-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Steuern eines Luft/Treibstoff-Verhältnisses durch Verwendung eines
Gaskonzentrationssensors in einem Treibstoffzufuhrsystem für einen
Verbrennungsmotor, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Messen einer Gaskonzentration eines brennbaren Gases, wie zum
Beispiel eines Benzindampfgases, das aus einem Kanister ausgespült wird
und mit einer Ansaugluft gemischt wird, die einem Ansaugkrümmer eines
Verbrennungsmotorzylinders durch Öffnen eines Drosselventils
zugeführt
wird, wobei der Sensor zwischen dem Motorzylinder und einem Einlaß für das Dampfgas
angeordnet ist, welches aus dem Kanister gespült wird und dem Drosselventil
nachgeordnet eingeführt
wird.
-
Herkömmlich umfaßt ein Treibstoffzufuhrsystem
zum Zuführen
von Treibstoff aus einem Treibstofftank in den Verbrennungsmotor
ein erstes Zufuhrsystem, das in einer Weise funktioniert, daß eine Treibstoffflüssigkeit,
wie zum Beispiel Benzin, aus dem Treibstofftank durch ein Treibstoffrohr
zu einer Treibstoffeinspritzvorrichtung gepumpt wird, die an einem
Verbrennungsmotorzylinder mittels einer Treibstoffpumpe befestigt
ist.
-
Das
Treibstoffzufuhrsystem umfaßt
weiterhin ein zweites Zufuhrsystem, das in einer Weise funktioniert,
daß ein
Treibstoffdampf, der in dem Treib stofftank erzeugt wird, zeitweilig
absorbiert oder mittels eines Kanisters gespeichert wird und der
Treibstoffdampf dann durch den Kanister gespült wird und als ein Spülgas in
den Ansaugkrümmer
geschickt wird, um sich mit der Ansaugluft zu mischen, die von dem Drosselventil
eintritt.
-
Mit
anderen Worten wird der Treibstoffdampf, der von dem Treibstofftank
verdampft wird, zusätzlich
zu der von der Düse
in den Motorzylinder eingespritzten Treibstoffflüssigkeit gespült und mit der
Ansaugluft gemischt, um eine Gasmischung zu bilden, die die Treibstoffflüssigkeit
einspritzt, um in dem Motorzylinder zerstäubt zu werden. Ein solcher Treibstoffdampf,
der in dem Treibstofftank verdampft wird, kann nachfolgend als „Spülgas" bezeichnet werden.
-
Als
ein Resultat einer Zufuhr des Spülgases zu
dem Motor zusätzlich
zu dem eingespritzten Treibstoff, wird ein Luft/Treibstoff-Verhältnis, welches durch
ein Drosselventil aufrechterhalten oder bestimmt wird, wobei das
Verhältnis
basierend auf einer Einspritzmenge des Treibstoffs gesteuert wird,
beeinflußt
oder eher von einem Zielwert, wie zum Beispiel einem theoretischen
Wert, entfernt, wobei eine Reinigungsfähigkeit eines Drei-Wege-Katalysator-Abgasreinigungssystems
zum Reduzieren schädlicher
Gase, wie zum Beispiel CO, HC und NOx gemindert wird.
-
Wenn
weiterhin das Spülgas
zum Zeitpunkt des Motorstartens als ein Hauptanteil eines Treibstoffes
zum Verbrennen verwendet wird und/oder wenn ein Drei-Wege-Katalysator
des Abgasreinigungssystems aufgrund kalten Wetters in einem inaktiven
Zustand ist, tritt ein Aussetzer oder eine unvollständige Verbrennung
ein, sofern nicht die Spülgaskonzentration
mit hoher Genauigkeit gemessen wird und der Zufuhranteil des Spülgases optimal
gesteuert wird.
-
Verschiedene
Sensoren, die Oberflächencharakteristika
verwenden, wie zum Beispiel ein Ultraschallsensor und ein Oxidhalbleitersensor
mit Elektroden auf seiner Oberfläche
wurden zum Messen einer Konzentration eines solchen Spülgases vorgeschlagen,
das in dem Gasgemisch enthalten ist, bevor das Gasgemisch den flüssigen Treibstoff durch
die Treibstoffeinspritzvorrichtung zerstäubt. Ein zufriedenstellender
Sensor zum genauen Messen der Spülgasmenge
oder einer Konzentration wurde jedoch bisher nicht entwickelt, weil
zusätzlich zu
einer Variation des Ausgangssignals eines solchen Sensors über der
Zeit Ausgangssignalfehler aufgrund eines Anhaftens von fremden Substanzen an
einer Oberfläche
des Ultraschallsensors und/oder aufgrund von Feuchtigkeit und verschiedenen
Gasen, die in der angesaugten Luft enthalten sind, immer eine genaue
Messung der Spülgaskonzentration verhindert
haben.
-
Deshalb
ist es schwierig, präzise
oder genaue Messungen einer Spülgaskonzentration
des Gasgemischs zu erhalten, welches aus dem Spülgas und der Ansaugluft gebildet
ist, die in dem Ansaugkrümmer
oder einem Ansaugrohr strömt,
bevor der flüssige
Treibstoff mit dem Gasgemisch durch eine Treibstoffeinspritzvorrichtung
zerstäubt
wird oder bevor er in den Motorzylinder eingespritzt wird.
-
US-A-5,823,171
offenbart ein System, das ähnlich
mit dem oben beschriebenen ist, in welchem Spülgas in einem Verbrennungsmotor
verwendet wird. Ein Kohlenwasserstoffsensor wird verwendet, um das
Luft/Treibstoff-Verhältnis zu
messen und somit die Treibstoffflußrate in dem Spülgas. Diese
Messung wird dann verwendet, um die Treibstoffzufuhr einzustellen,
um die gewünschten
Verbrennungsbedingungen beizubehalten.
-
EP-A-0
089 630, EP-A-0 571 783 und DE-195 19076 offenbaren eine Nullpunktkorrektur von
Sensoren, zum Beispiel Sauerstoffkonzentrationssensoren zum Messen
einer Sauerstoffkonzentration in Abgasen. Außenluft wird zur Kalibrierung verwendet.
-
US-A-4,924,837
offenbart eine Verwendung eines Sauerstoffsensors in dem Lufteinlaß für einen Verbrennungsmotor
zum Steuern der Menge einer Treibstoffeinspritzung.
-
Die
vorliegende Erfindung wurde getätigt, um
die oben beschriebenen Probleme zu lösen.
-
Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
bereitzustellen, welches) einen Gaskonzentrationssensor zum Messen der
Konzentration eines Treibstoffdampfes (oder eher eines Spülgases)
verwendet, der in eine Ansaugluft gemischt ist, wobei durch das
Verfahren und die Vorrichtung eine genaue Messung der Konzentration
solch eines Treibstoff-verdampften Spülgases erreicht wird, das in
einen Ansaugkrümmer
eines Verbrennungsmotors eintritt.
-
Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Treibstoffzufuhrsystem
bereitzustellen, das einen Gaskonzentrationssensor zum genauen Steuern
eines Luft/Treibstoff-Verhältnisses
eines Verbrennungsmotors verwendet, wobei der Sensor in einem Ansaugkrümmer (oder
einem Luftansaugrohr) angeordnet ist, der zwischen einem Drosselventil
und einer Treibstoffeinspritzvorrichtung des Verbrennungsmotors
positioniert ist. Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung
ein Verfahren zum Verwenden eines Gaskonzentrationssensors bereit,
der in einem Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors angeordnet ist,
um eine Konzentration eines spezifischen Spülgases zu messen, das in einer
Ansaugluft enthalten ist, gekennzeichnet durch die Schritte:
Erfassen
des Ausgangssignals des Gaskonzentrationssensors vor Zufuhr des
spezifischen Spülgases zum
Ansaugrohr, wobei eine Variation im Ausgangssignal des Gaskonzentrationssensors
während
des Motorstartens erfaßt
wird, unmittelbar nachdem ein Zündschlüssel gedreht
worden ist; und
Verwenden der erfaßten Variation zum Zwecke einer Nullpunktkorrektur
des Gaskonzentrationssensors.
-
Insbesondere
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung
bereit, welches) einen Gaskonzentrationssensor zum Messen einer
Konzentration eines Spülgases
(das heißt
ein von einem flüssigen
Treibstoff zerstäubtes
Dampfgas), welches gespült
und in einem Gasgemisch enthalten ist, das aus dem Spülgas und
Außenluft
besteht, bevor das Gasgemisch den flüssigen Treibstoff durch eine
Treibstoffeinspritzvorrichtung zer stäubt: wobei der Gaskonzentrationssensor
in einem Ansaugkrümmer
eines Verbrennungsmotors oder einem Rohr, das mit dem Ansaugkrümmer verbunden ist,
angeordnet ist, um eine Konzentration des Spülgases zu messen; und wobei
die Konzentration des Spülgases
durch Vergleichen von zwei Ausgangssignalwerten des Gaskonzentrationssensors
ermittelt wird, wobei der eine Ausgangssignalwert gemessen wird,
bevor das Spülgas
in den Ansaugkrümmer
oder das Ansaugrohr zugeführt
wird, während
der andere Ausgangssignalwert gemessen wird, nachdem das Spülgas dem
Ansaugkrümmer
oder dem Ansaugrohr zugeführt
wurde. In einem Aspekt der Erfindung wird ein Grad einer Schwächung oder
eher Schädigung des
Gaskonzentrationssensors vorgeprüft,
wenn der Sensor die Konzentration des Spülgases zum Berechnen der Konzentration
ausgibt. Mit anderen Worten wird eine Nullpunktkorrektur des Gaskonzentrationssensors
jedesmal erneuert, wenn Spülgas
aus dem Ansaugkrümmer
evakuiert wird, in dem der Sensor angeordnet ist.
-
In
der vorliegenden Erfindung wird das Ausgangssignal des Gaskonzentrationssensors
voreingestellt oder ausgeglichen, um ein Nullniveauausgangssignal
(V0) zu sein, das mit einer relativen Gaskonzentration von 0% korrespondiert,
während
das spezifische Spülgas
nicht aus dem Kanister zugeführt
wird und deshalb die Konzentration des Spülgases, welches mit der in
die Treibstoffeinspritzvorrichtung zum Zerstäuben des flüssigen Treibstoffs eintretenden
Ansaugluft gemischt wird, Null sein soll.
-
Bei
einer tatsächlichen
Verwendung wird der Gaskonzentrationssensor nicht nur durch seine
Variation über
der Zeit beeinflußt,
sondern auch durch verschiedene Gase und/oder fremde Substanzen, umfassend
Feuchtigkeit der angesaugten oder von dem flüssigen Brennstoff verdampfenden
Luft, so daß das
Sensorausgangssignal oft von dem vorgegebenen Wert (V0) abweicht,
selbst wenn die Spülgaskonzentration
0% ist. Wenn das Sensorausgangssignal eine Abweichung von V0 zeigt,
die mit der spezifischen Spülgaskonzentration
von 0% korrespondiert, repräsentiert
ein bestimmter Verschiebungsbetrag (ΔV), nämlich eine Subtraktion von
V0 von dem Sensorausgangswert V1 (V1 – V0 = ΔV), entweder einen wahren Konzentrationswert
des Spülgases
in dem Gasgemisch oder eine verringerte oder verschlechterte Leistung
des Sensors aufgrund einer solchen Variation oder eines solchen
Einflusses.
-
Deshalb
ist das Verfahren und die Vorrichtung, welches) einen Gaskonzentrationssensor
zum Messen des Spülgases
gemäß der Erfindung
verwendet dadurch gekennzeichnet, daß eine Nullpunktkorrektur des
Sensorausgangssignals durchgeführt
wird, bevor das Sensorausgangssignal Gegenstand einer Berechnung
der Spülgaskonzentration ist,
ungeachtet dessen, daß der
Gaskonzentrationssensor eine Verschlechterung oder dergleichen erlitten
hat, um einen Offset-Korrekturbetrag zu minimieren.
-
Zum
Beispiel wird das Sensorausgangssignal V1, das scheinbar durch eine
Variation über
der Zeit oder andere Ursachen bewirkt wird, immer um den Änderungsbetrag ΔV verringert,
der erneuert oder optimiert wird durch den letzten Offset-Nullpunktwert
V0. (Der Änderungsbetrag ΔV ist das
letzte Sensorausgangssignal V1, welches um das zuletzt gemessene
V0 verringert wird.) Das als Referenz zu verwendende Nullpunktniveau
V0 der Konzentration des Gassensors wird also mit den neuesten oder letzten
gemessenen Daten von V1 korrigiert, die gemessen werden, wenn das
Spülgas
aus dem Ansaugkrümmer
gemäß der Erfindung
evakuiert wird.
-
In
einem Aspekt der Erfindung wird ΔV
berücksichtigt,
um Einflüsse
von Variationen über
der Zeit und dergleichen zu eliminieren. V0 (oder V1) ist ein Offset-Ausgangssignalwert
des Gaskonzentrationssensors wenn das spezifische Spülgas abwesend
ist und die Nullpunktkorrektur für
den Sensor auf der Basis eines solchen V0 und V1 durchgeführt wird.
-
Ein
alternativer Weg für
die Nullpunktkorrektur kann beschritten werden durch Verwenden eines Mittelwertes,
der mit wenigstens zwei Offset-Werten V0
(oder V1) berechnet wird. Ein Vorteil dieses alternativen Wegs ist,
daß wenn
der Gaskonzentrationssensor ein abrupt variierendes Signal von V0
zu einem Zeitpunkt ausgibt, wird eine Luft/Treibstoff-Verhältnissteuerung
nur einen durchschnittlichen Wert von mehreren V0-Werten verwenden,
um jedes Risiko eines solchen abrupten Nullpunktreferenzwechsels
zu vermeiden.
-
Wenn
die Konzentration des spezifischen Spülgases zur Messung eingeführt wird,
wird die Gaskonzentration durch einen Ausgangssignalwert V2 (ausgegeben
von dem Sensor) ermittelt, der um den Offset-Wert V0 (Nullpunktwert)
subtrahiert wird, der mittels des letzten gemessenen Offset-Werts (V1) korrigiert
wird.
-
Ein
zweiter alternativer Weg kann sein, daß nur wenn der vorhergehend
ermittelte Offset-Wert (V0) des Gaskonzentrationssensors, der mit
einer Gaskonzentration von Null korrespondiert, geringer ist als
ein bestimmter Offset-Ausgangssignalwert (V1) (das heißt wenn
V1 > V0), und wenn
das Sensorausgangssignal (V2), das mit der spezifischen Spülgaskonzentration
korrespondiert, um ΔV
(= V1 – V0) erhöht wird,
wird die Differenz (V2 – ΔV) als ein
Wert verwendet, der mit der tatsächlichen
Spülgaskonzentration
korrespondiert. Die somit durch Bezugnahme auf den Ausgangssignalwert
(V2 – ΔV) des Sensors ermittelte
Gaskonzentration kann durch Verwendung eines Speichermediums vorteilhaft
unterstützt
werden, das eine Abbildung aufzeichnet, in der das Sensorausgangssignal
als eine Funktion der tatsächlichen
Spülgaskonzentration
des Gasgemischs gezeigt ist.
-
Das
Ausgangssignal des verschlechterten Gaskonzentrationssensors kann
durch eine Vielzahl der Abbildungen korrigiert werden oder gemäß des Korrekturbetrags
selektiv korrigiert werden.
-
Sobald
die Konzentration des spezifischen Spülgases durch die Nullpunktkorrektur
stabil erhalten wird, kann eine Zufuhr des spezifischen Spülgases zur
Steuerung des Luft/Treibstoff-Verhältnisses und/oder zur Nachverbrennungssteuerung
eines Luft/Brennstoff-Verhältnisses
genau gemessen werden.
-
Desweiteren
kann eine Steuerung der Zufuhr des spezifischen Spülgases gemäß einer
Methode und einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung einfacher
gemacht werden, falls ein zusätzlicher Schritt
durchgeführt
wird, in welchem die Öffnung
des Spülventils
auf der Basis des Sensorausgangssignals gesteuert wird, um die Zufuhr
(oder Flußrate) des
Spülgases
zu regulieren.
-
Arten
der spezifischen Spülgase
können
ein brennbares Gas umfassen, wie zum Beispiel Treibstoffdampf, der
von einem Kanister in die Ansaugluft zugeführt wird, und unverbranntes
Gas von einem EGR-System.
-
Ein
wichtiges Merkmal ist eine Zeiteinstellung, zu der das Ausgangssignal
des Gaskonzentrationssensors für
einen Nullpunkt-Offset des Sensors erfaßt wird. Die beste Zeiteinstellung
ist, während
die Ansaugluft, die als Basisgas für das Luft/Brennstoff-Verhältnis dient,
mit keinem spezifischen Spülgas
gemischt ist. Eine solche Zeiteinstellung ist während einer Anlaßperiode
eines Motors oder während der
Startperiode, in welcher die Aktivität des Katalysators gering ist.
Die Nullpunktkorrektur, in welcher der Verschiebungsbetrag des Sensorausgangssignals
berücksichtigt
wird, wird vorzugsweise unmittelbar nach einer Erfassung einer beliebigen
Verschlechterung des Sensors durchgeführt. Es ist bevorzugt, daß die Nullpunktkorrektur
zu einer beliebigen Zeit beim Messen einer tatsächlichen Gaskonzentration durchgeführt wird,
bevor Dampfgas aus einem Kanister gespült wird.
-
Es
kann das Beste sein, das Offset-Nullpunktniveau während einer
Spüloperation
direkt nachdem der Zündschlüssel gedreht
wird anzupassen.
-
Wenn
der Spülvorgang
zuerst ausgeführt wird,
nachdem der Zündschlüssel gedreht
wird, kann der Einfluß eines
Anhaftens von Brennstoff an einem Spülgaszufuhrdurchgang auf der
in Bezug auf das Spülventil
nachgeschalteten Seite eliminiert werden, um den Grad der Verschlechterung
des Gaskonzentrationssensors genauer zu ermitteln, und um die Nullpunktkorrektur
genauer durchzuführen.
-
Die
Erfassung des Grades der Verschlechterung des Gaskonzentrationssensors
kann durchgeführt
werden, während
ein Signal von einer ECU oder eines der Signale von verschiedenen
Sensoren, die an dem Fahrzeug befestigt sind, als Trigger-Signal verwendet
wird.
-
Ein
Ultraschallsensor, der Ultraschallwellen derart verwendet, daß sich ihre
Geschwindigkeit im Zusammenhang mit der Konzentration des spezifischen
Spülgases
in der Ansaugluft ändert,
kann vorzugsweise als der Gaskonzentrationssensor verwendet werden,
der in dem Verfahren und in der Vorrichtung der Erfindung verwendet
wird. In einem solchen Ultraschallsensor werden die Ultraschallwellen
gegen die Ansaugluft gesendet und eine Ausbreitungsgeschwindigkeit
(das heißt
eine Ausbreitungszeit) der Ultraschallwellen wird erfaßt, um die
Konzentration des spezifischen Spülgases zu ermitteln.
-
Ein
anderer Typ des Gaskonzentrationssensors, der in dem Verfahren und
der Vorrichtung der Erfindung verwendbar ist, umfaßt ein Element,
das aus einem Oxidhalbleiter, wie zum Beispiel ein Zinnoxid, gebildet
ist und nutzt ein Phänomen,
das sich die Menge von absorbiertem Sauerstoff auf der Elementoberfläche aufgrund
der Oxidation des spezifischen Spülgases auf der Elementoberfläche ändert. Ein
elektrischer Oberflächenwiderstand
des Elements ändert
sich aufgrund einer Variationen der Anzahl von freien Elektronen.
Die Konzentration des spezifischen Spülgases wird ermittelt durch
Erfassung der Variation in dem elektrischen Widerstand durch Elektroden,
die auf der Elementoberfläche
gebildet sind.
-
Ein
anderer Sensor für
diese Verwendung kann ein Element umfassen, das aus einem festen Elektrolyt
gebildet ist, in welchem die Konzentration des spezifischen Spülgases durch
Erfassung eines gemischten Elektrodenpotentials relativ zu einer
Referenzelektrode ermittelt wird, durch eine Reaktion zwischen dem
spezifischen Spülgas
und einem Katalysator, der auf der Elementoberfläche aufgetragen ist, oder durch
eine Potentialdifferenz, die gemäß der Nernst-Gleichung
variiert.
-
Ein
anderer Gaskonzentrationssensor, der möglicherweise für die vorliegende
Erfindung verwendet werden kann, kann vom Typ eines Heizelements
sein, das zum Beispiel einen Platindraht verwendet, wobei die Menge
der erzeugten Wärme
aufgrund von Oxidation des spezifischen Spülgases auf der Oberfläche des
Platindrahts basierend auf einer Variation des elektrischen Widerstands
des Platindrahts erfaßt
wird, so daß die
Konzentration des spezifischen Spülgases ermittelt wird. Ein
anderer Typ des Sensors, der für
die vorliegende Erfindung geeignet ist, kann eine elektrostatische
Kapazität
ausnutzen, die zwischen paarweisen Elektroden gemessen wird, die
in einer Meßkammer
angeordnet sind, in welche das spezifische Spülgas eingebracht wird. Die
Konzentration des spezifischen Spülgases wird durch Erfassung
der elektrostatischen Kapazität
zwischen den paarweisen Elektroden zu dem Zeitpunkt ermittelt, wenn
das spezifische Spülgas
eingebracht wird.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt eine Steuerung für ein Luft/Brennstoff-Verhältnis eines
Verbrennungsmotors unter Verwendung eines Gaskonzentrationssensors
bereit, umfassend: ein Speichermittel zum Speichern eines Ausgangssignals
des Gaskonzentrationssensors als ein Referenzausgangssignal, wenn
die Konzentration des spezifischen Spülgases 0% ist; Ausgangssignalerfassungsmittel
zum Erfassen eines tatsächlichen
Ausgangssignals des Gaskonzentrationssensors basierend auf einem
Ausgangssignal eines Gaskonzentrationssensors, welches während des
Motorstartens unmittelbar nachdem ein Zündschlüssel gedreht worden ist erfaßt wird,
bevor das spezifische Spülgas
zugeführt
worden ist; und Nullpunktkorrekturmittel zum Vergleichen des Referenzausgangssignals
und des tatsächlichen
Ausgangssignals um den Nullpunkt des Gaskonzentrationssensors zu
korrigieren. In dieser Steuerung gemäß der Erfindung speichert das
darin befindliche Speichermittel ein Referenzausgangssignal, welches
ein Ausgangssignal des Gaskonzentrationssensors ist, wenn die Konzentration
des spezifischen Spülgases
0% ist. Das Ausgangssignalerfassungsmittel erfaßt auf der Basis eines Ausgangssignals des
Gaskonzentrationssensors ein tatsächliches Ausgangssignal des
Gaskonzentrationssensors, welches mit der 0%-Konzentration korrespondiert,
bevor das spezifische Spülgas
zugeführt
wird. Anschließend
vergleicht das Nullpunktkorrekturmittel das Referenzausgangssignal
und das tatsächliche
Ausgangssignal, um deren Differenz zu ermitteln, auf deren Basis
der Nullpunkt des Gaskonzentrationssensors korrigiert wird.
-
Die
Steuerung kann weiterhin ein Meßmittel zum
Bestimmen der Konzentration des spezifischen Spülgases auf der Basis des Ausgangssignals
des Gaskonzentrationssensors umfassen, welcher der Nullpunktkorrektur
unterzogen wurde. Die Konzentration des spezifischen Spülgases wird
auf der Basis des Ausgangssignals des Gaskonzentrationssensors ermittelt,
nachdem er der Nullpunktkorrektur unterzogen wurde. Deshalb kann
die Konzentration des spezifischen Spülgases genau ermittelt werden,
während
Einflüsse
einer Variation über
der Zeit und dergleichen eliminiert werden.
-
Die
Steuerung kann weiterhin ein Einstellmittel (zum Beispiel ein Spülventil)
zum Einstellen einer Zufuhr des spezifischen Spülgases auf der Basis des Ausgangssignals
des Gaskonzentrationssensors umfassen, welcher der Nullpunktkorrektur
unterzogen wurde. Die Gaskonzentration kann auf der Basis des Ausgangssignals
des Gaskonzentrationssensors präzise
gemessen werden, nachdem er der Nullpunktkorrektur unterzogen wurde.
Deshalb kann eine benötigte
Menge des spezifischen Spülgases
durch eine auf der Basis der präzisen
Gaskonzentration durchgeführte
Steuerung des Einstellmittels genau zugeführt werden.
-
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben, in welchen:
-
1 ein
Systemdiagramm ist, das ein vollständiges System zeigt, welches
eine Steuerung für einen
Gaskonzentrationssensor umfaßt,
der in einem Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors bereitgestellt ist,
wobei ein Ausgangssignal des Gaskonzentrationssensors gemäß der Erfindung
korrigiert wird;
-
2(a) eine erläuternde
Ansicht ist, die ein Prinzip des Messens des Gaskonzentrationssensors zeigt,
der in dem System wie in 1 gezeigt verwendet wird, wobei
ein Spülgas
nicht in das Ansaugrohr durch ein röhrenförmiges Rohr des Gaskonzentrationssensors
eingespeist wird, welcher einen Ultraschallsensor auf dem röhrenförmigen Rohr
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung hat;
-
2(b) eine erläuternde
Ansicht ist, die ein Prinzip des Messens des Gaskonzentrationssensors zeigt,
der in dem System wie in 1 gezeigt verwendet wird, wobei
ein Spülgas
in das Ansaugrohr durch ein röhrenförmiges Rohr
des Gaskonzentrationssensors eingespeist wird, welcher einen Ultraschallsensor
auf dem röhrenförmigen Rohr
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung hat;
-
3 ein
Graph ist, der eine Empfindlichkeitscharakteristik des Gaskonzentrationssensors
mit einem Ultraschallelement zeigt, wenn ein Butangas in das Ansaugrohr
eingespeist wird;
-
4 ein
Graph ist, der eine Differenz der Empfindlichkeitscharakteristik
des Gaskonzentrationssensors mit einem Ultraschallelement zeigt,
wobei eine Empfindlichkeitscharakteristik zeigt, wenn ein trockenes
Gas in das Ansaugrohr eingespeist wird, und die andere Empfindlichkeitscharakteristik zeigt,
wenn ein nasses oder feuchtes Gas in das Ansaugrohr eingespeist
wird, was eine Notwendigkeit für
eine Nullpunktkorrektur gemäß der Erfindung
anzeigt;
-
5(a) eine erläuternde
Ansicht ist, die einen Gaskonzentrationssensor mit einem Ultraschallelement
zeigt, wobei eine innere Wand des Gaskonzentrationssensors mit einem
fremden Materialprodukt ausgestattet ist, wobei eine akustische
Beschleunigung zwischen den Ultraschallelementen und eine ungenaue
Messung des Gases bewirkt wird, welches innerhalb der inneren Wand
strömt;
-
5(b) eine erläuternde
Ansicht ist, die einen Gaskonzentrationssensor mit Ultraschallelementen
zeigt, wobei eine innere Wand des Gaskonzentrationssensors nicht
mit einem fremden Materialprodukt ausgestattet ist;
-
6 eine
erläuternde
Illustration ist, die eine Variation in einem Sensorausgangssignal
aufgrund einer Nullpunktkorrektur gemäß der Erfindung zeigt;
-
7 ein
Flußdiagramm
ist, welches einen Steuerprozeß zum
Steuern einer Treibstoffeinspritzmenge zeigt, wobei ein Ausgangssignal
eines Gaskonzentrationssensors, der in einem Ansaugrohr bereitgestellt
ist, basierend auf einer Nullpunktkorrektur korrigiert wird, bevor
ein Spülgas
in das Ansaugrohr gemäß der Erfindung
zugeführt
wird;
-
8 ein
Graph ist, der eine Beziehung zwischen einer Konzentration von verdampftem
Treibstoff und einem Öffnungsanteil
eines Spülgasventils zeigt;
-
9 ein
Graph ist, der ein Testergebnis zeigt, wobei ein Luft/Brennstoff-Verhältnis λ nicht kritisch
variiert, wenn das vorliegende Verfahren des Verwendens eines Gaskonzentrationssensors
basierend auf einer Nullpunktkorrektur angewandt wird;
-
10 eine
erläuternde
Ansicht ist, die einen Gaskonzentrationssensor zeigt, der einen
Oberflächenwiderstand
zwischen Oberflächenelektroden verwendet,
die auf einem Halbleitersubstrat gebildet sind;
-
11 ein
Graph ist, der eine Beziehung zwischen einer Gaskonzentration und
einem Ausgangssignal eines solchen Gaskonzentrationssensors zeigt,
wie er in 10 gezeigt ist;
-
12(a) ein Graph ist, der Beispiele einer Verringerung
oder Verschlechterung einer Genauigkeit des in 10 gezeigten
Gaskonzentrationssensors zeigt, die einen Einfluß von Feuchtigkeit zeigen;
-
12(b) ein Graph ist, der eine Verringerung oder
Verschlechterung einer Genauigkeit des in 10 gezeigten
Gaskonzentrationssensors zeigt, der einen Einfluß einer Variation über der
Zeit zeigt.
-
In
den Zeichnungen verwendete Referenznummern bezeichnen Gegenstände wie
folgt:
-
- 1
- Motor
- 2
- Ansaugrohr
- 3
- Drosselventil
- 4
- Gaskonzentrationssensor
- 6
- Einspritzvorrichtung
- 7
- Abgasrohr
- 8
- Sauerstoffsensor
- 9
- Drei-Wege-Katalysator
- 10
- Luftflußmeter
- 11
- Benzintank
- 12
- erster
Zufuhrpfad
- 13
- zweiter
Zufuhrpfad
- 14
- Kanister
- 16
- dritter
Zufuhrpfad
- 17
- Spülventil
- 19
- elektronische
Steuereinheit (ECU)
-
Erste Ausführungsform
-
Eine
Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist auf eine Technik zum Messen einer Konzentration von
verdampftem Treibstoff unter Verwendung eines Gaskonzentrationssensors
gerichtet, der Ultraschallwellen ausnutzt.
-
a)
Zunächst
wird die Konfiguration eines Systems gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
-
1 ist
ein Diagramm, das eine Systemkonfiguration zeigt, die einen Gaskonzentrationssensor
und eine Steuerung dafür
umfaßt.
-
Wie
in 1 gezeigt, sind in der vorliegenden Ausführungsform
ein Drosselventil 3, ein Gaskonzentrationssensor 4 und
eine Einspritzvorrichtung 6 in Flußrichtung an einem Ansaugrohr 2 eines
Motors 1 angeordnet. Währenddessen
sind ein Sauerstoffsensor (vollständiger Luft/Treibstoff-Verhältnis-Sensor) 8 und
ein Drei-Wege-Katalysator 9 in Flußrichtung an einem Abgasrohr 7 des
Motors 1 angeordnet.
-
Weiterhin
umfaßt
ein Pfad zur Zufuhr von Treibstoff zu dem Motor 1 ein erstes
Zufuhrsystem zum Zuführen
von flüssigem
Treibstoff und ein zweites Zufuhrsystem zum Zuführen von Treibstoffgas.
-
In
dem ersten Zufuhrsystem ist ein Benzintank 11 über einen
ersten Zufuhrpfad 12 und eine Treibstoffpumpe 15 mit
der Einspritzvorrichtung 6 verbunden. Treibstoff wird über den
ersten Zufuhrpfad von dem Benzintank 11 zu der Einspritzvorrichtung 6 mittels
der Treibstoffpumpe 15 zugeführt. Dann wird Treibstoff von
der Einspritzvorrichtung 6 in das Ansaugrohr 2 eingespritzt.
-
In
dem zweiten Zufuhrsystem ist der Benzintank 11 mit einem
Kanister 14 über
einen zweiten Zufuhrpfad 13 verbunden. Der Kanister 14 ist über einen
dritten Zufuhrpfad 16 und ein Spülventil 17 mit einem
Abschnitt des Ansaugrohrs 2 verbunden, der sich zwischen
dem Drosselventil 3 und dem Gaskonzentrationssensor 4 erstreckt.
Entsprechend wird Treibstoff, der von dem Benzintank 11 verdampft
ist, einmalig von dem Kanister 14 absorbiert. Außenluft wird
geeignet in den Kanister 14 eingeführt, um dadurch Treib stoff
zu spülen
(Verdampfen von Treibstoff aus dem Kanister 14). Der somit
gespülte,
verdampfte Treibstoff (Spülgas)
wird einer Flußsteuerung
in dem Spülventil 17 unterzogen
und wird dann in einen Abschnitt des Ansaugkrümmers oder -rohrs 2 zugeführt, der
sich zwischen dem Drosselventil 3 und dem Gaskonzentrationssensor 4 erstreckt.
-
Dieses
System verwendet eine elektrische Steuereinheit (ECU) 19,
um eine Spülgaszufuhr
und ein Luft/Treibstoff-Verhältnis
zu steuern. Die ECU 19 empfängt Signale von verschiedenen
Sensoren, wie zum Beispiel dem Gaskonzentrationssensor 4,
dem Sauerstoffsensor 8 und einem Luftflußmesser 10.
Die ECU 19 gibt Steuersignale an verschiedene Stellglieder
aus, wie zum Beispiel das Spülventil 17,
das Drosselventil 3 und die Einspritzvorrichtung 6.
Die ECU 19 gibt auch ein Steuersignal aus, wie zum Beispiel
ein An/Aus-Signal
an den Gaskonzentrationssensor 4.
-
b)
Als nächstes
wird die Struktur und das Prinzip des Gaskonzentrationssensors 4 beschrieben.
-
Der
Gaskonzentrationssensor 4, der in der vorliegenden Ausführungsform
verwendet wird, ist ein Gaskonzentrationssensor vom Ultraschalltyp,
der ein Ultraschallelement nutzt, das Ultraschallwellen durch Verwendung
eines piezoelektrischen Elements erzeugt. Wie in 2 gezeigt,
umfaßt
der Gaskonzentrationssensor 4 ein Ultraschallsenderelement 4b und
ein Ultraschallempfängerelement 4a,
die rechtwinklig zu dem Durchfluß von Ansaugluft angeordnet sind.
Jedes Element, das geeignet ist, Ultraschallwellen zu senden und
zu empfangen, kann als der Gaskonzentrationssensor 4 verwendet
werden.
-
Wenn
eine Konzentrationsmessung unter Verwendung des Gaskonzentrationssensors 4 durchgeführt wird,
wird das Senderelement 4b betrieben, um eine Ultraschallwelle
zu senden, und das Empfängerelement 4a wird
betrieben, um die Ultraschallwelle zu empfangen. Zu diesem Zeitpunkt
verschiebt sich die Wellenform der empfangenen Ultraschallwelle
relativ zu der Wellenform der gesendeten Ultraschallwelle durch
eine Ausbreitungszeit, die mit der Konzentration des Spülgases korrespondiert,
welches in der Ansaugluft enthalten ist. Wenn zum Beispiel wie in 2(a) gezeigt, die Konzentration des Spülgases gering
ist, wird die Ausbreitungszeit – welche
der Zeitabstand ist, um den die Wellenform der empfangenen Ultraschallwelle
relativ zu der Wellenform der gesendeten Ultraschallwelle verschoben
ist – gering
(T1). Demgegenüber
wird, wie in 2(b) gezeigt, die Fortschreitzeit
hoch (T2), wenn die Konzentration des Spülgases hoch ist. Deshalb kann
die Gaskonzentration auf der Basis eines Sensorausgangssignals erfaßt werden,
welches die Ausbreitungszeit wiedergibt.
-
In
einem beispielhaften Fall, in welchem wie in 3 gezeigt
ein verdampfter Treibstoff Butan ist, existiert eine lineare Beziehung
zwischen einem Sensorausgangssignal und einer Gaskonzentration. Entsprechend
kann die Gaskonzentration des verdampften Treibstoffs auf der Basis
des Sensorausgangssignals gemessen werden. Es ist anzumerken, daß 3 den
Fall zeigt, in welchem Ansaugluft in einem trockenen Zustand ist
(absolute Feuchtigkeit: 0%).
-
c)
Als nächstes
wird das Prinzip der Nullpunktkorrektur (Offset-Einstellung) des Gaskonzentrationssensors 4 beschrieben.
-
In
dem Fall des Gaskonzentrationssensors 4 des oben beschriebenen
Ultraschalltyps verschlechtert sich die Sensorgenauigkeit aufgrund
der folgenden Faktoren; das heißt,
(1) H2O-Gehalt (Feuchtigkeit) und (2) Ablagerungen
auf dem Sensor:
(1) Wenn der Gehalt von H2O
(Feuchtigkeit), welches ein geringeres Molekulargewicht als Luft
hat, ansteigt, erhöht
sich eine Ausbreitungsgeschwindigkeit (Ausbreitungszeit reduziert
sich) mit dem Ergebnis, daß das
Sensorausgangssignal ansteigt und die offensichtliche Butankonzentration
abnimmt.
-
In 4,
welche eine Butan-Empfindlichkeitscharakteristik zeigt, wird die
Charakteristik für
den Fall, wenn eine Ansaugluft trocken ist (trocken; absolute Feuchtigkeit:
0%) durch Verwendung von weißen rechteckigen
Blöcken
charakterisiert, und die Charakteristik für den Fall, wenn eine Ansaugluft
ein hohes Feuchtigkeitsniveau hat (naß; absolute Feuchtigkeit: 12,5%,
relative Feuchtigkeit bei 50°C:
ungefähr 99
RH%) wird durch Verwendung von weißen dreieckigen Blöcken repräsentiert.
Wie aus 4 offensichtlich hervorgeht,
steigt das Sensorausgangssignal an, wenn die Feuchtigkeit ansteigt,
mit einer resultierenden Abnahme in einer offensichtlichen Butankonzentration.
-
(2)
Wenn eine feste Substanz (Ablagerung) wie in 5(a) gezeigt
auf der Oberfläche
oder dergleichen des Senderelements 4b und des Empfängerelements 4a des
Gaskonzentrationssensors 4 vorhanden ist, breiten sich
Ultraschallwellen durch die Ablagerung mit einer hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit
aus, so daß die
Ausbreitungszeit kürzer
wird. Als ein Ergebnis wird die Ausbreitungszeit T1 in diesem Fall
kürzer
als die Ausbreitungszeit T2 in dem in 5(b) gezeigten
Fall, in welchem keine Ablagerungen vorhanden sind. Deshalb erhöht sich
wie in dem oben beschriebenen Fall (1) das Sensorausgangssignal,
mit einer resultierenden Abnahme einer offensichtlichen Butankonzentration.
-
Dementsprechend
wird in der vorliegenden Ausführungsform
eine Nullpunktkorrektur (Offset-Einstellung) des Gaskonzentrationssensors 4 unter
Berücksichtigung
der oben beschriebenen Charakteristika durchgeführt.
-
Insbesondere
wenn ein Zündschlüssel gedreht
wird und somit Ansaugluft in den Motor 1 eingeführt wird,
wird eine Spülgaskonzentrationsmessung in
einem Zustand durchgeführt,
in welchem Spülgas nicht
in das Ansaugrohr eingeführt
wurde.
-
In
diesem Zustand muß das
Ausgangssignal des Gaskonzentrationssensors 4 ungefähr 4,2 V
werden, was anzeigt, daß die
Konzentration eines Spülgases
0% ist, weil kein Spülgas
in der Ansaugluft vorhanden ist. Wenn jedoch die oben beschriebene Feuchtigkeit
oder Ablagerungen den Sensor beeinträchtigen, ändert sich das Sensorausgangssignal wie
in 4 gezeigt.
-
Wenn
dementsprechend die Konzentration eines Spülgases in einem Zustand gemessen
wird, in welchem Spülgas
tatsächlich
zugeführt
wird, werden Fehler des Sensorausgangssignals korrigiert (Nullpunktkorrektur),
um eine Gaskonzentration genau zu messen.
-
In
einem beispielhaften in 6 gezeigten Fall, in welchem
der Sensor 4,8 V ausgibt, wenn kein Spülgas vorhanden ist (vor einer
Kalibrierung), wird eine Differenz (0,6 V) zwischen dem Ausgangssignal und
einem korrigierten Ausgangssignal (4,2 V) zunächst als Fehler erhalten. Wenn
ein Spülgas
in das Ansaugrohr zugeführt
wird und die Konzentration des Spülgases gemessen wird, wird
das Ausgangssignal des Sensors unter Berücksichtigung des Fehlers korrigiert
(in diesem Fall wird 0,6 V von dem Ausgangssignal subtrahiert).
Eine Gaskonzentration (A%) wird basierend auf dem somit korrigierten
Sensorausgangssignal (nach einer Kalibrierung) erhalten.
-
d)
Als nächstes
wird neben einer in der ECU 19 durchgeführten Verarbeitung eine Verarbeitung
im Hinblick auf den Gaskonzentrationssensor 4 mit Bezug
auf das in 7 gezeigte Flußdiagramm
beschrieben.
-
Wenn
der Zündschlüssel gedreht
wird (Schlüssel-An),
um den Motor 1 zu starten, oder während eines Motorstartens wird
in Schritt 100 eine Beurteilung auf der Basis eines Signals
von dem Luftflußmeter 10 durchgeführt, ob
die Luftflußrate
ein vorgegebenes Niveau erreicht. Wenn das Ergebnis der Beurteilung "Ja" ist, fährt die
Verarbeitung mit Schritt S110 fort.
-
In
Schritt 110 wird eine Verarbeitung zur Nullpunktkorrektur
des Gassensors 4 durchgeführt.
-
Insbesondere
ist in einem Zustand, in welchem das Spülventil 17 geschlossen
ist, Ansauggas, welches kein Spülgas
enthält,
Gegenstand einer Messung durch Verwendung des Gaskonzentrationssensors 4,
und es wird zu diesem Zeitpunkt ein Sensorausgangssignal S1 erhalten.
Das Sensorausgangssignal S1 beinhaltet Fehler, die von Feuchtigkeit
und Variationen über
der Zeit und dergleichen stammen. Anschließend wird das Sensorausgangssignal
S1 mit einem korrekten Sensorausgangssignal S0 verglichen, um deren
Differenz ΔS
zu erhalten. Die Sensorausgangssignaldifferenz ΔS wird als Korrekturdaten für eine Nullpunktkorrektur
gespeichert.
-
Dementsprechend
wird während
einer nachfolgenden Gaskonzentrationsmessung ein Wert S3 als ein
korrigiertes Sensorausgangssignal verwendet, der durch Subtraktion
der Differenz ΔS
von einem erhaltenen Sensorausgangssignal S2 erhalten wird.
-
Im
nachfolgenden Schritt 120 wird die Zufuhrmenge von Spülgas erhalten;
das heißt,
die Konzentration (zum Beispiel Butankonzentration von A%) des zuzuführenden
Spülgases.
Zum Zeitpunkt eines Startens wird die Menge eines zuzuführenden Spülgases gemäß des Motortyps,
Kühlwassertemperatur,
etc., korrekt ermittelt, und nach dem Starten wird die Menge des
zuzuführenden
Spülgases
gemäß der Motorgeschwindigkeit,
etc. korrekt ermittelt.
-
Im
nachfolgenden Schritt 130 wird das Spülventil 17 betrieben,
um Spülgas
in das Ansaugrohr 2 in der oben beschriebenen benötigten Menge
(A%) zuzuführen.
-
Das
heißt,
die ECU 19 speichert darin eine Abbildung, die die Beziehung
zwischen der Öffnung des
Spülventils 17 und
der Zufuhrmenge (zum Beispiel Konzentration) von Spülgas zeigt.
Deshalb wird die Öffnung
des Spülventils 17 auf
zum Beispiel a% unter Verwendung einer theoretischen (idealen) Beziehung
eingestellt, die durch die Linie 1 in 8 angezeigt
wird, wenn Spülgas
in einem Umfang von A% zugeführt
werden muß.
Anschließend
wird das Spülventil 17 so
betrieben, daß die
Ventilöffnung
a% wird. Die Öffnung
des Spülventils 17 wird
durch Steuerung des Betriebsverhältnisses
(D/T) eines Stroms zum Betreiben des Spülventils 17 eingestellt.
-
Im
nachfolgenden Schritt 140 wird in dem Zustand, in welchem
Spülgas
dem Ansaugrohr zugeführt
wurde, der Gaskonzentrationssensor 4 betrie ben, um die
Konzentration des Spülgases
zu messen, welches in einer Ansaugluft enthalten ist, bevor das
Spülgas
verbrannt wird.
-
In
diesem Meßschritt
wird wie oben beschrieben die Differenz ΔS zur Nullpunktkorrektur von
dem tatsächlichen
Sensorausgangssignal S2 subtrahiert, um ein korrektes (präzises) Sensorausgangssignal S3
zu erhalten. Auf der Basis des Sensorausgangssignals S3 wird eine
präzise
Gaskonzentration (zum Beispiel RA%) durch Verwendung der Abbildung
erhalten, die die Beziehung der 3 repräsentiert.
-
Im
nachfolgenden Schritt S150 wird eine Beurteilung durchgeführt, ob
die genaue Gaskonzentration (RA%) von Spülgas, welche durch eine Nullpunktkorrektur
erhalten wurde, mit einer Zielgaskonzentration (A%) übereinstimmt,
die in Schritt 120 berechnet wird. Wenn das Ergebnis der
Beurteilung "Ja" ist, fährt die
Verarbeitung mit Schritt 160 fort, und wenn das Ergebnis
der Beurteilung "Nein" ist, fährt die
Verarbeitung mit Schritt 190 fort.
-
In
Schritt 160 wird eine Zündsteuerung durchgeführt, um
Treibstoff in einem Zylinder des Motors 1 zu verbrennen.
-
Im
nachfolgenden Schritt 170 wird die Konzentration von Sauerstoff
in Abgasen auf der Basis eines Signals von dem Sauerstoffsensor 8 gemessen,
und das Luft/Treibstoff-Verhältnis
des Treibstoffgemischs wird ermittelt.
-
Im
nachfolgenden Schritt 180 wird die Menge an Treibstoff,
die von der Einspritzvorrichtung 6 eingespritzt wird, auf
der Basis des Luft/Treibstoff-Verhältnisses,
der Drosselöffnung
und einer Motorgeschwindigkeit ermittelt. Anschließend kehrt
die Verarbeitung zurück
zu Schritt 120. Die Einspritzmenge von Treibstoff wird
durch Subtraktion der Zufuhrmenge von Spülgas von einer benötigten Treibstoffzufuhrmenge
erhalten.
-
Wenn
das Resultat der Beurteilung in Schritt 150 "Nein" ist, das heißt, wenn
die genaue Gaskonzentration (RA%) von Spülgas nicht mit der Zielgaskonzentration
(A%) wie oben beschrieben übereinstimmt,
fährt die
Verarbeitung demgegenüber
mit Schritt 190 fort, um die Öffnung des Spülventils 17 zu korrigieren,
um die Zielgaskonzentration (A%) zu erhalten.
-
Das
heißt,
die Zielgaskonzentration (A%) wird erhalten, wenn die Ventilöffnung auf
a% gestellt wird, falls die Beziehung zwischen einer Gaskonzentration
und einer Ventilöffnung
eine theoretische, wie in 8 durch
Linie 1 gezeigte Beziehung ist. In Wirklichkeit kann die Zielgaskonzentration
(A%) jedoch nicht erhalten werden, weil die Gaskonzentration auf
der Zufuhrseite (zum Beispiel der Kanisterseite) unbekannt und begrenzt
ist. Deshalb wird die Ventilöffnung
korrigiert, um die Zielgaskonzentration vor einer Verbrennung zu
erhalten.
-
Insbesondere
wenn die tatsächliche
Gaskonzentration (RA%) geringer ist als die Zielgaskonzentration
(A%), wird die Beziehung zwischen der Gas konzentration und der Ventilöffnung wie
in 8 durch Linie 2 angezeigt geändert, und das Spülventil 17 wird
in Übereinstimmung
mit der somit geänderten Abbildung
gesteuert. Deshalb wird in diesem Fall das Spülventil 17 so geregelt,
daß die
Ventilöffnung
b% wird. Mit dieser Steuerung wird eine erforderliche Menge von
Spülgas
dem Ansaugrohr 2 zugeführt,
um die Zielgaskonzentration (A%) zu realisieren.
-
e)
Als nächstes
wird ein Test beschrieben, der zum Bestätigen des Effekts der vorliegenden
Erfindung durchgeführt
wurde.
-
Ein
Auto mit einer geraden 6-Zylinder/2,0-Liter Maschine wurde als Testfahrzeug
verwendet, und der Modus wurde bei einer Frequenz von 3 Hz so gesteuert,
daß das
Luft/Treibstoff-Verhältnis λ 1 ± 0,03 wurde.
-
Die
durchgezogene Linie in 9 zeigt das Testergebnis für den Fall,
daß eine
Nullpunktkorrektur durchgeführt
wurde, und die strichlinierte Linie in 9 zeigt
das Testergebnis für
den Fall, daß eine Nullpunktkorrektur
nicht durchgeführt
wurde.
-
Verdampfter
Treibstoff wird zugeführt
wenn das Spülventil
geöffnet
ist. Wie in 9 deutlich wird, überschießt zu diesem
Zeitpunkt in dem Fall, in dem eine Nullpunktkorrektur nicht durchgeführt wird,
das Sensorausgangssignal zu sehr in Richtung der reichen Seite (λ < 1), und die Konver genzzeit,
nämlich die
Zeit, die zum Erreichen des Zielpunkts (λ = 1) erforderlich ist, erhöht sich,
was nicht bevorzugt ist.
-
Im
Unterschied dazu ist der Grad des Überschießens gering und weniger als
10% in dem Fall, in welchem eine Nullpunktkorrektur wie in der vorliegenden
Ausführungsform
durchgeführt
wird, und die Konvergenzzeit, nämlich
die Zeit, die zum Erreichen des Zielpunkts benötigt wird, wird gering, was
bevorzugt ist.
-
Wie
oben beschrieben wird in der vorliegenden Ausführungsform während eines
Motorstartens zum Zeitpunkt des Anschaltens die Spülgaskonzentrationsmessung
durchgeführt,
bevor Spülgas
zugeführt
wird, und der Nullpunkt des Gaskonzentrationssensors wird basierend
auf Daten korrigiert, die durch die Messung erhalten werden. Deshalb
kann, wenn tatsächlich
Spülgas
zugeführt
wird und seine Gaskonzentration gemessen wird, die Konzentration
des Spülgases
genau gemessen werden, während
der Einfluß von
Feuchtigkeit und Ablagerung eliminiert wird.
-
Deshalb
kann, wenn das Spülventil 17 basierend
auf der genauen Gaskonzentration gesteuert wird, eine erforderliche
Menge von Spülgas
genau zugeführt
werden, so daß ein
Luft/Treibstoff-Verhältnis-Steuerung
und andere Steuerungen genau durchgeführt werden können.
-
Zweite Ausführungsform
-
Als
nächstes
wird eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Die
vorliegende Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß ein anderer
Typ eines Gaskonzentrationssensors verwendet wird. Beschreibungen
für die
gleichen Abschnitte wie diejenigen der ersten Ausführungsform
werden unterlassen oder vereinfacht.
-
Die
vorliegende Ausführungsform
verwendet einen Oxidhalbleitersensor (insbesondere einen Sensor,
dessen empfindlicher Abschnitt Zinnoxid als eine Hauptkomponente
umfaßt)
wie in 10 gezeigt.
-
In
dem Oxidhalbleitersensor des oben beschriebenen Typs bewirkt wie
in 11 gezeigt verdampfter Treibstoff (zum Beispiel
Spülgas)
eine Oxidationsreaktion auf der Oberfläche des Sensors, so daß sich die
Menge von absorbiertem Sauerstoff ändert und der elektrische Widerstand
des Elements sich ändert.
Als ein Ergebnis ändert
sich das Sensorausgangssignal. Die Gaskonzentration (zum Beispiel
Butankonzentration) wird auf der Basis der Änderung des Sensorausgangssignals
gemessen.
-
Jedoch
umfaßt
wie im Fall des Ultraschallsensors der ersten Ausführungsform
das Sensorausgangssignal Fehler, die von Variationen in dem Gehalt von
H2O (Feuchtigkeit) und von einer Nullpunktverschiebung
des Sensors über
der Zeit stammen. Das heißt,
wenn wie in 2(a) gezeigt, H2O
an der Oberfläche
des Sensors haftet, erhöht
sich das Sensorausgangssignal mit dem Ergebnis, daß die Gaskonzentration
geringer gemessen wird, als das tatsächliche Niveau. Wie in 12(b) gezeigt, erhöht sich das Sensorausgangssignal
weiter, wenn sich die Ausgangssignalstabilität über der Zeit verschlechtert, mit
dem Ergebnis, daß die
Gaskonzentration geringer gemessen wird, als das tatsächliche
Niveau.
-
Deshalb
kann auch in der vorliegenden Ausführungsform der Einfluß von Feuchtigkeit
und einer Nullpunktverschiebung über
der Zeit eliminiert werden, wenn eine Nullpunktkorrektur in der
gleichen Weise wie in der erste Ausführungsform durchgeführt wird,
so daß die
Konzentration von Spülgas
genau gemessen werden kann. Dementsprechend kann die Konzentration
von Spülgas
korrekt gesteuert werden.
-
In
der vorliegenden Ausführungsform
ist ein Oxidhalbleitersensor beschrieben, der Zinnoxid nutzt. Die
oben beschriebene Nullpunktkorrektur kann jedoch auch auf einen
Sensor vom Kontakt-Verbrennungstyp und ähnliche Sensoren angewandt werden.
-
In
dem Sensor des Kontakt-Verbrennungstyps wird ein Basismaterial,
wie zum Beispiel Platin, mit einer großen Anzahl von Katalysatorelementen
beschichtet, und es wird eine Variation eines elektrischen Widerstandes
bei einer Absorption und Freisetzungen von Gas in und aus der Oberfläche des Sensors
erfaßt.
Da Sensoren dieses Typs die gleichen Probleme haben, ermöglicht die
oben beschriebene Nullpunktkorrektur eine genaue Messung der Gaskonzentration.
-
Dritte Ausführungsform
-
Als
nächstes
wird eine dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Die
vorliegende Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten und zweiten Ausführungsform
darin, daß ein
verschiedener Typ eines Gaskonzentrationssensors verwendet wird.
Beschreibungen der gleichen Abschnitte wie diejenigen der ersten
und zweiten Ausführungsform
werden unterlassen oder vereinfacht.
-
Die
vorliegende Ausführungsform
nutzt einen Gaskonzentrationssensor, der ein Element verwendet,
welches aus einem festen Elektrolyt, wie zum Beispiel Zirkoniumkeramik,
gebildet ist und bei dem eine Variation einer elektromotorischen
Kraft ausgenutzt wird.
-
Bei
dem Gaskonzentrationssensor des oben beschriebenen Typs wird durch
eine Gasreaktion ein Unterschied in der Gaskonzentration zwischen
einer Reaktionselektrode und einer Referenzelektrode erzeugt, die
eine Konzent rationszelle bilden, und der somit erzeugte Unterschied
wird als elektromotorische Kraft der Konzentrationszelle erfaßt. Sensoren dieses
Typs haben auch ein Problem des Erzeugens von Fehlern aufgrund einer
Instabilität
(Variation über der
Zeit) des Sensorausgangssignals und eines Einflusses von Feuchtigkeit
und dergleichen. Deshalb ermöglicht
die oben beschriebene Nullpunktkorrektur eine präzise Messung einer Gaskonzentration.
-
Vierte Ausführungsform
-
Als
nächstes
wird eine vierte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Die
vorliegende Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten bis dritten Ausführungsform
darin, daß ein
verschiedener Typ eines Gaskonzentrationssensors verwendet wird.
Beschreibungen der gleichen Abschnitte wie diejenigen der ersten
bis dritten Ausführungsform
werden unterlassen oder vereinfacht.
-
Die
vorliegende Ausführungsform
nutzt einen Gaskonzentrationssensor eines FET-Typs, bei welchem
sich die Gatterspannung mit einer Gaskonzentration ändert.
-
In
dem Gaskonzentrationssensor ist ein organischer Film auf der Gatterelektrode
gebildet, der mit dem oben beschriebenen Gas reagiert. Wenn sich
die Gaskonzentration ändert, ändert sich
die Gatterspannung aufgrund einer Differenz der Menge der Ionen,
so daß sich
der Quellen-Drainstrom mit der Gatterspannung ändert. Die Veränderung
des Quellen-Drainstroms wird zum Messen einer Gaskonzentration verwendet.
Sensoren dieses Typs sind auch anfällig für eine Beeinflussung durch
Feuchtigkeit. Deshalb ermöglicht
die oben beschriebene Nullpunktkorrektur eine genaue Messung der
Gaskonzentration.
-
Fünfte Ausführungsform
-
Als
nächstes
wird eine fünfte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Die
vorliegende Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten bis vierten Ausführungsform
darin, daß ein
verschiedener Typ eines Gaskonzentrationssensors verwendet wird.
Beschreibungen der gleichen Abschnitte wie diejenigen der ersten
bis vierten Ausführungsform
werden unterlassen oder vereinfacht.
-
Die
vorliegende Ausführungsform
verwendet einen Gaskonzentrationssensor eines kalorimetrischen Typs,
bei dem ein Heizelement verwendet wird.
-
Bei
dem Gaskonzentrationssensor wird Gas mittels einer Katalysatorschicht
oxidiert, die auf einem Platinheizelement gebildet ist, und Unterschiede der
Menge der erzeugten Wärme
aufgrund der Oxidationsreaktion werden durch Erfassung einer Variation
des elektrischen Widerstands des Heizelements gemessen. Sensoren
dieses Typs haben auch ein Problem, daß sie durch Feuchtigkeit und
Variationen über
der Zeit beeinflußt
werden. Deshalb ermöglicht die
oben beschriebene Nullpunktkorrektur eine genaue Messung der Gaskonzentration.
-
Sechste Ausführungsform
-
Als
nächstes
wird eine sechste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Die
vorliegende Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten bis fünften Ausführungsform darin, daß ein verschiedener
Typ eines Gaskonzentrationssensors verwendet wird. Beschreibungen der
gleichen Abschnitte wie diejenigen der ersten bis fünften Ausführungsform
werden unterlassen oder vereinfacht.
-
Die
vorliegende Ausführungsform
verwendet einen Gaskonzentrationssensor eines Typs, bei dem sich
eine elektrostatische Kapazität
zwischen den Elektroden ändert,
wenn verdampfter Treibstoff in den Sensor eintritt.
-
Bei
dem Gaskonzentrationssensor werden zwei Elektroden innerhalb eines
Gasdurchgangs angeordnet. Durch Ausnutzen der Tatsache, daß sich die
Dielektrizitätskonstante
mit einer Gaskonzentration ändert,
wird eine Veränderung
einer Gaskonzentration in Form einer Variation der elektrostatischen Kapazität zwischen
den Elektroden erfaßt.
Sensoren dieses Typs haben auch ein Problem des Erzeugens von Fehlern
aufgrund eines Einflusses von Feuchtigkeit und Substanzen, die sich
auf der Oberfläche
der Elektroden während
einer Langzeitbenutzung absetzen. Deshalb ermöglicht die oben beschriebene
Nullpunktkorrektur eine präzise
Messung einer Gaskonzentration.
-
Die
vorliegende Erfindung ist auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
nicht beschränkt und
kann innerhalb der beiliegenden Ansprüche auf verschiedene Weisen
angewandt werden.
-
Bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen
wird eine Konzentration eines Spülgases
zur Verwendung eines Gaskonzentrationssensors gemessen. Jedoch kann
die vorliegende Erfindung auf andere Fälle übertragen werden, wie zum Beispiel auf
einem Fall, bei dem die Konzentration von verdampftem Treibstoff
gemessen wird, der von einem Treibstoffverdampfungsgenerator zugeführt wird.
-
Wie
oben bei dem Verfahren des Verwendens eines Gaskonzentrationssensors
und der Steuerung für
einen Gaskonzentrationssensor gemäß der vorliegenden Erfindung
beschrieben, wird ein Referenzgas (zum Beispiel nur Ansaugluft)
durch Verwendung eines Gaskonzentrationssensors gemessen, bevor
ein spezifisches Spülgas,
wie zum Beispiel Spülgas,
zugeführt
wird. Deshalb kann der Grad einer Verschlechterung des Gaskonzentrationssensors und
der Grad eines Einflusses von verschiedenen Gasen und dergleichen
erfaßt
werden.
-
Dementsprechend
kann eine Gaskonzentration genau ermittelt werden, wobei ein Einfluß von Feuchtigkeit,
Ablagerung und dergleichen eliminiert wird, wenn eine Nullpunktkorrektur
gemäß des Grades
einer Verschlechterung und eines Einflusses von verschiedenen Gasen
und dergleichen durchgeführt wird.
-
Dementsprechend
kann die Menge eines zuzuführenden
spezifischen Spülgases
auf der Basis der genauen Konzentration des spezifischen Spülgases genau
eingestellt werden, so daß eine
Luft/Treibstoff-Verhältnissteuerung
und andere verschiedene Steuerungen genau durchgeführt werden
können.