DE4335560A1 - Regler für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis bei einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Regler für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis bei einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Regler für das Luft-Kraftstoff-
Verhältnis bei einer Brennkraftmaschine, welcher Regler auf die
Ausgangssignale zweier Sauerstoffsensoren (Lambdasonden) anspricht,
die im Abgassystem der Brennkraftmaschine (im folgenden als "Motor"
bezeichnet) angeordnet sind. Die Erfindung bezieht sich insbesondere
auf einen Regler für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, der betrieben
wird, um eine korrekte Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
(auch Lambda-Regelung genannt) auszuführen ausgehend vom Ausgangssignal
eines auf der Abströmseite eines Abgasreinigers gelegenen
Sauerstoffsensors, um dadurch die Abgas-Reinigungsleistung eines
Motors zu verbessern.
Aus der japanischen Patent-OS 64-53043 kennt man einen Regler für
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom sogenannten Typ mit zwei
Sauerstoffsensoren, also vom Doppelsensortyp. Diese Regelanordnung
dient dazu, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-
Gemischs zu regeln, das einem Motor entsprechend den Ausgangssignalen
von zwei Sauerstoffsensoren zugeführt wird, welche Sensoren auf der
Zuströmseite bzw. auf der Abströmseite eines Abgasreinigers angeordnet
sind, z. B. eines Dreiwegekatalysators, welcher in einer Auspuffleitung
des Motors angeordnet ist. Bei einem derartigen Regler wird das Luft-
Kraftstoff-Verhältnis auf mager eingestellt, falls ein Ausgangssignal
des Sauerstoffsensors auf der Zuströmseite des Dreiwegekatalysators
(nachfolgend als "der vordere O2-Sensor" bezeichnet) größer ist als
ein erster Bezugs-Diskriminantenwert. Dagegen wird das Luft-Kraftstoff-
Verhältnis auf fett eingestellt, wenn das Ausgangssignal des vorderen
O2-Sensors kleiner ist als der erste Bezugs-Diskriminantenwert.
Zudem wird der erste Bezugs-Diskriminantenwert durch eine Rückführung
auf einen Wert korrigiert, der es z. B. gestattet, eine optimale
Abgascharakteristik zu erhalten, entsprechend der Abweichung des
Ausgangssignals des auf der Abströmseite des Dreiwegekatalysator
gelegenen Sauerstoffsensors (nachfolgend "der hintere O2-Sensor"
genannt) von einem zweiten Bezugs-Diskriminantenwert.
Zusätzlich zum erwähnten Verfahren der rückgekoppelten Reglung des
ersten Bezugs-Diskriminantenwertes auf einen optimalen Wert
entsprechend der Abweichung des hinteren O2-Sensors vom zweiten
Bezugs-Diskriminantenwert, ist ein Verfahren bekannt, bei dem die
Integralverstärkung oder die Proportionalverstärkung bei der Regelung
des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welche ausgeführt wird beruhend
auf dem Ausgangssignal des vorderen O2-Sensors, durch eine Rückführung
auf einen optimalen Wert korrigiert wird entsprechend der Abweichung
des Ausgangswertes des hinteren O2-Sensors vom zweiten Bezugs-
Diskriminantenwert. Es ist auch bekannt, daß bei einer ähnlichen
Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine bestimmte Zeitdauer
einer Rückkopplungskorrektur unterzogen wird. Diese Zeitdauer ist
diejenige ab dem Augenblick, an welchem das Ausgangssignal des
vorderen O2-Sensors den ersten Bezugs-Diskriminantenwert durchläuft,
also - bezogen auf eine grafische Darstellung - kreuzt oder schneidet,
bis zu dem Zeitpunkt, an dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis korrigiert
ist, also die Verzögerungszeitdauer des Zeitablaufs für die Ausführung
der Korrektur des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. Diese Zeitdauer wird
einer Rückkopplungskorrektur unterzogen entsprechend der Abweichung
zwischen dem Signal des hinteren O2-Sensors und dem zweiten Bezugs-
Diskriminantenwert, und dadurch wird die Abgascharakteristik verbessert.
Wird ein Parameter, z. B. der erste Bezugs-Diskriminantenwert, die
Integral-Verstärkung, die Proportional-Verstärkung, oder die
Verzögerungszeitdauer, entsprechend der Abweichung zwischen dem Signal
des hinteren O2-Sensors und dem zweiten Bezugs-Diskriminantenwert
in der beschriebenen Weise korrigiert, so wird das Ausmaß der Korrektur
des Parameters üblicherweise auf einen Wert eingestellt, der gleich
dem Produkt aus der Abweichung und einer konstanten Korrekturverstärkung
ist, und folglich wird die Korrektur direkt proportional zur Größe
der Abweichung. Anders gesagt, wird eine Korrekturverstärkung, welche
unabhängig von der Größe der Abweichung einen konstanten Wert annimmt,
zur Einstellung des Korrekturbetrags verwendet.
Wird die konstante Korrekturverstärkung auf einen kleinen Wert eingestellt,
dann wird auch die Größe der Korrektur des Parameters, welche gleich
dem Produkt aus der Größe der Abweichung und der Korrekturverstärkung
ist, einen kleinen Wert annehmen. Tritt also eine signifikante
Abweichung zwischen dem Ausgangssignal des hinteren O2-Sensors und
dem zweiten Bezugs-Diskriminantenwert auf, so erfolgt möglicherweise
keine Parameterkorrektur, welche ausreichen würde, um die signifikante
Abweichung zu eliminieren.
Wird andererseits die Korrekturverstärkung zu hoch eingestellt, so
kann eine signifikante Abweichung eine Überkorrektur des Parameters
bewirken infolge eines verzögerten Ansprechens des hinteren O2-Sensors.
Erfolgt also eine zu große, oder eine nicht ausreichende, Korrektur
des Parameters, dann kann die Verschlechterung der Abgasleistung,
welche durch ein Schlechterwerden des O2-Sensors oder des Katalysators
auftritt, nicht in ausreichender Weise verhindert oder kompensiert
werden.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen Regler für
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei einer Brennkraftmaschine
bereitzustellen.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Regler für
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei einer Brennkraftmaschine, welcher
aufweist: Einen zuströmseitigen Sauerstoffsensor, der in einem
Auspuffsystem der Brennkraftmaschine auf der Zuströmseite eines
Abgasreinigers installiert ist, zur Erfassung einer ersten
Sauerstoffkonzentration im Abgas; einen abströmseitigen Sauerstoffsensor,
welcher im Auspuffsystem auf der Abströmseite oder im Inneren des
Abgasreinigers installiert ist, um eine zweite Sauerstoffkonzentration
im Abgas zu erfassen; eine Regelvorrichtung für das Luft-Kraftstoff-
Verhältnis zum Korrigieren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines
der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs
entsprechend einem Vergleichsergebnis zwischen dem vom zuströmseitigen
Sauerstoffsensor erfaßten ersten Sauerstoffkonzentrationswert und
einem ersten Bezugswert, um dadurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
auf einen gewünschten Wert zu regeln; und eine Parameterwert-
Korrekturvorrichtung zur Korrektur eines zur Funktion der
Regelvorrichtung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Bezug stehenden
Parameters entsprechend einer Differenz zwischen dem vom abströmseitigen
Sauerstoffsensor erfaßten zweiten Sauerstoff-Konzentrationswert und
einem zweiten Bezugswert. Die Parameterwert-Korrekturvorrichtung
korrigiert den Wert des Parameters mit einem Korrekturgrad, der sich
ändert entsprechend der Größe der Differenz zwischen dem erfaßten
Wert der zweiten Sauerstoffkonzentration und dem zweiten Bezugswert.
Man erhält so eine Regelvorrichtung, bei welcher der Grad der
Korrektur optimiert ist, so daß sie optimal der Verschlechterung der
Abgas-Reinigungsleistung entgegenwirkt, die sich durch ein
Schlechterwerden des Sauerstoffsensors oder des Abgasreinigers, z. B.
eines Katalysators, im Laufe der Zeit ergibt. Man kann also bei der
Erfindung den erwähnten Parameter nichtlinear korrigieren, bezogen
auf die Abweichung zwischen der vom abströmseitigen Sauerstoffsensor
erfaßten Sauerstoffkonzentration im Abgas und dem zweiten Bezugswert.
Dies ermöglicht eine Feinkorrektur und eine genaue Korrektur des
Parameterwerts mit einem kleinen Korrekturgrad, wenn die Abweichung
klein ist. Man kann jedoch die Korrektur des Parameterwertes mit einem
hohen Korrekturgrad und gutem Ansprechverhalten durchführen, wenn
die Abweichung groß ist. Dies ermöglicht eine gute Kompensation der
Alterung bei einem Kraftfahrzeug, um die Abgas-Reinigungsleistung
über die Laufdauer des Fahrzeugs aufrechtzuerhalten.
In bevorzugter Weise bezieht sich der Parameter auf die Korrektur
des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die von der Regelvorrichtung für
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt wird. Dies ermöglicht es,
diesen Regelvorgang auch bei Alterungsvorgängen in einem optimalen
Bereich zu halten.
In sehr günstiger Weise bezieht sich der Parameter auf eine
Korrrekturmenge und/oder einen zur Ausführung der Korrektur dienenden
zeitlichen Ablauf bei der Korrektur des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
In bevorzugter Weise geht man so vor, daß dann, wenn die Differenz
groß ist, die Korrekturvorrichtung für den Parameter diesen mit einem
größeren Korrekturgrad korrigiert als dem, der verwendet wird, wenn
die Differenz klein ist. Bei großen Differenzen wird also die
Korrektur überproportional wirksam, wodurch u. a. ein schnelles
Ansprechen der Korrektur erreicht wird, z. B. nach dem Starten des
Motors.
Ferner geht man mit Vorteil so vor, daß die Parameterwert-
Korrekturvorrichtung den ersten Bezugswert korrigiert, welcher als
der Parameter dient.
In bevorzugter Weise führt die Regelvorrichtung für das Luft-Kraftstoff-
Verhältnis eine integrale oder proportionale Korrekturregelung für
die Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aus durch Verwendung
eines Korrekturfaktors, welcher einen Integralterm und/oder einen
Proportionalterm aufweist, und sie korrigiert einen Wert des Integral-
oder Proportional-Korrekturterms entsprechend dem Ergebnis des
Vergleichs zwischen dem ersten Sauerstoffkonzentrationswert und dem
ersten Bezugswert. Die Parameterwert-Korrekturvorrichtung korrigiert
den Integral- und/oder den Proportional-Korrekturterm, welcher als
der Parameter dient.
Mit großem Vorteil korrigiert die Regelvorrichtung für das Luft-
Kraftstoff-Verhältnis dieses zu dem Zeitpunkt, an dem eine gewünschte
Verzögerungszeit abgelaufen ist, nachdem der vom zuströmseitigen
Sauerstoffsensor erfaßte Sauerstoff-Konzentrationswert den ersten
Bezugswert durchlaufen, also geschnitten oder gekreuzt, hat. Die
Parameterwert-Korrekturvorrichtung korrigiert die Verzögerungszeit,
welche als der Parameter fungiert.
Vorzugsweise korrigiert dann, wenn die Differenz größer ist als eine
vorgegebene Größe, die Parameterwert-Korrekturvorrichtung den
Parameterwert um einen begrenzten Korrekturbetrag. Wenn die Größe
der Differenz kleiner als ein vorgegebener Wert ist, führt die
Parameterwert-Korrekturvorrichtung mit Vorteil keine wesentliche
Korrektur des Parameterwertes aus.
In bevorzugter Weise glättet die Parameterwert-Korrekturvorrichtung
einen vom abströmseitigen Sauerstoffsensor erfaßten Wert und
korrigiert den Parameterwert entsprechend der Differenz zwischen dem
geglätteten Wert und dem zweiten Bezugswert. Dies schaltet zufallsbedingte
Schwankungen der erfaßten Sauerstoffkonzentrationswerte aus und macht
die Regelung stabil.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung
dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu
verstehenden Ausführungsbeispielen. Es zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Schaubild, welches einen Teil einer
Regelvorrichtung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nach
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
zusammen mit den verschiedenen peripheren Elementen,
Fig. 2 ein Blockschaltbild, welches die interne Ausbildung eines
elektronischen Steuergeräts zeigt, das als Hauptbestandteil
der Regelvorrichtung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
dient, welche teilweise in Fig. 1 dargestellt ist,
Fig. 3 ein Flußdiagramm, welches einen Teil einer Hauptroutine
zeigt, die von dem in Fig. 2 dargestellten elektronischen
Steuergerät ausgeführt wird,
Fig. 4 ein Flußdiagramm, welches einen anderen Teil der
Hauptroutine zeigt, die eine Fortsetzung des Flußdiagramms
der Fig. 3 darstellt,
Fig. 5 ein Flußdiagramm, welches den Rest der Hauptroutine zeigt,
welche eine Fortsetzung des Flußdiagramms der Fig. 4 darstellt,
Fig. 6 ein Flußdiagramm einer Korrekturroutine für den
Diskriminantenwert, welche vom elektronischen Steuergerät
40 ausgeführt wird,
Fig. 7 ein Schaubild, welches ein Beispiel einer Delta VR -
f(Delta VR)-Kurve zeigt, wie sie zur Einstellung eines
Korrekturwerts f(Delta VR) entsprechend einer Abweichung
Delta VR zwischen dem Ausgangssignal des abströmseitigen
Sauerstoffsensors und einem Bezugswert verwendet wird,
Fig. 8 ein Schaubild analog Fig. 7, welches einen anderen
Kurvenverlauf als in Fig. 7 zeigt,
Fig. 9 ein Schaubild analog Fig. 7 oder 8, welches einen anderen
Kurvenverlauf als in den Fig. 7 und 8 zeigt,
Fig. 10 ein Flußdiagramm einer Berechnungsroutine für einen
Integral-Korrekturfaktor, wie sie vom elektronischen
Steuergerät 40 ausgeführt wird,
Fig. 11 ein Flußdiagramm einer Kurbelwinkel-Unterbrechungsroutine,
wie sie vom elektronischen Steuergerät ausgeführt wird,
Fig. 12 ein Schaubild, welches eine Änderung der Fett-Zeitdauer
zeigt, die beobachtet wird, wenn ein Bezugs-
Diskriminantenwert V1C durch den in den Fig. 1 und 2
dargestellten Regler für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
korrigiert wird, und
Fig. 13 ein funktionelles Blockschaltbild, welches einen Grundaufbau
des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Steuergeräts 40 für
die Regelung bzw. Steuerung des Luft-Kraftstoff-
Verhältnisses zeigt.
Unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungen wird nun ein Regler
für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer Brennkraftmaschine gemäß
einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im einzelnen
beschrieben. Solche Regler werden auch als Luftzahlregler oder
Lambdaregler bezeichnet.
In Fig. 1 ist mit E eine Brennkraftmaschine bezeichnet, z. B. ein
Vierzylindermotor; im folgenden wird zur Vereinfachung nur der Begriff
"Motor E" verwendet. Dieser Motor E arbeitet gesteuert von einem
Luftzahlregler, um ein Luftzahl-Regelverfahren vom Typ mit zwei
Sauerstoffsensoren auszuführen. Solche Sauerstoffsensoren werden auch
Lambda-Sonden genannt. Der Motor E hat ein Einlaß-Saugrohr 2, welches
mit den Verbrennungskammern 1 der einzelnen Zylinder über
Einlaßventile 4 in Verbindung steht, und er hat einen Auspuffkrümmer
3, welcher über Auslaßventile 5 mit den Verbrennungskammern 1 in
Verbindung steht. Das Einlaß-Saugrohr 2 ist mit elektromagnetischen
Einspritzventilen 8 versehen, welche an Stellen in der Nähe der
Einlaßöffnungen angeordnet sind. Ein Ende eines Einlaßrohres 2b ist
mit dem Saugrohr 2 über einen Druckausgleichsbehälter 2a verbunden,
und das andere Ende des Einlaßrohres 2b, welches mit der
atmosphärischen Luft verbunden ist, ist mit einem Luftreiniger 6
versehen. Ferner ist in der Mitte des Einlaßrohres 2b eine Drosselklappe
7 vorgesehen. Kraftstoff wird den Einspritzventilen 8 von einer nicht
dargestellten Kraftstoffpumpe zugeführt, wobei der Kraftstoffdruck
durch einen Kraftstoff-Druckregler auf einen konstanten Wert
eingestellt wird.
Der Auslaßkrümmer 3 ist auf seiner mit der atmosphärischen Luft
verbundenen Seite mit einem Sammelauspuffrohr 3a verbunden. In der
Mitte des Sammelauspuffrohres 3a ist ein Katalysator (Abgasreiniger)
9 vom Typ Dreiwegekatalysator vorgesehen. Auf der Zuströmseite des
Katalysators 9 ist der Auspuffkrümmer 3 mit einem Sauerstoffsensor
versehen, welcher nachfolgend als der "vordere O2-Sensor" 17
bezeichnet wird, und dieser dient zur Erfassung der Sauerstoffmenge
im Abgas. Auf der Abströmseite des Katalysators 9 ist das Auspuff-
Sammelrohr 3a mit einem Sauerstoffsensor versehen, welcher nachfolgend
als der "hintere O2-Sensor" 18 bezeichnet wird, um die Menge von
verbleibendem Sauerstoff zu erfassen, nachdem das Abgas den Katalysator
9 durchströmt hat. Diese Sensoren 17 und 18 sind mit Heizelementen
versehen, um ihre Sensorabschnitte auf einer hohen Temperatur zu
halten. Die Sensoren 17 und 18 sind elektrisch mit der Eingangsseite
eines elektronischen Steuergeräts (ECU) 40 verbunden, um diesem
Sensorsignale für die erfaßte Sauerstoffkonzentration zuzuführen.
Der hintere O2-Sensor 18 kann als Alternative an einer Stelle
angeordnet werden, welche auf der Abströmseite eines
Umwandlerabschnitts im Katalysator 9 liegt.
Wie nachfolgend im einzelnen beschrieben wird, hat das elektronische
Steuergerät 40 die Funktion, eine einzuspritzende Kraftstoffmenge
zu berechnen, also eine Ventilöffnungsdauer TINJ eines jeden
Einspritzventils 8, angepaßt an einen Motor-Betriebszustand
entsprechend den Sensorsignalen der erwähnten Sensoren, und um ein
Treibersignal, welches der berechneten Ventilöffnungsdauer TINJ
entspricht, dem zugeordneten Einspritzventil 8 zuzuführen, um dieses
dadurch zu öffnen, so daß eine gewünschte Kraftstoffmenge eingespritzt
und dem betreffenden Zylinder zugeführt wird.
Wie Fig. 2 zeigt, besteht das elektronische Steuergerät 40
hauptsächlich aus einem Prozessor (CPU) 40a zur Berechnung der
Kraftstoffeinspritzmengen, ferner aus einer E/A-Schnittstelle (E/A)
40b zur Durchführung von Verstärkung, Filterung, Analog-Digital-
Wandlungen etc. der Erfassungssignale, welche von den Sensoren
abgelesen werden, und zur Erzeugung der Treibersignale, welche den
Ergebnissen der Berechnung entsprechen, die von der CPU 40a ausgeführt
wurde, für die Einspritzventile 8, ferner aus einem Speicher 40c,
welcher ein ROM aufweist, welches Rechenprogramme einschließlich einer
arithmetischen Prozedur für Einspritzmengen, verschiedene Werte von
Programmvariablen, Koeffizientenwerten etc. einschließt, und ein RAM
zur zeitweiligen Speicherung verschiedener Daten, und schließlich
aus einem Zähler (Zeitglied) 40d zum Zählen verschiedener Zeitdauern.
Die Einspritzventile 8, welche elektrisch an den Ausgang des
elektronischen Steuergeräts 40 angeschlossen sind, werden so betätigt,
daß sie von den Treibersignalen vom elektronischen Steuergerät 40
geöffnet werden, um dadurch eine gewünschte Kraftstoffmenge für die
einzelnen Zylinder einzuspritzen und diesen zuzuführen; dies wird
nachfolgend im einzelnen erläutert.
Zusätzlich zum vorderen und hinteren O2-Sensor 17 bzw. 18 sind
verschiedene Sensoren zur Erfassung der Betriebsbedingungen des Motors
E an den Eingang des elektronischen Steuergeräts 40 angeschlossen,
und die Ausgangssignale dieser Sensoren werden dem elektronischen
Steuergerät 40 zugeführt. In Fig. 2 bezeichnet die Bezugszahl 11 einen
Luftdurchflußmesser, welcher in der Nähe eines (sich zur Außenluft
öffnenden) Endes des Einlaßrohres 2a angeordnet ist, um die
Kármán′sche Wirbelstraße zu erfassen und Impulse mit einer Frequenz
zu erzeugen, welche dem zugeführten Luftvolumen proportional ist.
Nachfolgend wird dieser Sensor 11 als Kármán-Vortex-Durchflußmesser
bezeichnet. Der Sensor 12 ist ein Sensor für die Lufteinlaßtemperatur,
und er ist eingebaut im Luftreiniger 6 und dient zur Erfassung der
Temperatur der einströmenden Luft. Die Bezugszahl 13 bezeichnet einen
Drucksensor für den atmosphärischen Druck. Die Bezugszahl 14
bezeichnet einen Sensor für die Öffnung der Drosselklappe 7. Ferner
bezeichnet die Bezugszahl 19 einen Wassertemperatursensor zur
Erfassung der Temperatur des Kühlwassers des Motors E, und die
Bezugszahl 20 bezeichnet einen Kurbelwinkelsensor, der z. B. an einem
(nicht dargestellten) Zündverteiler installiert sein kann, um jedesmal
dann ein Kurbelwellen-Impulssignal (OT-Signal) zu erzeugen, wenn eine
vorgegebene Kurbelwellenstellung erfaßt wird, z. B. die obere
Totpunktsstellung, oder eine Stellung kurz vor ihr.
Obwohl nicht weiter dargestellt, sind an den Eingang des elektronischen
Steuergeräts 40 auch noch ein Zylinder-Diskriminierungs-Sensor (am
Zündverteiler) zur Erfassung, daß eine vorgegebene Kurbelwellenstellung
(z. B. die obere Totpunktstellung, oder eine Stellung kurz vor ihr,
beim Verdichtungstakt) in einem bestimmten Zylinder erreicht ist,
z. B. im ersten Zylinder, ferner ein Leerlaufschalter zur Erfassung
der vollständig geschlossenen Stellung der Drosselklappe 7, auch als
Drosselklappenschalter bezeichnet, ein Klimaanlagenschalter zur
Erfassung des Betriebszustands einer Klimaanlage, ein Batteriesensor
zur Erfassung der Batteriespannung, etc.
Der Kurbelwinkelsensor 20 erzeugt das OT-Signal bei jedem 180°-Winkel
der Kurbelwelle und ermöglicht es dem elektronischen Steuergerät 40,
die Motordrehzahl Ne aus den Impulsabständen des OT-Signals zu
errechnen. Im elektronischen Steuergerät 40 ist die Zündfolge der
Zylinder, also die Reihenfolge, in der Kraftstoff den einzelnen
Zylindern zugeführt werden muß, gespeichert, und dies ermöglicht es
dem Steuergerät 40, festzustellen, welchem Zylinder als nächstes
Kraftstoff eingespritzt und zugeführt werden sollte, wenn der
Zylinder-Diskriminierungs-Sensor erfaßt, daß der vorgegebene
Kurbelwinkel im betreffenden Zylinder erreicht ist.
Nachfolgend wird nun die vorstehend erwähnte Rechenprozedur für die
Einspritzventil-Öffnungsdauer TINJ beschrieben, welche vom
elektronischen Steuergerät 40 ausgeführt wird; diese Beschreibung
erfolgt unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Zur Berechnung der Ventilöffnungsdauer TINJ und zur Steuerung der
Einspritzventile 8 zwecks Einspritzung von Kraftstoff führt das
elektronische Steuergerät 40 eine Hauptroutine aus, welche in den
Fig. 3 bis 5 dargestellt ist, um Kraftstoffzufuhrmengen-
Korrekturfaktoren zu berechnen, ferner eine in Fig. 6 dargestellte
Diskriminantenwert-Korrekturroutine zur rückgekoppelten Korrektur
eines Diskriminantenwertes V1C, welcher sich auf den vorderen O2-
Sensor 17 bezieht und bei der Hauptroutine verwendet wird,
entsprechend einem Ausgangswert des hinteren O2-Sensors 18, ferner
eine in Fig. 10 dargestellte Rechenroutine für einen
Integralkorrekturfaktor zur Berechnung eines Integralkorrekturterms
I, welcher bei der Hauptroutine zur Berechnung des Rückkopplungs-
Korrekturfaktors KFB verwendet wird, und eine Kurbelwinkel-
Unterbrechungsroutine, welche in Fig. 11 dargestellt ist, zur
Berechnung der Ventilöffnungsdauer TINJ unter Verwendung der bei der
Hauptroutine erhaltenen Korrekturfaktorwerte und zur Abgabe von
Treibersignalen an die Einspritzventile 8.
Als erstes wird die Hauptroutine der Fig. 3 bis 5 beschrieben. Wenn
der Zündschlüssel eingeschaltet wird, initialisiert das elektronische
Steuergerät 40 das RAM, die E/A-Schnittstelle etc. in einem Schritt S10,
und zwar nur einmal. Danach führt es wiederholt einen Schritt S12
und nachfolgende Schritte der Hauptroutine aus, ausgenommen dann,
wenn ihm eine Interrupt-Anforderung (Unterbrechungsanforderung) zur
Ausführung einer anderen Routine zugeführt wird. - Für das englische
Wort "interrupt", welches eine Programmunterbrechung durch ein
Ereignis bedeutet, wird in der vorliegenden Beschreibung der deutsche
Ausdruck Interrupt verwendet, z. B. interrupt-gesteuert, vgl. Rehahn,
Fachwörterbuch Telekommunikation, Berlin, 1992.
Beim Schritt S12 erfaßt das elektronische Steuergerät 40 nacheinander
die vorstehend ausführlich erläuterten Sensorsignale der einzelnen
Sensoren nacheinander und führt Eingangssignal-Verarbeitungsschritte
aus, z. B. eine A/D-Umwandlung. Die Sensor-Eingangssignale, welche
im Schritt S12 einer Eingangssignal-Informationsverarbeitung
unterworfen werden, schließen ein die Motor-Kühlwassertemperatur Tw,
welche vom Wassertemperatursensor 19 erfaßt wird, die
Lufteinlaßtemperatur Ta, welche vom Lufteinlaß-Temperatursensor 12
erfaßt wird, den atmosphärischen Druck Pa, welcher vom Sensor 13 für
den atmosphärischen Druck erfaßt wird, die Sauerstoffkonzentrations-
Ausgangswerte V02F und V02R, welche vom vorderen O2-Sensor 17 bzw.
vom hinteren O2-Sensor 18 erfaßt werden, etc. Die erfaßten Werte,
welche der Eingangssignal-Informationsverarbeitung unterzogen wurden,
werden dann im Speicher 40c des elektronischen Steuergeräts 40
gespeichert.
Anschließend bestimmt das Steuergerät 40 in einem Schritt S13, ob
der Motor E in einem vorgegebenen Gebiet mit Unterbrechung der
Kraftstoffzufuhr
betrieben wird (z. B. Betriebsbereich mit Schubabschaltung). In diesem
Betriebsbereich befindet sich der Motor E im Schubbetrieb, und dabei
wird dem Motor E kein Kraftstoff zugeführt. Falls das Ergebnis im
Schritt S13 JA ist, geht das Programm zu einem Schritt S14, in welchem
das Steuergerät 40 ein Kraftstoffunterbrechungs-Flag-Signal FFC auf
einen Wert "1" setzt, um hierdurch zu speichern, daß der Motor E im
Betriebsbereich mit Kraftstoffunterbrechung betrieben wird. Das
Steuergerät 40 führt dann Schritte S15 und S16 aus, um den Wert des
Integralterms I, welcher zur Berechnung eines Rückkopplungs-
Korrekturfaktorwertes KFB verwendet wird, auf einen Wert "0" zu
setzen, und setzt auch ein Flag-Signal FWOFB auf einen Wert "1",
welcher anzeigt, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht geregelt
wird. (Regelung bedeutet hier im üblichen Sinne eine Regelung mit
Rückführung). Dann geht das Programm von einem Einspringpunkt M0 zum
Schritt S12 zurück.
Falls andererseits das Ergebnis beim Schritt S13 negativ (NEIN) ist,
geht das Programm zu einem Schritt S18 der Fig. 4, bei welchem das
Steuergerät das Kraftstoffunterbrechungs-Flag-Signal FFC auf den
Wert "0" zurücksetzt, um hierdurch zu speichern, daß der Motor E nicht
im Bereich für Kraftstoffunterbrechung betrieben wird. Bei einem
Schritt S19 stellt das Steuergerät 40 dann die Werte der Korrekturfaktoren
ein, mit Ausnahme eines Korrekturfaktors KAF für das Luft-Kraftstoff-
Verhältnis. Zu diesen Korrekturfaktorwerten gehören primär z. B. ein
Wassertemperatur-Korrekturfaktor KWT, welcher entsprechend der Motor-
Kühlwassertemperatur Tw eingestellt wird, ein Einlaßluft-Temperatur-
Korrekturfaktor KAT, welcher entsprechend der Lufteinlaßtemperatur
Ta eingestellt wird, ein Korrekturfaktor KAP für den atmosphärischen
Druck, welcher entsprechend dem atmosphärischen Druck Pa eingestellt
wird, und ein Totzeit-Korrekturwert TD, welcher entsprechend der
Batteriespannung eingestellt wird.
Bei den nachfolgenden Schritten S20 und S21 entscheidet das
Steuergerät 40, ob es das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer Regelung
mit Rückführung unterwerfen soll, oder einer Steuerung ohne Rückführung.
Zunächst bestimmt beim Schritt S20 das Steuergerät 40, ob der vordere
O2-Sensor normal arbeitet. Dieser Vorgang schließt die Beurteilung
ein, ob sich der vordere O2-Sensor 17 in einem aktiven Zustand befindet,
und die Beurteilung, ob ein Fehler, z. B. eine Leitungs-Unterbrechung,
vorliegt. Bei der Fehlerbeurteilung stellt das Steuergerät fest, ob
ein Zustand, bei dem die Ausgangsspannung des vorderen O2-Sensors
17 bis 0 V oder bei einem vorgegebenen Spannungswert (z. B. 5 V), oder
höher liegt, während einer vorgegebenen Zeitspanne angedauert hat.
Bei der Beurteilung des aktiven Zustands stellt das Steuergerät
andererseits fest, daß der Sensor in einen aktiven Zustand übergegangen
ist, wenn beispielsweise die Sensor-Ausgangsspannung erstmalig nach
dem Einschalten des Motors E auf die Bezugsspannung V1C oder höher
gestiegen ist. Dagegen wird beurteilt, daß der Sensor 17 in einem
inaktiven Zustand ist, wenn die Sensor-Ausgangsspannung während einer
vorgegebenen Zeitspanne (z. B. 20 Sekunden) bei der Luftzahl-Regelung
nicht die Bezugsspannung V1C geschnitten hat. (Geschnitten bedeutet,
daß die Sensorspannung diesen Wert durchlaufen hat.) Arbeitet der
vordere O2-Sensor 17 nicht richtig, d. h. das Ergebnis der Beurteilung
im Schritt S20 ist NEIN, dann wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
einer Steuerung ohne Rückführung unterworfen, wie das nachfolgend
erläutert wird.
Ist die Beurteilung beim Schritt S20 positiv, so entscheidet das
Steuergerät 40, ob der Motor E im vorgegebenen Regelbereich für das
Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird (Schritt S21). Dies ist
also der Bereich für die Lambda-Regelung. Diese Beurteilung erfolgt
beispielsweise aufgrund der Motordrehzahl Ne und der zugeführten
Luftmenge A/N. Das Steuergerät 40 entscheidet, daß der Motor E nicht
im Gebiet für die Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses betrieben
wird, wenn der Motor im Betriebsgebiet für weit geöffnete Drosselklappe
betrieben wird, in dem die Drosselklappe 7 vollständig geöffnet ist,
ebenso im Arbeitsgebiet für Beschleunigung, in welchem die Drosselklappe
7 rasch geöffnet wurde, oder im Betriebsgebiet für Verzögerung, in
welchem die Motordrehzahl Ne einen vorgegebenen Drehzahlwert oder
höher hat und der Leerlaufschalter (Drosselklappenschalter) eingeschaltet
ist. Das Steuergerät wartet ab, bis die Luftzufuhrmenge den vorgegebenen
Wert oder höher erreicht, selbst wenn der Motor E in das Gebiet für
Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eintritt. Unmittelbar nach
Betrieb mit Kraftstoffunterbrechung bestimmt das Steuergerät ebenfalls,
ob die zugeführte Luftmenge dem vorgegebenen Wert oder einem höheren
Wert entspricht. Liegt die zugeführte Luftmenge unter dem vorgegebenen
Wert, so sperrt das Steuergerät 40 die Regelung des Luft-Kraftstoff-
Verhältnisses, also die Lambda-Regelung.
Zur Durchführung der Regelung (mit Rückführung) des Luft-Kraftstoff-
Verhältnisses geht das Programm zu einem Schritt S24 der Fig. 5; dort
stellt das Steuergerät fest, ob der Ausgangswert V02F des vorderen
O2-Sensors 17 ein Wert auf der Magerseite ist bezüglich des ersten
Bezugs-Diskriminantenwerts V1C (V02F kleiner als V1C). Ist das
Ergebnis hier JA, dann setzt das Steuergerät 40 einen Wert "p/2" als
einen proportionalen Korrekturwert P, welcher zur Berechnung des
Rückführungs-Korrekturfaktors KFB verwendet wird (Schritt S25). Ist
das Ergebnis hier NEIN, so setzt das Steuergerät 40 einen Wert "p/2"
(Schritt S26).
Anschließend stellt das Steuergerät 40 das Regelungsfreigabe-Flag-
Signal FWOFB auf den Wert "0" im Schritt S27 zurück und geht zu einem
Schritt S28, wo es den Rückführungs-Korrekturfaktorwert KFB nach
folgender Formel berechnet:
KFB = 1,0 + P + I, (M1)
wobei "I" der Integral-Korrekturwert (Integralkorrekturfaktor) ist,
welcher von der nachfolgend erläuterten Berechnungsroutine für den
Integralkorrekturfaktor berechnet wird.
Fig. 10 zeigt die Berechnungsroutine für den Integralkorrekturfaktor
zur Einstellung des Integralkorrekturwerts I. Die Routine wird
interrupt-gesteuert ausgeführt, und zwar in Intervallen eines
vorgegebenen Zyklus; als Alternative kann sie interrupt-gesteuert
ausgeführt werden jedesmal, wenn die vorgegebene Kurbelwinkelstellung
vom Kurbelwinkelsensor 20 erfaßt wird. Das elektronische Steuergerät
40 bestimmt zunächst in einem Schritt S60, ob das Flag-Signal FWOFB
auf den Wert "1" gesetzt worden ist. Ist dieser Wert "1", so bedeutet
dies, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht geregelt wird. In
diesem Falle beendet das Steuergerät die Routine, ohne den
Integralkorrekturwert zu berechnen.
Falls andererseits das Flag-Signal FWOFB nicht auf den Wert "1"
gesetzt worden ist, geht das Programm zu einem Schritt S62, in dem
das Steuergerät feststellt, ob der Ausgangswert V02F des vorderen
O2-Sensors 17 kleiner als der Diskriminantenwert V1C ist. Falls das
Ergebnis hier JA ist, addiert das Steuergerät einen vorgegebenen Wert
ILR, welcher ein Integralkorrekturfaktor für "fett" ist, zum
Integralkorrekturwert I, welcher im Speicher 40c gespeichert ist,
um dadurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett zu machen. Das
Steuergerät 40 speichert diesen Wert als den aktualisierten
Integralkorrekturwert I (= I + ILR) (Schritt S64). Solange der Zustand
andauert, in welchem der Ausgangswert V02F kleiner ist als der
Diskriminantenwert V1C, wird der Schritt S64 wiederholt ausgeführt,
wodurch der Integralkorrekturwert I allmählich auf einen größeren
Wert anwächst. Solange also der Integralkorrekturfaktor für "fett",
ILR, addiert wird, setzt der Rückführungskorrekturfaktor KFB sein
Wachstum fort und bewirkt, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter
wird. Ist andererseits der Ausgangswert V02F des vorderen O2-Sensors
17 nicht kleiner als der Diskriminantenwert V1C, so zieht das
Steuergerät einen vorgegebenen Wert ILR ab, welcher ein
Integralkorrekturfaktor für "mager" ist; dieser Wert wird vom
Integralkorrekturwert I subtrahiert, der im Speicher 40c gespeichert
ist, um dadurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager zu machen. Das
Steuergerät speichert diesen Wert als den aktualisierten
Integralkorrekturwert I (= I - IRL) (Schritt S66).
Falls der Zustand, in dem der Ausgangswert V02F größer ist als der
Diskriminantenwert V1C, anhält, wird der Schritt S66 wiederholt
ausgeführt und bewirkt, daß der Integralkorrekturwert I allmählich
auf einen kleineren Wert abnimmt. Solange also der
Integralkorrekturfaktor für mager, IRL, subtrahiert wird, setzt der
Rückführungs-Korrekturfaktorwert KFB seine Abnahme fort und bewirkt,
daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer wird.
Wir gehen nun zurück zu Fig. 5. Der Rückführungs-Korrekturfaktorwert KFB
(Gleichung M1), der im Schritt S28 berechnet wurde, wird als der
Korrekturfaktor KAF für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gespeichert
(Schritt S29), und das Programm geht wieder zum Schritt S12 (Fig.
3) zurück.
Falls andererseits das Ergebnis im Schritt S20 oder S21 der Fig. 4
NEIN ist und das Steuergerät folglich die Steuerung des Kraftstoff-
Luft-Verhältnisses ungeregelt ausführen muß, geht das Programm zu
einem Schritt S22 (Fig. 4), in welchem das Steuergerät 40 einen
Korrekturwert KAFM ausliest, welcher an die Motorbelastung (den Grad
der Öffnung der Drosselklappe) und die Motordrehzahl Ne angepaßt ist.
Dies geschieht aus einem (nicht dargestellten) Korrektur-Kennfeld
für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F), welches Kennfeld im Speicher
40c gespeichert ist. Bei der Ausgabe kann das übliche Vierpunkt-
Interpolationsverfahren oder dergleichen auf den Lesevorgang angewendet
werden. Das Programm geht dann zu einem Schritt S23 (Fig. 4), in
welchem das Steuergerät den Korrekturwert KAFM, der im Schritt S22
ausgegeben wurde, als den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktor
KAF einstellt.
Nachdem der Korrekturfaktor KAF für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
in dieser Weise eingestellt wurde, führt das Steuergerät die Schritte
S15 und S16 (Fig. 3) aus, um den Wert des Integralterms I des
Rückführungs-Korrekturfaktorwerts KFB auf den Wert "0" einzustellen,
und um den Flag-Wert FWOFB auf den Wert "1" einzustellen, ehe das
Programm zum Schritt S12 zurückgeht.
Fig. 6 zeigt ein Verfahren zur Rückkopplungskorrektur des
Diskriminantenwertes V1C, welcher zur Beurteilung des Ausgangssignals
des vorderen O2-Sensors 17 beim Schritt S24 der Hauptroutine verwendet
wird. Diese Korrektur erfolgt entsprechend dem Ausgangssignal des
hinteren O2-Sensors 18. Die Routine wird vom elektronischen Steuergerät
40 wiederholt ausgeführt in Intervallen eines vorgegebenen Zyklus,
z. B. in einem Zyklus von 25 ms, d. h. alle 25 Millisekunden.
Das elektronische Steuergerät 40 liest zunächst den Ausgangswert V02R
des hinteren O2-Sensors 18 aus (Schritt S40). Der Ausgangswert V02R
wird erzeugt, indem man die Ausgangsspannung des Sensors 18 zuvor
in der E/A-Schnittstelleneinheit 40b einer Signalverarbeitung
unterzieht. Anschließend wird der Ausgangswert V02R, der ausgelesen
wurde, einer Filterung entsprechend der nachfolgenden Formel B1
unterzogen (Schritt S41), wodurch das Ausgangssignal V02R des hinteren
O2-Sensors geglättet wird:
VF(n) = K × VF(n-1) + (1 - K) × V02R, (B1)
wobei K ein Gewichtungsfaktor ist, der kleiner als der Wert "1" ist,
und VF(n-1) der zuvor berechnete Wert ist. Nachdem die Berechnung
gemäß der Formel B1 abgeschlossen ist, wird der zuvor berechnete Wert
VF(n-1), der im Speicher 40c gespeichert ist, aktualisiert durch den
neu berechneten Wert VF(n) für die nachfolgende Berechnung. Dies
geschieht im Schritt S42 der Fig. 6.
Anschließend bestimmt das Steuergerät, ob der Motor E in einem
vorgegebenen Antriebsbereich betrieben wird, welcher geeignet ist
zur Ausführung der Korrektur des Diskriminantenwertes V1C, ausgehend
vom Ausgangswert des hinteren O2-Sensors 18 (Schritt S43). Falls das
Ergebnis JA ist, berechnet das Steuergerät 40 die Abweichung
Delta VR (= VF(n) - VF) zwischen dem berechneten Ausgangswert VF(n)
und einem ersten vorgegebenen Bezugswert VF (Schritt S45), und
korrigiert den Bezugs-Diskriminantenwert V1C entsprechend der so
berechneten Abweichung Delta VR (Schritt S46).
Fig. 7 zeigt eine Abweichungs-Korrekturwert-Kurve zur Einstellung
eines Korrekturwerts f(Delta VR), wie er für die Korrektur des Bezugs-
Diskriminantenwertes V1C verwendet wird. Die Abweichungs-Korrekturwert-
Kurve besteht aus einer ersten Geraden C11, einer zweiten Geraden
C12 und einer dritten Geraden C13, welche drei verschiedenen
Abweichungsgebieten entsprechen. Die erste Gerade C11, welche dem
Gebiet entspricht, in welchem die Abweichung Delta VR einen Wert
annimmt, der kleiner ist als der Wert -Delta VR1, ergibt den
Korrekturwert f(Delta VR), welcher in starkem Maße abnimmt, wenn die
Abweichung Delta VR zunimmt. Die zweite Gerade C12, welche einem
Gebiet entspricht, in welchem die Abweichung Delta VR einen Wert
einnimmt, der größer oder gleich dem Wert -Delta VR1 und kleiner oder
gleich dem Wert Delta VR1 ist, ergibt einen Korrekturwert f(Delta VR),
welcher mit kleiner Steigung, also in einem höheren Grad, abnimmt,
wenn die Abweichung Delta VR zunimmt. Die dritte Gerade C13, welche
einem Gebiet entspricht, in welchem die Abweichung Delta VR einen
Wert annimmt, der größer als der Wert Delta VR1 ist, ergibt den
Korrekturwert f(Delta VR), welcher mit einer größeren Steigung
abnimmt, wenn die Abweichung Delta VR zunimmt.
Zur Einstellung des Korrekturwerts f(Delta VR) entsprechend der
Abweichungs-Korrekturwert-Kurve stellt das elektronische Steuergerät
40 den Korrekturwert f(Delta VR) ein, welcher der Größe und dem
Vorzeichen der Abweichung Delta VR entspricht, die im Schritt 545
ermittelt wurde, und zwar unter Bezugnahme auf die Abweichungs-
Korrekturwert-Kurve oder ein entsprechendes Kennfeld. Anders gesagt,
wird der Korrekturwert f(Delta VR) entsprechend der Größe und dem
Vorzeichen der Abweichung Delta VR und der Korrekturverstärkung
eingestellt, also der Neigung der Abweichungs-Korrekturwert-Kurve,
welche der Größe der Abweichung angepaßt ist. Anders als beim
bekannten Verfahren, welches stets eine konstante Korrekturverstärkung
unabhängig von der Größe der Abweichung Delta VR verwendet, setzt
das Verfahren der vorliegenden Erfindung den Korrekturwert f(Delta VR)
welcher als der Parameterwert dient (genauer gesagt, als der
Parameterwert für die Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses)
mit einer kleinen Korrekturverstärkung fest, wenn die Größe der
Abweichung Delta VR klein ist, so daß der Bezugs-Diskriminantenwert
V1C unter Verwendung des Korrekturwerts mit einem kleinen Korrekturgrad
fein und genau korrigiert wird, während der Korrekturwert mit einer
großen Korrekturverstärkung eingestellt wird, wenn die Größe der
Abweichung Delta VR groß ist, so daß der Bezugs-Diskriminantenwert
V1C mit einem größeren Korrekturgrad korrigiert wird, um so den
Bezugs-Diskriminantenwert V1C zu bestimmen, welcher adäquat ist zur
Verbesserung des Ansprechens der Lambda-Regelung auf das Ausgangssignal
des hinteren O2-Sensors 18.
Die in Fig. 7 dargestellte Abweichungs-Korrekturwert-Kurve wird vorab
festgelegt, wobei die Charakteristiken des vorderen und des hinteren
O2-Sensors 17 bzw. 18 berücksichtigt werden, so daß der Bezugs-
Diskriminantenwert V1C um einen Wert korrigiert werden kann, der
erforderlich ist, um die Abweichung Delta A/F eines Ist-Luft-
Kraftstoff-Verhältnisses vom Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu
eliminieren.
Das elektronische Regelgerät 40 verwendet den Korrekturwert f(Delta VR),
der in der vorstehend beschriebenen Weise eingestellt wurde, und einen
konstanten Wert Vo (z. B. 0,5 V) um den Bezugs-Diskriminantenwert V1C
der Rückkopplungskorrektur nach der folgenden Formel B2 zu unterwerfen
(Schritt S46):
V1C = Vo + f(Delta VR) (B2).
Falls also der Motor E in dem Arbeitsgebiet betrieben wird, welches
sich für eine Diskriminantenwert-Korrektur eignet, so wird der
Ausgangs-Referenzwert V1C des vorderen O2-Sensors 17 der
Rückkopplungskorrektur entsprechend dem Ausgangswert V02R des hinteren
O2-Sensors 18 unterworfen.
Falls andererseits das Ergebnis im Schritt S43 (Fig. 6) NEIN ist,
geht das Programm zu einem Schritt S44, in dem das Steuergerät 40
den Bezugs-Diskriminantenwert V1C auf den erwähnten konstanten Wert
Vo einstellt, und beendet die Routine.
Die Routine zum Ansteuern der Einspritzventile 8, die in Fig. 11
dargestellt ist, wird interrupt-gesteuert ausgeführt, wenn alle 180°
ein Kurbelwellenimpuls erzeugt wird. In diesem Falle stellt das
Steuergerät 40 als erstes fest, ob das Flag-Signal FFC den Wert "1"
hat, d. h., ob der Motor E im vorgegebenen Arbeitsgebiet mit
Kraftstoffunterbrechung betrieben wird (Schritt S70). Wird der Motor
E in dem Betriebsbereich mit Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr betrieben,
also gewöhnlich in Schubbetrieb, so wird dem Motor E kein Kraftstoff
zugeführt. Deshalb beendet das Steuergerät 40 die Routine, ohne
nennenswerte Rechenvorgänge auszuführen.
Falls der Wert des Flag-Signals FFC nicht "1" ist, geht das Programm
zu einem Schritt S71, in welchem das Steuergerät 40 die Einlaßluftmenge
(A/N) pro Saughub berechnet. Die Einlaßluftmenge (A/N), welche der
Luftmenge entspricht, die dem Motor E während des Zeitraums ab dem
Augenblick der Erzeugung des vorhergehenden Kurbelwellenimpulses bis
zum Augenblick der Erzeugung des jetzigen Kurbelwellenimpulses
zugeführt wird, wird berechnet anhand der Motordrehzahl Ne und dem
Luftdurchfluß pro Zeiteinheit, entsprechend dem Kármán′schen
Wirbelstraßensignal, welches durch den Kármán-Vortex-Sensor erfaßt
wird. Das Steuergerät multipliziert dann die Luftzufuhrmenge (A/N),
welche im Schritt S71 berechnet wurde, mit einer Konstante, um eine
Grund-Ventilöffnungsdauer TB zu berechnen (Schritt S72). Anschließend
wird die Ventilöffnungsdauer TINJ berechnet nach folgender Formel
(1) (Schritt S73):
TINJ = TB × KAF × K + TD, (1)
wobei K ein Produktwert (K = KWT × KAT . . . ) der Korrekturfaktoren ist,
z. B. des Wassertemperatur-Korrekturfaktors KWT und des Einlaßluft-
Temperaturkorrekturfaktors KAT, welche im Schritt S19 der Hauptroutine
eingestellt wurden: TD ist ein Totzeit-Korrekturwert, welcher z. B.
entsprechend der Batteriespannung eingestellt wird.
Als nächstes setzt das elektronische Steuergerät 40 die so berechnete
Ventilöffnungsdauer TINJ im Einspritz-Zeitglied 40d ein und löst das
Zeitglied aus (Schritt S74). Dies bewirkt, daß sich das zugeordnete
Einspritzventil 8 während einer Zeitspanne öffnet, welche der
Ventilöffnungsdauer TINJ entspricht, so daß eine Kraftstoffmenge
entsprechend der Ventilöffnungsdauer TINJ eingespritzt und dem
entsprechenden Zylinder zugeführt wird.
Fig. 12 zeigt grafisch, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, also auch
die Luftzahl, durch die Rückkopplungskorrektur des Bezugs-
Diskriminantenwertes V1C richtig korrigiert wird, welche vom
Steuergerät nach der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, und zwar
auch dann, wenn der vordere O2-Sensor 17 schlechter geworden ist,
z. B. durch Alterung. Die gestrichelte Kurve in Fig. 12 zeigt das
Ausgangssignal eines neuen vorderen O2-Sensors 17 unmittelbar nach
der Lieferung, während die mit einer durchgehenden Linie gezeichnete
Kurve das Ausgangssignal eines gealterten bzw. schlechter gewordenen
O2-Sensors zeigt. Man erkennt, daß die Korrektur des Bezugs-
Diskriminantenwertes (Spannungswertes) V1C entsprechend dem
Ausgangssignalwert des hinteren O2-Sensors 18 die Diskriminantenspannung
V1C in der Weise korrigiert, daß der Abfall der Sensor-Ausgangsspannung,
der auftritt, wenn der schlechter gewordene vordere O2-Sensor 17
verwendet wird, kompensiert wird. Infolgedessen wird das Problem,
wonach die Zeitspanne der Anfettung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
um die Zeitdauern Delta t1 und Delta t2 der Fig. 12 verkürzt wird,
gelöst, und man kann eine richtige Zeitspanne erhalten, in der das
Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht wird, selbst wenn weiterhin
der schlechter gewordene vordere O2-Sensor 17 verwendet wird. Gemäß
Fig. 12 ergibt sich ohne die Korrektur eine verkürzte Fett-Zeit, und
mit Korrektur eine normale Fett-Zeit.
Fig. 13 zeigt den grundlegenden Aufbau des vorstehend beschriebenen
Reglers für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis. Das elektronische
Steuergerät (ECU) 40 enthält Elemente, welche einem Regler 40A für
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einer Korrekturvorrichtung 40B
für einen Parameterwert entsprechen.
Das Steuergerät für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Fig. 13 kann
angewendet werden bei einer Brennkraftmaschine E vom Typ, der mit
einem Automatikgetriebe versehen ist, und es ist so ausgelegt, daß
es den Korrekturwert f(Delta VR) entsprechend der Abweichung Delta
VR zwischen dem Ausgangssignal des hinteren O2-Sensors 18 und dem
Bezugs-Diskriminantenwert und entsprechend einer (nicht dargestellten)
Abweichungs-Kokrrekturwertkurve einstellt, welche verschieden ist
je nachdem, ob der augenblickliche Gangänderungsbereich sich im
Fahrbereich D oder einem Neutralbereich N befindet, wie das in Fig.
13 im Teil 40B grafisch angedeutet ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt und kann in verschiedener Weise
modifiziert werden.
Z.B. wird beim beschriebenen Ausführungsbeispiel der Korrekturwert
f(Delta VR), welcher zur Korrektur des Bezugs-Diskriminantenwertes
V1C verwendet wird, gemäß der Abweichungs-Korrekturwert-Kurve der
Fig. 7 eingestellt. Der Korrekturwert kann aber alternativ auch
eingestellt werden unter Verwendung einer anderen Abweichungs-
Korrekturwert-Kurve, z. B. der Kurve nach Fig. 8 oder nach Fig. 9.
Bei der Einstellung der Kurven der Fig. 8 und 9 werden die
Charakteristiken der O2-Sensoren berücksichtigt, ebenso wie das bei
der Einstellung der Kurve der Fig. 7 der Fall ist.
Die Abweichungs-Korrekturwert-Kurve der Fig. 8 besteht aus einer ersten
Geraden C21, einer zweiten Geraden C22 und einer dritten Geraden C23,
welche den Geraden C11 bis C13 der Fig. 7 entsprechen, und sie hat
eine vierte Gerade C24 und eine fünfte Gerade C25, welche sich jeweils
parallel zur horizontalen Achse erstrecken. Entsprechend der Einstellung
des Korrekturwerts, beruhend auf dieser Kurve, wird, wenn die Größe
(Absolutwert) der Abweichung Delta VR zwischen dem geglätteten Wert
VF(n) des Ausgangssignals V02R des hinteren O2-Sensors 18 und dem
ersten Bezugswert VF größer als eine vorgegebene Größe Delta VR2 ist,
der Korrekturwert f(Delta VR) abgeschnitten um einen entsprechenden
von den Werten +VS1 und -VS1, so daß der Bezugs-Diskriminantenwert
V1C, welcher als der erwähnte Parameterwert dient, um den begrenzten
Korrekturwert korrigiert wird, wenn die Größe der Abweichung Delta VR
groß ist.
Ferner besteht die Abweichungs-Korrekturwert-Kurve der Fig. 9 aus
einer ersten Geraden C31, welche bewirkt, daß der Korrekturwert
f(Delta VR) den Wert +VS3 in einem Gebiet einnimmt, in dem die
Abweichung Delta VR kleiner ist als der Wert -Delta VR4, ferner eine
zweite Gerade C32, welche bewirkt, daß der Korrekturwert den Wert
+VS2 in einem Bereich einnimmt, in dem die Abweichung gleich oder
größer dem Wert -Delta VR4 und kleiner oder gleich dem Wert -Delta VR3
ist, ferner eine dritte Gerade C33, welche bewirkt, daß der
Korrekturwert "f" den Wert "0" in einem Gebiet annimmt, in dem die
Abweichung größer oder gleich dem Wert -Delta VR3 und kleiner oder
gleich dem Wert +Delta VR3 ist, ferner eine vierte Gerade C34, welche
bewirkt, daß der Korrekturwert den Wert -VS2 in einem Bereich annimmt,
in dem die Abweichung größer als der Wert +Delta VR3 und kleiner oder
gleich dem Wert +Delta VR4 ist, ferner einer fünften Geraden C35,
welche bewirkt, daß der Korrekturwert den Wert -VS3 in einem Bereich
annimmt, in dem die Abweichung größer als der Wert +Delta VR4 ist.
Entsprechend der Einstellung der Korrekturwerte beruhend auf der
Abweichungs-Korrekturwert-Kurve der Fig. 9 wird dann, wenn die Abweichung
Delta VR im Kleinbereich (Totbereich) von +/- Delta VR3 ist, der
Korrekturwert f(Delta VR) auf den Wert "0" eingestellt, so daß keine
wesentliche Korrektur des Bezugs-Diskriminantenwertes V1C, welcher
als der Parameterwert dient, ausgeführt wird. Ferner wird dann, wenn
die Abweichung Delta VR in einem Bereich von -Delta VR3 bis -Delta VR4
oder einem Bereich von +Delta VR3 bis +Delta VR4 ist, der Korrekturwert
f(Delta VR) auf einen konstanten Wert von +/-Delta VS2 eingestellt,
wodurch der Bezugs-Diskriminantenwert V1C mit einem relativ kleinen
Korrekturgrad korrigiert wird. Ist der Absolutwert der Abweichung
Delta VR größer als Delta VR4, so wird der Korrekturwert f(Delta VR1)
auf einen konstanten Wert von +/-Delta VS3 eingestellt, dessen Größe
größer ist als diejenige des Wertes +/-Delta VS2, so daß der Bezugs-
Diskriminantenwert V1C mit einem relativ großen Korrekturgrad
korrigiert wird.
Beim vorstehenden Ausführungsbeispiel bezieht sich die Beschreibung
auf einen Fall, bei dem der Ausgangs-Diskriminantenwert V1C, der sich
auf den vorderen O2-Sensor 17 bezieht, der Rückkopplungskorrektur
unterzogen wird, basierend auf dem Ausgangswert des hinteren O2-
Sensors 18; jedoch ist der Parameter, oder genauer gesagt der Luft-
Kraftstoff-Verhältnis-Steuerparameter, der durch das Ausgangssignal
des hinteren O2-Sensors korrigiert werden soll, nicht auf den
Ausgangs-Diskriminantenwert V1C beschränkt. Beispielsweise kann ein
proportionaler Korrekturwert P, welcher eingestellt wird in Bezug
zum Durchlaufen eines Diskriminantenwerts durch den Ausgangswert des
vorderen O2-Sensors 17, ein Integralkorrekturwert I, welcher sich
graduell ändert, wenn die Zeit verstreicht entsprechend der
Größenbeziehung zwischen dem Ausgangssignal des vorderen O2-Sensors
17 und einem Diskriminantenwert, oder eine Verzögerungszeit, welche
eingestellt wird zur Änderung des proportionalen Korrekturwerts oder
zum Schalten der Zunahme/Abnahme-Richtung des Integralkorrekturwerts
zu einem Zeitpunkt, der verzögert ist ab dem Augenblick, an dem das
Ausgangssignal des vorderen O2-Sensors 17 den Diskriminantenwert
schnitt (durchlief), als der vorgenannte Parameter verwendet werden,
anstelle des Ausgangs-Diskriminantenwertes V1C, oder zusammen mit
ihm.
Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung anwendbar bei einem Regler
für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welcher dazu ausgelegt ist, den
erwähnten Parameter durch die Verwendung erster und zweiter
Rückkopplungskorrekturwerte zu korrigieren, welche Werte aus den
Ausgangssignalen des vorderen bzw. des hinteren O2-Sensors erhalten
werden. Auch sonst sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache
Abwandlungen und Modifikationen möglich.
Wie Fig. 13 besonders anschaulich zeigt, ist also ein Regler 40 für
das Kraftstoff-Luft-Verhältnis (A/F) bei einer Brennkraftmaschine
E mit einem vorderen O2-Sensor 17 und einem hinteren O2-Sensor 18
versehen, welche im Abgassystem auf der Zuströmseite bzw. auf der
Abströmseite eines Abgasreinigers 9 installiert sind. Der Regler
korrigiert das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) entsprechend dem
Ergebnis des Vergleichs zwischen einem erfaßten Wert des vorderen
O2-Sensors 17 und einem ersten Bezugswert V1C, um so das Luft-
Kraftstoff-Verhältnis auf einen gewünschten Wert zu regeln, und er
korrigiert auch einen Wert eines Parameters, welcher sich bevorzugt
bezieht auf eine Korrekturmenge oder eine Korrektur-Zeitsteuerung
für die Korrektur des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, z. B. des ersten
Bezugswertes V1C, entsprechend der Abweichung zwischen einem erfaßten
Wert des hinteren O2-Sensors 18 und einem zweiten Bezugswert VF. Hat
diese Abweichung einen großen Wert, so wird der Parameterwert um einen
größeren Korrekturgrad korrigiert als um den, der verwendet wird,
wenn die Größe der Abweichung klein ist, um hierdurch den Parameterwert
entsprechend der Größe der Abweichung nichtlinear zu korrigieren.
So erzielt man eine optimierte Korrektur des Parameterwertes und
verhindert oder reduziert die Verschlechterung der Abgasreinigung,
die durch ein Schlechterwerden der O2-Sensoren oder des Katalysators
bewirkt wird.
Claims (11)
1. Regler für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) bei einer
Brennkraftmaschine (E),
mit einem zuströmseitigen Sauerstoffsensor (17), welcher in einem Auspuffsystem (3, 3a) der Brennkraftmaschine (E) auf der Zuströmseite eines Abgasreinigers (9) installiert ist, um eine erste Sauerstoffkonzentration im Abgas zu erfassen,
mit einem abströmseitigen Sauerstoffsensor (18), welcher im Auspuffsystem (3, 3a) auf der Abströmseite oder im Inneren des Abgasreinigers (9) installiert ist, um eine zweite Sauerstoffkonzentration im Abgas zu erfassen,
mit einer Regelvorrichtung (Fig. 13: 40A) für das Luft-Kraftstoff- Verhältnis zum Korrigieren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines der Brennkraftmaschine (E) zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs entsprechend einem Vergleichsergebnis zwischen dem vom zuströmseitigen Sauerstoffsensor (17) erfaßten Sauerstoffkonzentrationswert und einem ersten Bezugswert (V1C), um so das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) auf einen bestimmten Wert zu regeln,
und mit einer Parameterwert-Korrekturvorrichtung (Fig. 13: 40B) zur Korrektur eines zur Funktion der Regelvorrichtung (40A) für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) in Bezug stehenden Parameters entsprechend einer Differenz zwischen dem vom abströmseitigen Sauerstoffsensor (18) erfaßten zweiten Sauerstoff-Konzentrationswert (V02R) und einem zweiten Bezugswert (VF), welche Parameterwert- Korrekturvorrichtung (40B) den Wert des Parameters mit einem Korrekturgrad korrigiert, der sich entsprechend einer Größe der Differenz (Delta VR) zwischen dem erfaßten Wert der zweiten Sauerstoffkonzentration und dem zweiten Bezugswert (VF) ändert.
mit einem zuströmseitigen Sauerstoffsensor (17), welcher in einem Auspuffsystem (3, 3a) der Brennkraftmaschine (E) auf der Zuströmseite eines Abgasreinigers (9) installiert ist, um eine erste Sauerstoffkonzentration im Abgas zu erfassen,
mit einem abströmseitigen Sauerstoffsensor (18), welcher im Auspuffsystem (3, 3a) auf der Abströmseite oder im Inneren des Abgasreinigers (9) installiert ist, um eine zweite Sauerstoffkonzentration im Abgas zu erfassen,
mit einer Regelvorrichtung (Fig. 13: 40A) für das Luft-Kraftstoff- Verhältnis zum Korrigieren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines der Brennkraftmaschine (E) zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs entsprechend einem Vergleichsergebnis zwischen dem vom zuströmseitigen Sauerstoffsensor (17) erfaßten Sauerstoffkonzentrationswert und einem ersten Bezugswert (V1C), um so das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) auf einen bestimmten Wert zu regeln,
und mit einer Parameterwert-Korrekturvorrichtung (Fig. 13: 40B) zur Korrektur eines zur Funktion der Regelvorrichtung (40A) für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) in Bezug stehenden Parameters entsprechend einer Differenz zwischen dem vom abströmseitigen Sauerstoffsensor (18) erfaßten zweiten Sauerstoff-Konzentrationswert (V02R) und einem zweiten Bezugswert (VF), welche Parameterwert- Korrekturvorrichtung (40B) den Wert des Parameters mit einem Korrekturgrad korrigiert, der sich entsprechend einer Größe der Differenz (Delta VR) zwischen dem erfaßten Wert der zweiten Sauerstoffkonzentration und dem zweiten Bezugswert (VF) ändert.
2. Regler nach Anspruch 1, bei welchem sich der Parameter auf die
Korrektur des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (A/F) bezieht, welche
von der Regelvorrichtung (40A) für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
ausgeführt wird.
3. Regler nach Anspruch 2, bei welchem sich der Parameter auf eine
Korrekturmenge und/oder einen zur Ausführung der Korrektur
dienenden zeitlichen Ablauf bei der Korrektur des Luft-Kraftstoff-
Verhältnisses (A/F) bezieht.
4. Regler nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei
welchem, wenn die Differenz groß ist, die Parameterwert-
Korrekturvorrichtung (40B) den Parameterwert mit einem größeren
Korrekturgrad korrigiert als den, der verwendet wird, wenn die
Differenz klein ist.
5. Regler nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei
welchem die Parameterwert-Korrekturvorrichtung (40B) den ersten
Bezugswert (V1C) korrigiert, welcher als der Parameter dient.
6. Regler nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei
welchem die Regelvorrichtung (40A) für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
eine Integral-Korrekturregelung für die Regelung des Luft-Kraftstoff-
Verhältnisses ausführt durch Verwendung eines Korrekturfaktors,
welcher einen Integral-Korrekturterm (I) enthält, und einen Wert
des Integral-Korrekturterms korrigiert entsprechend dem Ergebnis
des Vergleichs (Fig. 10: S62) zwischen dem ersten
Sauerstoffkonzentrationswert (V02F) und dem ersten Bezugswert (V1C),
welche Parameterwert-Korrekturvorrichtung den Integral-Korrekturterm
korrigiert, der als der Parameter fungiert.
7. Regler nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei
welchem der Regler (40A) für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eine
Proportional-Korrekturregelung für die Regelung des Luft-Kraftstoff-
Verhältnisses (A/F) ausführt durch Verwendung eines Korrekturfaktors,
welcher einen Proportional-Korrekturterm (P) enthält, und einen
Wert des Proportional-Korrekturterms entsprechend dem Ergebnis
des Vergleichs zwischen dem ersten Sauerstoff-Konzentrationswert
und dem ersten Bezugswert (Fig. 5: S24) korrigiert,
welche Parameterwert-Korrekturvorrichtung den Proportional-
Korrekturterm korrigiert, der als der Parameter dient.
8. Regler nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei
welchem die Regelvorrichtung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
(A/F) das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem Zeitpunkt korrigiert,
an dem eine gewünschte Verzögerungszeit abgelaufen ist, nachdem
der vom zuströmseitigen Sauerstoffsensor (17) erfaßte erste
Bezugswert (V02F) den ersten Bezugswert (V1C) durchlaufen hat,
wobei die Parameterwert-Korrekturvorrichtung (40B) die
Verzögerungszeit korrigiert, welche als der Parameter fungiert.
9. Regler nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei
welchem, wenn eine Größe der Differenz (Delta VR) größer als eine
vorgegebene Größe ist, die Parameterwert-Korrekturvorrichtung (40B)
den Parameterwert um einen begrenzten Korrekturbetrag korrigiert.
10. Regler nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei
welchem, wenn eine Größe der Differenz (Delta VR) kleiner als ein
vorgegebener Wert ist, die Parameterwert-Korrekturvorrichtung (40B)
keine wesentliche Korrektur des Parameterwerts ausführt.
11. Regler nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei
welchem die Parameterwert-Korrekturvorrichtung (40B) einen vom
abströmseitigen Sauerstoffsensor (18) erfaßten Wert (V02R) der
zweiten Sauerstoffkonzentration glättet (Fig. 6: S41) und den
Parameterwert entsprechend der Differenz (Delta VR) zwischen dem
erhaltenen geglätteten Wert (VF(n)) und dem zweiten Bezugswert
(VF) korrigiert.
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