DE4322361B4

DE4322361B4 - Steuersystem zur Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses bei einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4322361B4
Application number: DE4322361A
Authority: DE
Inventors: Yukihiro Kariya Yamashita; Kenji Rolling Hills Estates Ikuta; Shigenori Kariya Isomura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1992-07-03
Filing date: 1993-07-05
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2013-07-06
Also published as: US5487270A; DE4322361A1

Abstract

Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine, mit
einer stromauf befindlichen Luft/Brennstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung (26), die stromauf eines katalytischen Wandlers (13) in einer Abgaspassage (12) der Maschine (1) angeordnet ist und zum Erfassen eines ersten Luft/Brennstoffverhältnisses eines Luft/Brennstoff-Gemisches auf der Basis eines Abgases stromauf des katalytischen Wandlers (13) dient,
einer stromab angeordneten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung (27), die stromab des katalytischen Wandlers (13) angeordnet ist und zum Erfassen eines zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Luft/Brennstoff-Gemisches auf der Grundlage des durch den katalytischen Wandlers (13) hindurchgeleiteten Abgases dient,
einer Luft/Brennstoff-Sollverhältnis-Einstelleinrichtung (31) zum Korrigieren eines Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses in einer Richtung entgegengesetzt zu der durch die Inversionsrichtung-Bestimmungseinrichtung erfaßten Richtung des Wechsels, wobei die Luft/Brennstoff-Sollverhältnis-Einstelleinrichtung das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis um einen gegebenen Sprungbetrag in sprungförmiger bzw. überspringender weise korrigiert, und
einer Brennstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Brennstoffeinspritzmenge eines Brennstoffeinspritzventils mit einer gegebenen Erneuerungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einem Unterschied zwischen dem ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis und dem Luftbrennstoff-Sollverhältnis, gekennzeichnet durch
eine Inversionsrichtungs- bzw. Wechselrichtungs-Bestimmungseinrichtung zur Erfassung...

Description

Vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem für eine mit innerer Verbrennung arbeitende Maschine bzw. Brennkraftmaschine und insbesondere auf ein Steuersystem für das Luft/Brennstoff-Verhältnis, bei dem eine Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerung bzw. -regelung auf der Grundlage von Ausgangssignalen von einem Paar von Sensoren stattfindet, die stromaufseitig und stromabseitig eines katalytischen Konverters bzw. eines Katalysators in einem Abgaskanal zur Überwachung des durch diesen hindurchströmenden Abgases angeordnet sind, um jeweils die Luft/Brennstoff-Verhältnisse eines Luft/Brennstoff-Gemisches, durch das das überwachte Abgas hervorgerufen wurde, zu erfassen.
Im folgenden wird der Ausdruck "Luft/Brennstoff-Verhältnis" nicht lediglich im Sinne eines "Luft/Brennstoff-Verhältnisses eines Luft/Brennstoff-Gemisches, das der Maschine zuzuführen ist", verstanden, sondern besitzt auch andere Bedeutungen, soweit der Kontext dies erlaubt bzw. sich dieses aus dem Kontext erschließt. Beispielsweise bedeutet der Ausdruck "Luft/Brennstoff-Verhältnis" auch "ein Luft/Brennstoff-Verhältnis, das den Zustand des überwachten Abgases anzeigt oder mit diesem in Beziehung steht", oder "einen umgewandelten Wert eines Luft/Brennstoff-Verhältnisses", jeweils in Abhängigkeit vom Kontext.

In der japanischen (ungeprüften) Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2-238 147, vgl. Patent Abstracts of Japan 02238147 AA ist ein Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine beschrieben, die mit den beiden vorstehend beschriebenen Sensoren ausgestattet ist.

Bei dem in dieser Druckschrift beschriebenen System sind Sauerstoffkonzentrationssensoren (im folgenden als "O₂-Sensoren" bezeichnet) jeweils stromauf und stromab eines katalytischen Wandlers bzw. Katalysators angeordnet. 2 zeigt ein Zeitdiagramm eines Korrekturkoeffizienten FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis und eine Ausgangsspannung VOX2 des stromab befindlichen O₂-Sensors, die bei diesem herkömmlichen System gewonnen werden. Genauer gesagt wird hierbei der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis dann, wenn auf der Grundlage der Ausgangsspannung des stromauf befindlichen O₂-Sensors bestimmt wird, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases bezüglich des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses zur angereicherten oder abgemagerten Seite abweicht oder schwankt, um einen vorbestimmten integralen Betrag bzw. eine vorbestimmte integrale Größe KIR oder KIL in einer Richtung korrigiert, die entgegengesetzt zu derjenigen der Abweichung ist. Weiterhin wird dann, wenn das überwachte Luft/Brennstoff-Verhältnis über das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis hinaus von der angereicherten zur abgemagerten Seite oder von der abgemagerten zur angereicherten Seite invertiert wird bzw. wandert, der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis in überspringender bzw. stufenförmiger Weise um einen Überspringungsbetrag bzw. einen Stufenbetrag RSR oder RSL, der auf einen größeren Wert als die integrale Größe KIR oder KIL festgelegt ist, in einer Richtung entgegengesetzt derjenigen der Abweichung korrigiert, um das aktuelle Luft/Brennstoff-Verhältnis auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis konvergieren zu lassen bzw. zu bringen. Weiterhin wird der Stufenbetrag RSR oder RSL dann, wenn die Ausgangsspannung VOX2 des stromab befindlichen O₂-Sensors in großem Ausmaß über einen voreingestellten Grenzwert VRL für die angereicherte Seite oder einen voreingestellten Grenzwert VLL für die abgemagerte Seite hinaus schwankt, derart vergrößert, daß der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis stark korrigiert wird, um die Korrektur des Luft/Brennstoff-Verhältnisses so rasch wie möglich zu beenden.

In der japanischen (ungeprüftem Patentanmeldungsveröffentlichung 3-185 244 oder der hierzu entsprechenden US-PS 5 090 199 bzw. DE 4039876 A1 ist ein weiteres Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine des mit zwei Sensoren arbeitenden Types beschrieben. Bei dem dort offenbarten System ist ein Luft/Brennstoff-Verhältnissensor stromauf eines katalytischen Wandlers bzw Katalysators angeordnet, während ein O₂-Sensor stromab des katalytischen Wandlers angeordnet ist. 53 zeigt ein Zeitdiagramm einer Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors und eines Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG, die bei diesem herkömmlichen System erhalten werden. Wenn hierbei auf der Grundlage der Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors erfaßt wird, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases bezüglich des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses zur angereicherten oder zur abgemagerten Seite abweicht, wird das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG mit konstanter Geschwindigkeit durch einen voreingestellten integralen Betrag λIR für die Anreicherung oder einen voreingestellten integralen Betrag λIL für die Abmagerung in einer Richtung korrigiert, die entgegengesetzt zu derjenigen der Abweichung ist. Nachfolgend wird der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis mit einer gegebenen Erneuerungsgeschwindigkeit auf der Grundlage eines Differentials oder einer Abweichung zwischen dem korrigierten Luft/Brennstoff-Sollverhältnis und dem durch den Luft/Brennstoff-Verhältnissensor überwachten aktuellen Luft/Brennstoff-Verhältnis berechnet, um das aktuelle Luft/Brennstoff-Verhältnis auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis zu bringen.

Jedoch besitzen die vorstehend beschriebenen herkömmlichen Systeme die nachstehend erläuterten Nachteile:
Bei dem zuvor beschriebenen System gemäß 52 wird der Stufenbetrag RSR oder RSL, der mit einer durch die Ausgangsspannung des stromauf befindlichen O₂-Sensors bestimmten Zeitgabe eingesetzt wird, auf der Grundlage der Ausgangsspannung VOX2 des stromab befindlichen O₂-Sensors erhöht oder verringert. Demgemäß schlägt sich die durch die Ausgangsspannung des stromab befindlichen O₂-Sensors bewirkte Korrektur des Stufenbetrags RSR oder RSL lediglich dann auf den Korrekturfaktor FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis durch, wenn das durch den stromauf befindlichen O₂-Sensor überwachte Luft/Brennstoff-Verhältnis das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis überquert, d.h. zu einem Zeitpunkt bzw. mit einer Zeitgabe, bei dem bzw. der der Stufenbetrag RSR oder RSL eingesetzt wird. Wenn angenommen wird, daß der stromab befindliche O₂-Sensor erfaßt, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis den Grenzwert VRL für die angereicherte Seite zu einem Zeitpunkt A in 52 überschreitet, wird der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis als Ergebnis tatsächlich erst zu einem stark verzögerten Zeitpunkt B durch den erhöhten Stufenbetrag RSL für die Abmagerung korrigiert. Diese Korrekturverzögerung tendiert zur Hervorrufung einer übermäßigen Korrektur, so daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis periodisch zwischen der angereicherten und der abgemagerten Seite schwankt, was dazu führt, daß die Einbringung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis nicht wirksam realisiert wird. Hieraus ergibt sich eine alternierende Emission von CO und HC, und von NOx. Weiterhin tendiert diese Korrekturverzögerung dazu, eine Sättigung des katalytischen Wandlers hervorzurufen, so daß der katalytische Wandler CO und HC, oder NOx emittiert.

Andererseits wird bei dem System gemäß 53 der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis mit einer gegebenen Erneuerungsgeschwindigkeit auf der Grundlage der Abweichung des durch den Luft/Brennstoff-Ver hältnis-Sensor überwachten aktuellen Luft/Brennstoff-Verhältnisses in Relation zu dem auf der Grundlage der Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors korrigierten Luft/Brennstoff-Sollverhältnis berechnet, so daß sich der integrale Betrag λIR für die Anreicherung oder der integrale Betrag λIL für die Abmagerung unmittelbar auf den Korrekturkoeffizienten FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis durchschlägt. Da jedoch eine Brennkraftmaschine mit einem Drei-Wege-Katalysator ein System ist, das grundsätzlich eine große Verzögerung besitzt, ist das Luft/Brennstoff-Verhältnis stromauf des katalytischen Wandlers dann, wenn die Inversion bzw. die Umkehrung vom angereicherten zum abgemagerten Zustand bzw. umgekehrt auf der Grundlage der Ausgangsspannung VOX2 des stromab befindlichen O₂-Sensors erfaßt wird, bereits stark vom stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis in Richtung zur angereicherten oder abgemagerten Seite abgewichen. Demgemäß kann die feinfühlige, durch den jeweils auf einen sehr kleinen Wert eingestellten integralen Betrag λIR für die Anreicherung oder den integralen Betrag λIL für die Abmagerung bewirkte Korrektur kein wirksames Luft/Brennstoff-Sollverhältnis zur raschen Einbringung des tatsächlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis bereitstellen. Als Ergebnis tritt wie beim herkömmlichen System gemäß 52 eine Korrekturverzögerung auf, so daß die Einbringung auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis nicht realisiert wird, was zur alternierenden Emission von CO und HC, bzw. von NOx führt. Weiterhin tendiert diese Korrekturverzögerung auch zur Hervorrufung einer Sättigung des katalytischen Wandlers, so daß dasselbe Problem wie bei dem herkömmlichen System gemäß 52 auftritt.

Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, ein verbessertes Steuersystem zur Steuerung bzw. Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, durch das das Luft/Brennstoff-Verhältnis möglichst nahe an das stöchiometrische Verhältnis geregelt wird.

Diese Augabe wird durch Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.

Um die vorstehend angegebene Aufgabe zu lösen, umfaßt ein Steuersystem zur Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung eine stromauf befindliche Erfassungseinrichtung für das Luft/Brennstoff-Verhältnis, die stromauf eines katalytischen Wandlers in einem Abgaskanal der Maschine angeordnet ist und zum Erfassen eines ersten Luft/Brennstoff-Verhältnisses eines Luft/Brennstoff-Gemisches in Abhängigkeit von dem stromauf des katalytischen Wandlers befindlichen Abgas dient; eine stromab befindliche Erfassungseinrichtung für das Luft/Brennstoff-Verhältnis, die stromab des katalytischen Wandlers angeordnet ist und zum Erfassen eines zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Luft/Brennstoff-Gemisches in Abhängigkeit von dem durch den katalytischen Wandler hindurchgetretenen Abgas dient; eine Umkehrrichtungs-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen einer Richtung der Inversion bzw. Umkehrung des zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnisses, wenn sich das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis von der angereicherten zur abgemagerten Seite bzw. umgekehrt über ein bzw. bezüglich eines gegebenen Luft/Brennstoff-Verhältnisses umgekehrt hat; eine Einstelleinrichtung für das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis, die zum Korregieren eines Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses in einer zur Richtung der Umkehrung, die durch die Umkehrrichtungs-Bestimmungseinrichtung ermittelt wurde, entgegengestzten Richtung dient und das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis um einen gegebenen Überspringungsbetrag bzw. Stufenbetrag in überspringender bzw. stufenförmiger Weise korrigiert; und eine Ableitungs- bzw. Gewinnungseinrichtung für die Brennstoffeinspritzmenge, die zur Ableitung bzw. Ermittlung einer Brennstoffeinspritzmenge eines Brennstoffeinspritzventils mit einer gegebenen Erneuerungsgeschwindigkeit auf der Grundlage ei nes Differentials bzw. eines Unterschieds zwischen dem ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis und dem Luft/Brennstoff-Sollverhältnis dient.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein schematisches Schaltbild des gesamten Aufbaus eines Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuer systems für eine Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Prinzips der Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses bei dem ersten Ausführungsbeispiel,
3 ein Ablaufdiagramm einer Gewinnungs- oder Bestimmungsroutine für die Brennstoffeinspritzmenge in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel,
4 ein Ablaufdiagramm einer Routine zur Bestimmung, ob sich die Maschine im stationären Fahr- bzw. Antriebszustand oder in einem Übergangs-Fahr- bzw. Antriebszustand befindet, in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel,
5 eine in einem Festwertspeicher ROM vorab gespeicherte Karte bzw. Kennlinie zur Bestimmung einer Materialkonzentration auf der Basis eines Luft/Brennstoff-Verhältnisses,
6 ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen einem Ausgangssignal eines Sensors für das Luft/Brennstoff-Verhältnis, der stromauf eines Drei-Wege-Katalysators angeordnet ist, einer Adsorptionsmenge des Drei-Wege-Katalysators und eines Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses zeigt,
7 ein Ablaufdiagramm einer beim ersten Ausführungsbeispiel vorhandenen Steuerroutine für die Inversions-Überspringungssteuerung,
8 ein Zeitdiagramm, das eine Beziehung zwischen einem Ausgangssignal eines O₂-Sensors, der stromab des Drei-Wege-Katalysators angeordnet ist, und dem Luft/Brennstoff-Sollverhältnis während der Inversionsüberspringungssteuerung gemäß 7 zeigt,
9 eine vorab in dem Festwertspeicher ROM gespeicherte Kennlinie bzw. Tabelle zur Bestimmung eines Überspringungsbetrags bzw. Stufenbetrags aus der minimalen oder maximalen Adsorptionisgröße des Drei-Wege-Katalysators,
10 ein Ablaufdiagramm einer Spülungs- bzw. Freisetzungs-Steuerroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
11 ein Ablaufdiagramm einer Lernbeginn-Bestimmungsroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
12 ein Ablaufdiagramm einer Luft/Brennstoff-Verhältnis-Abweichungs-Steuerroutine in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel,
13 ein Ablaufdiagramm einer Sättigungsbestimmungsroutine in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel,
14 ein Ablaufdiagramm einer Adsorptionsmenge-Bestimmungsroutine in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel,
15 ein Zeitdiagramm, das eine Beziehung zwischen dem Ausgangssignal des O₂-Sensors und des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses während der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Abweichungssteuerung gemäß 12 zeigt,
16 ein Ablaufdiagramm einer Umkehrungsüberspringungs-Steuerroutine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung,
17 ein Ablaufdiagramm einer Lernroutine für das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis in Übereinstimmung mit dem zweiten Ausführungsbeipiel,
18 ein Ablaufdiagramm einer Gewinnungs- bzw. Bestimmungseinrichtung für eine Brennstoffeinspritzmenge in Übereinstimmung mit dem zweiten Ausführungsbeipiel,
19 eine erläuternde Darstellung, in der ein Beispiel des Einstellens von Maschinenbetriebsbereichen gezeigt ist,
20 ein Zeitdiagramm, in dem eine Beziehung zwischen dem Ausgangssignal des Luft/Brennstoff-Verhältnissensors, einer Ansaugluftmenge, einem gelernten Wert, einem Basissollwert für das Luft/Brennstoffverhältnis und dem Ausgangssignal des O₂-Sensors während der Inversionsüberspringungssteuerung gemäß 16 gezeigt ist,
21 ein Ablaufdiagramm einer Inversionsüberspringungs-Steuerroutine in Übereinstimmung mit einem dritten Ausführungsbeipiel der vorliegenden Erfindung,
22 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen Reinigungsfaktoren des Drei-Wege-Katalysators bezüglich CO, HC und NOx und dem Luft/Brennstoff-Verhältnis,
23 eine vorab im Festwertspeicher ROM gespeicherte Karte bzw. Kennlinie zur Gewinnung eines Steuersollwerts in Abhängigkeit von einem Maschinenbetriebszustand,
24 ein Zeitdiagramm, das eine Beziehung zwischen einer Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl, einem Ansaugluftdruck und dem Steuersollwert zeigt,
25 ein Ablaufdiagramm einer Einstellroutine für die Integral-/Überspringungs-Größe in Übereinstimmung mit einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
26 eine in dem Festwertspeicher vorab gespeicherte Karte bzw. Beziehung zur Einstellung der Integralgröße in Abhängigkeit von der Ansaugluftmenge,
27 eine im Festwertspeicher vorab gespeicherte Karte bzw. Beziehung zur Einstellung der Überspringungsgröße bzw. des Überspringungsbetrags auf der Grundlage der Ansaugluftmenge,
28 ein Ablaufdiagramm einer Einstellroutine für ein Luft/Brennstoff-Sollverhältnis in Übereinstimmung mit einem fünften Ausführungsbeispiel,
29 eine in dem Festwertspeicher vorab gespeicherte Karte bzw. Beziehung für die Einstellung eines Integralbetrags auf der Grundlage der Ausgangsspannung des O₂-Sensors,
30 ein Ablaufdiagramm einer Routine zur Durchschnittswertbildung für die Ausgangsspannung des O₂-Sensors in Übereinstimmung mit einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
31 ein Zeitdiagramm, das Einzelheiten der Abtastung der einem Abschnitt A in 35 entsprechenden Ausgangsspannung des O₂-Sensors zeigt,
32 bis 34 ein Ablaufdiagramm einer Sättigungsüberspringungs-Steuerroutine in Übereinstimmung mit dem sechsten Ausführungsbeispiel,
35 ein Zeitdiagramm, das eine Beziehung zwischen der Ausgangsspannung des O₂-Sensors und des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses während der Sättigungsüberspringungssteuerung gemäß den 32 bis 34 zeigt,
36 bis 38 ein Ablaufdiagramm einer Sättigungsüberspringungs-Steuerroutine in Übereinstimmung mit einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
39 ein Zeitdiagramm, in dem eine Beziehung zwischen der Ausgangsspannung des O₂-Sensors und des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses während der Sättigungsüberspringungssteuerung gemäß den 36 bis 38 gezeigt ist,
40 eine in dem Festwertspeicher vorab gespeicherte Karte bzw. Kennlinie zur Ermittlung einer Materialkonzentration auf der Grundlage des Luft/Brennstoff-Verhältnisses,
41 ein Ablaufdiagramm einer Bestimmungs- oder Erfassungsroutine für die Brennstoffeinspritzungsmenge in Übereinstimmung mit einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
42 ein Ablaufdiagramm einer Vergleichsspannung-Einstellroutine in Übereinstimmung mit dem achten Ausführungsbeispiel,
43 ein Zeitdiagramm, das eine Beziehung zwischen der Ausgangsspannung des stromab befindlichen O₂-Sensors, einer Ausgangsspannung eines stromauf befindlichen O₂-Sensors, der Vergleichsspannung und einem Korrekturkoeffizienten für das Luft/Brennstoff-Verhältnis beim achten Ausführungsbeispiel zeigt,
44 und 45 ein Ablaufdiagramm einer Vergleichsspannungs-Einstellroutine in Übereinstimmung mit einem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
46 ein Ablaufdiagramm einer Vergleichsspannungs-Lernroutine in Übereinstimmung mit dem neunten Ausführungsbeispiel,
47 eine vorab in dem Festwertspeicher gespeicherte Karte bzw. Kennlinie zur Bestimmung des Integralbetrags und des Überspringungsbetrags auf der Grundlage eines verschlechterten Zustands des Drei-Wege-Katalysators,
48 eine zeitliche Darstellung einer Beziehung zwischen der Ausgangsspannung des stromab befindlichen O₂-Sensors, der Ausgangsspannung des stromauf befindlichen O₂-Sensors, einer Basis-Vergleichsspannung, der Vergleichsspannung, dem Korrekturkoeffizienten für das Luft/Brennstoff-Verhältnis, der Ansaugluftmenge und einem gelernten Wert beim neunten Ausführungsbeispiel,
49 ein Ablaufdiagramm einer Vergleichsspannungs-Einstellroutine in Übereinstimmung mit einem zehnten Ausführungsbeispiel,
50 eine zeitliche Darstellung einer Beziehung zwischen der Ausgangsspannug des stromab befindlichen O₂-Sensors, der Ausgangsspannung des stromauf befindlichen O₂-Sensors, der Vergleichsspannung, dem Korrekturkoeffizienten für das Luft/Brennstoff-Verhältnis und einem Korrekturkoeffizienten für das stromab vorhandene Luft/Brennstoff-Verhältnis bei dem zehnten Ausführungsbeispiel,
51 ein erläuterndes Diagramm, in dem dargestellt ist, wie Versetzungsbeträge relativ zu einem Erfassungsbereich des stromauf befindlichen O₂-Sensors festgelegt werden,
52 eine zeitliche Darstellung einer Beziehung zwischen dem Korrekturkoeffizienten für das Luft/Brennstoff-Verhältnis und der Ausgangsspannung des stromabbefindlichen O₂-Sensors in Übereinstimmung mit einem herkömmlichen Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine, und
53 eine zeitliche Darstellung einer Beziehung zwischen der Ausgangsspannung des O₂-Sensors und des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses in Übereinstimmung mit einem weiteren herkömmlichen Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele vorliegender Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
In 1 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Brennkraftmaschine und ihrer peripheren Einrichtungen einschließlich eines Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersystems in Übereinstimmung mit einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Gemäß 1 arbeitet die Maschine 1 mit Zündfunken-Zündung mit vier Takten und besitzt vier Zylinder. Ansaugluft wird von der stromauf befindlichen Seite über einen Luftfilter 2, ein Ansaugrohr 3, ein Drosselventil 4, einen Druckausgleichsbehälter 5 und einen Ansaugkrümmer 6 eingeführt. Im Ansaugkrümmer 6 wird die angesaugte Luft mit Hilfe eines Brennstoffeinspritzventils 7, das für jeden Maschinenzylinder vorhanden ist, mit Brennstoff gemischt, um ein Luft/Brennstoff-Gemisch mit einem gegebenen Luft/Brennstoff-Verhältnis zu bilden, das dann dem entsprechenden Maschinenzylinder zugeführt wird. An eine Zündkerze 8 für jeden Maschinenzylinder wird eine von einer Zündschaltung 9 zugeführte, durch einen Verteiler 10 verteilte Hochspannung mit einer gegebenen bzw. bestimmten Zeitsteuerung angelegt, um das Gasgemisch in jedem Maschinenzylinder zu zünden. Nach der Verbrennung wird das Abgas über einen Auslaßkrümmer 11 und ein Auslaßrohr 12 ausgestoßen. Ein Drei-Wege-Katalysator bzw. katalytischer Wandler 13 ist in dem Auslaßrohr 12 zum Reinigen schädlicher Komponenten wie etwa CO, HC und NOx, die in dem von den Maschinenzylindern abgegebenen Abgas enthalten sind, angeordnet.
Ein Temperatursensor 21 für die Temperatur der Ansaugluft und ein Drucksensor 22 zur Erfassung des Drucks der angesaugten Luft sind jeweils in dem Einlaßrohr 3 vorgesehen. Der Ansaugluft-Temperatursensor 21 überwacht eine Temperatur Tam der angesaugten Luft stromauf des Drosselventils 4, während der Drucksensor 22 für die angesaugte Luft den Ansaugluftdruck PM stromab des Drosselventils 4 überwacht. Weiterhin ist ein Drosselsensor 23 zur Abgabe eines analogen Signals vorhanden, das den Öffnungsgrad des Dros selventils 4 anzeigt. Der Drosselsensor 23 gibt weiterhin ein EIN/AUS-Signal von einem nicht gezeigten Leerlaufschalter ab, das anzeigt, ob das Drosselventil 4 nahezu vollständig geschlossen ist oder nicht. An einem Maschinenzylinderblock ist ein Kühlmitteltemperatursensor 24 zur Überwachung der Temperatur Thw eines Maschinenkühlwassers angebracht. Weiterhin ist im Verteiler 10 ein Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsensor 25 zum Überwachen einer Maschinendrehzahl Ne vorhanden. Der Drehzahlsensor 25 erzeugt 24 Impulse je 720 °CA (crank angle = Kurbelwinkel bzw. Kurbelwellenwinkel), d.h. bei jeweils zwei Umdrehungen der Maschinenkurbelwelle. Weiterhin ist ein Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 26 (im folgenden auch als "A/F-Sensor" bezeichnet) im Auslaßrohr 12 stromauf des Drei-Wege-Katalysators 13 angeordnet. Der Sensor 26 überwacht das aus den Maschinenzylindern ausgestoßene verbrannte Gas (Abgas) und erzeugt ein lineares Signal, das einem Luft/Brennstoff-Verhältnis λ (Überschußluft-Verhältnis) des Luft/Brennstoff-Gemisches entspricht, das das überwachte Abgas hervorgerufen hat. Weiterhin ist im Auslaßrohr stromab des Drei-Wege-Katalysators 13 ein O₂-Sensor 27 vorgesehen. Der O₂-Sensor 27 überwacht das Abgas, das durch den Drei-Wege-Katalysator 13 hindurchgetreten ist und erzeugt eine Ausgangsspannung VOX2, die davon abhängt, ob das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ des Luft/Brennstoff-Gemisches, das das überwachte Abgas hervorgerufen hat, bezüglich des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ = 1 angereichert oder abgemagert ist.
Eine elektronische Steuereinheit 31 zum Steuern der Bertriebsbedingungen der Maschine 1 ist als arithmetische logische Verknüpfungsschaltung ausgebildet, die hauptsächlich eine Zentraleinheit 32, einen Festwertspeicher ROM33, einen Direktzugriffsspeicher RAM 34, einen Unterstützungs-Direktzugriffsspeicher RAM 35 und dergleichen enthält, die über eine Sammelleitung (+) 38 mit einem Eingangsanschluß bzw. Eingangsanschlüssen 36, einem Ausgangsanschluß bzw.
Ausgangsanschlüssen 37 und dergleichen verbunden sind. Der Eingangsanschluß 36 dient zur Eingabe von Erfassungssignalen aus den vorstehend angegebenen Sensoren, während der Ausgangsanschluß 37 zum Abgeben von Steuersignalen an Stellglieder für die Steuerung von deren Betrieb dient. Genauer gesagt empfängt die Steuereinheit 31 über den Eingangsanschluß 36 die Erfassungssignale der vorstehend angegebenen Sensoren, die repräsentativ sind für die Ansauglufttemperatur Tam, den Ansaugluftdruck PM, den Drosselöffnungsgrad TH, die Kühlwassertemperatur Thw, die Maschinendrehzahl Ne, das Luft/Brennstoff-Verhältnis-Signal, die Ausgangsspannung VOX2 und dergleichen. Die Steuereinheit 31 berechnet eine Brennstoffeinspritzmenge TAU und eine Zündzeitsteuerung bzw. einen Zündzeitpunkt Ig auf der Grundlage dieser angegebenen Signale und gibt die jeweiligen Steuersignale an die Brennstoffeinspritzventile und die Zündschaltung 9 über den Ausgangsanschluß 37 für die Steuerung von deren Betrieb ab. Im folgenden wird von diesen Steuerungen die Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zur Gewinnung bzw. Bestimmung der Brennstoffeinspritzmenge TAU beschrieben.
Die elektronische Steuereinheit 31 ist gemäß dem nachstehenden Verfahren zur Ausführung der Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses ausgelegt. Das Entwurfs- bzw. Gestaltungsverfahren, das nachstehend näher erläutert wird, ist in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung 64-110853 offenbart.
Modellierung eines zu steuernden Objekts: Bei diesem Ausführungsbeispiel wird als ein Modell eines Systems zur Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ der Maschine 1 ein autoregressives bzw. eigenregressives Modell mit beweglichem Mittelwert des Grads 1 eingesetzt, das eine Totzeit P = 3 besitzt, wobei das Modell weiterhin unter Berücksichtigung einer Störung d approximiert wird.
Als erstes kann die Betriebsart des Systems zur Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ unter Einsatz des autoregressiven Modells mit sich bewegendem Durchschnitt durch die folgende Gleichung (1) angenähert werden: λ(k) = a·λ(k – 1) + b·FAF(k – 3) (1)
Hierbei bezeichnen λ das Luft/Brennstoff-Verhältnis, FAF einen Korrekturkoeffizienten für das Luft/Brennstoff-Verhältnis, a und b Konstanten, und k eine Variable, die die Anzahl der Steuerzeiten vom Beginn einer ersten Abtastung anzeigt.
Wenn weiterhin die Störung d berücksichtigt wird, kann das Modell des Steuersystems durch die nachstehende Gleichung (2) angenähert werden: λ(k) = a·λ(k – 1) + b·FAF(k – 3) + d(k – 1) (2)
Es ist einfach, für die in dieser Weise angenäherten Modelle die Konstanten a und b durch Diskretion bzw. Unterscheidung auf der Grundlage von drehungssynchronen (360° CA) Abtastungen unter Einsatz einer Sprungantwort zu erhalten, d.h. eine Übertragungsfunktion G des Systems, das das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ steuert, zu erzielen.
Anzeigeverfahren für eine zustandsvariable Größe X:
Durch Umschreibung der vorstehend angegebenen Gleichung (2) unter Einsatz einer zustandsvariablen Größe X(k) = [X₁(k), X₂(k), X₃(k), X₄(k)]^T wird die folgende Gleichung (3) erhalten:
Hierbei ergibt sich X1(k + 1) = aX1(k) + bX2(k) + d(k) = λ(k + 1) X2(k + 1) = FAF(k – 2) X3(k + 1) = FAF(k – 1) X4(k + 1) = FAF(k) (4)
Entwurf eines Reglers:
Nun wird ein Regler entworfen. Unter Einsatz einer optimalen Rückkopplungsverstärkung R = [K₁, K₂, K₃, K₄] und der zustandsvariablen Größe X^T(k) = [λ(k), FAF(k – 3), FAF(k – 2), FAF(k – 1)] wird die nachstehende Gleichung (5) erhalten: FAF(k) = K·XT(k) = K1·λ(k) + K2·FAF(k – 3) + K3·FAF(k – 2) + K4·FAF(k – 1) (5)
Weiterhin wird ein Integrationsterm Z₁(k) zum Absorbieren bzw. Unterdrücken von Fehlern hinzugefügt, wodurch die nachstehende Gleichung (6) erhalten wird: FAF(k) = K1·λ(k) + K2·FAF(k – 3) + K3·FAF(k – 2) + K4·FAF(k – 1) + Z1(k) (6)
In dieser Weise können das Luft/Brennstoff-Verhältnis und der Korrekturkoeffizient FAF erhalten werden.
Der Integrationterm Z₁(k) ist ein Wert, der durch eine Abweichung zwischen einem Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λ TG und einem aktuellen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ(k) und durch eine Integrationskonstante Ra bestimmt ist und aus der nachstehenden Gleichung (7) gewonnen wird: Z1(k) = Z1(k – 1) + Ka·(λTG – λ(k)) (7)
2 zeigt ein Schaltbild des Systems mit dem bzw. gemäß dem in der vorstehend angegebenen Weise entworfenen Modell, das zum Steuern des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ dient. Wie in 2 gezeigt ist, wird die Z^–1-Transformation eingesetzt, um den Korrekturkoeffizienten FAF(k) für das Luft/Brennstoff-Verhältnis aus dem vorhergehenden Korrekturkoeffizienten FAF(k – 1) für das Luft/Brennstoff-Verhältnis zu erhalten. Der vorhergehende Korrekturkoeffizient FAF(k – 1) für das Luft/Brennstoff-Verhältnis wurde in dem Direltzugriffsspeicher 34 gespeichert und bei einer folgenden Steuerzeitgabe zur Gewinnung eines neuen Werts des Korrekturkoeffizient FAF(k) für das Luft/Brennstoff-Verhältnis ausgelesen.
In 2 repräsentiert ein durch eine strichpunktierte Linie umgebener Block P1 einen Abschnitt, der die zustandsvariable Größe X(k) in einem Zustand, in dem das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ auf das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG geregelt wird, bestimmt. Ein Block P2 bezeichnet einen Akkumulationsabschnitt bzw. Additionsabschnitt zur Bildung des Integrationsterms Z1(k). Ein Block P3 bezeichnet einen Abschnitt, der einen gegenwärtigen Wert des Korrekturkoeffizienten FAF(k) für das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf der Grundlage der im Block P1 bestimmten zustandsvariablen Größe X(k) und dem im Block P2 gewonnenen Interationsterm Z₁(k) berechnet.
Bestimmung der optimalen Rückkopplungsverstärkung K und der Integrationskonstanten Ra:
Die optimale Rückkopplungskonstante R und die Integrationskonstante Ra können beispielsweise durch Minimierung einer Bewertungsfunktion J eingestellt werden, die durch die nachstehende Gleichung (8) repräsentiert ist:
Die Bewertungsfunktion J strebt eine Minimierung der Abweichung zwischen dem aktuellen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ(k) und dem Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG an, wobei eine Bewegung (bzw. Veränderung) des Korrekturkoeffizienten FAF(k) für das Luft/Brennstoff-Verhältnis begrenzt wird. Eine Gewichtung der Beschränkung des Korrekturkoeffizienten FAF(k) für das Luft/Brennstoff-Verhältnis kann variabel über die Werte von Gewichtungsparametern Q und R eingestellt werden. Demgemäß werden die optimale Rückkopplungsverstärkung K und die Integrationskonstante Ka durch Veränderung der Werte der Gewichtungsparameter Q und R bestimmt, um verschiedene Simulationen solange zu wiederholen, bis die optimalen Steuerungseigenschaften erhalten werden.
Weiterhin hängen die optimale Rückkopplungsverstärkung K und die Integrationskonstante Ka von den Modellkonstanten a und b ab. Um die Stabilität (robustes Verhalten) des Systems gegenüber Schwankungen (Parameterschwankungen) des Systems, das das tatsächliche Luft/Brennstoff-Verhältnis λ steuert, zu gewährleisten, sollten die optimale Rückkopp lungsverstärkung R und die Integrationskonstante Ra unter Berücksichtigung der Schwankungsgröße der Modellkonstanten a und b festgelegt werden. Aus diesem Grund werden die Simulationen unter Berücksichtigung der in der Praxis hervorgerufenen Schwankungen der Modellkonstanten a und b durchgeführt, um die optimale Rückkopplungsverstärkung R und die Integrationskonstante Ra zu bestimmen, die die Stabilität gewährleisten.
Die elektronische Steuereinheit 31 wurde vorhergehend in der vorstehend beschriebenen Weise ausgestaltet. Demgemäß bewirkt die elektronische Steuereinheit 31 in der Praxis die Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses unter Heranziehung lediglich der vorstehend genannten Gleichungen (6) und (7). Nachstehend werden Einzelheiten der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuerung beschrieben. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Hauptroutine, die durch die Zentraleinheit 31 zur Gewinnung bzw. Festlegung der Brennstoffeinspritzmenge TAU durchzuführen ist.
Diese Routine wird synchron mit der Maschinendrehung, d.h. jeweils bei einem Kurbelwinkel von 360° durchgeführt. Bei einem ersten Schritt 101 wird eine Basis-Brennstoffeinspritzmenge Tp beispielsweise auf der Grundlage des Ansaugluftdrucks PM und der Motordrehzahl Ne erhalten. Nachfolgend wird in einem Schritt 102 bestimmt, ob ein Rückkopplungssteuerungszustand für das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ vorliegt oder nicht. Bekanntlich wird der Rückkopplungszustand bzw. der Regelbetrieb durchgeführt, wenn die Kühlwassertemperatur Thw höher ist als ein vorgegebener Wert und wenn die Maschine nicht mit hoher Drehzahl und unter hoher Belastung läuft. Falls im Schritt 102 bestimmt wird, daß der Rückkopplungssteuerbetrieb bzw. Regelbetrieb vorliegt, wird in einem nachstehend in größeren Einzelheiten beschriebenen Schritt 103 das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG festgelegt und in einem Schritt 104 der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis eingestellt, um das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ auf das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG zu bringen. Genauer gesagt wird im Schritt 104 der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf der Grundlage des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG und des durch den Sensor 26 erfaßten Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ(k) unter Heranziehung der vorstehend angegebenen Gleichungen (6) und (7) ermittelt. Nachfolgend schreitet der Ablauf zu einem Schritt 105 weiter. Wenn andererseits im Schritt 102 bestimmt wird, daß kein Rückkopplungssteuerungsbetrieb vorliegt, wird der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf einen Wert "1" festgelegt und der Ablauf schreitet zu dem Schritt 105 weiter.
In dem Schritt 105 wird die Brennstoffeinspritzmenge bzw. -größe TAU auf der Grundlage der Basis-Brennstoffeinspritzmenge Tp, des Korrekturkoeffizienten FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis und eines weiteren bekannten Korrekturkoeffizienten FALL unter Benutzung der nachstehenden Gleichung festgelegt: TAU = Tp × FAF × FALL.
Auf der Basis der in dieser Weise eingestellten Brennstoffeinspritzmenge TAU wird dann ein Steuersignal erzeugt und an das Brennstoffeinspritzventil 7 zur Steuerung einer Ventilöffnungszeit, d.h. einer aktuellen Brennstoffeinspritzmenge, die über das Brennstoffeinspritzventil 7 zuzuführen ist, angelegt. Als Ergebnis wird das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ des Gasgemisches auf das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG eingestellt.
Nachstehend wird ein Unterprogramm näher beschrieben, das dem Schritt 103 in 3 entspricht und zur Bildung des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG dient.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG jeweils in unterschiedlicher Weise in Abhängigkeit von Betriebszuständen der Maschine 1 festgelegt. Genauer gesagt werden die Maschinenbetriebszustände in einen stationären Fahrbetrieb, bei dem das Fahrzeug beispielsweise mit konstanter Geschwindigkeit läuft und die Maschinendrehzahl Ne, der Ansaugluftdruck PM und dergleichen im wesentlichen konstant gehalten werden, und einen Übergangs-Fahrzustand bzw. -fahrbetrieb unterteilt, in dem sich das Fahrzeug in Beschleunigung befindet, wobei die Maschinendrehzahl Ne, der Ansaugluftdruck PM und dergleichen schwankend sind und bei dem das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ in gewissem Ausmaß von dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 abweicht. Nachstehend wird demgemäß eine Routine zur Bestimmung des stationären Fahrbetriebs bzw. des Übergangs-Fahrbetriebs erläutert.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm der Routine zur Bestimmung, ob sich die Maschine im stationären Fahrzustand bzw. Fahrbetrieb oder im Übergangs-Fahrzustand bzw. Fahrbetrieb befindet.
In einem ersten Schritt 201 bestimmt bzw. ermittelt die Zentraleinheit 32, ob ein Zähler TOSC zur Bildung der Adsorptionsmenge bzw. -größe rückgesetzt ist oder nicht, d.h. ob sein Wert null (0) ist. Falls die Antwort im Schritt 201 JA" lautet, wird in einem Schritt 202 überprüft, ob das durch den Sensor 26 überwachte Luft/Brennstoff-Verhältnis λ in einem Bereich zwischen einem vorgegebenen Anreicherungs-Grenzwert λRL und einem vorgegebenen Abmagerungs-Grenzwert λLL konvergiert ist bzw. liegt, wobei λRL > λ = 1 > λLL gilt. In dem Schritt 202 wird λ(i) herangezogen, da das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ aufeinanderfolgend abgetastet wird, wie in 6 gezeigt ist. Falls die Antwort in dem Schritt 202 "JA" lautet, d.h. falls das überwachte Luft/Brennstoff-Verhältnis λ(i) innerhalb des gegebenen Be reichs liegt, so daß die Maschine 1 als im stationären Fahrbetrieb befindlich eingestuft werden kann, wird in einem Schritt 203 eine Inversions-Überspringungssteuerung (inversion skip control) durchgeführt. Wie nachstehend in größeren Einzelheiten beschrieben wird, wird diese Inversionsüberspringungssteuerung durchgeführt, um das aktuelle Luft/Brennstoff-Verhältnis λ nahe bei dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 zu halten.
Wenn andererseits die Antwort in dem Schritt 202 "MEIN" lautet, d.h. wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ(i) nicht innerhalb des gegebenen, durch die vorgegebenen Anreicherungs- und Abmagerungs-Grenzwerte λRL und λLL definierten Bereichs liegt und somit die Maschine 1 als in einem Übergangs-Betriebszustand befindlich bestimmt bzw. eingestuft werden kann, schreitet das Programm zu einem Schritt 204 weiter. Im Schritt 204 wird beurteilt, ob der Wert des Zählers TOSC eine voreingestellte Abtastzeit Tα erreicht bzw. gezählt hat. Da der Zähler TOSC gemäß der Bestimmung in dem Schritt 201 zurückgesetzt wurde, wird im Schritt 204 eine negative Antwort gegeben, so daß das Programm zu einem Schritt 205 weiterläuft.
In dem Schritt 205 wird eine aktuelle Materialkonzentration M(i) auf der Basis des durch den Sensor 26 überwachten Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ(i) und unter Heranziehung einer vorab in dem Festwertspeicher (ROM) 33 gespeicherten Karte bzw. Tabelle oder Kennlinie, die in 5 gezeigt ist, ermittelt. Bekanntlich erhöhen sich die schädlichen Komponenten NOx und O₂ im Abgas, wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ bezüglich des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ = 0 zur abgemagerten Seite abweicht, während sich CO und HC erhöhen, wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ zur angereicherten Seite abweicht. Da andererseits in der Karte bzw. Wertezuordnung gemäß 5 die Materialkonzentration M bei diesem Ausführungsbeispiel in Ausdrücken von O₂ definiert ist, ist die Materialkonzentration M auf der abgemagerten Seite als ein positiver, einen Überschuß von O₂ repräsentierender Wert festgelegt, während sie auf der angereicherten Seite als negativer Wert angegeben ist, der einen Mangel an O₂, das für CO und HC benötigt wird, repräsentiert.
Nach der Ermittlung der Materialkonzentration M(i) in dem Schritt 205 läuft das Programm zu einem Schritt 206 weiter, bei dem eine Adsorptionsmenge OST(i) von O₂, die durch den Drei-Wege-Katalysator 13 adsorbiert oder in diesem gespeichert ist, aus der ermittelten Materialkonzentration M(i) und einer Ansaugluftmenge QA(i) unter Heranziehung der nachstehenden Gleichung erhalten: OST(i) = M(i) × QA(i)
Unter Berücksichtigung einer Luftströmungsverzögerung in der Maschine 1 repräsentiert die Ansaugluftmenge QA(i) in dieser Gleichung einen Wert, der der Luftströmung bzw. Luftmasse entspricht, die das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ (i) ergibt, aus dem die Materialkonzentration M(i) in dem Schritt 205 erhalten wird. Genauer gesagt wird, wie dies bekannt ist, die Ansaugluftmenge QA(i) auf der Grundlage der Maschinendrehzahl Ne und des Ansaugluftdrucks PM ermittelt. Da jedoch der Drehzahlsensor 25 zur Überwachung bzw. Erfassung der Maschinendrehzahl Ne und der Ansaugluftdrucksensor 22 zur Überwachung bzw. Erfassung des Ansaugluftdrucks PM jeweils stromauf des Sensors 26 für die Erfassung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ(i) angeordnet sind, wird ein Wert, der das 1,5-fache bzw. 1,5 Zeitpunkte vorhergehend erfaßt wurde (d.h. ein Mittelwert aus dem aktuellen und dem letzten Wert oder den letzten Werten), für die Motordrehzahl Ne eingesetzt und ein Wert, der drei Zeiteinheiten vorher erfaßt wurde, für den Ansaugluftdruck PM herangezogen. Demgemäß wird die Ansaugluftmenge QA(i) aus der nachstehenden Gleichung erhalten: QA(i) ∝ Ne(I – 1.5) × PM(I – 3)
Nach Ermittlung der Adsorptionsmenge OST(i) in dem Schritt 206 läuft das Programm zu einem Schritt 207 weiter, bei dem eine gesamte Adsorptionsmenge OST durch OST ← OST + OST(i) erhalten wird. Nachfolgend wird in einem Schritt 208 bestimmt, ob die gesamte Adsorptionsmenge OST, die im Schritt 207 gebildet wurde, innnerhalb eines Bereichs liegt, der durch eine vorgegebene minimale Adsorptionsmenge OSTmin und eine vorgegebene maximale Adsorptionsmenge OSTmax definiert ist. Hierbei repräsentiert die minimale Adsorptionsmenge OSTmin eine maximale Adsorptionsmenge des Drei-Wege-Katalysators 13 für CO und HC, wenn sich das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ bezüglich des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses auf der angereicherten Seite befindet. Da, wie zuvor beschrieben, die Adsorptionsmenge in Ausdrücken bzw. anhand von O₂ definiert ist, nimmt die maximale Adsorptionsmenge für CO und HC einen negativen Wert an, weshalb sie als "die minimale Adsorptionsmenge OSTmin" definiert ist. Andererseits repräsentiert die maximale Adsorptionsmenge OSTmax eine maximale Adsorptionsmenge des Drei-Wege-Katalysators 13 für O₂, wenn sich das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ auf der abgemagerten Seite befindet. Bekanntlich nehmen die absoluten Werte dieser minimalen und maximalen Adsorptionsmengen OSTmin und OSTmax jeweils ab, wenn die Verschlechterung des Drei-Wege-Katalysators 13 fortschreitet. Die minimale und die maximale Adsorptionsmenge OSTmin und OSTmax werden durch eine im weiteren Text beschriebene Adsorptionsmengen-Lernsteuerung erneuert, so daß in dem Schritt 208 die neuesten Daten eingesetzt werden.
Wenn in dem Schritt 208 bestimmt wird, daß die aktuelle gesamte Adsorptionsmenge OST zwischen der minimalen und der maximalen Adsorptionsmenge OSTmin und OSTmax liegt, schreitet das Programm zu einem Schritt 209 weiter, bei dem der Zähler TOSC um einen Wert "1" hochgezählt wird, und kehrt dann zu dem Schritt 201 zurück. Da der Wert des Zählers TOSC zu diesem Zeitpunkt nicht 0 (null) ist, schreitet das Programm zu dem Schritt 204 unter Umgehung des Schritts 202 weiter. Im Schritt 204 wird überprüft, ob der Wert des Zählers TOSC die Abtastzeit Tα erreicht bzw. gezählt hat. Falls die Antwort in dem Schritt 204 erneut negativ ist, wird in den Schritten 205 bis 207 ein aktueller Wert der Adsorptionsmenge OST(i) aus einem aktuellen Wert des überwachten Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ(i) gebildet und weiterhin ein aktueller Wert für die gesamte Adsorptionsmenge OST durch Addition des aktuellen Werts der Adsorptionsmenge OST(i) zu dem letzten Wert der gesamten Adsorptionsmenge OST gewonnen. Demgemäß dauert dieser Vorgang so lange an, bis die Abtastzeit bzw. das Abtastzeitintervall T α verstrichen ist.
Auch wenn das abweichende Luft/Brennstoff-Verhältnis λ allmählich wieder auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 zurückgebracht wird, ist das Abtastzeitintervall Tα auf einen Wert eingestellt, der länger ist als die Zeitdauer, die erwartungsgemäß für die normale Wiedereinbringung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis erforderlich ist. Demgemäß wird die Adsorptionsmenge OST(i) kontinuierlich abgetastet, bis das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ wieder auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis zurückgebracht ist. Als Ergebnis repräsentiert die gesamte Adsorptionsmenge OST, die durch Akkumulierung bzw. Addition der Adsorptionsmengen OST(i) erhalten wird, die gesamte Menge der schädlichen Komponenten (d.h. NOx bei einer Abweichung zur abgemagerten Seite und CO und HC bei einer Abweichung zur angereicherten Seite), die in dem Drei-Wege-Katalysator 13 aufgrund der Abweichung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ zur abgemagerten oder angereicherten Seite (mit Bezug zum stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis) adsorbiert bzw, in diesem gespeichert wurden.
Wenn andererseits die gesamte Adsorptionsmenge OST den Bereich zwischen der minimalen und der maximalen Adsorptionsmenge OSTmin und OSTmax überschreitet, wie es in 6 durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist, wird im Schritt 208 eine negative Antwort gegeben, so daß die gesamte Adsorptionsmenge OST in einem nachfolgenden Schritt 210 durch die minimale und die maximale Adsorptionsmenge OSTmin und OSTmax geschützt bzw. begrenzt wird. Genauer gesagt wird dann, wenn die gesamte Adsorptionsmenge OST den Bereich zwischen der minimalen und der maximalen Adsorptionsmenge OSTmin und OSTmax überschreitet, davon ausgegangen, daß der Drei-Wege-Katalysator 13 auf der angereicherten oder der abgemagerten Seite gesättigt ist und nicht länger schädliche Komponenten wie etwa CO, HC und NOx adsorbiert. Dies bedeutet, daß diese schädlichen Komponenten vom Drei-Wege-Katalysator 13 abgegeben werden, so daß sich die absoluten Werte der minimalen und maximalen Adsorptionsmengen OSTmin und OSTmax nicht länger vergrößern. In diesem Hinblick repräsentiert die minimale Adsorptionsmenge OSTmin eine gesättigte Adsorptionsmenge des Drei-Wege-Katalysators 13 auf der angereicherten Seite, während die maximale Adsorptionsmenge OSTmax eine gesättigte Adsorptionsmenge des Drei-Wege-Katalysators 13 auf der abgemagerten Seite repräsentiert. Demgemäß wird die gesamte Adsorptionsmenge OST in dem Schritt 210 auf die minimale Adsorptionsmenge OSTmin festgelegt, wenn sie gleich oder kleiner als die minimale Adsorptionsmenge OSTmin wird. Andererseits wird die gesamte Adsorptionsmenge OST auf die maximale Adsorptionsmenge OSTmax festgelegt, wenn die gleich oder größer als die maximale Adsorptionsmenge OSTmax wird.
Es wird nun erneut auf den Schritt 204 Bezug genommen. Wenn der Wert des Zählers TOSC die Abtastzeit bzw. das Abtastzeitintervall Tα erreicht hat, schreitet das Programm zu einem Schritt 211 weiter, bei dem der Zähler TOSC auf 0 (null) rückgesetzt wird, und geht dann zu einem Schritt 212 über, bei dem eine Reinigungssteuerung durchgeführt wird.
Wie im weiteren Text in größeren Einzelheiten beschrieben wird, wird die Reinigungssteuerung zur Beseitigung der schädlichen, durch den Drei-Wege-Katalysator 13 adsorbierten Komponenten durchgeführt.
Nachstehend wird die Inversions- bzw. Umkehrungsüberspringungssteuerung näher beschrieben, die bei stationärem Fahrbetrieb durchgeführt wird.
In 7 ist ein Ablaufdiagramm der Routine für die Umkehrüberspringungssteuerung (inversion skip control) dargestellt, die eine dem Schritt 203 in 4 entsprechende Unterroutine (Unterprogramm) ist.
In einem ersten Schritt 301 bestimmt die Zentraleinheit CPU 32, ob die Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors 27 höher (angereichert) oder niedriger (abgemagert) als 0,45 V ist, was einen Wert repräsentiert, der dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 entspricht. Falls "mager bzw. abgemagert" bestimmt bzw. ermittelt wird, schaltet das Programm zu einem Schritt 302 weiter, bei dem überprüft wird, ob die Antwort in dem Schritt 301 beim letzten Durchlauf dieses Programms "mager" war oder nicht. Im Schritt 302 wird dies auf der Basis von bei einem Schritt 304 gespeicherten Daten für angereichert/mager beurteilt. In dem Schritt 304 werden diese angereichert/mager-Daten bei der Abarbeitung dieses Programms gespeichert. Falls die Antwort in dem Schritt 302 positiv ist, d.h. falls das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ auf der mageren Seite geblieben ist, wird in einem Schritt 303 das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG auf einen angereicherten Wert korriegiert (λTG ← λTG – λIR, wobei λ IR einen integralen Anreicherungsbetrag repräsentiert), d.h. das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG wird in einer Richtung entgegengesetzt zu derjenigen der Abweichung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ bezüglich des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses korrigiert.
Nachfolgend wird in einem Schritt 304 "mager" in dem Direktzugriffsspeicher RAM 34 als eine Polarität des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ gespeichert. Da der integrale Anreicherungsbetrag λIR auf einen sehr kleinen Wert eingestellt ist, verringert sich das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG allmählich auf der angereicherten Seite, wie in 8 gezeigt ist.
Falls andererseits die Antwort in dem Schritt 302 negativ ist, d.h. in dem Schritt 304 bei dem letzten Durchlauf dieses Programms "angereichert" gespeichert wurde, so daß eine Inversion bzw. ein Wechsel des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ von der angereicherten zur mageren Seite über das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 hinweg aufgetreten ist, läuft das Programm zu einem Schritt 305 weiter, bei dem eine Anreicherungs-Überspringungsgröße bzw. ein Anreicherungs-Auslassungsbetrag (rich skip amount) λSKR auf der Grundlage eines aktuellen Werts der minimalen Adsorptionsmenge OSTmin unter Heranziehung einer vorab in dem Festwertspeicher ROM 33 gespeicherten Karte bzw. Kennlinie gebildet bzw. ermittelt wird. Wie zuvor beschrieben wurde, wird die minimale Adsorptionsmenge OSTmin durch die später beschriebene Adsorptionsmengen-Lernsteuerung erneuert.
Wie aus 9 ersichtlich ist, ist die Größe des Anreicherungs-Auslassungsbetrags λSKR direkt proportional zu dem absoluten Wert der minimalen Adsorptionsmenge OSTmin. Wenn der absolute Wert der minimalen Adsorptionsmenge OSTmin aufgrund einer Verschlechterung des Drei-Wege-Katalysators 13 abnimmt, wird dementsprechend der Anreicherungs-Auslassungsbetrag λSKR auf einen kleineren Wert eingestellt. Nachfolgend wird in einem Schritt 306 das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis auf einen reicheren Wert korrigiert (λTG ← λTG – λIR – λSKR), d.h. das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG wird in einer Richtung entgegengesetzt zu derjenigen der Abweichung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ bezüglich des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses korrigiert. Nachfolgend wird in dem Schritt 304 "mager" in dem Direktzugriffsspeicher 34 als die Polarität des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ eingespeichert. Da der Anreicherungs-Überspringungsbetrag bzw. der Anreicherungs-Sprungbetrag λSKR ein ausreichend großer Wert, verglichen mit dem integralen Anreicherungsbetrag λIR ist, sinkt das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG rasch und stark in sprungförmiger Weise von der mageren zur angereicherten Seite über das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 ab, wie dies in 8 gezeigt ist.
Es wird nun erneut auf den Schritt 301 Bezug genommen. Falls "angereichert" bestimmt wird, wird in einem Schritt 307 ermittelt, ob das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ bei dem letzten Durchlauf dieses Programms angereichert war, in gleicher Weise, wie dies in dem Schritt 302 durchgeführt wird. Falls die Antwort in dem Schritt 307 positiv ist, läuft das Programm dann zu einem Schritt 308 weiter, bei dem das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG allmählich um einen integralen Abmagerungsbetrag λIL auf der bzw. zu der abgemagerten Seite erhöht wird (λTG ← λTG + λIL). Falls andererseits die Antwort in dem Schritt 307 negativ ist, d.h. falls das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ bei dem letzten Durchlauf dieses Programms mager war, so daß eine Inversion bzw. ein Wechsel des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ von der mageren zur angereicherten Seite aufgetreten ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 309 weiter, bei dem ein Mager-Überspringungsbetrag bzw. -Sprungbetrag λSKL aus der maximalen Adsorptionsmenge bzw. dem maximalen Adsorptionisbetrag OSTmax unter Einsatz der in 9 gezeigten Kennlinie gewonnen wird. Nachfolgend wird in einem Schritt 310 das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG in sprungförmiger Weise rasch und stark von der angereicherten zur mageren Seite über das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 hinweggehend aufgrund des Mager-Sprungbetrags λSKL erhöht (λTG ← λTG + λIL + λSKL). Wie auch in dem Fall des vorstehend beschriebenen Anreicherungs-Sprungbetrags λ SKR wird der Mager-Sprungbetrag λSKL auf einen kleineren Wert eingestellt, wenn die maximale Adsorptionsmenge OSTmax aufgrund einer Verschlechterung des Drei-Wege-Katalysators 13 abnimmt. Ausgehend von dem Schritt 308 und dem Schritt 310 schreitet das Programm zu dem Schritt 304 weiter, bei dem in dem Direktzugriffsspeicher RAM 34 "angereichert" als die Polarität des Luft/Brennstoff-Verhältnis λ eingespeichert wird. Das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis, das in dieser Weise erhalten wird, wird in dem Schritt 104 in 3 herangezogen, um den Korrekturkoeffizienten FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis zu ermitteln. Danach wird in dem Schritt 105 die Brennstoffeinspritzmenge TAU auf der Grundlage des Korrekturkoeffizienten FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis gewonnen, so daß die aktuelle Brennstoffeinspritzmenge, die durch das Brennstoffeinspritzventil 7 eingespritzt wird, durch die erhaltene Brennstoffeinspritzmenge TAU gesteuert wird. Wie zuvor beschrieben, werden der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis und die Brennstoffeinspritzmenge TAU bei jedem Kurbelwellenwinkel von 360° erneuert, da die Ermittlungsroutine für die Brennstoffeinspritzmenge gemäß 3 alle 360° CA (Kurbelwellenwinkel) durchgeführt wird. Demgemäß wird das bei der Inversionsüberspringungs-Steuerroutine bzw. Wechsel-Sprungroutine eingestellte Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG unmittelbar bei dem Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis und bei der Brennstoffeinspritzmenge TAU berücksichtigt. Als Ergebnis wird die Brennstoffeinspritzmenge TAU in starker Abhängigkeit von der durch den O₂-Sensor 27 erfaßten Abweichung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ gesteuert.
Weiterhin wird dann, wenn eine Inversion bzw. ein Wechsel des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ zwischen der angereicherten und der mageren Seite über das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 hinweg hervorgerufen wird, das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG in sprungförmiger Weise mit Hilfe des Mager-Sprungbetrags λSKL oder des Anreicherungs-Sprungbetrags λSKR, die ausreichend größer als der integrale Abmagerungsbetrag λIL oder der integrale Anreicherungsbetrag λIR sind, erhöht oder verringert. Generell ist eine Brennkraftmaschine einschließlich des Drei-Wege-Ratalysators 13 ein System, das grundsätzlich eine große Verzögerung repräsentiert bzw. besitzt. Wenn demgemäß das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ des Abgases stromab des Drei-Wege-Katalysators 13 zwischen der angereicherten und der mageren Seite wechselt, weicht das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ stromab des Drei-Wege-Ratalysators 13 bereits in großem Ausmaß von dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 in Richtung zur angereicherten oder zur mageren Seite ab. Durch die Erhöhung oder Verringerung des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG in der vorstehend beschriebenen stufenförmigen Weise wird eine große Abweichung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ, das andernfalls stromab des Drei-Wege-Katalysators 13 nachfolgend hervorgerufen wird, effektiv unterdrückt.
Demgemäß schwankt, wie in 8 gezeigt ist, die Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors 27 in kurzen Zyklen und mit kleinen Amplituden bezüglich des Werts 0,45 V (λ = 1), so daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ des Abgases, das durch den Drei-Wege-Katalysator hindurchgegangen ist, auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 konvergiert bzw. gebracht wird. Dies bedeutet, daß der O₂-Sensor 27 stets das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ nahe des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ = 1 erfaßt, bei dem der O₂-Sensor 27 hoch empfindlich bzw. stark ansprechend ist. Da weiterhin der Drei-Wege-Katalysator (katalytischer Wandler) 13 stets in einem Zustand gehalten wird, bei dem im wesentlichen keine schädlichen Komponenten adsorbiert oder darin gespeichert werden, ist die Zeitdauer zum Reinigen der schädlichen Komponenten in dem Abgas in starken Umfang verkürzt. Als Ergebnis kann der O₂-Sensor 27 selbst geringfügige Abweichungen des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ zuverlässig erfassen, was in der Folge dazu beiträgt, das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 zu bringen. Weiterhin wird, wie zuvor beschrieben, dann, wenn keine Inversion bzw. kein Wechsel des Luft/Brennstoff-Verhältnis λ auftritt, das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG allmählich um den integralen Abmagerungsbetrag λIL oder den integralen Anreicherungsbetrag λIR in einer zur Richtung des Wechsels des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ entgegengesetzten Richtung erhöht oder verringert. Demgemäß wird das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ stromab des Drei-Wege-Ratalysators 13 noch genauer und zuverlässiger auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 gebracht.
Wenn andererseits die minimalen und maximalen Adsorptionsmengen OSTmin und OSTmax aufgrund einer Verschlechterung des Drei-Wege-Katalysators 13 erhöht bzw. verringert werden, wird ein kleinerer Wert für den Anreicherungs-Sprungbetrag λSKR oder den Abmagerungs-Sprungbetrag λSKL auf der Grundlage der Kennlinie gemäß 9 gebildet. Als Ergebnis wird eine exzessive Korrektur über die Adsorptionis- oder Speichergrenze des Drei-Wege-Katalysators 13 hinausgehend effektiv verhindert.
Nachstehend wird die Reinigungssteuerung näher beschrieben, die durchzuführen ist, wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ während eines Übergangs-Fahrbetriebs bzw. Antriebszustands in einem gewissen Ausmaß abgewichen ist.
10 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Routine der Reinigungssteuerung, die ein dem Schritt 212 in 4 entsprechendes Unterprogramm ist.
In einem ersten Schritt 401 bestimmt die Zentraleinheit CPU 32, ob ein Vorzeichen der gesamten Adsorptionsmenge OST, die in dem Schritt 207 in 4 ermittelt wurde, positiv oder negativ ist. Da die Adsorptionsmenge der schädlichen Komponenten in dem Drei-Wege-Katalysator 13 aufgrund der Abweichung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ bei der Durchführung der Reinigungssteuerung vergrößert wird, wird, genauer gesagt, im Schritt 401 bestimmt bzw. ermittelt, ob die adsorbierten schädlichen Komponenten durch eine Abweichung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ zur abgemagerten Seite oder zur angereicherten Seite hervorgerufen werden bzw. wurden.
Es sei angenommen, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ zu der abgemagerten Seite abweicht, wie dies in 6 durch eine durchgehende Linie dargestellt ist. In diesem Fall wird in dem Schritt 401 ermittelt, daß das Vorzeichen positiv (mager) ist, so daß in einem Schritt 402 das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG um einen Anreicherungsreinigungs-Korrekturbetrag ΔλR verringert wird (λTG ← λTG – ΔλR). Der Anreicherungsreinigungs-Korrekturbetrag ΔλR wird auf einen Wert eingestellt, der größer ist als der Anreicherungs- und der Abmagerungs-Sprungbetrag λSKR, λSKL, der bei der Inversions- bzw. Wechsel-Sprungsteuerung einzusetzen ist. Als ein Ergebnis wird das bei der Wechselsprung-Steuerroutine eingestellte Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG in starkem Ausmaß durch den Anreicherungsreinigungs-Korrekturbetrag ΔλR in Richtung zur angereicherten Seite korrigiert, so daß das aktuelle, durch den Sensor 26 erfaßte Luft/Brennstoff-Verhältnis λ(i) ebenfalls in Richtung zur angereicherten Seite korrigiert wird. Nachfolgend wird in einem Schritt 403 ein aktueller Wert M(i) der Materialkonzentration M aus dem durch den Sensor 26 erfaßten Luft/Brennstoff-Verhältnis λ(i) unter Heranziehung der Kennlinie gemäß 5 ermittelt, wie dies bei dem Schritt 205 in 4 durchgeführt wird. Danach wird in einem Schritt 404 eine Adsorptionsmenge OST(i) aus der Materialkonzentration M(i) und der Ansaugluftmenge QA(i) auf der Grundlage der nachstehenden Gleichung ermittelt bzw. gebildet: OST(i) = M(i) × QA(i)
Weiterhin wird in einem Schritt 405 die gesamte Adsorptionsmenge OST, die in dem Schritt 207 in 4 erhalten wurde, durch den in dem Schritt 404 gewonnenen Adsorptionisbetrag OST(i) erneuert (OST ← OST + OST(i)). Da das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ(i) in Richtung zur angereicherten Seite über das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis hinweg korrigiert wird, wird, wie in 5 gezeigt ist, die Polarität der Materialkonzentration M(i) negativ, so daß die Polarität der Adsorptionsmenge OST(i) gleichfalls negativ wird. Als Ergebnis wird die gesamte Adsorptionsmenge OST durch die Adsorptionsmenge OST(i) in dem Schritt 405 verringert. Dies bedeutet, daß die Korrektur des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ zur angereicherten Seite über das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis hinweggehend die Adsorptionsmenge von O₂ und NOx in dem Drei-Wege-Katalysator 13 verringert. Diese Veränderung der Adsorptionsmenge in dem Drei-Wege-Katalysator 13 wird auf der Basis der Veränderung des durch den Sensor 26 überwachten Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ bei dieser Reinigungs-Steuerroutine geschätzt bzw. berechnet. Im folgenden wird "Reinigung" als eine Erscheinung definiert, bei der die schädlichen Komponenten in dem Drei-Wege-Katalysator 13 durch die Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses neutralisiert werden, so daß die Adsorptionsmenge reduziert wird.
Danach schreitet die Routine zu einem Schritt 406 weiter, bei dem bestimmt wird, ob eine Kennung XOSTR für eine Anreicherung des Adsorptionisbetrags gesetzt ist oder nicht. Wenn die Kennung XOSTR gesetzt ist, bedeutet dies, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ vor der Korrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG in dem Schritt 402 angereichert ist. Da die Kennung XOSTR zu diesem Zeitpunkt nicht gesetzt ist, läuft das Programm zu einem Schritt 407 weiter, bei dem bestimmt wird, ob die gesamte, in dem Schritt 405 ermittelte Adsorptionsmenge OST auf einen Wert verringert ist, der niedriger ist als ein Mager-Reinigungsbeendigungs-Wert OSTL. Falls die Antwort in dem Schritt 407 negativ ist, wird die Abarbeitung der Schritte 403 bis 407 wiederholt, so daß die gesamte Adsorptionsmenge OST allmählich verringert wird. Wenn die gesamte Adsorptionsmenge OST kleiner wird als der Mager-Reinigungsbeendigungs-Wert OSTL, schreitet das Programm zu einem Schritt 408 weiter, bei dem das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG auf den Wert vor der Korrektur in dem Schritt 402 zurückgebracht wird (λTG ← λ TG + ΔλR), und ist damit beendet. Als Ergebnis ist die Adsorptionsmenge von O₂ (NOx) in dem Drei-Wege-Katalysator 13 auf nahezu 0 (null) verringert, wenn diese Reinigungssteuerroutine beendet ist.
Unter Berücksichtigung der Luftströmungsverzögerung in der Maschine 1 wird der Zeitpunkt der Beendigung der Reinigungssteuerung um drei Maschinenumdrehungen relativ zu einem Zeitpunkt vorverlagert, zu dem das in dem Drei-Wege-Katalysator 13 adsorbierte O₂ (NOx) vollständig gereinigt ist. Genauer gesagt wird der Mager-Reinigungsbeendigungs-Wert OSTL aus der nachstehenden Gleichung erhalten: OSTL = –M(i) × QA(i) × 3,wobei die Materialkonzentration M(i) und die Ansaugluftmenge QA während der Reinigungssteuerungsroutine jeweils die neuesten Daten sind.
Da weiterhin die Materialkonzentration M(i) bei der vorstehend beschriebenen Reinigungssteuerung ein negativer Wert ist und da der Mager-Reinigungsbeendigungs-Wert OSTL ein positiver Wert ist, wie sich aus 5 erschließt, ist das Vorzeichen der Materialkonzentration M(i) in der vorstehend angegebenen Gleichung umgekehrt.
Wenn andererseits das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ bezüglich des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ = 1 zur angereicherten Seite abweicht, wie dies in 6 durch eine strichpunktierte Linie mit jeweils zwei Punkten angezeigt ist, wird die Reinigungssteuerung in der nachstehenden Weise durchgeführt:
In dem Schritt 401 wird ermittelt, daß das Vorzeichen der gesamten Adsorptionsmenge OST negativ (angereichert) ist. Nachfolgend wird die Kennung XOSTR in einem Schritt 409 gesetzt. Dies bedeutet, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ vor der Korrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG in einem nachfolgenden Schritt 410 angereichert ist. Danach wird in einem Schritt 410 das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG in starkem Ausmaß durch einen Mager-Reinigungskorrekturbetrag ΔλL in Richtung zur mageren Seite über das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis hinweg korrigiert (λTG ← λTG + ΔλL). Nachfolgend wird in dem Schritt 403 ein aktueller Wert M(i) der Materialkonzentration M gebildet, in dem Schritt 404 die Adsorptionsmenge OST(i) ermittelt und in dem Schritt 405 die gesamte Adsorptionsmenge OST erhalten, wie zuvor beschrieben wurde. Da das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ(i) bei dieser Reinigungssteuerroutine in Richtung zur mageren Seite über das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis hinweg korrigiert wird, werden die Vorzeichen der Materialkonzentration M(i) und der Adsorptionsmenge OST(i) jeweils positiv. Demgemäß wird die gesamte Adsorptionsmenge OST durch die in dem Schritt 404 gewonnene bzw. berechnete Adsorptionsmenge OST(i) vergrößert. Anschließend wird, da die Kennung XOSTR in dem Schritt 409 gesetzt ist, im Schritt 406 dieses Mal eine bejahende Antwort erzeugt, so daß das Programm zu einem Schritt 411 weiterschreitet. In dem Schritt 411 wird bestimmt, ob die gesamte Adsorptionsmenge OST größer ist als ein Anreicherungs-Reinigungsbeendigungs- Wert OSTR. Der Anreicherungs-Reinigungsbeendigungs-Wert OSTR wird in der gleichen Weise wie der Mager-Reinigungsbeendigungs-Wert OSTL erhalten. Da die Materialkonzentration M(i) bei dieser Reinigungssteuerung ein positiver Wert ist und da der Anreicherungs-Reinigungsbeendigungs-Wert OSTR ein negativer Wert ist, wie sich dies aus 5 erschließt, sollte das Vorzeichen der Materialkonzentration M(i) ebenfalls zur Gewinnung des Anreicherungs-Reinigungsbeendigungs-Werts OSTR invertiert werden.
Falls die Antwort in dem Schritt 411 negativ ist, wird die Durchführung der Schritte 403 bis 406 und 411 wiederholt, um die gesamte Adsorptionsmenge OST zu erhöhen, bis in dem Schritt 411 eine bejahende Antwort abgegeben wird. Wenn in dem Schritt 411 eine bejahende Antwort erzeugt wird, d.h. wenn die gesamte Adsorptionsmenge OST größer wird als der Anreicherungs-Reinigungsbeendigungs-Wert OSTR, schreitet das Programm zu einem Schritt 412 weiter, bei dem das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG auf den Wert (λTG ← λTG – ΔλL) vor der Korrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG in dem Schritt 410 zurückgebracht wird. Das Programm schreitet dann zu einem Schritt 413 weiter, bei dem die Kennung XOSTR gelöscht wird, und ist dann beendet.
Nachstehend wird nun die Adsorptionsmengen-Lernsteuerung zur Erneuerung der minimalen Adsorptionsmenge OSTmin und der maximalen Adsorptionsmenge OSTmax des Drei-Wege-Katalysators 13, die in dem Schritt 208 in 4 und in den Schritten 305 und 309 in 7 eingesetzt werden, beschrieben.
In 11 ist ein Ablaufdiagramm eines Programms für die Bestimmung des Lernbeginns gezeigt, während 12 ein Ablaufdiagramm einer Steuerroutine für eine Luft/Brennstoff-Verhältnisabweichung zeigt. In 13 ist ein Ablaufdiagramm einer Sättigungsbestimmungsroutine dar gestellt, während 14 ein Ablaufdiagramm einer Routine zur Ermittlung einer Adsorptions-Sättigungsmenge zeigt.
Die Zentraleinheit CPU 32 empfängt ein Erfassungssignal von einem nicht gezeigten Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor mit einem gegebenen Intervall bzw. mit einem festgelegten Zeitintervall und diese Routinen werden durch die Zentraleinheit 32 abgearbeitet, wenn das Fahrzeug jeweils 200 km gefahren ist, was unter Heranziehung des Erfassungssignals des Fahrzeug-Geschwindigkeitssensors berechnet wird.
Gemäß 11 bestimmt bzw. ermittelt die Zentraleinheit 32 in einem ersten Schritt 501, ob die überwachte bzw. vorliegende Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors 27 innerhalb eines Bereichs liegt, der durch einen voreingestellten Anreicherungs-Grenzwert VRL und einen voreingestellten Abmagerungs-Grenzwert VLL definiert ist (VRL > λ = 1 > VLL). Falls die Antwort in dem Schritt 501 negativ ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 502 weiter, da ermittelt wurde, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ derart stark abgewichen ist, daß der Zustand nicht zweckmäßig zur Durchführung der Adsorptionsmengen-Lernsteuerung ist. Bei einem Schritt 502 wird ein Wartezeitzähler TIN auf 0 (null) zurückgesetzt. Nachfolgend schreitet das Programm zu einem Schritt 503 weiter, bei dem eine Lern-Durchführungskennung XOSTG gelöscht wird.
Wenn andererseits die Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors 27 zwischen dem Anreicherungs-Grenzwert VRL und dem Abmagerungs-Grenzwert VLL liegt und dies in dem Schritt 501 ermittelt wird, wird der Wartezeitzähler TIN in einem Schritt 504 um den Wert "1" erhöht und es wird in einem nachfolgenden Schritt 505 beurteilt, ob der Wert des Wartezeitzählers TIN ein voreingestelltes Wartezeitintervall TINL überschreitet.
Wenn das Wartezeitintervall TINL verstrichen ist und dies in dem Schritt 505 erfaßt wird, läuft das Programm zu einem Schritt 506 weiter, bei beurteilt wird, ob die Maschine 1 sich im stationären Fahrbetrieb befindet oder nicht. Diese Beurteilung wird auf der Grundlage beispielsweise der durch den Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsensor 25 erfaßten Maschinendrehzahl Ne und des durch den Ansaugluftdruck-Sensors 22 erfaßten Ansaugluftdrucks PM getroffen. In einem Schritt 506 wird eine bejahende Antwort abgegeben, wenn diese überwachten Werte im wesentlichen konstant sind. Als Reaktion auf die bejahende Antwort in dem Schritt 506 läuft das Programm zu einem Schritt 507 weiter, bei dem bestimmt bzw. beurteilt wird, ob ein voreingestelltes Lernzeitintervall T ab einem Zeitpunkt, an dem die Lernausführungskennung XOSTG gelöscht wurde (XOSTG = 1 → 0), verstrichen ist. Falls das Lernzeitintervall T in dem Schritt 507 als verstrichen beurteilt wird, läuft das Programm zu einem Schritt 508 weiter, bei dem die Lernausführungskennung XOSTG gesetzt wird, und die Routine ist beendet.
Falls andererseits die Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors 27 von dem Bereich zwischen dem Anreicherungs-Grenzwert VRL und dem Abmagerungs-Grenzwert VLL abweicht, bevor in allen Schritten 505 bis 507 bejahende Antworten erzeugt werden, führt das Programm die Schritte 502 und 503 durch, um den Ablauf ausgehend von dem Schritt 501 zu wiederholen.
Es wird nun auf 12 Bezug genommen. Wenn die Lernausführungskennung XOSTG in dem Schritt 508 in 11 gesetzt wird, schreitet das Programm von einem Schritt 601 zu einem Schritt 602 weiter, bei dem beurteilt wird, ob ein Wert eines Korrekturausführungszählers Tc ein voreingestelltes Anreicherungskorrekturzeitintervall TR bzw. einen diesem Zeitintervall entsprechenden Wert überschreitet, d.h. es wird beurteilt, ob das Anreicherungskorrekturzei tintervall TR abgelaufen ist. Falls das Anreicherungskorrekturzeitintervall TR gemäß der Beurteilung im Schritt 602 noch nicht abgelaufen ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 603 weiter, bei dem das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG auf ein voreingestelltes angereichertes Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λRT eingestellt wird. Danach wird in einem Schritt 604 der Korrekturausführungszähler TC um einen Wert "1" erhöht und das Programm kehrt zu dem Schritt 601 zurück. Demgemäß wird das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG, wie in 15 gezeigt ist, bei dem angereicherten Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λRT gehalten, das bezüglich des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ = 1 auf der angereicherten Seite liegt, und zwar so lange, bis das Anreicherungskorrekturzeitintervall TR gemäß der Bestimmung in dem Schritt 602 abgelaufen ist. Als Ergebnis erhöhen sich CO und HC in dem Abgas und werden durch den Drei-Wege-Katalysator 13 adsorbiert. Der O₂-Sensor 27 zeigt eine Ausgangsspannung VOX2 für die angereicherte Seite in Abhängigkeit von der Adsorptionsmenge in dem Drei-Wege-Katalysator 13.
Wenn das Anreicherungskorrekturzeitintervall TR gemäß der Bestimmung in dem Schritt 602 abgelaufen ist, wird in einem Schritt 605 beurteilt, ob der Wert des Korrekturausführungszählers Tc einen Wert überschreitet, der der Summe aus dem Anreicherungskorrekturzeitintervall TR und einem voreingestelltem Abmagerungskorrekturzeitintervall TL entspricht, d.h. es wird beurteilt, ob nach dem Ablauf des Anreicherungskorrekturzeitintervalls TR das Abmagerungskorrekturzeitintervall TL verstrichen ist. Falls die Antwort in dem Schritt 605 negativ ist, wird das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG in einem Schritt 606 auf ein voreingestelltes Abmagerungs-Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λLT eingestellt. Nachfolgend schreitet das Programm zu dem Schritt 604 weiter, bei dem der Korrekturausführungszähler Tc um "1" erhöht wird, und kehrt dann zu dem Schritt 601 zurück. Demgemäß wird das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λ TG, wie in 11 gezeigt ist, bei dem Abmagerungs-Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λRT gezeigt, das bezüglich des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ = 1 auf der mageren Seite liegt, und zwar so lange, bis das Abmagerungs-Korrekturzeitintervall TL gemäß der Bestimmung in dem Schritt 605 abgelaufen ist. Als Ergebnis reichert sich O₂ in dem Abgas an, um CO und HC, die während der Anreicherungskorrektur in dem Drei-Wege-Katalysator 13 adsorbiert wurden, zu reinigen, so daß die Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors 27 wieder nahe auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 zurückgebracht wird. Wenn die Summe aus dem Anreicherungskorrekturzeitintervall TR und dem Abmagerungskorrekturzeitintervall TL verstrichen ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 607 weiter, bei dem die Lernausführungskennung XOSTG gelöscht wird, und wird dann beendet.
Es wird nun auf 13 Bezug genommen. Wenn die Lernausführungskennung XOSTG in dem Schritt 508 in 11 gesetzt wird, wird in einem Schritt 701 eine bejahende Antwort erzeugt, so daß das Programm zu einem Schritt 702 weiterläuft. Im Schritt 702 wird bestimmt, ob die Ausgangsspannung VOX2 aufgrund der bei dem Schritt 603 in 12 durchgeführten Anreicherungskorrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG einen voreingestellten Sättigungsbestimmungspegel VSL überschreitet, der auf einen höheren Wert als der Anreicherungsgrenzwert VRL in dem Schritt 501 in 11 festgelegt ist. Falls in dem Schritt 702 ermittelt wird, daß die Ausgangsspannung VOX2 den Sättigungsbestimmungspegel VSL nicht überschreitet, wird das Programm beendet. Falls andererseits in dem Schritt 702 eine positive Antwort erzeugt wird, schreitet das Programm dann zu einem Schritt 703 weiter, bei dem eine Sättigungsbestimmungskennung XOSTOV gesetzt wird, und wird dann beendet. Der Sättigungsbestimmungspegel VSL ist so voreingestellt, daß er die Ausgangsspannung VOX2 repräsentiert, die von dem O₂-Sensor 27 dann abgegeben wird, wenn der Drei-Wege-Katalysa tor 13 gesättigt ist, d.h. wenn die Adsorptionsmenge von CO und HC die Adsorptionisgrenze überschreitet, so daß der Drei-Wege-Katalysator 13 adsorbiertes CO und HC auszugeben beginnt.
Es wird nun auf 14 Bezug genommen. Wenn die Lernausführungskennung XOSTG in dem Schritt 607 in 12 gelöscht wird, läuft das Programm von einem Schritt 801 zu einem Schritt 802 weiter, da hierdurch bestimmt bzw. ermittelt wird, daß ein Zyklus der Abweichungssteuerung für das Luft/Brennstoff-Verhältnis beendet ist. In dem Schritt 802 wird bestimmt bzw. ermittelt, ob die Sättigungsbestimmungskennung XOSTOV gesetzt ist oder nicht. Falls die Kennung XOSTOV nicht gesetzt ist, geht das Programm zu einem Schritt 803 über, da hierdurch bestimmt wird, daß die Adsorptionsmenge von CO und HC die Adsorptionisgrenze des Drei-Wege-Katalysators 13 in dem letzten Zyklus der Abweichungssteuerung für das Luft/Brennstoff-Verhältnis nicht überschritten hat. In dem Schritt 803 wird das Anreicherungskorrekturzeitintervall TR und das Abmagerungskorrekturzeitintervall TL jeweils um ein voreingestelltes Zeitintervall Ta erhöht.
Es wird nun erneut auf die 11 und 12 Bezug genommen. Wenn das Lernzeitintervall T ab dem Zeitpunkt, bei dem die Lernausführungskennung XOSTG in dem Schritt 607 in 12 gelöscht wurde, verstrichen ist, schreitet das Programm von dem Schritt 507 zu dem 508 in 11 weiter, so daß die Lernausführungskennung XOSTG gesetzt wird. Demgemäß wird das in 12 gezeigte Programm für die Luft/Brennstoff-Verhältnis-Abweichungssteuerung erneut abgearbeitet. Da das Anreicherungskorrekturzeitintervall TR durch das in dem Schritt 803 in 14 hinzuaddierte Zeitintervall Ta verlängert wurde, wird die Adsorptionsmenge in dem Drei-Wege-Katalysator 13 im Vergleich zu derjenigen bei dem letzten Zyklus dieses Programms für die Luft/Brennstoff-Verhältnis-Abweichungssteuerung erhöht. Da das Abmagerungskorrekturzeitintervall TL gleichfalls durch das addierte Zeitintervall Ta verlängert wurde, versteht sich, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ wieder auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 zurückgebracht wird, wenn die Luft/Brennstoff-Verhältnis-Abweichungssteuerung beendet wird. Falls in dem Schritt 702 in 13 weiterhin bestimmt bzw. ermittelt wird, daß die Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors 27 den Sättigungsbestimmungspegel VSL nicht überschreitet, werden das Anreicherungskorrekturzeitintervall TR und das Abmagerungskorrekturzeitintervall TL in dem Schritt 803 in 14 erneut verlängert. Falls andererseits in dem Schritt 702 ermittelt wird, daß die Ausgangsspannung VOX2 den Sättigungsbestimmungspegel VSL überschreitet, wird die Sättigungsbestimmungskennung XOSTOV in dem Schritt 703 gesetzt.
Als Reaktion auf das Setzen der Sättigungsbestimmungskennung XOSTOV in dem Schritt 703 schreitet das Programm von dem Schritt 802 zu einem Schritt 804 in 14 weiter. In dem Schritt 804 wird ein aktueller Wert der minimalen Adsorptionsmenge OSTmin für CO und HC in dem Drei-Wege-Katalysator 13, der, wie zuvor beschrieben, den Mangel von für CO und HC erforderlichem O₂ anzeigt, auf der Grundlage der nachstehenden Gleichung ermittelt: OSTmin = MR × QA × TR,wobei MR die Materialkonzentration M repräsentiert, die dem angereicherten Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λRT entspricht und somit aus dem angereicherten Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λRT unter Heranziehung der Kennlinie gemäß 10 erhalten wird. Demgemäß ist MR ein negativer Wert, so daß auch die minimale Adsorptionsmenge OSTmin ein negativer Wert wird.
Das Programm läuft dann zu einem Schritt 805 weiter, bei dem ein aktueller Wert der maximalen Adsorptionsmenge OSTmax auf den absoluten Wert der in dem Schritt 804 gewonnenen minimalen Adsorptionsmenge OSTmin gesetzt wird, und wird dann beendet.
Die minimale Adsorptionsmenge OSTmin und die maximale Adsorptionsmenge OSTmax, die in dieser Weise gewonnen wurden, werden in dem Schritt 208 in 4 und in den Schritten 305 und 309 in 7 eingesetzt, wie dies zuvor beschrieben wurde. Dementsprechend werden die Inversions- bzw. Wechselsprungsteuerung und die Reinigungssteuerung auf der Grundlage der minimalen und der maximalen Adsorptionsmenge OSTmin und OSTmax durchgeführt, die unter Berücksichtigung der Verschlechterung des Drei-Wege-Katalysators 13 erneuert wurden, so daß die Emission von schädlichen Komponenten wirksam für ein langes Zeitintervall verhindert wird.
Im folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher beschrieben.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel hinsichtlich einer Lernsteuerung, bei der das System das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG jeweils für einen gegebenen Maschinenbetriebsbereich lernt, wenn das mittels des O₂-Sensors 27 erfaßte Luft/Brennstoff-Verhältnis λ stromab des Drei-Wege-Ratalysators 13 auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 konvergiert bzw. gebracht wird.
Die nachstehende Beschreibung befaßt sich hauptsächlich mit dem Unterschied gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel.
In 16 ist ein Ablaufdiagramm einer durch die Zentraleinheit 32 durchzuführenden Wechselsprung-Steuerroutine in Übereinstimmung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. 17 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Lernroutine für das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis, die durch die Zentraleinheit 32 abzuarbeiten ist und in Übereinstimmung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel steht, während in 18 ein Ablaufdiagramm einer Bestimmungsroutine für die Brennstoffeinspritzmenge gezeigt ist, die durch die Zentraleinheit 32 abzuarbeiten ist und in Übereinstimmung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel steht.
Die Routine gemäß 16 ist gleichartig mit der Routine gemäß 7 beim ersten Ausführungsbeispiel und unterscheidet sich dahingehend, daß in den Schritten 303, 306, 308 und 310 ein Basis-Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λ S anstelle des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG korrigiert wird und daß die Schritte 901 bis 906 neu hinzugefügt sind.
Wenn eine Umkehrung der Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors 27 von "angereichert" zu "mager" über das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 hinweg aufgetreten ist und dies in dem Schritt 302 erfaßt wird, läuft die Routine zu dem Schritt 901 weiter, bei dem ein aktueller Wert des Basis-Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λS in dem Direktzugriffsspeicher RAM 34 gespeichert wird. Nachfolgend wird in dem Schritt 305 der Anreicherungs-Sprungbetrag λSKR ermittelt und im Schritt 306 das Basis-Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λS zur angereicherten Seite korrigiert (λS ← λS – λR – λSKR). Anschließend läuft das Programm zu dem Schritt 902 weiter, bei dem ein Sprunganzahlzähler CSKIP zum Zählen der Anzahl von Sprüngen um "1" erhöht wird, und geht zu dem Schritt 903 über, bei dem ein mittleres Luft/Brennstoff-Verhältnis λSAV durch Mittelwertbildung des in dem Direktzugriffspeicher 34 gespeicherten Basis-Luft/Brennstoff-Verhältnisses λS und des in dem Schritt 306 gewonnenen Basis-Luft/Brennstoff-Verhältnisses λS erhalten wird. Danach läuft das Programm zu dem Schritt 304 weiter und wird beendet.
In gleicher Weise läuft das Programm dann, wenn eine Inversion bzw. ein Wechsel der Ausgangsspannung VOX2 des O2-Sensors 27 von der abgemagerten zur angereicherten Seite über das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 hinweg aufgetreten ist und dies in dem Schritt 307 erfaßt wird, zu dem Schritt 904 weiter, bei dem ein aktueller Wert des Basis-Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λS in dem Direktzugriffsspeicher 34 gespeichert wird. Danach wird in dem Schritt 309 der Abmagerungssprungbetrag λSKL ermittelt und in dem Schritt 310 das Basis-Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λS zur mageren Seite hin korrigiert (λS ← λS + λIL + λSKL). Anschließend geht das Programm zu dem Schritt 905 weiter, bei dem der Sprunganzahlzähler CSKIP um "1" erhöht wird und geht dann zu dem Schritt 906 über, bei dem ein mittleres Luft/Brennstoff-Verhältnis λSAV durch Mittelwertbildung des in dem Direktzugriffspeicher 34 gespeicherten Basis-Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λS und des in dem Schritt 310 gewonnenen Basis-Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λS gebildet wird. Danach geht das Programm zu dem Schritt 304 über und wird beendet.
Wie vorstehend beschrieben, wird bei der Routine gemäß 16 dann, wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ stromab des Drei-Wege-Katalysators 13 zwischen angereichert und abgemagert invertiert wird bzw. wechselt und das Basis-Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λS übersprungen wird, das mittlere Luft/Brennstoff-Verhältnis λSAV durch Mittelwertbildung der Basis-Luft/Brennstoff-Sollverhältnisse λS vor und nach der Sprungkorrektur gebildet und der Sprunganzahlzähler CSKIP jeweils um eins erhöht.
Es wird nun auf 17 Bezug genommen. In einem Schritt 1001 wird der Maschinenbetriebsbereich erfaßt und in einem Schritt 1002 wird bestimmt, ob der erfaßte Maschinenbetriebsbereich derselbe wie derjenige ist, der bei dem letzten Durchlauf dieses Programms erfaßt wurde. Wie in 19 gezeigt ist, sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Maschinenbetriebsbereiche anhand der Ansaugluftmengen QA, der Drosselöffnungsgrade TH und der Fahrzeuggeschwindigkeiten definiert. Gelernte Werte bzw. Lernwerte λKG0 bis λRGi werden für jeden Maschinenbetriebsbereich gelernt, wie im nachfolgenden Text näher beschrieben wird.
Falls die Antwort in dem Schritt 1002 positiv ist, d.h. der erfaßte Betriebsbereich derselbe wie bei dem letzten Durchlauf dieser Routine ist, wird in einem Schritt 1003 bestimmt, ob die Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors 27 innerhalb eines Bereichs konvergiert ist bzw. liegt, der durch einen voreingestellten Anreicherungsgrenzwert VRL und einen voreingestellten Abmagerungsgrenzwert VLL definiert ist (VRL > λ = 1 > VLL). Falls in dem Schritt 1003 eine positive Antwort erzeugt wird, läuft das Programm zu einem Schritt 1004 weiter, wobei bestimmt wird, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ stromab des Drei-Wege-Katalysators 13 stabil ist. In dem Schritt 1004 wird ein Sprungzeitzähler CCEN um "1" erhöht. Nachfolgend wird in einem Schritt 1005 ermittelt, ob ein Wert des Sprungzeitzählers CCEN 10 sek. erreicht hat. Als Reaktion auf eine negative Antwort in dem Schritt 1005 wird in einem Schritt 1006 ermittelt, ob ein Wert des Sprunganzahlzählers CSKIP gleich oder größer als "10" ist.
Wenn der Wert des Sprungzeitzählers CCEN 10 sek. erreicht hat, bevor der Wert des Sprunganzahlzählers CSKIP gleich oder größer als "10" wird, wird dieses Programm beendet. Wenn die Sprunganzahl je Einheitszeitintervall klein ist, wie vorstehend angegeben, kann hieraus geschlossen werden, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ stromab des Drei-Wege-Katalysators 13 nicht oft zwischen "angereichert" und "mager" wechselt, so daß Luft/Brennstoff-Verhältnis λ nicht auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 konvergiert bzw. gebracht ist. Demgemäß wird die Lernsteuerung für das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis nicht durchgeführt, da ermittelt wird, daß das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG zu diesem Zeitpunkt kein Wert ist, der geeignet wäre, den Drei-Wege-Ratalysator 13 in einem neutralen Zustand zu halten.
Wenn andererseits in dem Schritt 1006 eine positive Antwort abgegeben wird, d.h. wenn der Wert des Sprunganzahlzählers CSRIP gleich oder größer als "10" wird, bevor der Wert des Sprungzeitzählers CCEN 10 sek. erreicht, schreitet das Programm zu einem Schritt 1007 weiter. Genauer gesagt kann dann, wenn die Sprunganzahl je Zeiteinheit groß ist, geschlossen werden, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ häufig zwischen "angereichert" und "abgemagert" wechselt und somit auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 konvergiert bzw. in diesem Bereich liegt. Demgemäß wird der Schritt 1007 durchgeführt, da ermittelt wurde, daß das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG zu diesem Zeitpunkt ein Wert ist, der geeignet ist, den Drei-Wege-Ratalysator 13 in dem neutralen Zustand zu halten.
In dem Schritt 1007 wird ein Lernwert λKG für den entsprechenden Maschinenbetriebsbereich erneuert, wobei das mittlere Luft/Brennstoff-Verhältnis λSAV herangezogen wird, das aktuell in dem Schritt 903 oder 906 in 16 ermittelt wurde. Genauer gesagt wird im Schritt 1007 der Lernwert λKG auf der Basis der nachstehenden Gleichung ermittelt: λKG ← λKG + λSAV – 1.
In der Gleichung wird ein Wert "1" subtrahiert, um lediglich eine Abweichung des mittleren Luft/Brennstoff-Verhältnisses λSAV relativ zu λS = 1 in dem Lernwert λKG widerzuspiegeln. Demgemäß wird in dem Schritt 1007 weiterhin das Basis-Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λS auf den Wert "1" gesetzt. Es ist festzustellen, daß das Basis- Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λS lediglich dann bei "1" gehalten wird, wenn der Lernwert λKG erneuert wird, da das Basis-Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λS unmittelbar im Anschluß hieran bei der Inversionssprungsteuerung korrigiert wird. Dies ist notwendig, da das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG durch Addition des Lernwerts λKG zu dem Basis-Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λ S in dem Schritt 103 der nachstehend näher beschriebenen Brennstoffeinspritzmengen-Ermittlungsroutine gemäß 18 gebildet wird (λTG ← λS + λKG). Falls dementsprechend das Basis-Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λS bei der Erneuerung des Lernwerts λKG nicht auf "1" gesetzt wird, wird der Lernwert λKG zweifach oder doppelt in dem Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG widergespiegelt.
Nachfolgend schreitet das Programm zu einem Schritt 1008 weiter, bei dem der Sprungzeitzähler CCEN und der Sprunganzahlzähler CSKIP jeweils zurückgesetzt werden, und wird dann beendet.
In der vorstehend beschriebenen Weise beeinflussen die Basis-Luft/Brennstoff-Sollverhältnisse λS zu dem Zeitpunkt der Konvergenz des stromab auftretenden Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ im Bereich nahe bei dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 den Lernwert λKG bei dem entsprechenden Maschinenbetriebsbereich. Der Lernwert λKG für jeden Maschinenbetriebsbereich wird in einem vorbestimmten Bereich des Unterstützungs-Direktzugriffsspeichers 35 gespeichert, so daß die Speicherdaten selbst dann beibehalten werden, wenn ein Fahrzeug-Zündschalter abgeschaltet wird.
Wenn andererseits die Ausgangsspannung VOX2 von dem Bereich zwischen dem Anreicherungsgrenzwert VRL und dem Abmagerungsgrenzwert VLL in dem Schritt 1003 abweicht, bevor der Wert des Sprungzeitzählers CCEN 10 sek. in dem Schritt 1005 erreicht hat, schreitet das Programm zu dem Schritt 108 weiter, um den Sprungzeitzähler CCEN und den Sprunganzahlzähler CSRIP zurückzusetzen, und kehrt zu dem Schritt 1001 zurück, um erneut zu bestimmen, ob der Schritt 1007 auszuführen ist. Wenn weiterhin der Maschinenbetriebsbereich in dem Schritt 1002 gegenüber demjenigen bei dem letzten Durchlauf dieser Routine wechselt, bevor der Wert des Sprungzeitzählers CCEN in dem Schritt 1005 10 sek. erreicht hat, schreitet das Programm zu einem Schritt 1009 weiter, bei dem der Sprungzeitzähler CCEN und der Sprunganzahlzähler CSRIP jeweils zurückgesetzt werden. In diesem Fall werden die nachfolgenden Schritte für den neuen Maschinenbetriebsbereich nach dem Wechsel durchgeführt.
Auch wenn im Schritt 1007 der Lernwert λKG auf der Grundlage der Basis-Luft/Brennstoff-Sollverhältnisse λS erneuert wird, können hierfür auch andere Methoden eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Lernwert λKG um einen gegebenen Betrag, beispielsweise 0,001 (0.1 %) der einem Bit geringster Wertigkeit (LSB) in der Zentraleinheit CPU 32 entspricht, erhöht oder verringert werden, und der Lernwert λKG kann auf der Grundlage einer entsprechenden Änderung des stromab auftretenden Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ gelernt werden.
Es wird nun auf 18 Bezug genommen und die Bestimmungsroutine zur Ermittlung der Brennstoffeinspritzmenge gemäß dem zweiten Ausführungsbeipiel beschrieben. Die Routine gemäß 18 ist gleichartig wie die Routine gemäß 3 bei dem ersten Ausführungsbeispiel und unterscheidet sich dahingehend, daß die Verarbeitung im Schritt 103 geändert ist und daß die Schritte 1101 und 1102 neu hinzugefügt sind.
Wenn in dem Schritt 102 bestimmt wird, daß der Rückkopplungs-Steuerzustand bzw. die Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ aktiviert ist, schreitet das Programm zu dem Schritt 1101 weiter, bei dem ein aktueller Maschinenbetriebsbereich erfaßt wird, und geht dann zu dem Schritt 1102 über, bei dem der entsprechende Lernwert λKG aus dem Unterstützungs-Direktzugriffsspeicher 35 in Abhängigkeit von dem erfaßten Maschinenbetriebsbereich ausgelesen wird. Nachfolgend wird in dem Schritt 103 das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG durch Addition des ausgelesenen Lernwerts λKG zu dem aktuell in dem Schritt 303, 306, 308 oder 310 in 16 ermittelten Basis-Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λS ermittelt (λTG ← λS + λRG). Danach wird, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, in dem Schritt 104 der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis eingestellt, in dem Schritt 105 die Brennstoffeinspritzmenge TAU festgelegt und die Routine beendet.
In der Routine gemäß 18 wird der Lernwert λKG entsprechend dem erfaßten Maschinenbetriebsbereich aus dem in dem Unterstützungs-Direktzugriffsspeicher (bzw. unterstützten oder nicht flüchtigen Direktzugriffsspeicher) 35 gespeicherten Lernwert λKG ausgewählt und zur Ermittlung des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG eingesetzt. Jedoch sind auch andere Methoden hierfür einsetzbar. Beispielsweise können die in dem Unterstützungs-Direktzugriffsspeicher 35 gespeicherten Lernwerte λKG einer linearen Interpolation unterzogen werden, um einen Lernwert λKG zu bilden, der einem aktuellen Maschinenbetriebsbereich noch genauer entspricht, und dieser Lernwert λKG kann dann zur Ermittlung bzw. Festlegung des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG eingesetzt werden.
Weiterhin können bei der Gewinnung des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG verschiedene andere Korrekturbeträge hinzugefügt werden. Beispielsweise kann ein Korrekturbetrag bzw. eine Korrekturgröße zur periodischen Veränderung des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG hinzugefügt werden, um eine sogenannte Dither- oder Zittersteuerung durchzuführen, wie sie in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungs-Erstveröffentlichung Nr. 3-185 244 offenbart ist, oder es kann ein Korrekturbetrag hinzugefügt werden, der beispielsweise von der Maschinen-Kühlwassertemperatur Thw abhängt.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel werden, wie vorstehend beschrieben, die Basis-Luft/Brennstoff-Sollverhältnisse zu dem Zeitpunkt, zu dem das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ stromab des Drei-Wege-Ratalysators 13 nahe bei dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 konvergiert bzw. liegt, gelernt, um den Lernwert λKG für jeden Maschinenbetriebsbereich zu erneuern, und dieser Lernwert λ KG beeinflußt das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG.
Durch die Erfinder vorliegender Erfindung wurde bestätigt, daß das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG, durch das der Drei-Wege-Katalysator 13 in dem neutralen Zustand gehalten werden kann, sich bei den jeweiligen Maschinenbetriebsbereichen unterscheidet, und zwar aufgrund einer Änderung beispielsweise eines von einer Temperaturveränderung abhängenden Gasreinigungsfaktors des Drei-Wege-Katalysators 13 oder einer durch eine Veränderung der Strömungsrate des Abgases hervorgerufenen Gasaustauschgeschwindigkeit des Sensors 26. Wie in 20 durch die strichpunktierten Linien mit jeweils zwei Punkten angegeben ist, wird das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG (in 20 durch das Basis-Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λS repräsentiert) bei dem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem keine Lernsteuerung bzw. adaptive Steuerung des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG durchgeführt wird, durch den integralen Anreicherungsbetrag λIR so korrigiert, daß es angereicherter ist, nachdem die Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors 27 aufgrund eines Wechsels des Maschinenbetriebszustands in Richtung zur mageren Seite abzuweichen beginnt. Im einzelnen wird die Korrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG solange nicht durchgeführt, bis die schädlichen Komponenten auf der mageren Seite durch den Drei-Wege-Katalysator 13 bis zu einem gewissen Ausmaß adsorbiert sind, so daß das stromab auftretende Luft/Brennstoff-Verhältnis λ diese Abweichung zu zeigen beginnt. Weiterhin wird, wie aus der Inversionssprungsteuerung gemäß 7 ersichtlich ist, lediglich eine gemäßigte Korrektur auf der Basis des integralen Anreicherungs- oder Abmagerungsbetrags λIR oder λIL durchgeführt, während bzw. wenn das stromab auftretende Luft/Brennstoff-Verhältnis λ vom stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 in einer Richtung abweicht, d.h. sich auf der angereicherten oder der mageren Seite befindet. Demgemäß wird eine Korrekturverzögerung des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG hervorgerufen, die eine Schwankung des stromab auftretenden Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ oder einen Nachlauf- bzw. Schwingungseffekt hervorruft, so daß es wahrscheinlich ist, daß der Drei-Wege-Katalysator 13 von dem neutralen Zustand abweicht.
Andererseits wird bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, wie durch die durchgezogenen Linien angezeigt, der Lernwert λKG, der einem neuen Maschinenbetriebszustand entspricht, dann, wenn der Maschinenbetriebszustand beispielsweise aufgrund einer Zunahme der Ansaugluftmenge QA wechselt, ausgelesen, um das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG unmittelbar zur angereicherten Seite zu korrigieren. Als Ergebnis wird die durch den Wechsel des Maschinenbetriebszustands hervorgerufene Korrekturverzögerung vermieden, so daß der Drei-Wege-Katalysator 13 noch zuverlässiger gehalten bzw. gesteuert wird und die Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors 27, die für das stromab auftretende Luft/Brennstoff-Verhältnis λ repräsentativ ist, weiterhin auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 konvergiert.
Nachstehend wird ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher beschrieben.
Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel dahingehend, daß ein Steuer-Sollwert VOX2TG für den O₂-Sensor 27 variabel in Abhängigkeit von dem erfaßten Maschinenbetriebszustand eingestellt wird.
Die nachstehende Beschreibung bezieht sich hauptsächlich auf die Unterschiede gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel.
In 21 ist ein Ablaufdiagramm einer durch die Zentraleinheit 32 durchzuführenden Routine für die Inversionssprungsteuerung in Übereinstimmung mit dem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt.
Die Routine gemäß 21 ist dieselbe wie die Inversionssprung-Steuerroutine gemäß 16 mit Ausnahme der Schritte 2001 und 2002, die neu hinzugefügt sind.
In dem Schritt 2001 wird der aktuelle Machinenbetriebszustand auf der Grundlage der erfaßten Maschinendrehzahl Ne und des erfaßten Ansaugluftdrucks PM ermittelt. Nachfolgend schreitet das Programm zu dem Schritt 2002 weiter, bei dem die Steuer-Sollspannung VOX2TG auf der Basis des erfaßten Maschinenbetriebszustands unter Heranziehung einer in 23 gezeigten Karte bzw. Kennlinie festgelegt wird. In dieser Kennliniendarstellung bzw. Tabelle kann auf die Steuer-Sollspannung VOX2TG anhand der Maschinendrehzahl Ne und des Ansaugluftdrucks PM während des stationären Betriebszustands zugegriffen werden. Während des stationären Betriebs- bzw. Fahrzustands nimmt die Steuer-Sollspannung VOX2TG einen Wert zwischen 0,35 V und 0,55 V in Abhängigkeit von der überwachten bzw. erfaßten Motordrehzahl Ne und dem überwachten bzw. erfaßten Ansaugluftdruck PM an. Andererseits wird die Steuer-Sollspannung VOX2TG auf 0,35 V festgelegt, wenn die Maschine im Leerlauf läuft oder eine Verzögerung erfährt, die gleich groß wie oder größer als ein voreingestellter Pegel ist. Weiterhin wird die Steuer-Sollspannung VOX2TG auf 0,55 V festgelegt, wenn eine Beschleunigung vorliegt, die gleich oder größer als ein voreingestellter Pegel ist. Die Beziehung zwischen der Motordrehzahl Ne, dem Ansaugluftdruch PM und der Steuer-Sollspannung VOX2TG ist in dem Zeitdiagramm gemäß 24 klar gezeigt.
Danach schreitet das Programm zu dem Schritt 301 weiter, bei dem die Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors 27 mit der in dem Schritt 2002 festgelegten Steuer-Sollspannung VOX2TG verglichen wird. Falls die Ausgangsspannung VOX2 gleich oder größer als die Steuer-Sollspannung VOX2TG ist (VOX2 >= VOX2TG), wird "angereichert" bestimmt. Falls andererseits die Ausgangsspannung VOX2 kleiner als die Steuer-Sollspannung VOX2TG ist (VOX2 < VOX2TG), wird "mager" bestimmt.
Anschließend schreitet das Programm zu dem Schritt 302 oder 307 in Abhängigkeit von der Antwort im Schritt 301 weiter und führt dann die nachfolgenden Schritte durch, wie sie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben wurden.
Die Festlegung der Steuer-Sollspannung VOX2TG auf die angereicherte Seite relativ zu dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 kann mit einer Zeitsteuerung bzw. einem Zeitpunkt verknüpft sein, zu dem die Abgasrückführung (EGR = exhaust gas recirculation) inaktiv ist.
Die Vorteile des dritten Ausführungsbeispiels werden nachstehend näher beschrieben.
Die Reinigungsfaktoren des Drei-Wege-Katalysators 13 für CO, HC und NOx verändern sich abhängig von dem Luft/Brennstoff-Verhältnis λ, wie in 22 gezeigt ist. Da alle diese schädlichen Komponenten bei dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 gut gereinigt werden, wurde das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 gesteuert. Da sich aber eine bestimmte Komponente in dem Abgas bei einem bestimmten Maschinenbetriebszustand erhöht (beispielsweise wächst Nox bei Beschleunigung an und HC erhöht sich bei Maschinenleerlauf oder -verzögerung), können die schädlichen Komponenten insgesamt dadurch unterdrückt werden, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ so gesteuert wird, daß die Reinigungswirksamkeit für die vergrößerte Komponente bei dem entsprechenden Maschinenbetriebszustand erhöht wird. Wenn andererseits das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ so geändert wird, daß es stark von dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 abweicht, ist die Reinigungswirksamkeit bezüglich der anderen Komponenten erheblich verringert, so daß sich Probleme ergeben.
Demgemäß wird die Steuer-Sollspannung VOX2TG für den O₂-Sensor 27 bei diesem Ausführungsbeispiel variabel auf einen geeigneten Wert in Abhängigkeit von dem erfaßten Maschinenbetriebszustand eingestellt, um ein Luft/Brennstoff-Verhältnis λ zu erreichen, durch das die Reinigungswirksamkeit bezüglich der erhöhten Komponente verbessert werden kann, während die Reinigungswirksamkeit bezüglich der anderen Komponenten nicht erheblich beeinträchtigt wird.
Nachstehend wird ein viertes Ausführungsbeipiel der vorliegenden Erfindung näher beschrieben.
Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dahingehend, daß die integralen Anreicherungs- und Abmagerungsbeträge λIR und λ IL und die Sprungbeträge λSKR und λSKL in Abhängigkeit von einer Veränderung der Ansaugluftmenge QA verändert werden.
Die nachstehende Beschreibung bezieht sich hauptsächlich auf den Unterschied gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel.
25 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Routine, die durch die Zentraleinheit 32 zur Einstellung der integralen Anreicherungs- und Abmagerungsbeträge λIR und λIL und der Anreicherungs- und Abmagerungssprungbeträge λSKR und λSKL in Übereinstimmung mit dem vierten Ausführungsbeispiel durchzuführen ist.
Die Routine gemäß 25 wird mit derselben Zeitgabe bzw. zu denselben Zeitpunkten wie die in 7 gezeigte Inversionssprung-Steuerroutine durchgeführt.
Bei einem Schritt 1201 wird ein aktueller Wert der Ansaugluftmenge QA in Abhängigkeit von der durch den Drehzahlsensor 25 erfaßten Maschinendrehzahl Ne und dem durch den Ansaugluftdrucksensor 22 erfaßten Ansaugluftdruck PM ermittelt. Nachfolgend werden in einem Schritt 1202 die integralen Beträge λIR und λIL aus der ermittelten Ansaugluftmenge QA unter Heranziehung einer in dem Festwertspeicher 33 vorab gespeicherten Karte bzw. Kennlinie gemäß 26 festgelegt. Ferner werden in einem Schritt 1203 die Sprungbeträge λSKR und λSKL aus der Ansaugluftmenge unter Heranziehung einer Karte bzw. Kennlinie gemäß 27 bestimmt.
Die in dieser Weise bestimmten integralen Beträge λIR, λIL und die Sprungbeträge λSKR, λSKL werden jeweils in den Schritten 303, 306, 308 und 310 der Inversionssprung-Steuerroutine gemäß 7 eingesetzt. Wie aus 26 und 27 ersichtlich ist, nehmen die integralen Beträge λIR, λIL allmählich in Übereinstimmung mit einer Zunahme der Ansaugluftmenge QA zu, während die Sprungbeträge λSKR, λSKL allmählich in Abhängigkeit von einer Zunahme der Ansaugluftmenge QA abnehmen, wobei ihre untere Grenze in einem Bereich, in dem die Ansaugluftmenge QA größer ist als ein vorbestimmter Pegel, begrenzt ist. Diese Eigenschaften sind derart definiert, daß die integralen Beträge λIR, λIL und die Sprungbeträge λSKR, λSKL jeweils einen konstanten Einfluß auf das stromab auftretende Luft/Brennstoff-Verhältnis λ unabhängig von einer Veränderung der Ansaugluftmenge QA ausüben. Im einzelnen wurde durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung bestätigt bzw. gefunden, daß sich dann, wenn die Ansaugluftmenge QA variiert, die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 13, die Gasaustauschgeschwindigkeiten des Sensors 26 und des O₂-Sensors 27, eine geforderte Korrekturzeitgabe der Brennstoffeinspritzmenge und dergleichen verändern, so daß sich die der Korrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG entsprechende Veränderungsrate (der Einfluß der integralen Beträge λIR, λIL und der Sprungbeträge λSKR, λSKL) des stromab auftretenden Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ verändert. Wenn demgemäß der Einfluß auf das stromab auftretende Luft/Brennstoff-Verhältnis λ groß ist, werden die integralen Beträge λIR, IL und die Sprungbeträge λSKR, λSKL auf einen kleineren Wert eingestellt, während sie auf einen größeren Wert festgelegt werden, wenn der Einfluß gering ist. Dies dient dazu, eine übermäßige Korrektur oder eine Korrekturverzögerung zu verhindern, wenn das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG in den Schritten 303, 306, 308 und 310 bei der Inversionssprung-Steuerroutine gemäß 7 korrigiert wird.
Die in den 26 und 27 gezeigten charakteristischen Eigenschaften wurden jeweils durch Experimente erhalten. Demgemäß können in Abhängigkeit von der Spezifikation der Maschine 1 oder dem Inhalt der Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses umgekehrte Charakteristika definiert werden, bei denen beispielsweise die integralen Beträge λIR, λIL allmählich in Abhängigkeit von einer Zunahme der Ansaugluftmenge QA abnehmen.
Nachstehend wird ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher beschrieben.
Das fünfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dahingehend, daß ein integraler Betrag λI (entsprechend den integralen Anreicherungs- und Abmagerungsbeträgen λIR und λIL bei dem ersten Ausführungsbeispiel) und ein Sprungbetrag λSK (entsprechend dem Anreicherungs- und Abmagerungssprungbetrag λSKR und λSKL bei dem ersten Ausführungsbeispiel), die bei der Inversionssprung-Steuerung eingesetzt werden, in Abhängigkeit von einer Veränderung des Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors 27 verändert werden.
Die nachstehende Beschreibung bezieht sich hauptsächlich auf die Unterschiede gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel.
In 28 ist ein Ablaufdiagramm einer durch die Zentraleinheit 32 durchzuführenden Inversionssprung-Steuerroutine zur Ermittlung des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG unter Heranziehung des variablen integralen Betrags λI oder des variablen Sprungbetrags λSK in Übereinstimmung mit dem fünften Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Routine gemäß 28 entspricht der in 7 dargestellten Inversionssprung-Steuerroutine.
In einem Schritt 1301 wird ermittelt, ob ein Wert eines Intervallzählers TOSB, der das seit einer Korrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG bei dem letzten Durchlauf dieser Routine verstrichene Zeitintervall anzeigt, eine vorgegebene Intervallzeit bzw. ein voreingestelltes Zeitintervall Tβ erreicht hat. Falls die Antwort in dem Schritt 1301 negativ ist, d.h. wenn das Zeitintervall Tβ nicht erreicht wurde, schreitet das Programm zu einem Schritt 1302 weiter, bei dem der Intervallzähler TOSB um "1" erhöht wird, und wird dann beendet.
Wenn der Wert des Intervallzählers TOSB gleich groß wie oder größer als das Zeitintervall Tβ nach wiederholter Durchführung des Schritts 1302 wird, läuft das Programm zu einem Schritt 1303 weiter, bei dem die Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors 27 eingelesen wird, und dann zu einem Schritt 1304, bei dem der integralen Betrag λI aus der Ausgangsspannung VOX2 unter Heranziehung der in dem Festwertspeicher 33 vorab gespeicherten Karte bzw. Kennlinie gemäß 29 bestimmt wird. Wie aus 29 ersichtlich ist, erhöht sich der integrale Betrag λI auf der positiven Seite entsprechend einer Veränderung der Ausgangsspannung VOX2 in Richtung zur angereicherten Seite, während er auf der negativen Seite in Abhängigkeit von einer Veränderung der Ausgangsspannung VOX2 in Richtung zur abgemagerten Seite erhöht wird. Der integrale Betrag λI besitzt einen konstanten Wert von 0 (null) über bzw. im Bereich des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ = 1 (0,45 V). Der integrale Betrag λI ist in Bereichen, in denen die Ausgangsspannung VOX2 angereicherter bzw. höher als ein voreingestellter Wert sowie abgemagerter bzw. kleiner als ein voreingestellter Wert ist, jeweils konstant.
Nachfolgend wird in einem Schritt 1305 der Sprungbetrag λSK auf der Basis der Ausgangsspannung VOX2 bestimmt. Auch wenn dies nicht gezeigt ist, wird eine Kennlinie bzw. Tabelle gleichartig wie die Kennlinie gemäß 29 zur Bestimmung des Sprungbetrags λSK eingesetzt. Bei dieser Kennline erhöht sich der Sprungbetrag λSK in gleicher Weise wie der integrale Betrag λI allgemein auf der positiven Seite und auf der negativen Seite, wenn sich die Ausgangsspannung VOX2 gegenüber dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 verschiebt.
Das Programm schreitet dann zu einem Schritt 1306 weiter, bei dem bestimmt wird, ob die Ausgangsspannung VOX2 invertiert ist oder bzw. eine Inversion widerspiegelt. Falls keine Inversion aufgetreten ist, d.h. falls das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ stromab des Drei-Wege-Ratalysators 13 auf der angereicherten oder der mageren gehalten wird, wird in einem Schritt 1307 das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG durch den integralen Betrag λI korrigiert (λTG ← λTG + λI). Nachfolgend schreitet das Programm zu einem Schritt 1308 weiter, bei dem der Intervallzähler TOSB zurückgesetzt wird, und wird dann beendet. Falls andererseits die Ausgangsspannung VOX2 in dem Schritt 1306 als invertiert (bzw. eine Inversion anzeigend, erfaßt wurde, d.h. wenn das stromab auftetende Luft/Brennstoff-Verhältnis λ zwischen "angereichert" und "abgemagert" relativ zu dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 invertiert wurde bzw. gewechselt hat, wird das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG in einem Schritt 1309 durch den Sprungbetrag λSK (λTG ← λ TG + λSK) korrigiert. Danach schreitet die Routine zu dem Schritt 1308 weiter und wird beendet.
Wie zuvor beschrieben, werden der integrale Betrag λI und der Sprungbetrag λSK in Abhängigkeit davon, daß die Ausgangsspannung VOX2 sich auf der angereicherten Seite befindet bzw. eine Anreicherung repräsentiert, auf einen positiven Wert eingestellt, um das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG in Richtung zur mageren Seite zu korrigieren. Falls andererseits die Ausgangsspannung VOX2 sich auf der mageren Seite befindet bzw. einen Magerzustand repräsentiert, werden der integrale Betrag λI und der Sprungbetrag λSK auf einen negativen Wert eingestellt, um das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG in Richtung zur angereicherten Seite zu korrigieren. Demgemäß wird das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG in einer Weise gesteuert, die gleichartig ist wie die zeitliche Darstellung gemäß 8.
Da weiterhin der integrale Betrag λI und der Sprungbetrag λSK auf einen zunehmend größeren positiven Wert und einen zunehmend größeren negativen Wert festgelegt werden, wenn sich die Ausgangsspannung VOX2 von 0,45 V, was dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 entspricht, entfernt, d.h. wenn eine größere Korrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG erforderlich ist, wird das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG stets korrekt korrigiert. Als Ergebnis kann das stromab auftretende Luft/Brennstoff-Verhältnis λ rasch auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 gebracht werden.
Da weiterhin der Intervallzähler TOSB in dem Schritt 1308 nach der Korrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG in dem Schritt 1307 und 1309 zurückgesetzt wird, wird die Korrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG nicht durchgeführt, bis das Zeitintervall Tβ erneut in dem Schritt 1301 verstrichen ist.
Hierdurch wird es möglich, eine nächste Korrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG auf der Basis der Ausgangsspannung VOX2 durchzuführen, bei der die aktuelle Korrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG berücksichtigt wird.
Nachstehend wird ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das sechste Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in der Art und Weise der Gewinnung des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG.
Die nachstehende Beschreibung bezieht sich hauptsächlich auf die Unterschiede gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Ausgangsspannungen VOX2 des O₂-Sensors 27 gemittelt bzw. einer Durchschnittsbildung unterzogen, um eine durchschnittliche Ausgangsspannung VOX2AV zu erhalten, die zur Festlegung des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG eingesetzt wird.
30 zeigt ein Ablaufdiagramm einer durch die Zentraleinheit CPU 32 durchzuführenden Routine für die Mittelwertbildung der Ausgangsspannungen VOX2 des O₂-Sensors 27. Die Routine gemäß 30 wird alle 32 msek., d.h. zu jedem Zeitpunkt abgearbeitet, zu dem die Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors 27 durch die Zentraleinheit 32 gelesen wird.
Bei der nachfolgenden Erläuterung wird angenommen, daß ein Punkt A in 31 eine Ausgangsspannung VOX21 repräsentiert, die während des letzten Durchlaufs dieser Routine gelesen wurde, und einen Punkt B, der sich in einer gegenüber dem Punkt A magereren Position befindet, eine aktuelle Ausgangsspannung VOX2 repräsentiert, und daß eine Anreicherungsseite-Veränderungskennung XOXC gelöscht ist. Die Anreicherungsseite-Veränderungskennung XOXC repräsentiert in ihrem Setzzustand die Tatsache, daß sich die Ausgangsspannung VOX2 bei dem letzten Durchlauf dieser Routine in Richtung zur angereicherten Seite verändert hat.
Gemäß 30 wird in einem Schritt 2101 ermittelt, ob VOX2 – VOX21 größer ist als 0 (null). Falls VOX2 – VOX21 zu diesem Zeitpunkt kleiner ist als 0, ist die Antwort in dem Schritt 2101 negativ (mager), so daß das Programm zu einem Schritt 2102 fortschreitet, bei dem überprüft wird, ob die Anreicherungsseit-Veränderungskennung XOXC gelöscht ist. Da, wie zuvor beschrieben, die Anreicherungsseite-Veränderungskennung XOXC gelöscht ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 2103 weiter, da es hierbei erfaßt hat, daß VOX21 kein Spitzenwert ist, da VOX21 und VOX2 jeweils beide in Richtung zur mageren Seite verändert wurden. In dem Schritt 2103 wird VOX2 in dem Direktzugriffsspeicher RAM 34 als VOX21 für einen nachfolgenden Durchlauf dieser Routine gespeichert.
Wenn nachfolgend eine neue Ausgangsspannung VOX2 an einen Punkt C in 31 eingelesen wird, wird in dem Schritt 2101 dieses Mal eine positive Antwort (angereichert) erzeugt, so daß das Programm zu einem Schritt 2104 weiterschreitet, bei dem überprüft wird, ob die Anreicherungsseite-Veränderungskennung XOXC gesetzt ist. Da die Anreicherungsseite-Veränderungskennung XOXC gelöscht ist, wird in dem Schritt 2104 eine negative Antwort (Inversion) erzeugt, so daß das Programm zu einem Schritt 2105 übergeht, da hierdurch bestimmt bzw. erfaßt wurde, daß VOX21 (Punkt B) ein Spitzenwert ist, da VOX21 in Richtung zur mageren Seite (zu dem Punkt B) verändert wurde, während VOX2 in Richtung zur angereicherten Seite (zu dem Punkt C) geändert wurde. In dem Schritt 2105 wird die Anreicherungsseite-Veränderungskennung XOXC gesetzt. Nachfolgend geht das Programm zu einem Schritt 2106 über, bei dem eine Ausgangsspannung VOX2AV durch Mittelwertbildung von VOX21 (Punkt B) und einem neuesten, in dem Direktzugriffsspeicher 34 gespeicherten Spitzenwert VOX2BF erhalten wird. Der letzte Spitzenwert VOX2BF repräsentiert einen Spitzenwert für die letzte Veränderung von VOX2 in Richtung zur angereicherten Seite. Danach wird in einem Schritt 2107 VOX21 (Punkt B) in dem Direktzugriffsspeicher 34 als neuester Spitzenwert VOX2BF gespeichert und die Routine wird beendet.
Wenn andererseits in dem Schritt 2102 erfaßt wird, daß die Inversion von der angereicherten zur mageren Seite aufgetreten ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 2108 weiter, bei dem die Anreicherungsseite-Veränderungskennung XOXC zurückgesetzt wird, und läuft dann zu dem Schritt 2106 weiter, bei dem die gemittelte Ausgangsspannung VOX2AV gewonnen wird.
Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Mittelwertbildungsroutine wird eine durch die Schwankung des Luft/Brennstoff-Verhältnis λ hervorgerufene rippenförmige bzw. wellenförmige Schwankung der Ausgangsspannung VOX2 beseitigt, so daß die Festlegung des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG noch zuverlässiger durchgeführt werden kann.
Es wird nun auf die 32 bis 34 Bezug genommen. Eine Sättigungsüberspringungs-Steuerroutine wird nachstehend beschrieben, bei der das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG auf der Grundlage der Ausgangsspannung VOX2AV, die in der vorstehend beschriebenen Weise erhalten wird, festgelegt wird.
Die in den 32 bis 34 gezeigte Routine ist ein dem Schritt 103 in 3 entsprechendes Unterprogramm.
In einem Schritt 2201 wird ermittelt, ob die Ausgangsspannung VOX2AV größer ist als ein voreingestellter Grenzwert VRL für die Anreicherungsseite. Falls die Antwort in dem Schritt 2201 negativ ist. d.h. falls die Ausgangsspannung VOX2AV gleich groß wie oder kleiner ist als der Anreicherungsseiten-Grenzwert VRL, schreitet das Programm zu einem Schritt 2202 weiter, da erfaßt wurde, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ stromab des Drei-Wege- Ratalysators 13 nicht stark in Richtung zur angereicherten Seite abgewichen ist. In dem Schritt 2202 werden ein Magerintervallzähler CEAL und ein Anreicherungsverbleibzähler CR zurückgesetzt und eine Magersprung-Ausführungskennung XEAL wird gelöscht. Nachfolgend wird in einem Schritt 2203 ermittelt, ob die Ausgangsspannung VOX2AV niedriger ist als ein voreingestellter Grenzwert VLL für die magere Seite. Falls die Antwort in dem Schritt 2203 negativ ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 2204 weiter, da erfaßt wurde, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ nicht stark zur mageren Seite abgewichen ist. In dem Schritt 2204 wird ein Anreicherungsintervallzähler CEAR und ein Magerverbleibzähler CL rückgesetzt und eine Anreicherungssprung-Ausführungskennung XEAR wird gelöscht.
Danach läuft das Programm zu einem Schritt 2205 weiter, bei dem beurteilt wird, ob die Ausgangsspannung VOX2AV größer ist als eine Ausgangsspannung Vλ = 1, die dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 entspricht. Falls die Antwort in dem Schritt 2205 positiv ist (angereichert), wird das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG in einem Schritt 2206 um einen integralen Abmagerungsbetrag ΔλL erhöht (λTG ← λTG + ΔλL). Demgemäß erhöht sich, wie in 3 gezeigt ist, das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG allmählich in Richtung zur mageren Seite. Falls andererseits die Antwort in dem Schritt 2205 negativ (mager) ist, wird das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG in einem Schritt 2207 allmählich um einen integralen Anreicherungsbetrag ΔλR verringert (λTG ← λTG – ΔλR). Wenn die Ausgangsspannung VOX2AV nicht stark abgewichen ist (VLL < VOX2AV < VRL), wird somit eine feinfühlige Korrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG durch den integralen Abmagerungsbetrag ΔλL oder den integralen Anreicherungsbetrag ΔλR durchgeführt, um das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ stromab des Drei-Wege- Katalysators 13 auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 zu konvergien bzw. zu bringen.
Falls andererseits in dem Schritt 2201 ermittelt wird, daß die Ausgangsspannung VOX2AV höher ist als der Anreicherungsseiten-Grenzwert VRL, schreitet das Programm zu einem Schritt 2208 (33) weiter, da ermittelt wurde, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ in starkem Ausmaß zur angereicherten Seite abgwichen ist. In dem Schritt 2208 wird überprüft, ob die Abmagerungssprung-Ausführungskennung XEAL gesetzt ist. Da die Abmagerungssprung-Ausführungskennung XEAL in dem Schritt 2202 gelöscht ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 2209 weiter, bei dem beurteilt wird, ob der Wert des Anreicherungsverbleibzähler CR ein voreingestelltes Anreicherungsverbleibzeitintervall TAR überschritten hat. Da die Antwort in dem Schritt 2209 zu diesem Zeitpunkt negativ ist, wird der Anreicherungsverbleibzähler CR in einem Schritt 2210 um "1" erhöht. Die Routine schreitet dann zu einem Schritt 2211 weiter, bei dem das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG wie bei dem Schritt 2206 um den integralen Abmagerungsbetrag ΔλL erhöht wird (λTG ← λTG + ΔλL), und kehrt dann zu dem Schritt 2201 zurück.
Nachfolgend werden die Schritte 2201 und 2208 bis 2211 wiederholt durchgeführt. Wenn die Ausgangsspannung VOX2AV in dem Schritt 2201 gleich groß wie oder kleiner als der Grenzwert VRL für die Anreicherungsseite wird, bevor der Wert des Anreicherungsverbleibzählers CR das Anreicherungsverbleibzeitintervall TAR in dem Schritt 2209 überschreitet, werden dann der Schritt 2202 und die nachfolgenden Schritte durchgeführt, wie vorstehend beschrieben wurde. Falls andererseits der Wert des Anreicherungsverbleibzählers CR das Anreicherungsverbleibzeitintervall TAR in dem Schritt 2209 überschreitet, geht das Programm zu einem Schritt 2212 über.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der Grenzwert VRL für die Anreicherungsseite und das Anreicherungsverbleibzeitintervall TAR für die Bestimmung einer Sättigung des Drei-Wege-Katalysators 13 im Anreicherungszustand vorgesehen. Im einzelnen wird hierbei dann, wenn die Ausgangsspannung VOX2AV kontinuierlich den Grenzwert VRL für die Anreicherungsseite während des Anreicherungsverbleibzeitintervalls TAR überschreitet, davon ausgegangen, daß der Drei-Wege-Katalysator 13 auf der Anreicherungsseite bzw. im Anreicherungszustand gesättigt ist, so daß CO und HC nicht länger in dem Drei-Wege-Ratalysator 13 adsorbiert werden können. In diesem Fall wird die Korrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λ TG durch den integralen Abmagerungsbetrag ΔλL als unzureichend betrachtet.
Demgemäß wird das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG in dem Schritt 2212 um den Magersprungbetrag ΔλLH erhöht (λTG ← λTG + ΔλLH). Da der Magersprungbetrag ΔλLH auf einen ausreichend großen Wert, verglichen mit dem integralen Abmagerungsbetrag ΔλL festgelegt ist, wird das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG rasch in Richtung zur mageren Seite in sprungförmiger bzw. stufenförmiger Weise erhöht, wie dies in 35 gezeigt ist. Nachfolgend geht das Programm zu einem Schritt 2213 über, bei dem der Magerintervallzähler CEAL und der Anreicherungsverbleibzähler CR zurückgesetzt werden und die Abmagerungssprung-Ausführungskennung XEAL gesetzt wird.
Da nun die Abmagerungssprung-Ausführungskennung XEAL in dem Schritt 2213 gesetzt ist, wird in dem Schritt 2208 eine positive Antwort erzeugt, so daß das Programm zu einem Schritt 2214 weiterläuft, bei dem überprüft wird, ob der Wert des Magerintervallzählers CEAL ein voreingestelltes Magerzeitintervall TEAL überschreitet. Falls im Schritt 2214 eine negative Antwort erzeugt wird, wird der Magerintervallzähler CEAL in einem Schritt 2215 um "1" erhöht. Danach werden die Schritte 2210 und 2211 durch das Programm abgearbeitet, wie zuvor beschrieben, wonach das Programm zu dem Schritt 2201 zurückläuft. Wenn die Ausgangsspannung VOX2AV weiterhin den Grenzwert VRL für die Anreicherungsseite in dem Schritt 2201 überschreitet, selbst nachdem die Korrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG mit Hilfe des Abmagerungssprungbetrags ΔλLH in dem Schritt 2212 durchgeführt wurde, so daß das Magerzeitintervall TEAL in dem Schritt 2214 abgelaufen ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 2212 weiter, bei dem das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG erneut um den Abmagerungssprungbetrag Δλ LH korrigiert wird.
Das Magerzeitintervall TEAL in dem Schritt 2214 repräsentiert eine Zeitdauer, die notwendig ist, damit die Korrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG die Ausgangsspannung VOX2AV des O₂-Sensors 27 beeinflussen kann. Demgemäß kann zu dem Zeitpunkt, an dem das Magerzeitintervall TEAL abgelaufen ist, auf der Grundlage der Ausgangsspannung VOX2AV exakt bestimmt werden, ob der Drei-Wege-Katalysator 13 gesättigt ist oder nicht.
Das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG wird um den Abmagerungssprungbetrag ΔλLH je Abmagerungszeitintervall TEAL in Richtung zur mageren Seite korrigiert, bis die Ausgangsspannung VOX2AV gleich groß wie oder kleiner als der Grenzwert VRL für die Anreicherungsseite wird. Wenn die Ausgangsspannung VOX2AV gleich groß wie oder kleiner als der Grenzwert VRL für die Anreicherungsseite wird, wird die normale Korrektur mit Hilfe des integralen Abmagerungsbetrags ΔλL in dem Schritt 2205 wieder aufgenommen.
Falls andererseits in dem Schritt 2203 ermittelt wird, daß die Ausgangsspannung VOX2AV niedriger ist als der Grenzwert VRL für die Magerseite, d.h. wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ in starkem Ausmaß zur mageren Seite abweicht, wird durch das Programm ein Ablauf durchgeführt, der gleichartig mit den vorstehend angegebenen Schritten 2201 und 2208 bis 2215 ist. Im einzelnen geht das Programm zu den Schritten 2216 bis 2218 (34) über, um den Magerverbleibzähler CL um "1" zu erhöhen. Wenn der Wert des Magerverbleibzählers CL ein voreingestelltes Magerverbleibzeitintervall TEAL in dem Schritt 2217 überschreitet, geht das Programm zu einem Schritt 2220 über. Wie vorstehend in Verbindung mit dem Grenzwert VRL für die Anreicherungsseite und dem Anreicherungsverbleibzeitintervall TAR beschrieben wurde, sind der Grenzwert VLL für die Magerseite und das Magerverbleibzeitintervall TEAL zur Bestimmung einer Sättigung des Drei-Wege-Katalysators 13 auf der mageren Seite bzw. im Abmagerungszustand vorgesehen. Wenn die Ausgangsspannung VOX2AV kontinuierlich unterhalb des Grenzwerts VLL für die Magerseite für das Magerverbleibzeitintervall TEAL gehalten wird, wird hieraus geschlossen, daß der Drei-Wege-Katalysator 13 im Abmagerungszustand gesättigt ist, so daß NOx nicht länger in dem Drei-Wege-Katalysator adsorbiert werden kann. In diesem Fall wird die Korrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG mittels des integralen Anreicherungsbetrags ΔλR als nicht ausreichend beurteilt. Demgemäß wird das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG in einem Schritt 2220 um einen Anreicherungssprungbetrag ΔλRH in überspringender bzw. stufenförmiger Weise zur angereicherten Seite erhöht (λTG ← λTG – ΔλRH).
Nachfolgend werden in einem Schritt 2221 der Anreicherungsintervallzähler CEAR und der Magerverbleibzähler CL zurückgesetzt und die Anreicherungssprung-Ausführungskennung XEAR gesetzt. Danach wird, solange die Ausgangsspannung VOX2AV gleich groß wie oder größer als der Grenzwert VLL für die Magerseite in dem Schritt 2203 bleibt, die Korrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses λTG durch den Anreicherungssprungbetrag Δ λRH in dem Schritt 2220 jedesmal dann durchgeführt, wenn der Wert des Anreicherungsintervallzählers CEAR das Anreicherungszeitintervall TEAR überschreitet.
Das in dieser Weise erhaltene Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG wird in dem Schritt 104 in 3 zur Bestimmung des Korrekturkoeffizienten FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis eingesetzt. Weiterhin wird die Brennstoffeinspritzmenge TAU in dem Schritt 105 auf der Basis des in dieser Weise gewonnenen Korrekturkoeffizienten FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis ermittelt, um die mittels des Brennstoffeinspritzventils zugeführte aktuelle Brennstoffeinspritzmenge zu steuern.
Nachstehend wird ein siebtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher beschrieben.
Das siebte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem sechsten Ausführungsbeispiel dahingehend, daß die Sättigungssprung-Steuerroutine gemäß den 32 bis 34 durch eine Sättigungssprung-Steuerroutine gemäß den 36 bis 38 ersetzt ist.
Die nachfolgende Beschreibung befaßt sich hauptsächlich mit den Unterschieden gegenüber dem sechsten Ausführungsbeispiel. Gemäß den 36 bis 38 wird in einem Schritt 2301 überprüft, ob die Ausgangsspannung VOX2AV des O₂-Sensors 27 höher ist als der Grenzwert VLL für die Anreicherungsseite. Falls die Antwort in dem Schritt 2301 negativ ist, wird der Anreicherungsverbleibzähler CR in einem Schritt 2302 zurückgesetzt. Nachfolgend wird in einem Schritt 2303 überprüft, ob die Ausgangsspannung VOX2AV niedriger ist als der Grenzwert VLL für die Magerseite. Falls die Antwort in dem Schritt 2303 negativ ist, wird der Magerverbleibzähler CL in dem Schritt 2304 zurückgesetzt.
Nachfolgend schreitet das Programm zu einem Schritt 2305 weiter, bei dem das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 eingestellt wird. Dies bedeutet, daß das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG bei dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 gehalten wird, wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ nicht stark abweicht (VLL < VOX2AV < VRL), wie in 39 gezeigt ist.
Wenn andererseits die Ausgangsspannung VOX2AV den Grenzwert VRL für die Anreicherungsseite in dem Schritt 2301 überschreitet, wird in einem Schritt 2306 (37) überprüft, ob ein Wert des Anreicherungsverbleibzählers CR das Anreicherungsverbleibzeitintervall TAR überschreitet. Da das Anreicherungszeitintervall TAR zu diesem Zeitpunkt nicht überschritten ist, wird in dem Schritt 2306 eine negative Antwort erzeugt, so daß das Programm zu einem Schritt 2307 weiterschreitet, bei dem der Anreicherungsverbleibzähler CR um "1" erhöht wird. Nachfolgend schreitet das Programm zu einem Schritt 2308 weiter, bei dem das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG wie in dem Schritt 2305 auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 festgelegt wird, und kehrt dann zu dem Schritt 2301 zurück.
Wenn die Ausgangsspannung VOX2AV den Grenzwert VRL für die Anreicherungsseite in dem Schritt 2301 weiterhin überschreitet, so daß das Anreicherungsverbleibzeitintervall TAR verstrichen ist, geht das Programm zu einem Schritt 2309 über, da bestimmt wurde, daß der Drei-Wege-Ratalysator 13 im Anreicherungszustand gesättigt ist. In dem Schritt 2309 wird ein Magerzeitintervall TFL auf der Basis der nachstehenden Gleichung ermittelt: TFL = |OSTmin/(QA × ML)|.
In dieser Gleichung bezeichnet OSTmin die minimale Adsorptionsmenge des Drei-Wege-Ratalysators 13, d.h. die Sättigungsadsorptionsmenge des Drei-Wege-Ratalysators 13 auf der angereicherten Seite bzw. im Anreicherungszustand. Da die minimale Adsorptionsmenge OSTmin bereits bei dem ersten Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben wurde, wird dieses nachstehend nicht noch einmal erläutert. Weiterhin bezeichnet ML in der Gleichung eine Materialkonzentration, die einem voreingestellten mageren Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTGL entspricht, wie dies in einer Karte bzw. Kennlinie in 40 gezeigt ist. Die Eigenschaft dieser Kennlinie ist dieselbe wie diejenige bei der in 5 gezeigten Kennlinie. Demgemäß repräsentiert in der vorstehenden Gleichung das Produkt aus der Materialkonzentration ML und der Ansaugluftmenge QA, die auf der Basis der Maschinendrehzahl Ne und des Ansaugluftdrucks PM gewonnen wird, die Menge der Zuführung von O₂ je Einheitszeitintervall. Weiterhin wird die in der vorstehenden Gleichung eingesetzte minimale Adsorptionsmenge OSTmin durch die Adsorptionsmengen-Lernsteuerung in der in den 11 bis 14 gezeigten Weise erneuert, so daß der aktuelle Wert hierfür in der vorstehend genannten Gleichung eingesetzt wird (in dem Schritt 2309).
Nachdem das Magerzeitintervall TFL in dem Schritt 2309 bestimmt wurde, läuft das Programm zu einem Schritt 2310 weiter, bei dem überprüft wird, ob der Wert bzw. Zählstand eines Ausführungszählers TE das Magerzeitintervall TFL überschreitet. Da das Magerzeitintervall TFL zu diesem Zeitpunkt nicht überschritten bzw. abgelaufen ist, wird in dem Schritt 2310 eine negative Antwort erzeugt, so daß das Programm zu einem Schritt 2311 weiterläuft, bei dem das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG, das in dem Schritt 2305 auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 festgelegt wurde, auf das vorstehend angegebene magere Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTGL festgesetzt wird.
Danach geht das Programm zu einem Schritt 2312 über, bei dem der Ausführungszähler TE um "1" erhöht wird, und kehrt dann zu dem Schritt 2310 zurück, um die Abarbeitung der Schritte 2310 bis 2312 solange zu wiederholen, bis der Wert des Ausführungszählers TE das Magerzeitintervall TFL in dem Schritt 2310 übersteigt, d.h. bis das Magerzeitintervall TFL in dem Schritt 2310 abgelaufen ist. Falls das Magerzeitintervall TFL in dem Schritt 2310 verstrichen ist, geht das Programm zu einem Schritt 2313 über, bei dem Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 zurückgebracht wird. Nachfolgend werden in einem Schritt 2314 der Anreicherungsverbleibzähler CR und der Ausführungszähler TE zurückgesetzt und das Programm kehrt zu dem Schritt 2301 zurück.
Wenn daher, wie in 39 gezeigt ist, die Ausgangsspannung VOX2AV des O₂-Sensors 27 kontinuierlich den Grenzwert VRL für die Anreicherungsseite für das Anreicherungsverbleibzeitintervall TAR überschreitet, wird das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG kontinuierlich auf das magere Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTGL für das Abmagerungszeitintervall TFL gesetzt. Als Ergebnis reagieren in dem Drei-Wege-Ratalysator 13 adsorbiertes CO und HC mit der vergrößerten Menge von O₂ in dem Abgas, um wesentlichen vollständig gereinigt zu werden, so daß die Ausgangsspannung VOX2AV rasch wieder auf einen Wert nahe dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 zurückgebracht werden kann.
Wenn andererseits die Ausgangsspannung VOX2AV in dem Schritt 2303 niedriger als der Grenzwert VLL für die Magerseite ist, führt das Programm denselben Ablauf wie bei den vorstehend erläuterten Schritten 2301 und 2306 bis 2314 durch. Im einzelnen schreitet das Programm von dem Schritt 2303 zu den Schritten 2315 bis 2317 weiter, um den Magerverbleibzähler CL um "1" zu erhöhen. Wenn der Wert des Magerverbleibzählers CL ein voreingestelltes Magerverbleibzeitintervall TAL in dem Schritt 2315 überschreitet, geht das Programm zu einem Schritt 2318 über, da hierdurch ermittelt wurde, daß der Drei-Wege-Katalysator 13 im abgemagerten Zustand gesättigt ist. In dem Schritt 2318 wird ein Anreicherungszeitintervall TFR auf der Grundlage der nachstehenden Gleichung gewonnen: TFL = |OSTmax/(QA × MR)|.
In dieser Gleichung repräsentiert OSTmax die minimale Adsorptionsmenge des Drei-Wege-Katalysators 13, d.h. die Sättigungsadsorptionsmenge des Drei-Wege-Ratalysators 13 auf der abgemagerten Seite. Da die maximale Adsorptionsmenge OSTmax in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben wurde, wird sie hier nicht nochmals näher erläutert. Weiterhin bezeichnet MR in der Gleichung eine Materialkonzentration, die einem vorgegebenen angereichertem Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTGR entspricht und einen negativen Wert annimmt, wie in der Karte bzw. Kennlinie gemäß 40 gezeigt ist. Demgemäß repräsentiert in der vorstehend angegebenen Gleichung der Absolutwert des Produkts aus der Materialkonstante MR und der Ansaugluftmenge QA die Menge der Zuführung von CO und HC je Zeitintervall. Weiterhin wird die in der vorstehend angegebenen Gleichung eingesetzte maximale Adsorptionsmenge OSTmax ebenso wie die minimale Adsorptionsmenge OSTmin durch die in den 11 bis 14 gezeigte Adsorptionsmengen-Lernsteuerung erneuert, so daß in der vorstehenden Gleichung der aktuelle Wert dieser Größe eingesetzt wird (in dem Schritt 2318).
Nachfolgend wiederholt das Programm die Schritte 2319 bis 2321, um das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG auf das angereicherte Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTGR solange zu bringen, bis der Wert des Ausführungszählers TE das Anreicherungszeitintervall TFR in dem Schritt 2319 überschritten hat. Wenn das Anreicherungszeitintervall TFR in dem Schritt 2319 verstrichen ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 2322 weiter, bei dem das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 zurückgebracht wird. Demgemäß wird das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG dann, wenn die Ausgangsspannung VOX2AV kontinuierlich und innerhalb des Grenzwerts VLL für die Magerseite während des Magerverbleibzeitintervalls TAL verbleibt, kontinuierlich auf das angereicherte Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTGR für das Anreicherungszeitintervall TFR gesetzt. Demgemäß reagiert in dem Drei-Wege-Katalysator 13 adsorbiertes 02 mit dem in seiner Menge erhöhten CO und HC in dem Abgas, um im wesentlichen vollständig gereinigt zu werden, so daß die Ausgangsspannung VOX2AV rasch auf einen Wert nahe dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 zurückgebracht werden kann.
Wie bei dem sechsten Ausführungsbeispiel wird das in dieser Weise gewonnene Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG in dem Schritt 104 in 3 zur Gewinnung des Korrekturkoeffizienten FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis eingesetzt. Weiterhin wird die Brennstoffeinspritzmenge TAU auf der Basis des in dieser Weise erhaltenen Korrekturkoeffizienten FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis in dem Schritt 105 gebildet, um die mit Hilfe des Brennstoffeinspritzventils zugeführte aktuelle Brennstoffeinspritzmenge zu steuern.
Wenn der Drei-Wege-Katalysator 13 bei diesem Ausführungsbeispiel gesättigt ist, werden im wesentlichen alle in dem Drei-Wege-Katalysator 13 adsorbierten schädlichen Komponenten gleichzeitig unter Heranziehung der Sättigungsadsorptionsmenge, d.h. der minimalen oder maximalen Adsorptionsmenge OSTmin, OSTmax, der abgemagerten oder angereicherten Luft/Brennstoff-Sollverhältnisse λTGL, λTGR und dem Abmagerungs- oder Anreicherungszeitintervall TFL, TFR gereinigt, so daß die Adsorptionskapazität des Drei-Wege-Katalysators 13 rasch in den neutralen Zustand zurückgebracht werden kann.
Weiterhin kann bei diesem Ausführungsbeispiel die Ausgangsspannung VOX2AV, die mit Hilfe der Mittelwertbildungsroutine gemäß 30 einer Durchschnittsbildung unterzogen wurde, bei der Adsorptionsmengen-Lernsteuerung gemäß den 11 bis 14 eingesetzt werden.
Nachstehend wird ein achtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher beschrieben.
Das achte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen hinsichtlich der Art der Gewinnung des Korrekturkoeffizienten FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis.
Die nachstehende Beschreibung bezieht sich hauptsächlich auf die Unterschiede gegenüber den vorstehend diskutierten Ausführungsbeispielen.
In 41 ist ein Ablaufdiagramm eines durch die Zentraleinheit 32 abzuarbeitenden Programms für die Gewinnung der Brennstoffeinspritzmenge in Übereinstimmung mit dem achten Ausführungsbeispiel gezeigt. 42 zeigt ein Ablaufdiagramm einer durch die Zentraleinheit 32 durchzuführenden Einstellroutine für die Vergleichsspannungsfestlegung gemäß dem achten Ausführungsbeispiel.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist anstelle des Sensors 26 ein O₂-Sensor 41 stromauf des Drei-Wege-Katalysators 13 angeordnet, wie dies in 1 gezeigt ist. Nachstehend wird der O₂-Sensor 41 als der "stromauf befindliche O₂- Sensor 41" bezeichnet, während der O₂-Sensors 27 als der "stromab befindliche O₂-Sensors 27" bezeichnet wird, um eine klare Unterscheidung zwischen diesen zu treffen.
Gemäß 41 wird in einem Schritt 1401 die Basis-Brennstoffeinspritzmenge Tp in derselben Weise wie in dem Schritt 101 in 3 bestimmt. In einem nachfolgenden Schritt 1402 wird überprüft, ob die Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ aktiviert ist, und zwar in derselben Weise wie in dem Schritt 102 in 3. Wenn in dem Schritt 1402 ermittelt wird, daß der Regelbetrieb aktiviert ist, läuft das Programm zu einem Schritt 1403 weiter, bei dem die in 42 gezeigte Einstellroutine für die Festlegung der Vergleichsspannung durchgeführt wird.
Gemäß 42 wird in einem Schritt 1501 ermittelt, ob die Ausgangsspannung VOX2 des stromab befindlichen O₂-Sensors 27 größer (angereichert) oder niedriger (abgemagert) als 0,45 V ist. Falls die Antwort in dem Schritt 1501 "niedriger (magerer)" lautet, geht das Programm zu einem Schritt 1502 über, bei dem überprüft wird, ob die Ausgangsspannung VOX2 beim letzten Durchlauf dieser Routine auf der mageren Seite lag. Falls die Antwort in dem Schritt 1502 positiv ist, geht das Programm zu einem Schritt 1503 weiter, bei dem in dem Direktzugriffsspeicher 34 "mager" als Polarität des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ stromab des Drei-Wege-Katalysators 13 gespeichert wird, und wird dann beendet. Falls andererseits in dem Schritt 1502 erkannt wird, daß die Ausgangsspannung VOX2 bei dem letzten Durchlauf dieser Routine auf der angereicherten Seite lag, geht das Programm zu einem Schritt 1504 über, bei dem eine Vergleichsspannung VOX1LE auf VR festgelegt wird, wobei VR eine voreingestellte Spannung für die Anreicherungsseite ist. Demgemäß wird die Vergleichsspannung VOX1LE auf die angereicherte Seite festgelegt. Nachfolgend wird in dem Direktzugriffsspeicher 34 in dem Schritt 1503 "mager" gespeichert.
Falls andererseits die Antwort in dem Schritt 1501 "höher "(angereichert)" lautet, geht das Programm zu einem Schritt 1505 über, bei dem überprüft wird, ob die Ausgangsspannung VOX2 beim letzten Durchlauf dieser Routine auf der angereicherten Seite lag. Falls die Antwort in dem Schritt 1505 positiv ist, geht das Programm zu dem Schritt 1503 weiter, bei dem in dem Direktzugriffsspeicher 34" angereichert" gespeichert wird. Falls andererseits in dem Schritt 1505 erkannt wird, daß die Ausgangsspannung VOX2 bei dem letzten Durchlauf dieser Routine auf der mageren Seite lag, geht das Programm zu einem Schritt 1506 weiter, bei dem die Vergleichsspannung VOX1LE auf VL festgelegt wird, wobei VL eine voreingestellte Spannung für die magere Seite ist. Demgemäß wird die Vergleichsspannung VOX1LE auf die magere Seite festgelegt, Danach wird in dem Direktzugriffsspeicher 34 in dem Schritt 1503 "angereichert" gespeichert.
Falls demgemäß, wie in 43 gezeigt ist, die Ausgangsspannung VOX2 zwischen "angereichert" und "mager" gewechselt hat, wird die Vergleichsspannung VOX1LE auf eine Seite, die der Richtung der Inversion bzw. des Wechsels entgegengesetzt ist, in dem Schritt 1504 oder 1506 festgelegt. Wie aus 43 ersichtlich ist, sind die Spannung VR für die Anreicherungsseite und die Spannung VL für die magere Seite bezüglich des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ = 1 in gleich großen Abständen festgelegt. Weiterhin ist das Intervall zwischen den Spannungen VR und VL für die Anreicherungsseite und die magere Seite auf einen Wert festgelegt, der kleiner ist als der Erfassungsbereich des stromauf befindlichen O₂-Sensors 41 für das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ.
Es wird nun erneut auf 41 Bezug genommen. Das Programm schreitet nun zu einem Schritt 1404 weiter, bei dem überprüft wird, ob die Ausgangsspannung VOX1 des stromauf befindlichen O₂-Sensors 41 kleiner ist als die Vergleichsspannung VOX1LE, die durch die Routine gemäß 41 festgelegt wurde. Falls die Antwort in dem Schritt 1404 bejahend ist, d.h. falls die Ausgangsspannung VOX1 bezüglich der Vergleichsspannung VOX1LE abgemagert ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 1405 weiter, bei dem überprüft wird, ob die Ausgangsspannung VOX1 bei dem letzten Durchlauf dieser Routine "mager" relativ zu der Vergleichsspannung VOX1LE war. Falls die Antwort in dem Schritt 1405 bejahend ist, wird der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis in einem Schritt 1406 um einen integralen Anreicherungsbetrag FIR korrigiert (FAF ← FAF + FIR), so daß der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf einen größeren (angereicherten) Wert korrigiert wird. Dieser integrale Anreicherungswert FIR wird auf einen sehr kleinen Wert festgelegt, so daß der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis sich allmählich auf der Anreicherungsseite vergrößert, wie dies in 43 gezeigt ist. Nachfolgend läuft das Programm zu einem Schritt 1407 weiter, bei dem in dem Direktzugriffsspeicher 34 "mager" als Polarität des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ stromauf des Drei-Wege-Katalysators 13 gespeichert wird. Das Programm geht dann zu einem Schritt 1408 über, bei dem wie in dem Schritt 105 in 3 die Brennstoff-Einspritzmenge TAU auf der Grundlage der Basis-Brennstoff-Einspritzmenge Tp, des Korrekturkoeffizienten FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis und einem weiteren bekannten Korrekturkoeffizienten FALL unter Heranziehung der nachstehenden Gleichung festgelegt wird. TAU = Tp + FAF + FALL
Nach Einstellung der Brennstoff-Einspritzmenge TAU wird diese Routine beendet.
Falls andererseits die Antwort in dem Schritt 1405 lautet, daß die Ausgangsspannung VOX1 relativ zu Vergleichsspannung VOX1LE angereichert war, wird der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis in einem Schritt 1404 um den integralen Anreicherungsbetrag . FIR und einen Anreicherungssprungbetrag FSKR korrigiert (FAF ← FAF + FIR + FSKR), so daß der Korrekturkoeffizient FAF das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf einen größeren (angereicherten) Wert korrigiert wird. Dieser Anreicherungssprungbetrag FSKR wird ausreichend groß im Vergleich zum integralen Anreicherungswert FIR festgelegt. Demgemäß wird der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis, wie in 43 gezeigt, rasch von der mageren Seite zur angereicherten Seite in überspringender Weise erhöht. Nachfolgend läuft das Programm zu dem Schritt 1407 weiter, bei dem in dem Direktzugriffsspeicher 34 "mager" gespeichert wird. Danach wird in dem Schritt 1408 die Brennstoff-Einspritzmenge TAU festgelegt und dann das Programm beendet.
Falls andererseits in dem Schritt 1404 bestimmt wird, daß die Ausgangsspannung VOX1 des stromauf befindlichen O₂-Sensors 41 gleich groß wie oder größer als die Vergleichsspannung VOX1LE ist, d.h. relativ zu der Vergleichsspannung VOX1LE angereichert ist, wird in einem Schritt 1410 überprüft, ob die Ausgangsspannung VOX1 bei dem letzten Durchlauf dieser Routine höher (angereichert) als die Vergleichsspannung VOX1LE war. Falls die Antwort in dem Schritt 1410 "höher (angereichert)" lautet, geht das Programm zu einem Schritt 1411 weiter, bei dem der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis um den integralen Abmagerungsbetrag FIL korrigiert wird (FAF ← FAF-FIL), so daß der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis allmählich auf der mageren Seite abnimmt. Falls andererseits die Antwort in dem Schritt 1410 dahingehend lautet, daß die Ausgangsspannung VOX1 relativ zu der Vergleichsspannung VOX1LE mager war, wird in einem Schritt 1412 der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis um den integralen Abmagerungsbetrag FIL und einen Abmagerungsüberspringungsbetrag bzw. Abmagerungssprungbetrag FSKL korrigiert (FAF ← FAF-FIL-FSKL), so daß der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis rasch in von der angereicherten Seite zur mageren Seite überspringender Weise verringert wird.
Das Programm geht dann von dem Schritt 1411 oder 1412 zu dem Schritt 1407 über, um in dem Direktzugriffsspeicher 34 "angereichert" zu speichern, und läuft dann zu dem Schritt 1408 weiter, um die Brennstoff-Einspritzmenge TAU festzulegen, wonach es beendet wird.
Wie vorstehend beschrieben, wird der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis durch die integralen Beträge FIR, FIL und die Sprungbeträge FSKR, FSKL gesteuert, um bezüglich der Vergleichsspannung VOX1LE zwischen der angereicherten und der mageren Seite zu wechseln. Da die Vergleichsspannung VOX1LE stets auf eine Seite festgelegt wird, die der Richtung der Inversion der Ausgangsspannung VOX2 des stromab befindlichen O₂-Sensors 27 bzw. dem hierdurch wiedergespiegelten Luft/Brennstoff-Verhältnis entgegengesetzt ist, wird der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis gleichfalls auf eine Seite korrigiert, die der Richtung der Inversion der Ausgangsspannung VOX2 entgegengesetzt ist, so daß das stromab auftretende, zur angereicherten oder mageren Seite abweichende Luft/Brennstoff-Verhältnis λ rasch auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ=1 zurückgebracht wird.
Wenn beispielsweise die Vergleichsspannung VOX1LE an den Punkten A und B auf die Anreicherungsseite festgelegt ist, wird der Zeitpunkt, zu dem der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis zu der angereicherten Seite springt, von einem Punkt A'' zu einem Punkt A' vorverlagert und der Zeitpunkt, zu dem der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis zu der mageren Seite springt, von einem Punkt B'' zu einem Punkt B' verzögert. Daher wird der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis insgesamt auf die angereicherte Seite gesteuert, so daß das stromab auftretende, zur mageren Seite hin abgewichene Luft/Brennstoff-Verhältnis λ effektiv zur angereicherten Seite korrigiert wird. Falls andererseits die Vergleichsspannung VOX1LE auf der mageren Seite festgelegt ist, wird der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis im Gegensatz zu den vorstehenden Ausführungen auf die magere Seite gesteuert, so daß das stromab auftretende, zur angereicherten Seite abgewichene Luft/Brennstoff-Verhältnis λ effektiv auf die magere Seite korrigiert wird.
Da weiterhin der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis durch Veränderung der Vergleichsspannung VOX1LE korrigiert wird, schlägt sich die Veränderung der Ausgangsspannung VOX2 des stromab befindlichen O₂-Sensors 27 rasch in dem Korrekturkoeffizienten FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis nieder, was im Gegensatz zu dem eingangs beschriebenen Stand der Technik gemäß 52 steht. Demgemäß wird die Brennstoff-Einspritzmenge TAU mit hoher Empfindlichkeit gegenüber Schwankungen des stromab auftretenden Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ gesteuert. Als Ergebnis schwankt die Ausgangsspannung VOX2 in kurzen Zyklen und mit kleinen Amplituden, bezogen auf 0,45V, so daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ das durch den Drei- Wege-Ratalysator 13 hindurchgelangten Abgases auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ=1 konvergiert.
Es wird nun erneut auf den Schritt 1402 in 41 Bezug genommen. Wenn der Regelbetrieb für das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ nicht aktiviert ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 1413 weiter, bei dem der Korrekturkoeffizient FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf "1" festgelegt wird, und geht dann zu dem Schritt 1408 über.
In dem Schritt 1408 können verschiedene Korrekturkoeffizienten bei der Bestimmung der Brennstoff-Einspritzmenge TAU zusätzlich zur Basis-Brennstoff-Einspritzmenge Tp und dem Korrekturkoeffizienten FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis eingesetzt werden. Beispielsweise kann, wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ein Korrekturkoeffizient ein Multiplikator zum periodischen schwankenden Verändern der Brennstoff-Einspritzmenge TAU für die Erzielung einer Dither-Steuerung sein, oder ein Korrekturkoeffizient, der beispielsweise von der Maschinenkühlwassertemperatur Thw abhängt, kann ein Multiplikator zur Gewinnung der Brennstoff-Einspritzmenge TAU sein.
Nachstehend wird ein neuntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das neunte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem achten Ausführungsbeispiel dahingehend, daß die Vergleichsspannung VOX1LE durch die integrale Steuerung unter Heranziehung der integralen Beträge VIR, VIL und durch die Überspringungssteuerung unter Einsatz der Sprungbeträge VSKR, VSKL korrigiert wird, daß diese integralen Beträge VIR, VIL und die Sprungbeträge VSKR, VSKL in Abhängigkeit von einem Verschlechterungszustand des Drei-Wege-Ratalysators 13 geändert werden, und daß die Vergleichsspannung VOX1LE zu dem Zeitpunkt der Konvergierung des stromab auftretenden Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 gelernt wird.
Die nachstehende Beschreibung bezieht sich hauptsächlich auf die Unterschiede gegenüber dem achten Ausführungsbeispiel.
Die 44 und 45 zeigen einen Ablaufdiagramm für eine durch die Zentraleinheit 32 abzuarbeitende Einstellroutine für die Festlegung der Vergleichsspannung in Übereinstimmung mit dem neunten Ausführungsbeispiel. In 46 ist ein Ablaufdiagramm einer durch die Zentraleinheit 32 durchzuführenden Vergleichsspannungs-Lernroutine in Übereinstimmung mit dem neunten Ausführungsbeispiel dargestellt.
Wenn das Programm zu dem Schritt 1403 in 41 übergeht, wird in einem Schritt 1701 in 44 überprüft, ob die Ausgangsspannung VOX2 des stromab befindlichen O₂-Sensors 27 höher (angereichert) oder niedriger (magerer) als 0,45V ist. Falls "niedriger (mager)" erfaßt wird, werden in einem Schritt 1702 der integrale Anreicherungsbetrag VIR und der Anreicherungssprungbetrag VSKR auf der Basis eines aktuellen Verschlechterungsmaßes oder -zustands des Drei-Wege-Ratalysators 13 unter Heranziehung einer in dem Festwertspeicher 33 vorab gespeicherten Karte bzw. Kennlinie gewonnen bzw. festgelegt. Da bei diesem Ausführungsbeispiel der stromauf befindliche O₂-Sensor 41 anstelle des Sensors 26 eingesetzt wird, können im Unterschied zu dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel keine spezifischen Werte für die maximale und die minimale Adsorptionsmenge OSTmax, OSTmin auf der Basis des überwachten bzw. erfaßten Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ stromauf des Drei-Wege-Katalysators 13 erhalten werden. Daher wird bei diesem Ausführungsbeispiel der Verschlechterungszustand des Drei-Wege-Katalysators 13 unter Heranziehung beispielsweise der Ermittlungsverfahren erfaßt, die in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 61-286550 oder Nr. 3-253714 offenbart sind. Wie in 47 gezeigt ist, werden der integrale Anreicherungsbetrag VIR und der Anreicherungssprungbetrag VSKR mit fortschreitender Verschlechterung auf einen kleineren Wert festgelegt.
Anschließend schreitet das Programm zu einem Schritt 1703 weiter, bei dem ermittelt wird, ob die Ausgangsspannung VOX2 auf der mageren Seite liegt bzw. lag. Falls die Antwort positiv ist, wird in einem Schritt 1704 eine Basis-Vergleichsspannung VS um den integralen Betrag VIR (VS ← VS + VIR) und somit zur angereicherten Seite korrigiert. Das Programm schreitet dann zu den Schritten 1705 und 1706 weiter, bei denen die Basis-Vergleichsspannung VS durch einen Grenzwert VRmax für die Anreicherungsseite geschützt bzw. begrenzt wird. Anschließend wird in einem Schritt 1707 in 45 in dem Direktzugriffsspeicher 34 "mager" als Polarität des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ stromab des Drei-Wege-Katalysators 13 eingespeichert. Nachfolgend wird in einem Schritt 1708 ein aktueller Maschinenbetriebszustand erfaßt und in einem Schritt 1709 ein gelernter Wert bzw. Lernwert VKG entsprechend dem erfaßten Maschinenbetriebsbereich aus dem Unterstützungs-Direktzugriffsspeicher 35 ausgelesen, in dem der Lernwert VKG jeweils für jeden Maschinenbetriebsbereich gespeichert ist. Das Programm schreitet dann zu einem Schritt 1710 weiter, bei dem die Vergleichsspannung VOX1LE auf der Grundlage der Basis-Vergleichsspannung VS und der Lernwerts VKG erhalten wird (VOX1LE ← VS+VKG), und wird dann beendet.
Der Maschinenbetriebsbereich wird beispielsweise auf der Basis der Ansaugluftmenge QA, des Drosselöffnungsgrads TH und der Fahrzeuggeschwindigkeit festgelegt, wie in 20 gezeigt ist, und der Lernwert VKG wird für jeden Maschinenbetriebsbereich durch Durchführung der Vergleichsspannungs-Lernroutine gemäß 46 gelernt bzw. ermittelt.
Es wird nun erneut auf den Schritt 1703 Bezug genommen. Wenn sich die Ausgangsspannung VOX2 bei dem letzten Durchlauf der Routine auf der angereicherten Seite befand, schreitet das Programm zu einem Schritt 1711 weiter, bei dem ein aktueller Wert der Basis-Vergleichsspannung VS in dem Direktzugriffsspeicher 34 gespeichert wird. Danach wird die Basis-Vergleichsspannung VS in einen Schritt 1712 um den integralen Anreicherungsvertrag VIR und den Anreicherungssprungbetrag VSRR (VS ← VS + VIR + VSKR) und somit zu der angereicherten Seite korrigiert. Mittels der Schritte 1713 und 1714 wird die Basis-Vergleichsspannung VS durch den Grenzwert VRmax für die Anreicherungsseite geschützt bzw. begrenzt. Nachfolgend wird in einem Schritt 1715 ein Sprunganzahlzähler CSRIP um "1" erhöht. Der Sprunganzahlzähler CSRIP zählt die Anzahl von Sprung- bzw. Überspringungskorrekturen. Danach wird in einem Schritt 1716 eine mittlere Spannung VSAV durch Mittelwertbildung der Basis-Vergleichsspannung VS, die in dem Schritt 1711 in dem Direktzugriffsspeicher 34 gespeichert wurde, und der Basis-Vergleichsspannung VS, die bei den Schritten 1712 bis 1714 erhalten wurde, gebildet. Danach werden die Schritte 1707 bis 1710 in der vorstehend beschriebenen Weise durchgeführt.
Erneut bezugnehmend auf den Schritt 1701 wird dann, wenn die Ausgangsspannung VOX2 auf der angereicherten Seite liegt, in einem Schritt 1717 der integrale Abmagerungsbetrag VIL und der Abmagerungssprungbetrag VSKL auf der Grundlage der Karte bzw. Kennlinie gemäß 47 ermittelt. Wenn nachfolgend in einem Schritt 1718 erfaßt wird, daß die Ausgangsspannung VOX2 bei dem letzten Durchlauf dieser Routine auf der angereicherten Seite lag, geht das Programm zu einem Schritt 1719 über, bei dem die Basis-Vergleichsspannung VS durch den integralen Abmagerungsbetrag VIL (VS ← VS – VIL) und damit zu der mageren Seite korrigiert wird. Durch Schritte 1720 und 1721 wird die Basis-Vergleichsspannung VS durch einen Grenzwert VLmax für die magere Seite geschützt bzw. begrenzt. Das Programm geht dann zu dem Schritt 1707 über, in dem in dem Direktzugriffsspeicher 34 "angereichert" gespeichert wird, und läuft dann zu den Schritten 1708 bis 1710 weiter.
Falls andererseits in dem Schritt 1718 ermittelt wird, daß sich die Ausgangsspannung VOX2 bei dem letzten Durchlauf dieser Routine auf der mageren Seite befand, wird in einem Schritt 1722 der aktuelle Wert der Basis-Vergleichsspannung VS in dem Direktzugriffsspeicher 34 gespeichert. Nachfolgend wird die Basis-Vergleichsspannung VS in einem Schritt 1723 durch den integralen Abmagerungsbetrag VIL und den Abmagerungssprungbetrag VSKL (VS ← VS – VIL – VSKL) und somit zu der mageren Seite korrigiert. Mittels der Schritte 1724 und 1725 wird die Basis-Vergleichsspannung VS durch den Grenzwert VLmax für die Magerseite geschützt bzw. begrenzt. Dann wird der Sprunganzahlzähler CSKIP in einem Schritt 1726 um "1" erhöht. Anschließend wird in einem Schritt 1727 die mittlere Spannung VSAV durch Mittelwertbildung der in dem Direktzugriffsspeicher 34 im Schritt 1722 gespeicherten Basis-Vergleichsspannung VS und der in Schritten 1723 bis 1725 erhaltenen Basis-Vergleichsspannung VS gebildet. Das Programm geht dann zu dem Schritt 1707, in den in Direktzugriffsspeicher 34 "angereichert" gespeichert wird, und dann weiter zu den Schritten 1708 bis 1710 über.
Es wird nun auf 46 Bezug genommen. Die in dieser Fig. gezeigte Vergleichsspannungs-Lernroutine ist dieselbe wie die in 17 gezeigte Lernroutine für das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis, mit Ausnahme des Schrittes 1801, der den Schritt 1007 in 17 ersetzt. Wenn hierbei in den Schritten 1005 und 1006 erfaßt wird, daß die Sprunganzahl je Zeiteinheit groß ist, wird der Lernwert VKG für den entsprechenden Maschinenbetriebsbereich in dem Schritt 1801 unter Heranziehung der aktuell in dem Schritt 1716 oder 1727 in 44 erhaltenen mittleren Spannung VSAV erneuert (VKG ← VKG + VSAV – 0,45).
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird bei diesem Ausführungsbeispiel nicht nur wie beim sechsten Ausführungsbeispiel die Überspringungssteuerung der Vergleichsspannung VOX1LE bei einer Inversion der Ausgangsspannung VOX2 durchgeführt, sondern auch eine integrale Steuerung der Vergleichsspannung VOX1LE mit Hilfe der integralen Beträge VIR, VIL vorgenommen, wenn die Ausgangsspannung VOX2 kontinuierlich zur angereicherten Seite oder zur mageren Seite abweicht, wie dies durch eine strichpunktierte Linie mit jeweils zwei Punkten in 48 gezeigt ist.
Falls demgemäß die Vergleichsspannung VOX1LE in einer Richtung umgekehrt zu derjenigen der Abweichung der Ausgangsspannung VOX2 selbst dann, wenn keine Inversion der Vergleichsspannung VOX1LE auftritt, erhöht wird, wird das stromab auftretende Luft/Brennstoff-Verhältnis λ noch zuverlässiger auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 konvergiert. 48 zeigt weiterhin die Basis-Vergleichsspannung VS, die durch den Grenzwert VRmax für die Anreicherungsseite begrenzt wird.
Da weiterhin die integralen Beträge VIR, VIL und die Sprungbeträge VSKR, VSKL derart erhalten bzw. festgelegt werden, daß sie mit fortschreitendem Verschlechterungsgrad des Drei-Wege-Katalysators 13 kleiner werden, wird eine Veränderungsbreite der Vergleichsspannung VOX1LE verringert. Demgemäß wird auch eine Veränderungsbreite des Korrekturkoeffizienten FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis verringert, so daß die bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine übermäßige Korrektur über die Adsorptionsgrenze des Drei-Wege-Katalysators 13 hinausgehend effektiv verhindert wird.
Weiterhin werden, wie vorstehend beschrieben, die Basis-Gleichspannungen VS zum Zeitpunkt der Konvergenz des stromab auftretenden Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 für jeden Maschinenbetriebsbereich lernt bzw. adaptiv festgelegt, um den Lernwert VKG zu erneuern, und dieser erneuerte Lernwert VKG beeinflußt die Vergleichsspannung VOX1LE. Wenn sich, wie in 48 gezeigt, die Ansaugluftmenge QA zur Veränderung des Maschinenbetriebsbereichs erhöht, wird hierbei der entsprechende Lernwert VKG für die Anreicherungsseite ausgelesen, um die Vergleichsspannung VOX1LE unmittelbar in Richtung zur angereicherten Seite zu korrigieren. Demgemäß wird eine Korrekturverzögerung, die andernfalls durch den Wechsel des Maschinenbetriebsbereichs hervorgerufen würde, effektiv verhindert und der Drei-Wege-Katalysator 13 in dem neutralen Zustand erhalten, wie dies auch bei dem vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel der Fall ist.
Nachstehend wird ein zehntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher beschrieben.
Das zehnte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom achten Ausführungsbeispiel dahingehend, daß ein Korrekturkoeffizient FAFR für das stromab auftretende Luft/Brennstoff-Verhältnis entsprechend der Vergleichsspannung VOX1LE eingestellt wird und daß dieser Korrekturkoeffizient FAFR die Gewinnung der Brennstoffeinspritzmenge TAU beeinflußt.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich hauptsächlich auf die Unterschiede gegenüber dem achten Ausführungsbeispiel.
49 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Vergleichsspannung-Einstellroutine, die durch die Zentraleinheit 32 durchzuführen ist und in Übereinstimmung mit dem zehnten Ausführungsbeispiel steht.
Die Routine gemäß 49 ist dieselbe wie die Vergleichsspannungs-Einstellroutine gemäß 42 mit Ausnahme der Schritte 1901 und 1902, die die Schritte 1504 und 1506 in 42 ersetzen. Wenn demgemäß die Ausgangsspannung VOX2 vom angereichertem zum abgemagerten Zustand invertiert bzw. gewechselt hat und dies in dem Schritt 1502 erfaßt wurde, schreitet das Programm zu dem Schritt 1901 weiter, bei dem die Vergleichsspannung VOX1LE auf die voreingestellte Spannung VR für die Anreicherungsseite und somit bezüglich des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ = 1 auf die angereicherte Seite festgelegt wird. Weiterhin wird in dem Schritt 1901 der Korrekturkoeffizient FAFR für das stromab auftretende Luft/Brennstoff-Verhältnis zur angereicherten Seite korrigiert (FAFR ← 1 + α, wobei α einen Versetzungsbetrag bezeichnet). Im Gegensatz hierzu läuft das Programm dann, wenn die Ausgangsspannung VOX2 gemäß der Bestimmung in dem Schritt 1505 von dem abgemagerten zum angereicherten Zustand gewechselt hat, zu dem Schritt 1902 weiter, bei dem die Vergleichsspannung VOX1LE auf die voreingestellte Spannung VL für die Magerseite und somit auf die magere Seite festgelegt und weiterhin der Korrekturkoeffizient FAFR für das stromab auftretende Luft/Brennstoff-Verhältnis zur mageren Seite korrigiert wird (FAFR ← 1 – α).
Der Korrekturkoeffizient FAFR für das stromab auftretende Luft/Brennstoff-Verhältnis wird in dem Schritt 1408 in 41 zur Bestimmung der Brennstoffeinspritzmenge TAU auf der Basis der nachstehenden Gleichung eingesetzt: TAU = Tp + FAF + FAFR + FALL.
Wie in 50 gezeigt ist, wird der Versetzungsbetrag α derart vorab festgelegt, daß er einer Potentialdifferenz β zwischen der voreingestellten Spannung VR für die Anreicherungsseite (der voreingestellten Spannung VL für die abgemagerte Seite) und dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 entspricht (β = VR – (λ = 1) = (λ = 1) – VL). Im einzelnen ist die Beziehung zwischen der Potentialdifferenz β und dem Versetzungsbetrag α derart definiert, daß dann, wenn die Brennstoffeinspritzmenge TAU mit Hilfe des Korrekturkoeffizienten FAFR für das stromab auftretende Luft/Brennstoff-Verhältnis, der auf der Grundlage des Versetzungsbetrags α erhalten wurde, zur angereicherten oder abgemagerten Seite korrigiert wird, die Ausgangsspannung VOX1 des stromauf befindlichen O₂-Sensors 41 um die Größe der Potentialdifferenz in derselben Richtung wie diejenige der Korrektur der Brennstoffeinspritzmenge TAU variiert. Weiterhin ist, wie in 51 gezeigt ist, die Größe der Potentialdifferenz β (= Versetzungsbetrag bzw. Versetzungsgröße α) kleiner als der Erfassungsbereich des stromauf befindlichen O₂-Sensors 41 (der Erfassungsbereich des Luft/Brennstoff-Verhältnis λ bei Linearisierung der Ausgangsspannung VOX1) bezüglich des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ = 1, als bzw. wie die voreingestellte Spannung VR für die Anreicherungsseite und die voreingestellte Spannung VL für die Magerseite bei dem sechsten Ausführungsbeispiel, festgelegt.
Wie zuvor beschrieben, tritt gemäß 43 bei dem achten Ausführungsbeispiel dann, wenn die Ausgangsspannung VOX2 an einem Punkt A invertiert bzw. einen Wechsel des Gemischzustands signalisiert, eine Beeinflussung des Korrekturkoeffizienten FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis durch diesen Wechsel in einem Punkt A' auf, so daß eine Verzögerung vom Punkt A bis zu dem Punkt A' vorhanden ist. Andererseits ist aus 50 klar ersichtlich, daß die Inversion der Ausgangsspannung VOX2 die Brennstoffeinspritzmenge TAU direkt vor der auf der Vergleichsspannung VOX1LE basierenden Rückkopplungsregelung beeinflußt, und zwar aufgrund des Einsatzes des Korrekturkoeffizienten FAFR für das stromab auftretende Luft/Brennstoff-Verhältnis. Demgemäß ist die Ansprechcharakteristik der Steuerung der Brennstoffeinspritzmenge TAU bezüglich der Schwankungen des stromab auftretenden Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ noch weiter verbessert, so daß das stromab auftretende Luft/Brennstoff-Verhältnis λ noch zuverlässiger auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 konvergiert bzw. gebracht werden kann.
Wenn demgemäß das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ stromab des Drei-Wege-Katalysators 13 bei dem zehnten Ausführungsbeispiel zwischen angereichert und mager wechselt, wird die Vergleichsspannung VOX1LE auf eine Seite eingestellt, die der Richtung des Wechsels des stromab auftretenden Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ entgegengesetzt ist, und zwar unter Heranziehung der voreingestellten Spannung VR für die Anreicherungsseite oder der voreingestellten Spannung VL für die Magerseite, und gleichzeitig wird der Korrekturkoeffizient FAFR für das stromab auftretende Luft/Brennstoff-Verhältnis in derselben Richtung wie die Vergleichsspannung VOX1LE festgelegt, um die Brennstoffeinspritzmenge TAU zu korrigieren.
Weiterhin wird bei dem zehnten Ausführungsbeispiel der Korrekturkoeffizient FAFR für das stromab auftretende Luft/Brennstoff-Verhältnis in derselben Richtung wie die Vergleichsspannung VOX1LE und mittels des Versetzungsbetrags α, der im wesentlichen gleich groß ist wie die Größe der Vergleichsspannung VOX1LE auf der vorstehend angegebenen entgegengesetzten Seite oder dieser entspricht, korrigiert, um die Brennstoffeinspritzmenge TAU derart zu korrigieren, daß dasselbe Ergebnis wie bei der auf der Vergleichsspannung VOX1LE basierende Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung, jedoch früher als dieses, erhalten wird.
Es versteht sich, daß vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele und Abänderungen beschränkt ist und daß verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne den Gehalt und Rahmen vorliegender Erfindung zu verlassen. Der auch in den Ansprüchen verwendete Ausdruck "Luft/Brennstoff-Verhältnis" ist hierbei so breit wie möglich zu interpretieren.
Beispielsweise werden bei dem vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispiel die Anreicherungs- und Abmagerungssprungbeträge λSKR, λSKL jeweils in Abhängigkeit von einer Abnahme der absoluten Werte der minimalen und maximalen Adsorptionsmengen OSTmin, OSTmax des Drei-Wege-Katalysators 13 unter Heranziehung der in dem Festwertspeicher 33 gespeicherten Karte bzw. Kennlinie bzw. Tabelle jeweils verringert. Jedoch können diese Sprungbeträge λSKR, λSKL auch auf feste Werte festgelegt sein.
Weiterhin wird bei den vorstehend beschriebenen ersten bis siebten Ausführungsbeispielen das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG, das bei der Wechselsprungsteuerung, der Reinigungssteuerung oder der Sättigungssprungsteuerung bzw. Sättigungsüberspringungssteuerung erhalten wird, direkt zur Bildung des Korrekturkoeffizienten FAF für das Luft/Brennstoff-Verhältnis herangezogen. Jedoch kann beispielsweise wie bei dem Luft/Brennstoff-Verhältnis- Steuersystem, das in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 3-185 244 offenbart ist, eine sogenannte Zitter- bzw. Dither-Steuerung durchgeführt werden, um das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTG periodisch bezüglich des erhaltenen Werts schwanken zu lassen.
Weiterhin werden bei dem vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel die integralen Beträge bzw. Mengen λIR, λIL und die Sprungbeträge λSKR, λSKL in Abhängigkeit von einer Veränderung der Ansaugluftmenge QA variiert, während bei dem vorstehend beschriebenen fünften Ausführungsbeispiel der integrale Betrag bzw. die integrale Größe λI und der Sprungbetrag bzw. die Sprunggröße λSK in Abhängigkeit von einer Veränderung der Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors 27 verändert werden. Jedoch ist es nicht notwendig, beide Werte zu variieren. Dementsprechend kann auch einer bzw. eine Gruppe aus den integralen Beträgen λIR, λIL, λI und den Sprungbeträgen λSKR, λSKL, λ SK in Abhängigkeit von einer Veränderung der Ansaugluftmenge QA oder der Ausgangsspannung VOX2 verändert werden, während die Werte der jeweils anderen Gruppe unverändert bleiben.
Weiterhin sind der Magersprungbetrag ΔλLH und der Anreicherungssprungbetrag ΔλRH zur Korrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnis λTGses λTG in sprungförmiger bzw. überspringender Weise beim vorstehend beschriebenen sechsten Ausführungsbeispiel fest eingestellt. Jedoch können diese Beträge auch in Abhängigkeit beispielsweise von der Größe des Luft/Brennstoff-Verhältnisses λ entsprechend der Ausgangsspannung VOX2AV des O₂-Sensors 27 verändert werden. In diesem Fall werden die Abmagerungs- und Anreicherungssprungbeträge ΔλLH, ΔλRH bei Annäherung der Ausgangsspannung VOX2AV an die dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis λ = 1 entsprechende Ausgangsspannung auf kleineren Wert festgelegt.
Weiterhin wird bei dem vorstehend angegebenen zehnten Ausführungsbeispiel der Versetzungsbetrag bzw. die Versetzungsgröße α des Korrekturkoeffizient FAFR für das stromab auftretende Luft/Brennstoff-Verhältnis so bestimmt, daß es einer Größe (Potentialdifferenz β) der Vergleichsspannung VOX1LE entspricht. Jedoch ist es nicht notwendigerweise erforderlich, eine derartige Entsprechung bereitzustellen bzw. einzuhalten. Demgemäß kann der Versetzungsbetrag α auch auf einen anderen Wert als die Größe (Potentialdifferenz β) der Vergleichsspannung VOX1LE eingestellt werden, solange der Korrekturkoeffizient FAFR für das stromab auftretende Luft/Brennstoff-Verhältnis in derselben Richtung wie die Einstellung der Vergleichsspannung VOX1LE korrigiert wird.
Bei dem beschriebenen Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine sind somit zwei Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensoren vorhanden, von denen einer stromauf eines katalytischen Wandlers und der andere stromab des katalytischen Wandlers angeordnet ist. Wenn das Ausgangssignal des stromab befindlichen Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensors einen Wechsel zwischen dem Anreicherungszustand und dem Magerzustand signalisiert, wird das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis um einen Sprungbetrag in einer zur Richtung des Wechsels entgegengesetzten Richtung korrigiert. Wenn andererseits kein Wechsel auftritt, wird das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis durch einen integralen Betrag bzw. Einheitsbetrag in einer zur Richtung der Abweichung des Ausgangssignals des stromab befindlichen Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensors entgegengesetzten Richtung korrigiert. Die Brennstoffeinspritzmenge wird auf der Basis des Unterschieds zwischen dem Luft/Brennstoff-Sollverhältnis und einem Ausgangssignal des stromauf befindlichen Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensors ermittelt. Zur Veränderung des Sprungbetrags und des integralen Betrags können ein Maschinenbetriebszustand, das Ausgangssignal des stromab befindlichen Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensors oder der Grad der Verschlechterung des Katalysators herangezogen werden.

Claims

Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine, mit einer stromauf befindlichen Luft/Brennstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung (26), die stromauf eines katalytischen Wandlers (13) in einer Abgaspassage (12) der Maschine (1) angeordnet ist und zum Erfassen eines ersten Luft/Brennstoffverhältnisses eines Luft/Brennstoff-Gemisches auf der Basis eines Abgases stromauf des katalytischen Wandlers (13) dient, einer stromab angeordneten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung (27), die stromab des katalytischen Wandlers (13) angeordnet ist und zum Erfassen eines zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Luft/Brennstoff-Gemisches auf der Grundlage des durch den katalytischen Wandlers (13) hindurchgeleiteten Abgases dient, einer Luft/Brennstoff-Sollverhältnis-Einstelleinrichtung (31) zum Korrigieren eines Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses in einer Richtung entgegengesetzt zu der durch die Inversionsrichtung-Bestimmungseinrichtung erfaßten Richtung des Wechsels, wobei die Luft/Brennstoff-Sollverhältnis-Einstelleinrichtung das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis um einen gegebenen Sprungbetrag in sprungförmiger bzw. überspringender weise korrigiert, und einer Brennstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Brennstoffeinspritzmenge eines Brennstoffeinspritzventils mit einer gegebenen Erneuerungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einem Unterschied zwischen dem ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis und dem Luftbrennstoff-Sollverhältnis, gekennzeichnet durch eine Inversionsrichtungs- bzw. Wechselrichtungs-Bestimmungseinrichtung zur Erfassung einer Richtung der Inversion bzw. des Wechsels des zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnisses, wenn das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis zwi schen "angereichert" und "mager" bezüglich eines gegebenen Luft/Brennstoff-Verhältnisses gewechselt hat.
Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gegebene Luft/Brennstoff-Verhältnis ein stöchiometrisches Luft/Brennstoff-Verhältnis repräsentiert.
Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft/Brennstoff-Sollverhältnis-Einstelleinrichtung das Luft/Brennstoff-Sollverhältnis um einen gegebenen bzw. vorgegebenen integralen Betrag in. einer Richtung entgegengesetzt zu der Abweichung des zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnisses bezüglich des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses korrigiert, wenn keine Inversion bzw. kein Wechsel des zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnisses vorliegt, wobei der integrale Betrag kleiner ist als der Sprungbetrag.
Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (31) zur Erfassung eines Verschlechterungszustands des katalytischen Wandlers vorhanden ist und daß die Luft/Brennstoff-Sollverhältnis-Einstelleinrichtung den Sprungbetrag bei fortschreitender Verschlechterung des katalytischen Wandlers (13) verringert.
Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft/Brennstoff-Sollverhältnis-Einstelleinrichtung eine Einrichtung zum Lernen (bzw. adaptiven Festlegen) des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses für jeden vorgegebenen Maschinenbetriebszustand zu einem jeweiligen Zeitpunkt, zu dem das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis nahe bei dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis konvergiert ist bzw. liegt, um einen Lernwert festzulegen, und eine Einrichtung zur Bestimmung eines der vorab festgelegten Maschinenbetriebsbereiche zur Auswahl eines entsprechenden aus den Lernwerten und zur Korrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses auf der Grundlage des ausgewählten Lernwerts aufweist.
Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft/Brennstoff-Sollverhältnis-Einstelleinrichtung eine Einrichtung zur Erfassung eines Maschinenbetriebszustands und eine Einrichtung zum Korrigieren des Sprungbetrags in Abhängigkeit von dem erfaßten Maschinenbetriebszustand umfaßt.
Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft/Brennstoff-Sollverhältnis-Einstelleinrichtung eine Einrichtung zur Erfassung eines Maschinenbetriebszustands und eine Einrichtung zum Korrigieren des integralen Betrags in Abhängigkeit von dem erfaßten Maschinenbetriebszustand aufweist.
Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft/Brennstoff-Sollverhältnis-Einstelleinrichtung den Sprungbetrag vergrößert, wenn sich das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis vom stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis entfernt.
Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft/Brennstoff-Sollverhältnis-Einstelleinrichtung den integralen Betrag vergrößert, wenn sich das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis vom stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis entfernt.
Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gegebene Luft/Brennstoff-Verhältnis einen Steuersollwert repräsentiert und daß eine Einrichtung zur Erfassung eines Maschinenbetriebszustands zur Veränderung des Steuersollwerts in Abhängigkeit von dem erfaßten Maschinenbetriebszustand vorhanden ist.
Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersollwert auf der Basis eines Zustands des Abgases bestimmt ist.
Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersollwert bei einer Beschleunigung oder bei einem Betrieb mit hoher Last bzw. Belastung auf einen angereicherten Wert bezüglich des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses, bei einer Verzögerung oder einem Leerlaufzustand auf einen mageren wert bezüglich des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses, und bei anderen Maschinenbetriebszuständen auf das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis gelegt wird.
Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft/Brennstoff-Sollverhältnis-Einstelleinrichtung auf der Basis des zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnisses und in Abhängigkeit von der durch die Inversionsrichtungs-Bestimmungseinrichtung bestimmten Richtung des Wechsels erfaßt, ob der katalytische Wandler (13) gesättigt ist, und daß die Luft/Brennstoff-Sollverhältnis-Einstelleinrichtung die Korrektur des Luft/Brennstoff-Sollverhältnisses durchführt, wenn eine Sättigung des katalytischen Wandlers bestimmt wird.