DE4434786A1

DE4434786A1 - Luft/Kraftstoff-Regelsystem

Info

Publication number: DE4434786A1
Application number: DE4434786A
Authority: DE
Inventors: Douglas Ray Hamburg; Eleftherios Miltiad Logothetis; Jeffrey Arthur Cook; Lajos Rimai
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1993-10-06
Filing date: 1994-09-29
Publication date: 1995-04-13
Anticipated expiration: 2014-09-30
Also published as: GB2282680B; GB9419122D0; JPH07158489A; US5379590A; DE4434786C2; GB2282680A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Regelsysteme zum Halten eines Motor-Luft/Kraftstoff-Betriebes im Spitzenwirkungsgradfenster eines katalytischen Konverters.

Luft/Kraftstoff-Regelsysteme sind bekannt, die auf stromauf- und stromabwärts eines katalytischen Konverters angeordnete Abgassauerstoffsensoren ansprechen. Im typischen Fall wird eine Rückkopplungsvariable aus einer Integration des Aus gangssignals eines stromaufwärts des katalytischen Konverters angeordneten, zwei Zustände aufweisenden Abgassauerstoffsen sors abgeleitet. Dieser stromaufwärts angeordnete Abgassauer stoffsensor weist eine Stufenänderung in seinem Ausgangs signal aus, die bei einem vorgewählten Luft/Kraftstoff- Verhältnis zwischen einem Fett- und einem Magerzustand um schaltet in entsprechender Weise weist der stromabwärts an geordnete Sensor eine zwei Zustände aufweisende Vorrichtung auf, bei der eine Ausgangssignalstufenänderung zwischen Fett und Mager bei bei einem vorbestimmten Luft/Kraftstoff- Verhältnis auftretenden Stufen angezeigt wird. Der Ausgangs wert des stromabwärts angeordneten Sensors verschiebt (biases) die stromaufwärtige Rückkopplungsschleife derart, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors durchschnitt lich an der Stufenänderung in dem Ausgangswert des stromab wärtigen Sensors ausgerichtet ist.

Die Erfinder haben erkannt, daß die stufenförmige Ausgabe des stromabwärtigen Sensors und das entsprechende vorbestimmte Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit dem Spitzenwirkungsgradfenster des katalytischen Konverters nicht immer aneinander ausge richtet sein können.

Zusammenfassende Beschreibung der Erfindung

Eine Aufgabe der hier beschriebenen Erfindung liegt in dem genaueren Ausrichten der Stufenänderung in dem Ausgangswert eines stromabwärts eines katalytischen Konverters angeordne ten Abgassauerstoffsensors an einem Spitzenwirkungsgradfen ster des Konverters.

Die obige Aufgabe wird gelöst, und damit werden Schwierigkei ten früherer Versuche mit einem Regelsystem zum Halten des Motor-Luft/Kraftstoff-Betriebes in dem Wirkungsgradfenster eines im Motorauspuff angeordneten katalytischen Konverters überwunden. Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfin dung umfaßt das System: einen in dem Motorauspuff stromab wärts des katalytischen Konverters angeordneten stromabwärti gen Abgassauerstoffsensor mit einem Ausgangssignal mit einer Stufenänderung zwischen einem ersten und einem zweiten Aus gangssignalzustand bei einem vorgegebenen Luft/Kraftstoff- Verhältnis, wobei der stromabwärtige Sensor durch ein sauer stoffionenleitendes Material getrennte erste und zweite Elek troden mit verschiedenen Sauerstoffkonzentrationen aufweist, und eine Initialisierungseinrichtung zum Verschieben der Stu fenänderung des stromabwärtigen Sensors auf ein Anfangs- Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wirkungsgradfenster des Konver ters, wobei die Initialisierungseinrichtung Einrichtungen zum Erzeugen eines Stromflusses in der ersten Elektrode des stromabwärtigen Sensors aufweist.

Ein Vorteil der obigen Ausführungsform der Erfindung liegt darin, daß die Stufenänderung in dem Ausgangssignal des stromabwärts angeordneten Abgassauerstoffsensors genau mit dem Spitzenwirkungsgradfenster des Konverters ausgerichtet ist und dadurch ein hochgradig genaues, auf den stromabwärti gen Sensor ansprechendes Luft/Kraftstoff-Regelsystem erreicht wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Zur näheren Erläuterung des Gegenstandes und der Vorteile der hier beanspruchten Erfindung wird nachfolgend auf die anhand der Zeichnungen beispielhaft erläuterte Ausführungsform der Erfindung Bezug genommen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2A und 2B Darstellungen verschiedener, mit einem Abgas sauerstoffsensor zusammenhängender Ausgangssignale,

Fig. 3 und 4 Darstellungen von High-Level-Fließbildern mit auf Teile der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform bezogenen Schritten,

Fig. 5 einen Schnitt durch einen Abgassauerstoffsensor mit der Darstellung eines Sauerstoffpumpens in einem Teil des Sensors,

Fig. 6A und 6B Darstellungen von High-Level-Fließbildern mit auf Teile der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform bezogenen Schritten,

Fig. 7 und 8 schematische Darstellungen von Teilen der in . 1 gezeigten Ausführungsform und

Fig. 9A und 9B Darstellungen von High-Level-Fließbildern mit auf Teile der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform bezogenen Schritten.

Beschreibung einer Ausführungsform

Der im Blockdiagramm von Fig. 1 als ein herkömmlicher Mikro computer gezeigte Regler 10 enthält eine Mikroprozessorein heit 12, Eingabeanschlüsse 14 mit sowohl digitalen als auch analogen Ausgängen, Ausgabeanschlüsse 16 mit sowohl digitalen als auch analogen Eingängen, einen Lesespeicher (ROM) 18 zum Speichern von Regelprogrammen, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 20 zur zeitweiligen Datenspeicherung, der auch für Zäh ler und Zeitgeber verwendet werden kann, ein nichtflüchtiger Speicher (keep-alive memory) (KAM) 22 zum Speichern von Lern werten und einen herkömmlichen Datenbus. Wie im folgenden mit besonderem Bezug auf die weiteren Figuren ausführlich erläu tert wird, regelt der Regler 10 den dem Motor 24 zugeführten Flüssigkraftstoff über die Impulsbreitenmodulation des Si gnals fpw.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 2A und 2B erfolgt eine Stufenänderung in dem Ausgangssignal des EGO-Sensors bei ei nem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AFR), das für einen bestimm ten Sensor vorgegeben wird. Das Signal EGOS, das später aus führlich beschrieben wird, wird durch Vergleich der Ausgangs spannung des EGO-Sensors 34 (Leitung 30) mit einer Bezugs spannung (Leitung 32) erzeugt, die in diesem Beispiel an ei nem Meßpunkt in der Spitze-zu-Spitze-Auslenkung der Stufenän derung an der Ausgabe vom EGO-Sensor 34 dargestellt wird. Das Signal EGOS ist ein zwei Zustände aufweisendes Signal, das anzeigt, ob die Verbrennungsgase zu einem fetten oder mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend dem Ausgabemeßpunkt vom EGO-Sensor 34 gehören. Für das hier gezeigte besondere Beispiel stellen die gestrichelten Linien 31 und 33 in Fig. 2A bzw. 2B Verschiebungen in dem Ausgangssignal des EGO- Sensors 34 und im Signal EGOS gegenüber dem Wirkungs gradfenster des Konverters dar.

Bei diesem besonderen Beispiel ist der dem Katalysator vorge schaltete EGO-Sensor 34 gemäß der Darstellung an den Auspuff krümmer 36 des Motors 24 stromaufwärts des herkömmlichen ka talytischen Konverters 38 angeschlossen. Ein erster pumpender Stromgenerator 39 ist gemäß der Darstellung an den Regler 10 zum Vorspannen (biasing) des EGO-Sensors 34 angeschlossen, wie es später in größerer Ausführlichkeit beschrieben wird. Der dem Katalysator nachgeschaltete EGO-Sensor 40 ist gemäß der Darstellung stromabwärts des herkömmlichen katalytischen Konverters 38 an das Auspuffendrohr 42 angeschlossen. Der zweite pumpende Stromgenerator 43 ist gemäß der Darstellung an den Regler 10 zum Vorspannen des EGO-Sensors 40 ange schlossen, wie es später in ausführlicher beschrieben wird.

Gemäß der Darstellung ist das Saugrohr 44 an das in ihrem In nern eine primäre Drosselklappe 48 aufweisende Drosselklap pengehäuse 46 angeschlossen. Weiterhin ist eine Kraftstoffe inspritzdüse 50 am Drosselklappengehäuse 46 zur Zuleitung von Flüssigkraftstoff proportional zu dem Impulsbreitensignal fpw vom Regler 10 angeordnet. Der Kraftstoff wird der Kraftstof feinspritzdüse 50 über ein herkömmliches Kraftstoffsystem mit einem Kraftstofftank 52, einer Kraftstoffpumpe 54 und einer Kraftstoffleitung 56 zugeführt.

Ein Fließbild mit der vom Regler 10 durchgeführten Flüssig kraftstoffzuleitungsroutine zum Regeln des Motors 24 wird nachfolgend beschrieben, und zwar beginnend unter Bezugnahme auf das in Fig. 3 gezeigte Fließbild. Eine Berechnung mit of fener Schleife des gewünschten Flüssigkraftstoffes wird in Stufe 300 durchgerechnet. Insbesondere gilt, daß die Messung des induzierten Luft-Massenstromes MAF durch das gewünschte Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFd, das mit einer stöchiometri schen Verbrennung korreliert ist, dividiert wird. Nach Beginn einer Regelung mit Rückkopplung oder geschlossener Schleife (Stufe 302) wird die Kraftstoffberechnung mit offener Schlei fe durch die Kraftstoffrückkopplungsvariable FFV zum Erzeugen des gewünschten Kraftstoffsignals fd während einer Stufe 304 getrimmt. Dieses gewünschte Kraftstoffsignal wird zum Betäti gen der Kraftstoffeinspritzdüse 50 (Stufe 306) in das Kraft stoffimpulsbreitensignal fpw umgewandelt.

Die von dem Regler 10 zum Erzeugen der Kraftstoffrückkopp lungsvariablen FFV durchgeführte Luft/Kraftstoff-Rückkopp lungsroutine wird nachfolgend unter Bezug auf das in Fig. 4 gezeigte Fließbild beschrieben. Nach dem Eintreten in die Luft/Kraftstoff-Regelung mit geschlossener Schleife in Stufe 410 wird die abgeänderte Ausgangsspannung V_MPRE des EGO- Sensors 34 bestimmt (Stufe 414). Wie später in größerer Aus führlichkeit beschrieben wird, wird die Ausgangssignal des EGO-Sensors 34 durch Stromvorspannung nach Maßgabe eines dem Katalysator nachgeschalteten Rückkopplungssignals PCFS zum Ausrichten dessen stufenförmigen Ausgangssignals an das Wir kungsgradfenster des Konverters abgeändert oder verschoben. Das oben beschriebene, zwei Zustände aufweisende Abgassauer stoffsensorsignal (EGOS) wird in der Stufe 416 durch Verglei chen des modifizierten Ausgangssignals des EGO-Sensors 34 mit dem Bezugssignal (siehe Fig. 2A) erzeugt. Das zwei Zustände aufweisende Abgassauerstoffsensorsignal EGOS wird dann wäh rend der Stufe 418 gesampelt.

Wenn das Signal EGOS niedrig liegt (Stufe 418), aber während der vorhergehenden Grundschleife (background loop) des Mikro kontrollers 10 (Stufe 420) hoch war, wird ein vorherbestimm ter Proportionalausdruck Pj von der Rückkopplungsvariablen FFV (Stufe 422) abgezogen. Wenn das Signal EGOS niedrig ist (Stufe 418) und auch während der vorhergehenden Grundschleife (Stufe 420) niedrig war, wird ein vorgewählter Integralaus druck Δj von der Rückkopplungsvariablen FFV (Stufe 424) abge zogen. Ahnlich wird bei einem hohem Signal EGOS (Stufe 418) und wenn dieses Signal auch während der vorhergehenden Grund schleife des Reglers 10 (Stufe 426) hoch war, der Integral ausdruck Δi der Rückkopplungsvariablen FFV (Stufe 428) hinad diert. Wenn das Signal EGOS hoch ist (Stufe 418), aber wäh rend der vorhergehenden Grundschleife (Stufe 426) niedrig war, wird der Proportionalausdruck Pi der Rückkopplungsvaria blen FFV (Stufe 430) hinzuaddiert.

Gemäß der oben beschriebenen Betriebsweise wird die Rückkopp lungsvariable FFV durch auf das Signal EGOS ansprechende pro portionale plus integrale Rückkopplungsregelung erzeugt. Für das hier gegebene spezielle Beispiel wird die Rückkopplungs variable FFV um einen Durchschnittseinheitswert (average va lue of unity) schwingen. In einer alternativen Ausführungs form wird der Durchschnittswert der Rückkopplungsvariablen FFV bis aufeinen Wert oberhalb oder unterhalb des Einheits wertes verschoben, wie es durch das unterhalb des Katalysa tors abgegriffene Rückkopplungssignal PCFS bestimmt wird. Wenn dieses Signal PCFS anzeigt, daß der Motor- Luft/Kraftstoff-Durchschnittsbetrieb im fetten Bereich des Wirkungsgradfensters des Konverters liegt, werden die Propor tionalausdrücke Pi, Pj und die Integralausdrücke Δi, Δj so gewählt, daß sich eine Durchschnittsamplitude des Rückkopp lungssignals FFV, die über dem Einheitswert liegt, ergibt, was zu einer Magerverschiebung des zugeführten Kraftstoffes führt. Ein Betrieb im fetten Bereich des Wirkungsgradfensters des Konverters wird damit berichtigt. In einem besonderen Be triebsbeispiel wird der Proportionalausdruck Pi gegenüber dem Proportionalausdruck Pj erhöht und damit die Rückkopplungsva riable FFV so verschoben, daß sie im Durchschnitt größer als der Einheitswert ist. Bei einem anderen Betriebsbeispiel wird ein ähnliches Ergebnis durch Erhöhen des Integralausdrucks Δi gegenüber dem Integralausdruck Δj erreicht.

Wenn das nach dem Katalysator abgegriffene Rückkopplungssig nal PCFS anzeigt, daß der Motor-Luft/Kraftstoff-Betrieb im mageren Bereich des Wirkungsgradfensters des Konverters 38 liegt, wird eine Kombination der Proportionalausdrücke Pi, Pj und/oder der Integralausdrücke Δi, Δj gewählt, um die Rück kopplungsvariable FFV auf einen Durchschnittswert unter ihrem Nominal- oder Einheitswert zu verschieben. Dadurch wird eine Verschiebung des Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Richtung Fett erreicht. Bei einer alternativen Ausführungsform wird der Proportionalausdruck Pj gegenüber dem Proportionalaus druck Pi erhöht und damit die Rückkopplungsvariable FFV auf einen Durchschnittswert unter dem Einheitswert verschoben. Bei einer anderen alternativen Ausführungsform wird der Inte gralausdruck Δj gegenüber dem Integralausdruck Δi erhöht und damit die Rückkopplungsvariable FFV auf einen Wert unter dem Einheitswert verschoben.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform enthält der vor dem Katalysator angeordnete Emissionssensor den EGO-Sensor 34 mit einer ersten und einer zweiten, durch ein sauerstoff ionenleitendes Material 74 getrennten Elektrode 70 bzw. 72 mit verschiedenen Sauerstoffkonzentrationen. Im Idealfall fällt die Stufenänderung oder der "Schaltpunkt" des Sensor ausgangswertes mit der stöchiometrischen Verbrennung zusam men. Die Stufenänderung wird jedoch häufig aufgrund einer Bauteilealterung oder aufgrund von anderen Systemcharakteri stika auf einen vom stöchiometrischen Wert abweichenden Wert verschoben. Zum Berichtigen solcher Verschiebungen kann der die Rückkopplungsvariable FFV erzeugende proportionale und integrale Rückkopplungsregler wie oben beschrieben vorge spannt werden.

In einer anderen alternativen Ausführungsform wird der vor dem Katalysator angeordnete EGO-Sensor 34 durch Erzeugen ei nes Stromflusses in der ersten Elektrode 70 des Sensors 34 vorgespannt, so daß Sauerstoff durch das sauerstoffionenlei tende Material 74 von der ersten Elektrode 70 zur zweiten Elektrode 72 oder umgekehrt übertragen oder "gepumpt" wird. Der erzeugte Stromfluß schiebt die Stufenänderung abhängig von der Richtung des pumpenden Stromes auf höhere oder nie drigere Luft/Kraftstoff-Werte. Im einzelnen gilt, daß ein po sitiver Stromfluß in der Elektrode 70 den Sensorschaltpunkt in Richtung auf magerere Luft/Kraftstoff-Verhältnisse und ein negativer Stromfluß in der Elektrode 70 den Sensorschaltpunkt in Richtung auf fettere Luft/Kraftstoff-Verhältnisse ver schiebt. Es kommt hinzu, daß sich die Größe dieser Verschie bung proportional mit der Größe des Stromes erhöht. Die Größe und die Richtung für diesen Strom wird durch das nach dem Ka talysator abgegriffene Rückkopplungssignal PCFS zum Verschie ben der Stufenänderung in dem Ausgangssignal des Sensors 34 verschoben, um mit dem Spitzenwirkungsgradfenster des kataly tischen Konverters 38 zusammenzufallen.

Das Vorspannen des vor dem Katalysator angeordneten Sensors 34 wird nun unter Bezug auf das in den Fig. 6A und 6B und das in Fig. 7 gezeigte Schaltbild in größerer Ausführlichkeit beschrieben. Nach einer Feststellung, daß eine Regelung mit geschlossener Schleife (Stufe 500) gewünscht wird, wird der gewünschte pumpende Strom I_P1d nach Maßgabe des nach dem Ka talysator abgegriffenen Rückkopplungssignals PCFS (Stufe 502) bestimmt. Das nach dem Katalysator abgegriffene Rück kopplungssignal PCFS ist eine Anzeige darüber, ob das Motor- Luft/Kraftstoff(-Verhältnis) im Katalysatorfenster zentriert ist. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird das Signal PCFS durch Sampeln eines Ausgangssignals einer nach dem Kata lysator angeordneten Emissionsmeßeinrichtung, wie zum Bei spiel des nach dem Katalysator angeordneten (in Fig. 1 ge zeigten) EGO-Sensors 40, Berechnen eines nach dem Katalysator abgegriffenen Fehlersignals durch Subtraktion einer Bezugs spannung von der Sensorausgabe und Integrieren des Fehlersi gnals abgeleitet. Wenn das nach dem Katalysator abgeleitete Rückkopplungssignal PCFS Null ist (das heißt, daß in der Rückkopplungsschleife nach dem Katalysator kein Fehler detek tiert wird), dann ist der gewünschte pumpende Strom I_P1d Null (Stufe 504), und das Motor-Luft/Kraftstoff(-Verhältnis) ist in dem Katalysatorfenster zentriert. Unter diesen Bedingungen ist keine Verstellung des Luft/Kraftstoff(-Verhältnisses) mit geschlossener Schleife vor dem Katalysator erforderlich. Ent sprechend schaltet der Regler 10 die Transistoren 80 und 82 durch Gleichsetzen der Basisspannung VB1 bzw. VB2 mit der po sitiven Versorgungsspannung +VP bzw. der negativen Versor gungsspannung -VP ab, so daß der pumpende Strom nicht in den oder aus dem EGO-Sensor 34 (Stufe 506) fließt.

Wenn sich das Motor-Luft/Kraftstoff(-Verhältnis) nicht im Ka talysatorfenster befindet, wird I_P1d nach Maßgabe des nach dem Katalysator abgegriffenen Rückkopplungssignals PCFS geän dert, so daß die Stufenänderung in der Ausgabespannung des Sensors 34 in das Katalysatorfenster verschoben wird. Wenn zum Beispiel der gewünschte pumpende Strom I_P1d unter Null (Stufe 508) liegt, schaltet der Regler 10 den Transistor 80 durch Gleichsetzen von VB1 mit +VP ab und betreibt den Tran sistor 82 in dessen linearem Bereich durch Einstellen von VB1 zum Steuern des Stromflusses aus dem Sensor (Stufe 510). Im einzelnen gilt:

VB2 = -VP + VBE2 + (I_P1d _* RE2)

wobei VBE2 die interne Basis-Emitterspannung des Transistors 82 und RE2 der zwischen dem Emitter des Transistors 82 und der negativen Versorgungsspannung -VP liegende Widerstand 84 ist. Um zu erzwingen, daß der tatsächliche Stromfluß I_P1a aus der Elektrode 70 gleich dem gewünschten pumpenden Strom I_P1d wird, wird der Emitter VE2 des Transistors 82 durch den Reg ler 10 (Stufe 512) zum Prüfen des Spannungsabfalls über dem Widerstand 84 gesampelt. Falls der Spannungsabfall über dem Widerstand 84 so ist, daß VE2 + VP - (I_P1d _* RE2) unter der unteren Fehlergrenze -ERR liegt, dann ist der Strom I_P1a kleiner als der gewünschte pumpende Strom I_P1d (Stufe 514). Folglich wird VB2 leicht erhöht (Stufe 516), wodurch der pum pende Stromfluß aus der Elektrode 70 erhöht wird. Falls umge kehrt der Spannungsabfall über dem Widerstand 84 so ist, daß VE2 + VP - (I_P1d _* RE2) größer als irgendeine obere Fehler grenze +ERR ist, dann ist der Strom I_P1a größer als der ge wünschte pumpende Strom I_P1d (Stufe 518). Folglich wird VB2 leicht abgesenkt (Stufe 520), womit der pumpende Stromfluß aus der Elektrode 70 abgesenkt wird. Die Stufe 512 wird wie derholt, bis sich der Fehler in zulässigen Grenzen befindet.

Alternativ, wenn der gewünschte pumpende Strom I_P1d größer als Null (Stufe 508) ist, schaltet der Regler 10 den Transi stor 82 durch Gleichsetzen von VB2 mit -VP aus und betreibt den Transistor 80 in dessen linearem Bereich durch Einstellen von VB1 zum Steuern des Stromflusses in die Elektrode 70 (Stufe 522). Im einzelnen gilt:

VB1 = VP-VBE1-(I_P1p _*RE1)

wobei VBE1 die interne Basis-Emitterspannung des Transistors 80 und RE1 der zwischen dem Emitter des Transistors 80 und der positiven Versorgungsspannung +VP liegende Widerstand 86 ist. Damit der tatsächliche Stromfluß I_P1a in die Elektrode 70 gleich dem gewünschten pumpenden Strom I_P1d wird, wird die Emitterspannung VE1 des Transistors 80 durch den Regler 10 (Stufe 524) gesampelt, um damit den Spannungsabfall über dem Widerstand RE1 zu prüfen. Falls der Spannungsabfall über dem Widerstand 86 so ist, daß VE1-VP+(I_P1d _*RE1) unter der unteren Fehlergrenze -ERR liegt, dann ist der Strom I_P1a grö ßer als der gewünschte pumpende Strom I_P1d (Stufe 526). Dem gemäß wird VB1 leicht erhöht (Stufe 528), und damit wird der pumpende Stromfluß in die Elektrode 70 abgesenkt. Umgekehrt, falls der Spannungsabfall über dem Widerstand 86 so ist, daß VE1-VP+(I_P1d _*RE1) größer als eine obere Fehlergrenze +ERR ist, dann ist der Strom I_P1a niedriger als der gewünsch te pumpende Strom I_P1d (Stufe 530f). Demgemäß wird VB1 leicht abgesenkt (Stufe 532), wodurch der pumpende Stromfluß in die Elektrode 70 erhöht wird. Die Stufe 524 wird wiederholt, bis der Fehler in zulässigen Grenzen liegt.

Ein Pumpen des Stromes in den oder aus dem vor dem Katalysa tor angeschalteten EGO-Sensor 34 verschiebt nicht nur die Stufenänderung der Sensorausgabe, sondern führt aufgrund ei nes Spannungsabfalls über dem Innenwiderstand des Sensors auch zu einer Verschiebung in der Höhe der Ausgabespannung. Bei niedrigem Innenwiderstand des Sensors kann die Verschie bung vernachlässigbar sein, so daß ein Ausgleich für die Spannungsverschiebung nicht notwendig ist. Die Verwendung ei nes Sensors mit niedrigem Innenwiderstand ist daher er wünscht. Bei der beschriebenen Ausführungsform sind jedoch Spannungsverstelleinrichtungen zum Ausgleichen dieser Ver schiebung in der Spannungshöhe alternativ vorgesehen. Allge mein hängt der Innenwiderstand des EGO-Sensors 34 von der Temperatur der Motorabgase ab. Obgleich andere Verfahren zum Bestimmen der Temperatur verwendet werden können, werden Mo torgeschwindigkeit und -last bei der beschriebenen Ausfüh rungsform gemeinsam als eine zweckmäßige Schätzung für diese Temperatur verwendet.

Bei weiterem Bezug auf Fig. 6B sei ausgeführt, daß nachfol gend die Spannungsverstellung zum Ausgleichen von Änderungen im Innenwiderstand beschrieben wird. Wenn der Fehler des pum penden Stroms in zulässigen Grenzen liegt, sampelt der Regler 10 die Motorgeschwindigkeit und -last (Stufe 534). Der Wert der Verschiebung in der Spannungshöhe V_SHFT1 wird dann aus einer Tabelle ausgelesen, die V_VSHFT1 als eine Funktion des gewünschten pumpenden Stromes I_P1d, der Motorgeschwindigkeit und der Motorlast (Stufe 536) darstellt. Als nächstes sampelt der Regler 10 die Ausgabespannung V_PRE des vor dem Kata lysator angeordneten EGO-Sensors 34 (Stufe 538) und berechnet die abgeänderte Ausgabespannung V_MPRE durch Subtraktion von V_SHFT1 von V_PRE (Stufe 538). Die abgeänderte Ausgabespannung V_MPRE wird dann in der vor dem Katalysator angeordneten Luft/Kraftstoff-Rückkopplungsschleife zum Erzeugen des Sig nals EGOS verwendet, wie dies vorstehend beschrieben wurde.

Das Initialisieren des nach dem Katalysator angeordneten EGO- Sensors 40 wird nun unter Bezug auf das in Fig. 8 gezeigte Schaltungsdiagramm und das in den Fig. 9A und 9B gezeigte Fließbild beschrieben. In diesem Beispiel besteht der EGO- Sensor 40 aus einem Abgassauerstoffsensor mit einer ersten und einer zweiten, durch ein sauerstoffionenleitendes Mate rial 94 getrennten Elektrode 90 und 92 mit verschiedenen Sau erstoffkonzentrationen. Wie bei dem vor dem Katalysator ange ordneten Sensor 34 kann die Stufenänderung in der Ausgabe des nach dem Katalysator angeordneten Sensors 40 durch Wahl einer zweckmäßigen Größe und Richtung für den Strom in der Elektro de 90 auf fettere oder magerere Luft/Kraftstoff-Werte ver schoben werden. Durch Regeln des in die Elektrode 90 eintre tenden Stromes kann die Stufenänderung des Sensors 40 vor teilhaft verschoben oder auf ein Anfangs-Luft/Kraftstoff- Verhältnis gebracht werden.

Unter Bezug auf Fig. 9A sei nun ausgeführt, daß nach Beginn der Regelung mit geschlossener Schleife (Stufe 900) der pum pende Strom I_P2d nach Maßgabe eines von empirischen Daten ab geleiteten anfänglichen oder vorgegebenen Luft/Kraftstoff- Verhältnisses bestimmt wird. Bei einer Ausführungsform wird das anfängliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einen vorgege benen festen Wert gesetzt. Bei einer alternativen Ausfüh rungsform wird das anfängliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach Maßgabe der Motorbetriebsbedingungen eingestellt. Die zum Beispiel während eines Routinekalibrationsvorganges er zielten Werte für den pumpenden Strom I_P2d werden in dem ROM- Speicher 18 des Reglers 10 als eine Funktion der Motorge schwindigkeit und -last gespeichert. Genaue Messungen werden während einer Rückkopplungs-Luft/Kraftstoff-Regelung zum em pirischen Bestimmen der Werte des pumpenden Stromes des nach dem Katalysator angeordneten Sensors zum Optimieren des Wir kungsgrades der katalytischen Umwandlung an verschiedenen Mo torbetriebspunkten durchgeführt. Die Werte des pumpenden Stromes werden dann in spezifischen, in einer Tabelle im ROM- Speicher aufgebauten Geschwindigkeits/Lastzellen gespeichert, die den beim Kalibrierungsvorgang verwendeten gewählten Mo torbetriebspunkten entsprechen. Falls die tatsächliche Motor geschwindigkeit und -last nicht genau mit einer Ge schwindigkeits/Lastzelle in der Tabelle übereinstimmen, wird der Wert des bei der Stufe 902 verwendeten pumpenden Stromes I_P2d aus Werten interpoliert, die aus den tatsächlichen Be triebspunkt umgebenden Zellen ausgelesen werden.

Wenn der pumpende Strom I_P2d Null ist (Stufe 904), schaltet der nach dem Katalysator angeordnete EGO-Sensor 40 beim An fangs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und eine Verstellung der Stufenänderung ist nicht erforderlich. Demgemäß schaltet der Regler 10 die Transistoren 96 und 98 durch Gleichsetzen der betreffenden Basisspannungen VB3 und VB4 mit der positiven und negativen Versorgungsspannung +VP bzw. -VP ab, so daß der pumpende Strom nicht in den oder aus dem EGO-Sensor 40 (Stufe 906) fließt.

Wenn die Stufenänderung in der Ausgangsspannung des EGO-Sen sors 40 nicht an dem Anfangs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis schaltet, ist eine Initialisierung erforderlich. Folglich wird der pumpende Strom I_P2d so gesetzte daß sich die Stufen änderung verschiebt und mit dem gewünschten Anfangs-Luft/- Kraftstoff-Verhältnis zusammenfällt. Wenn zum Beispiel der pumpende Strom I_P2d kleiner als Null (Stufe 908) ist, schal tet der Regler 10 den Transistor 98 durch Gleichsetzen von VB3 mit +VP aus und betreibt den Transistor 98 in dessen li nearem Bereich durch Verstellen von VB4 so, daß der Stromfluß aus dem EGO-Sensor 40 (Stufe 910) geregelt wird. Im einzelnen gilt:

VB4 = -VP+VBE4+(I_P2d _*RE4)

wobei VBE4 die interne Basis-Emitterspannung des Transistors 98 und RE4 der zwischen dem Emitter des Transistors 98 und der negativen Versorgungsspannung -VP liegende Widerstand 100 ist. Damit der tatsächliche Stromfluß I_P2a aus der Elektrode 90 gleich dem gewünschten Strom I_P2d wird, wird die Emitter spannung VE4 des Transistors 98 durch den Regler 10 (Stufe 912) gesampelt, um; damit den Spannungsabfall über dem Wider stand 100 zu prüfen. Falls der Spannungsabfall über dem Wi derstand 100 so ist, daß VE4 + VP-(I_P2d _*RE4) unter der unteren Fehlergrenze -ERR liegt, dann ist der Strom I_P2a kleiner als der Strom I_P2d (Stufe 914). Demgemäß wird VB4 leicht erhöht (Stufe 916), und damit wird der pumpende Strom fluß aus der Elektrode 90 erhöht. Umgekehrt, falls der Span nungsabfall über dem Widerstand 100 so ist, daß VE4 + VP-(I_P2d _*RE4) größer als die obere Fehlergrenze +ERR ist, dann ist der Strom I_P2a größer als der Strom I_P2d (Stufe 918). Demgemäß wird VB4 leicht abgesenkt (Stufe 920), wodurch der pumpende Stromfluß aus der Elektrode 90 abgesenkt wird. Die Stufe 912 wird wiederholt, bis der Fehler in zuläs sigen Grenzen liegt.

Alternativ, wenn der Strom I_P2d größer als Null (Stufe 90f) ist, schaltet der Regler 10 den Transistor 98 durch Gleich setzen von VB4 mit -VP aus und betreibt den Transistor 96 in dessen linearem Bereich durch Einstellen von VB3 zum Steuern des Stromflusses in die Elektrode 90 (Stufe 922). Im einzel nen gilt:

VB3 = VP-VBE3-(I_P2d _*RE3)

wobei VBE3 die interne Basis-Emitterspannung des Transistors 96 und RE3 der zwischen dem Emitter des Transistors 96 und der positiven Versorgungsspannung +VP liegende Widerstand 102 ist. Damit der tatsächliche Stromfluß I_P2a in die Elektrode 90 gleich dem gewünschten Strom I_P2d wird, wird die Emitter spannung VE3 des Transistors 96 durch den Regler 10 (Stufe 924) gesampelt, um damit den Spannungsabfall über dem Wider stand 102 zu prüfen. Falls der Spannungsabfall über dem Wi derstand 102 so ist, daß VE3-VP+(I_P2d_*RE3) unter der unteren Fehlergrenze -ERR liegt, dann ist der Strom I_P2a grö ßer als der Strom I_P2d (Stufe 926). Demgemäß wird VB3 leicht erhöht (Stufe 928), und damit wird der pumpende Stromfluß aus der Elektrode 90 abgesenkt. Umgekehrt, falls der Span nungsabfall über dem Widerstand 102 so ist, daß VE3-VP+(I_P2d _*RE3) größer als die obere Fehlergrenze +ERR ist, dann ist der Strom I_P2a niedriger als der Strom I_P2d (Stufe 930). Demgemäß wird VB3 leicht abgesenkt (Stufe 932), wodurch der pumpende Stromfluß in die Elektrode 90 er höht wird. Die Stufe 924 wird wiederholt, bis der Fehler in zulässigen Grenzen liegt.

Wie bei dem vor dem Katalysator angeordneten EGO-Sensor 34 verschiebt das Pumpen des Stromes in den oder aus dem nach dem Katalysator angeordneten EGO-Sensor 40 nicht nur die Stu fenänderung des Ausgabesignals, sondern verschiebt auch die Spannungshöhe des Ausgabesignals aufgrund des Spannungsab falls über dem Innenwiderstand des Sensors. Die nachstehend beschriebene Spannungseinstellung ist damit zum Ausgleich für diese Verschiebung in der Spannungshöhe der Ausgabe des nach dem Katalysator angeordneten Sensors vorgesehen.

Wie nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 9B erläutert, sam pelt der Regler 10 die Motorgeschwindigkeit und -last (Stufe 934), wenn sich der Fehler des pumpenden Stromes in zulässi gen Grenzen befindet. Der Betrag der Verschiebung in der Spannungshöhe V_SHFT2 wird dann aus einer Tabelle ausgelesen, die V_SHFT2 als eine Funktion des Stromes I_P2d der Motorge schwindigkeit und der Motorlast (Stufe 936) darstellt. Als nächstes sampelt der Regler 10 die Ausgangsspannung V_POST des nach dem Katalysator angeordneten EGO-Sensors 40 (Stufe 938) und berechnet die modifizierte Ausgangsspannung V_MPOST des nach dem Katalysator angeordneten Sensors durch Subtraktion von V_SHFT2 von V_POST (Stufe 940). Das abgeänderte Ausgangs signal wird dann zum Erzeugen des Emissionssignals PCFS wie vorstehend beschrieben aufeinen Komparator und Integrator übertragen (942).

Obwohl vorstehend nur ein Beispiel einer Ausführungsform der Erfindung detailliert beschrieben wurde, sind zahlreiche an dere Ausführungsformen möglich. Zum Beispiel können andere Kombinationen von Analogvorrichtungen und diskreten ICs zum Erzeugen des Stromflusses in den Sensorelektroden vorteilhaft verwendet werden.

Claims

1. Regelsystem zum Aufrechterhalten eines Motor-Luft/Kraft stoff-Betriebes im Wirkungsgradfenster eines im Motoraus puffangeordneten katalytischen Konverters, gekennzeichnet durch:
einen stromabwärts des katalytischen Konverters ange ordneten stromabwärtigen Abgassauerstoffsensor mit einem Ausgangssignal mit einem stufenförmigen Übergang zwischen einem ersten und einem zweiten Ausgangszustand bei einem vorgegebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wobei der strom abwärtige Sensor durch ein sauerstoffionenleitendes Mate rial getrennte erste und zweite Elektroden mit verschiede nen Sauerstoffkonzentrationen aufweist,
eine Initialisierungseinrichtung zum Verschieben der Stufenänderung des stromabwärtigen Sensors auf ein An fangs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wirkungsgradfenster des Konverters, wobei die Initialisierungseinrichtung Ein richtungen zum Erzeugen eines Stromflusses in der ersten Elektrode des stromabwärtigen Sensors enthält, und
Kraftstoffregeleinrichtungen zur Zufuhr von Kraftstoff zum Motor nach Maßgabe mindestens des stromabwärtigen Sen sors.

2. Regelsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen stromaufwärts des Konverters angeordneten stromaufwärtigen Abgassauerstoffsensor mit einem Ausgangssignal mit einem stufenförmigen Übergang zwischen einem ersten und einem zweiten Ausgangszustand bei einem durch eine Vorspannungs einrichtung bestimmten ausgewählten Luft/Kraftstoff- Verhältnis, auf den stromabwärtigen Sensor ansprechende Fehlermittel zum Erzeugen eines auf Abweichungen zwischen dem ausgewählten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem An fangs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bezogenen Fehlersignales,
wobei die Vorspannungseinrichtung auf das Fehlersignal zum Verschieben der stufenförmigen Änderung des stromaufwärti gen Sensors und des ausgewählten Luft/Kraftstoff- Verhältnisses zum Zwecke eines Herabsetzens des Fehler signals anspricht.

3. Regelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffregeleinrichtung bei dem ausgewählten Luft/Kraftstoff-Verhältnis den Motor-Luft/Kraftstoff-Be trieb auf einem Durchschnittswert hält.

4. Regelsystem zum Aufrechterhalten eines Motor-Luft/Kraft stoff-Betriebes im Wirkungsgradfenster eines im Motoraus puff angeordneten katalytischen Konverters, gekennzeichnet durch:
einen stromabwärts des katalytischen Konverters ange ordneten stromabwärtigen Abgassauerstoffsensor mit einem stufenförmigen Übergang zwischen einem ersten und einem zweiten Ausgangszustand, wobei der stromabwärtige Sensor durch ein sauerstoffionenleitendes Material getrennte er ste und zweite Elektroden mit verschiedenen Sauerstoffkon zentrationen aufweist,
an den stromabwärtigen Sensor angeschlossene Initia lisierungseinrichtungen zum Verschieben der stufenförmigen Änderung auf ein Anfangs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wobei die Initialisierungseinrichtungen Einrichtungen zum Erzeu gen eines Stromflusses in der ersten Elektrode des strom abwärtigen Sensors enthalten,
Einstelleinrichtungen zum Verschieben des Anfangs- Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nach Maßgabe der Motorbe triebsbedingungen und
Kraftstoffeinstelleinrichtungen zur Zufuhr von Kraft stoff zum Motor nach Maßgabe mindestens des stromabwärti gen Abgassauerstoffsensors.

5. Regelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorbetriebsbedingungen die Motorgeschwindigkeit und last enthalten.

6. Regelsystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen stromaufwärts des Konverters angeordneten stromaufwärtigen Abgassauerstoffsensor mit einer Ausgabe mit einem stufen förmigen Übergang zwischen einem ersten und einem zweiten Ausgabezustand an einem durch ein Vorspannungsmittel be stimmten, ausgewählten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, auf den stromabwärtigen Sensor ansprechende Fehlermittel zum Er zeugen eines auf Abweichungen zwischen dem ausgewählten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem Anfangs-Luft/Kraft stoff-Verhältnis bezogenen Fehlersignales, wobei die Vor spannungseinrichtung auf das Fehlersignal zum Verschieben der stufenförmigen Änderung des stromaufwärtigen Sensors und des ausgewählten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zum Herabsetzen des Fehlersignals anspricht.

7. System zum Aufrechterhalten eines Motor-Luft/Kraftstoff- Betriebes im Wirkungsgradfenster eines im Motorauspuff an geordneten katalytischen Konverters, gekennzeichnet durch:
einen stromabwärts des Konverters angeordneten strom abwärtigen Abgassauerstoffsensor mit einer Ausgabe mit ei nem stufenförmigen Übergang zwischen einem ersten und ei nem zweiten Ausgabezustand bei einem vorgegebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wobei der stromabwärtige Sen sor durch ein sauerstoffionenleitendes Material getrennte erste und zweite Elektroden mit verschiedenen Sauerstoff konzentrationen aufweist,
Initialisierungseinrichtungen mit Einrichtungen zum Erzeugen eines Stromflusses in der ersten Elektrode zum Verschieben der stufenförmigen Änderung auf ein Anfangs- Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wirkungsgradfenster des Kon verters,
einen stromaufwärts des Konverters angeordneten strom aufwärtigen Abgassauerstoffsensor mit einer Ausgabe mit einem stufenförmigen Übergang zwischen einem ersten und dem zweiten Ausgabezustand bei einem von einer Vorspan nungseinrichtung bestimmten ausgewählten Luft/Kraftstoff verhältnis,
auf den stromabwärtigen Sensor ansprechende Fehler mittel zum Erzeugen eines auf die Abweichung zwischen dem ausgewählten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem Anfangs- Luft/Kraftstoff-Verhältnis bezogenen Fehlersignals, Kraftstoffregeleinrichtungen zum Einstellen des dem Motor zugeführten Kraftstoffes nach Maßgabe der stufenför migen Änderung des stromaufwärtigen Sensors zum Aufrecht erhalten des Motor-Luft/Kraftstoff-Betriebes auf einem Durchschnittswert an dem ausgewählten Luft/Kraftstoff- Verhältnis und
auf das Fehlersignal ansprechende Vorspannungseinrich tungen zum Verschieben der stufenförmigen Änderung des stromaufwärtigen Sensors und des ausgewählten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zum Herabsetzen des Fehler signals.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Anfangs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein vorbestimmter fe ster Wert ist.

9. System nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Einstellein richtungen zum Einstellen des Anfangs-Luft/Kraftstoff- Verhältnisses entsprechend den Motorbetriebsbedingungen einschließlich der Motorgeschwindigkeit und -last.

10. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerzeugungseinrichtung Rückkopplungssteuereinrichtun gen zum Steuern des Stromflusses in der ersten Elektrode enthält.

11. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Initialisierungseinrichtung weiter Spannungseinstellein richtungen zum Herabsetzen von durch die Stromerzeugungs einrichtungen verursachten Schwankungen in der Amplitude der Ausgabe des stromabwärtigen Sensors enthält.

12. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffregeleinrichtung die folgenden Merkmale auf weist: eine Komparatoreinrichtung zum Vergleichen des Ausgabesignals des stromaufwärtigen Sensors mit einem Be zugswert zum Ausbilden eines elektrischen Signales mit einer ersten Spannungspolarität, wenn sich der Pegel des Abgassauerstoffs unter dem Bezugswert befindet, und mit einer zu der ersten Spannungspolarität entgegengesetzten zweiten Spannungspolarität, wenn sich der Sauerstoffpegel über dem Bezugswert befindet, und Steuereinrichtungen zum Erzeugen einer Rückkopplungsvariablen zum Einstellen des zugeführten Kraftstoffes durch Integrieren des elektri schen Signales in vorbestimmten Stufen zu jeder Sample zeit und Addieren eines ersten vorgegebenen Wertes mit der ersten Polarität, wenn das elektrische Signal von der zweiten Polarität zur ersten Polarität umschaltet, und Addieren eines zweiten vorgewählten Wertes mit der zwei ten Polarität, wenn das elektrische Signal von der ersten Polarität zu der zweiten Polarität umschaltet.

13. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der stromaufwärtige Sensor erste und zweite, durch ein sauer stoffionenleitendes Material getrennte Elektroden unter schiedlicher Sauerstoffkonzentrationen enthält und die Vorspannungseinrichtung zweite Einrichtungen zum Erzeugen eines Stromflusses in der ersten Elektrode des stromauf wärtigen Sensors zum Verschieben der stufenförmigen Ände rung in der Ausgabe des stromaufwärtigen Sensors auf das Anfangs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis enthält.