (CDLY1 ← CDLY1 - 1).

In Folgeschritten 406 und 407 wird der erste Verzögerungszähler CDLY1 unter Verwendung eines ersten Fettverzögerungs-Intervalls TDR1 überwacht. Im einzelnen wird im Schritt 406 darüber entschieden, ob der Wert des ersten Verzögerungszählers CDLY1 kleiner als das erste Fettverzögerungs-Intervall TDR1 ist. Falls der Wert des ersten Verzögerungszählers CDLY1 kleiner als das erste Fettverzögerungs-Intervall TDR1 ist, schreitet der Ablauf zu dem Schritt 407, bei dem die zentrale Recheneinheit 20a den Wert des ersten Verzögerungszählers CDLY1 erneut auf das erste Fettverzögerungs-Intervall TDR1 einstellt.

Wenn im Schritt 404 demgegenüber der erste Ausgangswert V1 größer als die erste Referenzspannung VR1 ist, befindet sich die Luftzahl in einem fetten Zustand, so daß der Ablauf zu einem Schritt 408 verzweigt, bei dem die zentrale Recheneinheit 20a den Wert des ersten Verzögerungszählers CDLY1 um eins erhöht (CDLY1 ← CDLY1 + 1).

In Folgeschritten 409 und 410 wird der erste Verzögerungs zähler CDLY1 unter Verwendung eines ersten Magerverzögerungs- Intervalls TDL1 überwacht. Hierzu wird im Schritt 409 überprüft, ob der Wert des ersten Verzögerungszählers CDLY1 größer als das erste Magerverzögerungs-Intervall TDL1 ist. Wenn der Wert des ersten Verzögerungszählers CDLY1 gleich dem oder größer als das erste Magerverzögerungs-Intervall TDL1 ist, wird zum Schritt 410 verzweigt, bei dem die zentrale Recheneinheit 20a den Wert des ersten Verzögerungszählers CDLY1 erneut auf das erste Magerverzögerungs-Intervall TDL1 einstellt.

Das vorstehend erwähnte erste Fettverzögerungs-Intervall TDR1 wird auf einen Zählwert eingestellt, der dem Verzögerungsintervall der fetten Seite entspricht, die durch einen negativen Wert definiert ist. Dieses Verzögerungsintervall der fetten Seite ist vorgesehen, um die Beurteilung aufrechtzuerhalten, daß das Ausgangssignal der ersten Lambdasonde 12 einen mageren Zustand anzeigt, obgleich dieses Ausgangssignal einen Übergang von einem mageren Zustand zu einem fetten Zustand anzeigt, wie dies aus Fig. 10C hervorgeht. Das vorstehend erwähnte erste Magerverzögerungs-Intervall TDL1 wird auf einen Zählwert eingestellt, der dem Verzögerungsintervall der mageren Seite entspricht, die mit einem positiven Wert definiert ist. Dieses Verzögerungsintervall der mageren Seite ist vorgesehen, um die Beurteilung aufrechtzuerhalten, daß das Ausgangssignal der ersten Lambdasonde 12 einen fetten Zustand anzeigt, obgleich dieses Ausgangssignal einen Übergang von einem fetten Zustand zu einem mageren Zustand anzeigt, wie aus Fig. 10C hervorgeht.

Wenn der Wert des ersten Verzögerungszählers CDLY1 bezüglich eines Bezugswerts von Null positiv ist, wird entschieden, daß sich die Luftzahl nach der Verzögerungsverarbeitung in einem fetten Zustand befindet. Wenn der Wert des ersten Verzögerungszählers CDLY1 demgegenüber negativ ist, wird entschieden, daß sich die Luftzahl nach der Verzögerungsverarbeitung in einem mageren Zustand befindet.

Das erste Fettverzögerungs-Intervall TDR1 sowie das erste Magerverzögerungs-Intervall TDL1 werden in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal der zweiten Lambdasonde 13 von einer untergeordneten Luftzahl-Rückkopplungssteuerung kompensiert.

In einem Schritt 411 wird überprüft, ob ein Vorzeichen des ersten Verzögerungszählers CDLY1, das gemäß vorstehender Be schreibung eingestellt ist, invertiert ist oder nicht, das heißt, es wird entschieden, ob die Luftzahl im Anschluß an die Verzögerungsverarbeitung einen Übergang aufweist oder nicht. Wenn die Luftzahl nach der Verzögerungsverarbeitung einen Übergang aufweist, wird in Schritten 412 bis 414 eine Überspringungsverarbeitung durchgeführt.

Im Schritt 412 wird entschieden, ob der betreffende Übergang ein solcher von einem fetten Zustand zu einem mageren Zustand ist oder nicht. Wenn entschieden wird, daß ein Übergang vom fetten Zustand zum mageren Zustand vorliegt, schreitet der Ablauf zum Schritt 413, bei dem der Luftzahl- Kompensationskoeffizient FAF um einen Überspringungsbetrag RS1 aufgestuft wird (FAF ← FAF + RS1). Wenn demgegenüber entschieden wird, daß ein Übergang vom mageren Zustand zum fetten Zustand vorliegt, wird zum Schritt 414 verzweigt, bei dem der Luftzahl-Kompensationskoeffizient FAF um den Überspringungs-Betrag RS1 herabgestuft wird (FAF ← FAF - RS1).

Wenn im Schritt 411 demgegenüber erkannt wird, daß die Luftzahl im Anschluß an die Verzögerungsverarbeitung keinen Übergang aufweist, wird in Schritten 415 bis 417 eine Integrationsverarbeitung durchgeführt. Im Schritt 415 wird entschieden, ob der erste Verzögerungszähler CDLY1 gleich oder kleiner als 0 ist oder nicht, das heißt, ob sich die Luftzahl in einem fetten Zustand oder einem mageren Zustand befindet. Wenn entschieden wird, daß es sich in einem mageren Zustand befindet, wird zum Schritt 416 verzweigt, bei dem der Luftzahl-Kompensationskoeffizient FAF um eine erste Integrationskonstante K1 aufgestuft wird (FAF ← FAF + K1). Wenn demgegenüber erkannt wird, daß sich die Luftzahl in einem fetten Zustand befindet, verzweigt der Ablauf zum Schritt 417, bei dem der Luftzahl-Kompensationskoeffizient FAF um die erste Integrationskonstante K1 herabgestuft wird (FAF ← FAF - K1).

Damit ist die Haupt-Luftzahl-Rückkopplungssteuerungsroutine beendet.

Die Verwendung der ersten Lambdasonde 12, der eine leistungsfähige Katalysatorwirkung hat, ermöglicht daher eine genaue Ermittlung dahingehend, ob sich die Luftzahl in einem fetten Zustand oder in einem mageren Zustand befindet, da sich der erste Ausgangswert V1 stets, ändert, wenn sich die Luftzahl in dem stöchiometrischen Verhältnis des Gasmotors 1 befindet, obgleich die erste Lambdasonde 12 dem unausgeglichenen bzw. ungereinigten Verbrennungsgas aus gesetzt ist. Mit anderen Worten ist es möglich, die Luftzahl derart einzustellen, daß der Rhodium-Katalysator 11 das Abgas höchst wirkungsvoll reinigt.

Bei dieser Haupt-Luftzahl-Rückkopplungssteuerung wird die erste Integrationskonstante K1 auf einen Wert eingestellt, der ausreichend kleiner als der erste Überspringungsbetrag RS1 ist, so daß der Luftzahl-Kompensationskoeffizient FAF im mageren Zustand allmählich gemäß der Darstellung in Fig. 10E zunimmt. Das zugeführte Brenngas bzw. dessen Menge wird daher allmählich vergrößert, um die Luftzahl zur fetten Seite hin zu steuern. In einem fetten Zustand nimmt der Luftzahl- Kompensationskoeffizient FAF demgegenüber allmählich ab. Demzufolge nimmt die Menge des zugeführten Brenngases allmählich ab, um die Luftzahl zur mageren Seite hin zu steuern.

Die Fig. 8 und 9 zeigen ein Flußdiagramm der untergeord neten Luftzahl-Rückkopplungsroutine zum Einstellen der in der Haupt-Luftzahl-Rückkopplungssteuerung verwendeten Verzögerungsintervalle, das heißt zum Einstellen des ersten Fettverzögerungs-Intervalls TDR1 und des ersten Magerverzögerungs-Intervalls TDL1, und zwar in Übereinstimmung mit einem Ausgangswert V2 der zweiten Lambdasonde 13 (zweiter Ausgangswert), der in Fig. 10E gezeigt ist. Diese untergeordnete Luftzahl- Rückkopplungssteuerungsroutine wird zu jedem vorbestimmten Zeitraum (von beispielsweise 1 s. bei diesem Aus führungsbeispiel) gestartet und durchgeführt.

In einem Anfangsschritt 501 wird zunächst überprüft, ob eine untergeordnete Luftzahl-Rückkopplungsbedingung bzw. - situation bewirkt ist bzw. vorliegt oder nicht. So sollte die untergeordnete Luftzahl-Rückkopplungsbedingung in diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise den beiden folgenden Bedingungen genügen: (1) die Haupt-Luftzahl- Rückkopplungsbedingung liegt vor und (2) die zweite Lambdasonde 13 befindet sich in einem aktiven Zustand.

Wenn entschieden wird, daß keine untergeordnete Luftzahl- Rückkopplungsbedingung vorliegt, schreitet der Ablauf zu einem Schritt 502, bei dem ein zuletzt vorliegender Verzögerungs-Kompensationswert DLTDO durch einen später erläuterten Lernwert DLTDAV ersetzt wird (DLTDO ← DLTDAV), um die untergeordnete Luftzahl-Rückkopplungssteuerung auf den nächsten Steuerungsvorgang vorzubereiten. In einem Folgeschritt 503 wird der Lernwert DLTDAV in einen Verzögerungs-Kompensationswert DLTD eingesetzt (DLTD ← DLTDAV), worauf der Ablauf zu einem Schritt 523 verzweigt.

Wenn demgegenüber entschieden wird, daß die untergeordnete Luftzahl-Rückkopplungsbedingung vorliegt, führt die zentrale Recheneinheit 20a die sich an einen Schritt 504 anschließende Verarbeitung durch.

Im Schritt 504 liest die zentrale Recheneinheit 20a den zweiten Ausgangswert V2 aus. In einem Folgeschritt 505 stellt die zentrale Recheneinheit 20a eine zweite Bezugs- bzw. Referenzspannung VR2 in Übereinstimmung mit dem Ansaug luftdruck PM ein. Gemäß dem in Fig. 14 gezeigten Kurvenver lauf liegt zwischen dem Ansaugluftdruck PM und der zweiten Referenzspannung VR2 eine gegenseitige Beziehung in der Weise vor, daß die zweite Referenzspannung VR2 mit einer Zunahme im Ansaugluftdruck PM abnimmt.

In einem Folgeschritt 506 wird entschieden, ob der zweite Ausgangswert V2 gleich der oder kleiner als die zweite Refe renzspannung VR2 ist oder nicht, das heißt, ob sich die von der zweiten Lambdasonde 13 erfaßte Luftzahl gemäß dem in Fig. 10F gezeigten Kurvenverlauf in einem fetten Zustand oder einem mageren Zustand befindet. Wenn der zweite Ausgangswert V2 gleich der oder kleiner als die zweite Referenzspannung VR2 ist, das heißt, wenn sich die Luftzahl in einem mageren Zustand befindet, schreitet der Ablauf zu einem Schritt 507, bei dem die zentrale Recheneinheit 20a den jeweiligen Wert eines zweiten Verzögerungszählers CDLY2 um eins verringert (CDLY2 ← CDLY2 - 1).

In Folgeschritten 508 und 509 wird der zweite Verzögerungszähler CDLY2 unter Verwendung eines zweiten Fettverzögerungs-Intervalls TDR2 überwacht, worauf der Ablauf zu einem Schritt 513 verzweigt. Im einzelnen wird im Schritt 508 entschieden, ob der Wert des zweiten Verzögerungszählers CDLY2 kleiner als das zweite Fettverzögerungs-Intervall TDR2 ist. Wenn der Wert des zweiten Verzögerungszählers CDLY2 kleiner als das zweite Fettverzögerungs-Intervall TDR2 ist, wird zum Schritt 509 verzweigt, bei dem die zentrale Recheneinheit 20a den Wert des zweiten Verzögerungszählers CDLY2 erneut auf das zweite Fettverzögerungs-Intervall TDR2 einstellt.

Wenn der zweite Ausgangswert V2 im Schritt 506 demgegenüber größer als die zweite Referenzspannung VR2 ist, das heißt, wenn sich die Luftzahl in einem fetten Zustand befindet, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 510, bei dem die zentrale Recheneinheit 20a den Wert des zweiten Verzögerungszählers CDLY2 um eins erhöht (CDLY2 _ CDLY2 + 1).

In Folgeschritten 511 und 512 wird der zweite Verzögerungszähler CDLY2 unter Verwendung eines zweiten Magerverzögerungs-Intervalls TDL2 überwacht, worauf der Ablauf zum Schritt 513 verzweigt. Im einzelnen wird im Schritt 511 entschieden, ob der Wert des zweiten Verzögerungszählers CDLY2 größer als das zweite Magerverzögerungs-Intervall TDL2 ist. Wenn der Wert des zweiten Verzögerungszählers CDLY2 gleich dem oder größer als das zweite Magerverzögerungs-Intervall TDL2 ist, verzweigt der Ablauf zu dem Schritt 512, bei dem die zentrale Recheneinheit 20a den Wert des zweiten Verzögerungszählers TDLY2 erneut auf das zweite Magerverzögerungs-Intervall einstellt.

Ein dem Verzögerungs-Intervall der fetten Seite entsprechen der Zählwert, der mit einem negativen Wert definiert ist, wird auf das oben erwähnte zweite Fettverzögerungs-Intervall TDR2 eingestellt. Dieses Verzögerungsintervall der fetten Seite ist vorgesehen, um die Beurteilung darüber aufrechtzu erhalten, daß das Ausgangssignal der zweiten Lambdasonde 13 einen mageren Zustand aufweist, obgleich dieses Aus gangssignal einen Übergang von einem mageren Zustand zu einem fetten Zustand zeigt, wie dies aus Fig. 10G hervorgeht. Ein dem Verzögerungsintervall der mageren Seite entsprechender Zählwert, der durch einen positiven Wert definiert ist, wird auf das vorstehend erwähnte zweite Magerverzögerungs- Intervall TDL2 eingestellt. Dieses Verzögerungsintervall der mageren Seite ist vorgesehen, um die Beurteilung darüber aufrechtzuerhalten, daß das Ausgangssignal der zweiten Lambdasonde 13 einen fetten Zustand anzeigt, obgleich dieses Ausgangssignal einen Übergang von einem fetten Zustand zu einem mageren Zustand anzeigt.

Wenn der Wert des zweiten Verzögerungszählers CDLY2 bezüglich eines Referenzwerts von Null positiv ist, wird angenommen, daß sich die Luftzahl nach der Verzögerungs-Verarbeitung in einem fetten Zustand befindet. Wenn der Wert des zweiten Verzögerungszählers CDLY2 demgegenüber negativ ist, wird angenommen, daß sich die Luftzahl nach der Verzögerungs- Verarbeitung in einem mageren Zustand befindet.

Im Schritt 513 wird entschieden, ob ein jeweiliges Vorzeichen des gemäß vorstehender Beschreibung eingestellten zweiten Verzögerungszählers CDLY2 invertiert ist oder nicht, das heißt es wird entschieden, ob die Luftzahl nach der Verzögerungs-Verarbeitung einen Übergang aufweist oder nicht. Wenn die Luftzahl nach der Verzögerungs-Verarbeitung einen Übergang aufweist, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 514, bei dem ein Durchschnittswert des letztmaligen Verzögerungs- Kompensationswerts DLTDO und des Verzögerungs- Kompensationswerts DLTD für den Lernwert DLTDAV eingestellt wird (DLTDAV ← (DLTDO + DLTD)/2).

In einem Folgeschritt 515 wird in den Verzögerungs- Kompensationswert DLTDO der Verzögerungs-Kompensationswert DLTD eingesetzt (DLTDO ← DLTD), worauf der Ablauf zu einem Schritt 516 verzweigt, bei dem darüber entschieden wird, ob der vorliegende Übergang ein solcher von einem fetten Zustand zu einem mageren Zustand ist oder nicht. Wenn entschieden wird, daß ein Übergang vom fetten Zustand zum mageren Zustand vorliegt, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 517, bei dem der Verzögerungs-Kompensationswert DLTD um einen zweiten Fettüberspringungs-Betrag SSR verringert wird (DLTD ← DLTD - SSR), worauf zu einem Schritt 523 verzweigt wird. Wenn dem gegenüber dahingehend entschieden wird, daß ein Übergang vom mageren Zustand zum fetten Zustand vorliegt, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 518, bei dem der Verzögerungs- Kompensationswert DLTD um einen zweiten Mager- Überspringungsbetrag SSL vergrößert wird (DLTD ← DLTD + SSL), worauf ebenfalls zum Schritt 523 verzweigt wird. Der zweite Fettüberspringungs-Betrag SSR wird auf einen Wert eingestellt, der gleich groß wie oder größer als der zweite Magerüberspringungs-Betrag SSL ist (in diesem Ausführungsbei spiel wird der zweite Fettüberspringungs-Betrag SSR auf einen Wert eingestellt, der gleich dem Wert des zweiten Ma gerüberspringungs-Betrags SSL ist).

Wenn demgegenüber im Schritt 513 erkannt wird, daß nach der Verzögerungs-Verarbeitung kein Übergang in der Luftzahl vorliegt, wird zu einem Schritt 519 verzweigt, bei dem eine zweite Integrationskonstante SK in Übereinstimmung mit dem Ansaugluftdruck PM eingestellt wird. Der Ansaugluftdruck PM und die zweite Integrationskonstante SK werden derart eingestellt, daß in Übereinstimmung mit der Darstellung in Fig. 16, die eine Beziehung zwischen der zweiten Integrationskonstante SK und dem Ansaugluftdruck PM zeigt, der Ansaugluftdruck PM um so kleiner wird, je kleiner die zweite Integrationskonstante wird.

In einem Folgeschritt 520 wird entschieden, ob der Zählstand des zweiten Verzögerungszählers CDLY2 gleich oder kleiner als 0 ist oder nicht, das heißt, ob sich die Luftzahl in einem fetten Zustand oder einem mageren Zustand befindet. Wenn entschieden wird, daß es sich in einem mageren Zustand befindet, wird zum Schritt 512 verzweigt, bei dem der Verzögerungs-Kompensationswert DLTD um die im Schritt 519 eingestellte zweite Integrationskonstante SK verringert wird (DLTD ← DLTD - SK), worauf der Ablauf zum Schritt 523 verzweigt. Wenn im Schritt 520 demgegenüber erkannt wird, daß sich die Luftzahl in einem fetten Zustand befindet, wird zu einem Schritt 522 verzweigt, bei dem der Verzögerungs- Kompensationswert DLTD um die zweite Integrationskonstante SK vergrößert wird (DLTD ← DLTD + SK), worauf der Ablauf zum Schritt 523 fortschreitet.

Im Schritt 523 wird entschieden, ob der wie vorstehend er wähnt eingestellte Verzögerungs-Kompensationswert DLTD klei ner als ein Referenzwert DLTD1 ist. Der Referenzwert DLTD1 wird in folgender Gleichung verwendet:

TDRMIN = TDR0 + DLTD1 (4)

In dieser Gleichung bezeichnet TDRMIN einen Zählwert, der einem minimalen Zeitintervall des Verzögerungs-Intervalls der fetten Seite in der Haupt-Luftzahl-Rückkopplungssteuerung entspricht. Da das erste Fettverzögerungs-Intervall TDR1 gemäß vorstehender Erläuterung als ein negativer Wert definiert ist, entspricht TDRMIN darüberhinaus einem oberen Grenzwert des ersten Fettverzögerungs-Intervalls TDR1. TDR0 bezeichnet einen Zählwert, der einem Anfangswert des ersten Fettverzögerungs-Intervalls TDR1 entspricht.

Wenn der Verzögerungs-Kompensationswert DLTD im Schritt 523 kleiner als der Referenzwert DLTD1 ist, das heißt, wenn das durch den Verzögerungs-Kompensationswert DLTD kompensierte erste Fettverzögerungs-Intervall TDR1 kleiner als der obere Grenzwert TDRMIN ist, wird zu einem Schritt 524 verzweigt, bei dem das erste Magerverzögerungs-Intervall TDL1 auf einen Minimalwert TDLMIN eingestellt wird. Der Minimalwert TDLMIN ist ein Minimalwert des ersten Magerverzögerungs-Intervalls TDL1. In einem Folgeschritt 525 wird das erste Fettverzöge rungs-Intervall TDR1 mit der Summe aus dem Verzögerungs-Kom pensationswert DLTD und dem Anfangswert TDR0 belegt (TDR1 ← TDR0 + DLTD).

In Folgeschritten 526 und 527 wird das erste Fettverzöge rungs-Intervall TDR1 unter Verwendung eines unteren Grenz werts TR1 überwacht. Im einzelnen wird im Schritt 526 ent schieden, ob das erste Fettverzögerungs-Intervall TDR1 klei ner als der untere Grenzwert TR1 ist, der ein einem maximalen Intervall des Verzögerungsintervalls der fetten Seite in der Haupt-Luftzahl-Rückkopplungssteuerung entsprechender Zählwert ist.

Wenn das erste Fettverzögerungs-Intervall TDR1 kleiner als der im Schritt 525 eingestellte untere Grenzwert TR1 ist, wird zu einem Schritt 527 verzweigt, bei dem das erste Fett verzögerungs-Intervall TDR1 erneut auf den unteren Grenzwert TR1 eingestellt wird.

Wenn im Schritt 523 demgegenüber festgestellt wird, daß der Verzögerungs-Kompensationswert DLTD gleich dem oder größer als der Referenzwert DLTD1 ist, das heißt, daß das durch den Verzögerungs-Kompensationswert DLTD kompensierte erste Fett verzögerungs-Intervall TDR1 gleich dem oder größer als der obere Grenzwert TDRMIN ist, wird zu einem Schritt 528 ver zweigt, bei dem das erste Magerverzögerungs-Intervall TDL1 auf den Wert (TDL1 ← TDL0 + (DLTD - 100)) eingestellt wird, worin TDL0 einen Anfangswert des ersten Magerverzögerungs- Intervalls TDL1 bezeichnet.

In einem Folgeschritt 529 wird das erste Fettverzögerungs- Intervall TDR1 auf den oberen Grenzwert TDRMIN eingestellt und die zentrale Recheneinheit 20a führt eine Überwachungs verarbeitung gemäß den Schritten 530 und 531 durch. Im ein zelnen wird im Schritt 530 darüber entschieden, ob das erste Magerverzögerungs-Intervall TDL1 größer als ein oberer Grenzwert TL1 ist. Wenn das erste Magerverzögerungs-Intervall TDL1 größer als der obere Grenzwert TL1 ist, wird zum Schritt 531 verzweigt, bei dem das erste Magerverzögerungs-Intervall TDL1 erneut auf einen oberen Grenzwert TL1 eingestellt wird (TDL1 ← TL1), womit die Durchführung dieser Routine beendet ist.

In der untergeordneten Luftzahl-Rückkopplungssteuerung wird die zweite Integrationskonstante SK auf einen Wert eingestellt, der ausreichend kleiner als die zweiten Überspringungs-Beträge SSR und SSL ist, so daß der Verzögerungs-Kompensationswert DLTD in einem mageren Zustand allmählich zunimmt oder das erste Magerverzögerungs-Intervall TDL1 abnimmt. Wenn sich die Luftzahl in einem fetten Zustand befindet, nimmt darüberhinaus das erste Magerverzögerungs- Intervall TDL1 allmählich ab, so daß das erste Fettverzögerungs-Intervall TDR1 allmählich abnimmt oder das erste Magerverzögerungs-Intervall TDL1 zunimmt. Die Verwendung der eine schwache Katalysatorwirkung aufweisenden Lambdasonde stellt daher sicher, daß das Zentrum der Steuerung der Luftzahl der dem Gasmotor 1 Luft/Brennstoff- Mischung aufgrund der unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläuterten Gründe zur Position des Fensters gebracht wird, wie dies in Fig. 10I gezeigt ist.

Das mittels der untergeordneten Luftzahl- Rückkopplungssteuerung kompensierte erste Verzögerungsin tervall ist darüberhinaus wie folgt:
Wenn der Verzögerungs-Kompensationsbetrag DLTD gleich dem oder größer als der Basiswert DLTD1 ist, wie dies in den Fig. 15A bis 15D anhand von Zeitdiagrammen dieses Ausfüh rungsbeispiels gezeigt ist, das heißt, wenn das Verzöge rungsintervall der fetten Seite auf einen größeren Wert als das minimale Intervall eingestellt ist, wird das Verzöge rungsintervall der mageren Seite auf das minimale Intervall eingestellt und das Verzögerungsintervall der fetten Seite in Übereinstimmung mit dem Verzögerungs-Kompensationsbetrag DLTD eingestellt.

Wenn der Verzögerungs-Kompensationsbetrag DLTD andererseits gleich dem oder kleiner als der Basis-Wert DLTD1 ist, das heißt, wenn das Verzögerungsintervall der fetten Seite auf einen Wert gleich dem minimalen oder kleiner als das minimale Intervall eingestellt ist, wird das Verzögerungsintervall der fetten Seite auf das minimale Intervall eingestellt und das Verzögerungsintervall der mageren Seite wird in Übereinstimmung mit dem Verzögerungs-Kompensationsbetrag DLTD eingestellt. Daher wird in dem Verzögerungsintervall der Haupt-Luftzahl-Rückkopplungssteuerung verhindert, daß das mittels des Katalysators erzielbare Reinigungsverhältnis in der Steuerungsfrequenz der Haupt-Luftzahl- Rückkopplungssteuerung abnimmt, wobei diese Abnahme dadurch hervorgerufen wird, daß eines der Verzögerungsintervalle der fetten oder mageren Seite auf das minimale Intervall eingestellt ist, so daß das Verzögerungs-Intervall groß wird.

Fig. 18 zeigt ein Funktions-Blockschaltbild dieses Ausfüh rungsbeispiels.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Umgehungs-Brennstoff- Zufuhrkanal 7 stromauf des regelbaren Ventils 5 geöffnet, so daß das Brenngas stromauf von dem regelbaren Ventil 5 vorbeigeleitet wird. Es ist jedoch auch möglich, das Brenngas stromab des regelbaren Ventils 5 vorbeizuleiten oder die Ansaugluft anstelle des Brenngases vorbeizuleiten. Darüber hinaus kann der Brennstoff mittels eines nicht gezeigten Einspritzventils zugeführt werden.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die zweite Referenzspannung VR2 und die zweite Integrationskon stante SK in Übereinstimmung mit einer Flußgeschwindigkeit des Gasgemisches eingestellt. Es ist jedoch auch möglich, die zweiten Überspringungsbeträge SSL und SSR in Übereinstimmung mit dem Ansaugluftdruck PM unter Verwendung der in Fig. 17 gezeigten Kennlinie, die eine Beziehung zwischen den Überspringungsbeträgen SSR und SSL sowie dem Ansaugluftdruck PM zeigt, einzustellen.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens für einen Gasmotor 1 beschrieben. Die Erfindung ist jedoch selbstverständlich auch für andere Brennkraftmaschinen ver wendbar, wie zum Beispiel einen Benzinmotor oder dergleichen.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das in der Verarbeitung des Ausgangssignals der ersten Lambdasonde 12 verwendete Verzögerungsintervall in Über einstimmung mit dem Ausgangssignal der zweiten Lambdasonde 13 kompensiert. Jedoch ist es auch möglich, weitere Parameter (wie beispielsweise die Integrationskonstante, den Überspringungs-Betrag, die Referenzspannung), die bei der Verarbeitung des Ausgangssignals der ersten Lambdasonde 12 verwendet werden, zu kompensieren.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die keine Ka talysatorschicht aufweisende zweite Lambdasonde 13 stromab des Rhodium-Katalysators 11 angeordnet, um der Abweichung der Fensterposition beim Auftreten einer Verschlechterung des Rhodium-Katalysators sicher zu folgen. Jedoch ist es auch möglich, eine solche zweite Lambdasonde 13 zu verwenden, die eine Katalysatorschicht mit einer geringeren katalytischen Wirkung als die der ersten Lambdasonde 12 aufweist. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Katalysatorschicht 35 in der ersten Lambdasonde ausgebildet, der eine leistungsfähige Katalysatorwirkung aufweist. Jedoch sind auch andere Verfahren möglich, welche die Katalysatorwirkung der ersten Lambdasonde 12 durch Erhitzen der ersten Lambdasonde 12 auf eine höhere Temperatur als die der zweiten Lambdasonde 13 anheben.

Gemäß vorstehender Beschreibung schlägt die vorliegende Er findung die Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses bzw. Luftzahl λ einer Brennkraftmaschine zur Erhöhung des Reinigungsgrads des Rhodium-Katalysators durch genaues und kontinuierliches Erfassen des stöchiometrischen Verhältnisses (λ = 1) vor, obgleich sich das Abgas in einem unausgeglichenen Zustand oder einem Zustand niedriger Temperatur befindet, und zwar indem die Luftzahl zur Brennkraftmaschine unter Zugrundelegung des Erfassungsergebnisses der ersten und zweiten Sauerstoffsensors bzw. Lambdasonden gesteuert wird, wobei die erste Lambdasonde stromauf eines zur Reinigung der in der Brennkraftmaschine erzeugten Abgase vorgesehenen Rho dium-Katalysators und die zweite Lambdasonde stromab dieses Rhodium-Katalysators angeordnet ist, wobei die Fähigkeit zum Oxidieren oder Verringern einer bestimmten, im Abgas enthaltenen Komponente bei der ersten Lambdasonde leistungsfähiger als bei der zweiten Lambdasonde ist.

Durch kontinuierliches und genaues Erfassen der Abweichung desjenigen Bereichs, bei dem der Reinigungswirkungsgrad hoch ist, gegenüber einer Verschlechterung des Rhodium-Katalysa tors oder dergleichen, wird erfindungsgemäß ferner eine Steuerung der Luftzahl geschaffen, die zu einer höchst wirkungsvollen Reinigung im Rhodium-Katalysator in der Lage ist.

Claims

1. Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine mit:
einem Katalysator (11), der in einem Abgassystem (10) der Brennkraftmaschine (1) zur Reinigung eines ersten Abgases der Brennkraftmaschine (1) vorgesehen ist;
einem ersten Sauerstoffdichtesensor (12), der stromauf des Katalysators (11) in dem Abgassystem (10) vorgesehen ist und auf eine erste Sauerstoffdichte des ersten Abgases der Brennkraftmaschine (1) anspricht, um zu erfassen, ob sich ein Luft/Brennstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine (1) in ei nem fetten Zustand oder einem mageren Zustand bezüglich eines theoretischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses der Brennkraftma schine (1) befindet;
einem zweiten Sauerstoffdichtesensor (13), der stromab des Katalysators (11) in dem Abgassystem (10) vorgesehen ist und auf eine zweite Sauerstoffdichte eines zweiten Abgases, das durch den Katalysator (11) gelangt ist, anspricht, um zu erfassen, ob sich das Luft/Brennstoff-Verhältnis der Brenn kraftmaschine (1) in einem fetten Zustand oder einem mageren Zustand bezüglich des theoretischen Luft/Brennstoff-Verhält nisses der Brennkraftmaschine (1) befindet;
einer Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung (20) zum Steuern des Luft/Brennstoff-Verhältnisses in Über einstimmung mit den Erfassungsergebnissen des ersten und zweiten Sauerstoffdichtesensors (12, 13), dadurch gekenn zeichnet, daß
der erste Sauerstoffdichtesensor (12) ein größeres Oxida tions- bzw. Reduktionsvermögen bezüglich bestimmter Abgaskom ponenten aufweist als der zweite Sauerstoffdichtesensor (13).

2. Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens einer - der erste Sauerstoffdichtesensor (12) und/oder der zweite Sauerstoffdichtesensor (13) - aufweist:
einen Festkörperelektrolyten (31), der in Form einer Röhre mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende ausgebildet ist;
eine erste Elektrodenschicht (32), die auf einem Bereich der inneren Oberfläche der Röhre aufgeschichtet ist;
eine zweite Elektrodenschicht (33), die einen Bereich der äußeren Oberfläche der Röhre bedeckt, wobei der Festkörper elektrolyt (31) sowie die erste und die zweite Elektroden schicht (32, 33) ein Sauerstoffkonzentrationselement bilden; und
eine Schutzschicht (34), welche die zweite Elektroden schicht (33) bedeckt, wobei
der erste Sauerstoffdichtessensor (12) weiterhin auf weist:
eine Katalysatorschicht (35), welche die Schutzschicht (34) bedeckt und zum Oxidieren bzw. Reduzieren der bestimmten Abgaskomponente dient.

3. Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Brennkraftmaschine (1) ein Gasmotor oder ein Benzinmotor ist.