DE4215787C2 - Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuerungsgerät für eine BrennkraftmaschineInfo
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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)
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 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 (3)
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).
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.
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.
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---|---|---|---|
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