DE69422127T2

DE69422127T2 - Verfahren zur Regelung des Luft/Kraftstoffverhältnisses einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69422127T2
Application number: DE69422127T
Authority: DE
Inventors: Hossein Javaherian; Vincent Arthur White
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1993-10-07
Filing date: 1994-09-20
Publication date: 2000-04-27
Anticipated expiration: 2014-09-21
Also published as: US5392598A; EP0647776A2; AU7420294A; AU665317B2; EP0647776A3; DE69422127D1; EP0647776B1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Regler zum Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors.
Es ist allgemein bekannt, daß die Menge von Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Stickoxiden, die während des Betriebes eines Verbrennungsmotors emittiert werden, wesentlich verringert werden kann, indem der relative Anteil der in den Motor eingelassenen Luft und Kraftstoff (Luft/Kraftstoff-Verhältnis) gesteuert wird, und indem das Motorabgas katalytisch behandelt wird. Ein wünschenswertes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist das stöchiometrische Verhältnis, das bekanntlich eine wirksame Verringerung von Motoremissionen über den katalytischen Behandlungsprozeß unterstützt. Selbst geringfügige Abweichungen von dem stöchiometrischen Verhältnis können zu einer wesentlichen Verschlechterung des Wirkungsgrades der katalytischen Behandlung führen. Deshalb ist es wichtig, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis genau geregelt wird, um das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors bei dem stöchiometrischen Verhältnis zu halten.
Eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors ist dazu verwendet worden, das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Richtung eines gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, wie das stöchiometrische Luft/Kraftstoff- Verhältnis zu steuern. Diese Steuerung zieht Nutzen aus einer Abschätzung eines tatsächlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors, wie von einem Ausgangssignal eines in dem Motorabgasweg angeordneten Sauerstoffsensors. Die Abschätzung wird auf eine Steuerfunktion ange wandt, die auf einen Fehler des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses anspricht, der die Differenz zwischen dem geschätzten und dem gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist.
Der Sauerstoffsensor kann ein herkömmlicher Zirkonoxid-Sensor (ZrO&sub2;- Sensor) sein, der eine im wesentlichen lineare Messung mit hoher Verstärkung des Sauerstoffgehaltes in dem Motorabgas liefert. Ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Motors entspricht einem Ausgangssignal eines ZrO&sub2;-Sensors unter einer vorherbestimmten niedrigen Schwellenspannung, und ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Motors entspricht einem Ausgangssignal über einer vorherbestimmten hohen Schwellenspannung.
ZrO&sub2;-Sensoren sind in dem Abgasweg in einer Stellung zum Messen des Sauerstoffgehaltes des Motorabgases, wie oberstromig von der katalytischen Behandlungsvorrichtung (dem katalytischen Umformer) angeordnet. Derartige Vorumformer-Sensoren haben zu einer Zunahme der Motoremissionseffizienz beigetragen. Jedoch können bestimmte Wirkungen, wie Alterung des Sensors oder Umformers (Erschöpfung des Katalysators) und Verschmutzung des Sensors den Wirkungsgrad der Emissionsverringerung verschlechtern und können bei einer traditionellen Steuerung mit geschlossenem Regelkreis unkompensiert bleiben.
ZrO&sub2;-Sensoren können auch in dem Motorabgasweg unterstromig von dem katalytischen Umformer angeordnet sein. Es sind beispielsweise Nachumformer-Sensoren zur Umformerdiagnose und zur völligen Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors verwendet worden.
Die US-A-4622809 offenbart ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die vorliegende Erfindung strebt an, eine verbesserte Regelung eines Luft- Kraftstoff-Verhältnisses zu schaffen.
Ein Verfahren zum Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der vorliegenden Erfindung ist gegenüber der US-A-4622809 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 beschriebenen Merkmale gekennzeichnet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Regler für ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis vorgesehen, wie er in Anspruch 8 beschrieben ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Nachumformer-Sensor vorgesehen, der sich in einer Stellung befindet, um Informationen über den Wirkungsgrad der Emissionsverringerung des Steuerungssystems für das Luft/Kraftstoff Verhältnis zu liefern, das einen Vorumformer-Sensor und den katalytischen Umformer umfaßt. Es ist möglich, Information von einem Nachumformer-Sauerstoffsensor in der Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Motors in Ansprechen auf einen Vorumformer- Sauerstoffsensor anzuwenden, um jegliche Verschlechterung des Wirkungsgrades der Steuerung zur Verringerung ungewollter Motoremission zu kompensieren.
Bei einer Ausführungsform wird ein zusätzlicher Regelkreis an einen Rückkopplungsregelkreis angehängt, der Information von einen Vorum former-Sauerstoffsensor umfaßt. Der zusätzliche Regelkreis umfaßt Information von einem Nachumformer-Sauerstoffsensor. Derartige Information kann die Leistungsfähigkeit der Emissionsverringerung des auf dem Vorumformer-Sauerstoffsensor beruhenden Regelkreises anzeigen und kann somit dazu verwendet werden, einen derartigen Regelkreis auf eine Weise zu kompensieren, daß eine derartige Leistungsfähigkeit verbessert wird. Der Ausgang des Nachumformer-Sensors wird mit einem kalibrierten Bereich verglichen, und ein Schwellenwert, mit dem das Vorumformer- Ausgangssignal in dem Vorumformer-Regelkreis verglichen wird, wird gemäß dem Vergleich eingestellt. Auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Nachumformer-Sensors und dem kalibrierten Bereich kann ein Fehlersignal erzeugt werden. Dann wird ein Fehlersignaldifferenzwert erzeugt und ein Einstellungswert als eine vorherbestimmte Funktion des Fehlersignals und des Differenzwertes bestimmt. Der Vorumformer-Schwellenwert wird dann mit dem Einstellungswert eingestellt.
Der Grad der Einstellung und die Geschwindigkeit, mit der sie angewandt wird, kann mit dem Motorbetriebsbereich schwanken.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten, lediglich beispielhaft, mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein schematisches Schaubild einer Ausführungsform der Bauelemente einer Motorsteuerung ist,
Fig. 2a-2c Flußdiagramme einer Ausführungsform einer Steuerungsroutine zur Verwendung bei den Bauelementen von Fig. 1 ist.
Nach Fig. 1 kombiniert ein Motor 10 mit einem Ansaugstutzen 12, durch den eine Ansaugluftladung zum Motor gelangt, die Luftladung mit mindestens einer Kraftstoffladung von einer oder mehreren herkömmlichen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen (nicht gezeigt), die durch eine Treiberschaltung 38 angesteuert sind. Die Treiberschaltung 38 empfängt einen periodischen Kraftstoffbefehl FUEL, beispielsweise in der bekannten Form eines pulsbreitenmodulierten Signals mit variablem Tastverhältnis und fester Amplitude und Frequenz, von einem Controller 30.
Die Kraftstoff/Luft-Zusammensetzung wird im wesentlichen durch den normalen Motorbetrieb verbraucht, wobei die Abfallprodukte aus dem Verbrauch vom Motor zur Abgasleitung 16 ausgestoßen und zu einem herkömmlichen Dreiwege-Katalysator 18 geleitet werden, der versucht, die Abgasbestandteile von Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid und Stickoxide in weniger giftige Emissionen umzuformen und/oder zu reduzieren, die aus dem Abgasweg über Leitung 20 ausgestoßen werden.
Der Controller 30, der ein herkömmlicher Ein-Chip-Acht-Bit-Mikroprozessor sein kann, umfaßt einen Prozessor 36, einen Nurlesespeicher ROM 34 und einen Direktzugriffsspeicher RAM 32. Der nichtflüchtige RAM kann einfach als RAM enthalten sein, der nicht gelöscht wird, wenn Strom an den Controller angelegt wird, um dessen Betrieb zu beginnen. Information, die sich während des Betriebes des Controllers 30 nicht verändern soll, kann in dem ROM 34 gespeichert sein, Information, die sich während der Controller arbeitet verändern kann, kann in dem RAM 32 ge speichert sein, und variable Information, die von Betrieb zu Betrieb des Controllers behalten werden soll, kann in dem nichtflüchtigen RAM gespeichert sein.
Der Controller liest, wenn er aktiviert ist, Schritt um Schritt Anweisungen aus dem ROM 34 aus, und führt die Anweisungen aus, um die Motorsteuerung auf eine herkömmliche Weise vorzunehmen, wie durch Auslesen und Verarbeiten von Eingangssignalen in die Motorsteuerung von verschiedenen Motorparametersensoren und durch Erzeugen und Anwenden von Ausgangssignalen der Motorsteuerung an geeignete Motorsteuerungsaktuatoren.
Als Eingangssignale in die Motorsteuerung sind MAF, MAP, RPM, TEMP, EOS1 und EOS2 eingeschlossen. MAF ist ein Luftmassendurchsatzsignal, das von einem herkömmlichen Luftmassendurchsatzsensor 8 ausgegeben wird, der sich in dem Lufteinlaßweg befindet, wie in einer Position, um die Luftmasse zu erfassen, die durch diesen hindurchtritt, bevor derartige Luft in den Ansaugstutzen 12 eintritt. Die Größe von MAF ist proportional zu einer Abschätzung der Luftmasse, die in den Motor eintritt.
MAP ist ein Signal, das von einem Drucksensor 14 erzeugt wird und dessen Größe proportional zum absoluten Luftdruck in dem Ansaugstutzen 12 ist. RPM ist ein Signal, dessen Frequenz proportional zur Drehzahl einer Motorabtriebswelle 26, wie der Motorkurbelwelle ist. Das Signal RPM kann erzeugt werden, indem ein herkömmlicher Sensor mit variablem magnetischen Widerstand 28 in der Nähe eines Umfangsabschnittes der Welle 26, die Zähne aufweist, angeordnet wird, so daß die Zähne an dem Sensor mit einer Frequenz vorbeitreten, die proportional zur Drehgeschwindigkeit der Welle ist.
TEMP ist ein Signal, dessen Größe proportional zur Motorkühlmitteltemperatur ist, wie es von einem herkömmlichen Motorkühlmitteltemperatursensor 40 erzeugt wird, der in dem Motorkühlmittelkreislauf (nicht gezeigt) angeordnet ist. EOS1 ist ein Abgassauerstoffsensorsignal, dessen Größe den Sauerstoffgehalt in dem Motorabgas angibt, das in der Nähe des Sensors vorbeitritt. EOS1 kann durch einen herkömmlichen Sauerstoffsensor 22, wie einen Zirkonoxidsensor (ZrO&sub2;-Sensor), erzeugt werden.
EOS2 ist ein zweites Abgassauerstoffsensorsignal mit einer Ausgangsgröße, die den Sauerstoffgehalt angibt, der in der Nähe des herkömmlichen Sauerstoffsensors 24 vorbeitritt, der EOS2 erzeugt. EOS1 wird an einem Punkt in dem Motorabgasweg oberstromig von dem katalytischen Umformer 18 erzeugt, um den Sauerstoffgehalt in dem Abgas anzugeben, bevor derartiges Gas durch den Umformer 18 katalytisch behandelt wird. Andererseits ist EOS2 unterstromig von dem katalytischen Umformer 18 plaziert, um den Sauerstoffgehalt in dem katalytisch behandelten Motorabgas anzugeben.
Wie beschrieben, führt der Motor-Controller 30 eine Reihe von Schritten durch, um die Motorsteuerung dieser Ausführungsform vorzunehmen. Eine herkömmliche Steuerung der Motorzündung, des angesaugten Kraftstoffes und der angesaugten Luft können durch Ausführen der zugehörigen Routinen geschaffen werden.
Eine Kraftstoffsteuerung mit geschlossenem Regelkreis kann beispielsweise durch Schritte ausgeführt werden, bei denen ein Signal, wie EOS1, das den tatsächlichen Status des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Motors (fett oder mager) angibt, dazu verwendet werden kann, einen Kraftstoffbefehl FUEL für eine erfaßte Ansaugluftrate und Ansaugluftdichte einzustellen, um das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Richtung eines günstigen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, wie des stöchiometrischen Verhältnisses, zu steuern.
Eine derartige Steuerung mit geschlossenem Regelkreis kann die Größe von EOS1 oder einen Wert, der die Größe von EOS1 darstellt, über eine Zeitdauer oder eine Anzahl von Abtastungen, wie ein Durchschnittswert oder integrierter Wert, mit oberen und unteren Schwellenwerten auf der Grundlage einer Referenzspannung Vref vergleichen. Wenn der auf EOS1 beruhende Wert den oberen Schwellenwert überschreitet, kann der Zustand eines fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses diagnostiziert und der Kraftstoffimpulsbefehl FUEL verringert werden, um das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors zu erhöhen und den Zustand zu bessern.
Wenn andererseits der auf EOS1 beruhende Wert kleiner als der untere Schwellenwert ist, kann ein Zustand eines mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisses diagnostiziert und die Kraftstoffimpulsbreite FUEL erhöht werden, um das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors zu verringern und den Zustand zu bessern.
Die Routinen, um diesen Betrieb mit geschlossenem Regelkreis vorzunehmen, sind gemäß allgemeiner Praxis in der Motorkraftstoffsteue rungstechnik und werden hierin nicht weiter ausgeführt. Die in den Fig. 2a-2c veranschaulichten Routinen sind enthalten, um die Art und Weise zu erläutern, auf die EOS2, der Ausgang des zweiten Sauerstoffsensors 24, zusammen mit dem oben erwähnten herkömmlichen Ansatz einer Kraftstoffsteuerung mit geschlossenem Regelkreis verwendet werden kann, um die Genauigkeit der Steuerung, insbesondere über die Zeit, zu verbessern, während sich die Genauigkeit oder der Wirkungsgrad der Bauelemente der Steuerung mit geschlossenem Regelkreis verschlechtert.
Im allgemeinen stellt diese Routine Vref ein, die Grundlage für die oberen und unteren Schwellenwerte verglichen mit dem Ausgang des Vorumformer-Sauerstoffsensors bei der herkömmlichen Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors dieser Ausführungsform. Eine derartige Einstellung steuert das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors in Richtung eines Verhältnisses, bei dem eine wirksame katalytischen Behandlung des Abgases trotz einer Verschlechterung des Wirkungsgrades des katalytischen Umformers 18 oder irgendeiner Verringerung der Genauigkeit des Vorumformer-Sauerstoffsensors oder anderer Bauelemente der Emissionssteuerung eintreten kann.
Im besonderen wird die Routine der Fig. 2a-2c periodisch, beginnend bei Schritt 60, beispielsweise annähernd alle 12,5 Millisekunden ausgeführt, während der Controller 30 arbeitet. Die Routine schreitet von Schritt 60 zu Schritt 62 fort, um zu bestimmen, ob START FLAG gelöscht ist, was angibt, daß die Routine nicht ausgeführt worden ist, seit der nichtflüchtige RAM des Controllers 30 zuletzt gelöscht worden ist. Bestimmte Variablen müssen bei dieser Ausführungsform ihre Werte halten, nachdem der Controller 30 die Ausführung der Motorsteuerung stoppt, wie wenn der Zündstrom von dem Controller 30 weggenommen wird. Derartige Variablen müssen in dem nichtflüchtigen RAM gespeichert und während der ersten Iteration des gegenwärtigen Durchlaufs durch die Routine initialisiert werden, nachdem der nichtflüchtige RAM gelöscht worden ist, wie es dadurch angegeben ist, daß die Variable START FLAG des nichtflüchtigen RAM gelöscht ist.
Wenn beispielsweise bei Schritt 62 START FLAG gelöscht ist, geht die Routine zu Schritt 64 über, um die Variablen des nichtflüchtigen RAM zu initialisieren. Insbesondere wird jede Variable eines Satzes Variablen &epsi;(.), die noch beschrieben werden, auf null gesetzt, OLDSTATE wird auf einen Wert RICH gesetzt, der einen fetten Zustand des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses darstellt, START FLAG wird auf eins gesetzt, und die Sauerstoffsensor-Bereit-Markierung RFLAG wird gelöscht, was angibt, daß der Sauerstoffsensor nicht bereit sein kann, als ein Steuerungseingang verwendet zu werden, wie es unten beschrieben ist.
Nach dem Initialisieren dieser Variablen des nichtflüchtigen RAM, oder wenn bei Schritt 62 bestimmt wurde, daß START FLAG zu setzen ist, geht die Routine zu Schritt 66 über, um MODE gemäß dem gegenwärtigen Motorbetriebszustand als den einen einer Klasse von Modi zu setzen, der den gegenwärtigen Motorbetriebszustand am genausten beschreibt. Beispielsweise kann bei dieser Ausführungsform der Motorbetriebszustand als einer der folgenden klassifiziert werden: Leerlauf, Verzögerung, konstante Fahrt, leichte Beschleunigung und starke Beschleunigung.
Motorbetriebsparameter, die dazu verwendet werden, den Motormodus anzugeben, können die Motordrehzahl oder Änderung der Motordrehzahl, die beide auf eine herkömmliche Weise aus dem Signal RPM abgeleitet werden, und die Motorlast und Änderung der Motorlast, die beide auf eine herkömmliche Weise aus dem Signal MAP abgeleitet werden, umfassen. Durch Vergleich dieser Eingangsparameter oder anderer Motorparameter, von denen allgemein bekannt ist, daß sie das Motorbetriebsniveau angeben, mit vorherbestimmten Parameterbereichen, kann eine Klassifizierung hinsichtlich des Betriebsmodus des Motors vorgenommen werden. Dann wird MODE bei Schritt 66 auf einen Wert gesetzt, um diesen Modus anzugeben.
Nach dem Setzen von MODE geht die Routine zu Schritt 68 über, um V zu auslesen, die Spannungsgröße des Ausgangssignals des Nachumformer- Abgassauerstoffsensors 24. Die Routine bestimmt dann bei Schritt 70 Vf, eine gefilterte Version von V, indem V durch ein herkömmliches Filter erster Ordnung hindurchgeleitet wird, wie folgt:
Vf = af · Vf + (1 - af) · V,
wobei af ein Koeffizientensatz des Filters erster Ordnung in der Nähe von eins bei dieser Ausführungsform ist, beispielsweise zwischen 0,8 und 0,9, um eine schwache Filterung erster Ordnung des Signals V zu schaffen.
Nach dem Filtern von V bei Schritt 70 geht die Routine zu den Schritten 72-80 über, um zu bestimmen, ob die Bedingungen dafür geeignet sind, mit der Kompensation der Routine fortzufahren. Die Routine prüft bei Schritt 72 zuerst die Kühlmitteltemperatur, indem Signal TEMP ausgelesen wird und mit einer vorherbestimmten Temperaturschwelle, vierzig Grad Celsius bei dieser Ausführungsform, verglichen wird.
Wenn TEMP unter dieser Schwelle liegt, wird angenommen, daß der Motor 10 eine unzureichende Temperatur aufweist, um den Sauerstoffsensor 24 (Fig. 1) auf seine Betriebstemperatur zu erwärmen. Wie es in der Technik allgemein bekannt ist, müssen herkömmliche ZrO&sub2;-Sensoren auf eine charakteristische Temperatur erwärmt werden, bevor sie eine stabile und genaue Sauerstoffgehaltsinformation liefern. Derartige Sensoren können beheizt sein oder können auf Motorwärme beruhen, wie diejenige, die zum Sensor in der Form von Abgaswärmeenergie geleitet wird, um dessen Temperatur zu erhöhen.
Schritt 72 ist für den Fall vorgesehen, daß der Sensor für seine Erwärmung auf Motorwärme angewiesen ist. Wenn die Motorkühlmitteltemperatur nicht auf To Grad erhöht ist, wird dann bestimmt, wie über einen herkömmlichen Kalibrierungsschritt, daß der Sauerstoffsensor 24 wahrscheinlich nicht betriebsfähig ist. In diesem Fall wird die durch diese Routine ausgeführte Analyse vermieden, und die Routine geht zu Schritt 126, um OLDSTATE auf eine Voreinstellung von RICH zurückzusetzen und geht dann über Schritt 94 hinaus.
Wenn andererseits TEMP To nicht überschreitet, geht die Routine von Schritt 72 zu Schritt 74 über, um zu bestimmen, ob der Kraftstoffsteuerkreis als Steuerung mit geschlossenem Regelkreis arbeitet, wie es durch die Markierung CLFLAG angegeben ist, die auf eins gesetzt ist, wenn eine derartige Steuerung mit geschlossenem Regelkreis aktiv ist. Wenn die Steuerung mit geschlossenem Regelkreis nicht aktiv ist, wird der unterstromige Sauerstoffsensor 22 nicht zur Steuerung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses des Motors verwendet, und als solches muß die Routine Vref nicht aktualisieren. In einem solchen Fall geht die Routine zu Schritt 126 über.
Wenn jedoch die CLFLAG gesetzt ist, geht die Routine zu Schritt 76 über, um einen Korrekturfaktor des geschlossenen Regelkreises CORRCL mit einem kalibrierten Wert Δ zu vergleichen, der bei dieser Ausführungsform auf 16 gesetzt ist. CORRCL ist ein Korrekturwert des geschlossenen Regelkreises, der gemäß allgemein bekannter Praxis der Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit geschlossenem Regelkreis verwendet wird, um Abweichungen zwischen einem tatsächlichen Luft/Kraftstoff- Verhältnis und einem gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wie das stöchiometrische Verhältnis, zu kompensieren. Die Größe von CORRCL liegt bei dieser Ausführungsform im Bereich zwischen 0 und 255, wobei I28 einem Korrekturwert von Null entspricht. CORRCL ist derart aufgebaut, daß er schnell zunimmt oder abnimmt, wie es notwendig ist, um eine Kompensation des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu schaffen, und wird durch die Kompensation langsam in Richtung Null verringert, die durch einen zweiten Kompensationswert, wie einen Blocklernwert, geschaffen wird.
Der Blocklernwert spricht langsamer auf Abweichungen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses an, als dies CORRCL tut. Beide Werte werden bei dieser Ausführungsform auf den Kraftstoffbefehl FUEL angewandt, um das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Richtung des gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu steuern. Jegliche Abweichung, die durch den Blocklernwert unkompensiert bleibt, wird durch die Größe von CORRCL angesprochen, so daß schließlich nach einer Störung des Luft/- Kraftstoff-Verhältnisses CORRCL durch die allmähliche Zunahme der Blocklernkompensation auf einen Kompensationswert von null verringert werden kann. Der Wert 0 muß nicht auf 16 Zählwerte für alle Betriebsmodi fixiert sein, sondern kann als eine Funktion des gegenwärtig aktiven Modus schwanken, wie er bei Schritt 66 der Routine eingestellt wird. Typischerweise liegt Δ über die Modi dieser Ausführungsform zwischen sechs und sechzehn Zählwerten.
Wenn bei Schritt 76 bestimmt wird, daß die Größe von CORRCL von 128 um ein Ausmaß abgewichen ist, daß Δ übersteigt, spricht dann dieser herkömmliche Teil der Luft/Kraftstoff-Kompensation dieser Ausführungsform noch auf eine wesentliche Abweichung zwischen einem tatsächlichen und einem gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnis an, so daß der Blocklernwert die Abweichung noch nicht auf das Ausmaß verringert hat, das notwendig ist, um CORRCL in die Nähe von 128 zu verringern. Unter solchen Bedingungen wird die Feineinstellung in der geschaffenen Kompensation des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vorzugsweise verzögert, um nur zuzulassen, daß die grobkörnigere herkömmliche Kompensation die Abweichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses kompensiert.
Somit wird die Kompensation vermieden, wenn die Größe von (CORRCL- 128) Δ übersteigt, indem von Schritt 76 zu Schritt 126 übergegangen wird. Wenn andererseits die Größe von CORRCL kleiner oder gleich Δ ist, geht dann die Routine zu Schritt 78 über, um zu bestätigen, daß die Steuerung mit geschlossenem Regelkreis des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Motors um das stöchiometrische Verhältnis herum aktiv ist, wie durch Bestätigen, daß bestimmte Freigabebedingungen für eine derartige Steuerung erfüllt sind.
Beispielsweise wird eine derartige Steuerung mit geschlossenem Regelkreis nicht aktiv sein, wenn ein Ausfallmodus von der in der Technik bekannten Art vorhanden ist, oder wenn Steuermodi, wie eine Beschleunigungsanreicherung, eine Verzögerungskraftstoffwegnahme oder eine Leistungsanreicherung aktiv sind. In dem Fall, daß irgendeiner von derartigen Modi bei Schritt 78 als aktiv erachtet wird, vermeidet die Routine das Kompensieren von Vref, indem sie zu Schritt 128 übergeht.
Wenn jedoch bei Schritt 78 bestimmt wird, daß die Modi, die eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses um das stöchiometrische Verhältnis herum ausschließen, nicht aktiv sind, fährt die Routine zu Schritt 82 fort, um den Status von RFLAG zu prüfen, die, wenn sie auf eins gesetzt ist, angibt, daß der Nachumformer-Sauerstoffsensor 24 bereit ist, getestet zu werden. Wenn bei Schritt 82 RFLAG nicht auf eins gesetzt ist, geht die Routine zu den Schritten 84 und 86 über, um zu bestimmen, ob das Ausgangssignal des Sensors 24 in einem Bereich liegt, der durch eine obere Spannung Eu und eine untere Spannung El begrenzt ist.
Wenn die Spannungsgröße des Sensorausgangs in diesem Bereich liegt, kann angenommen werden, daß der Sensor eine ausreichende Temperatur aufweist, um dadurch eine stabile und genaue Sauerstoffgehaltsangabe sicherzustellen. Ein herkömmlicher ZrO&sub2;-Sensor wird eine Ausgangsspannung mit einer niedrigen Amplitude von Spitze zu Spitze zeigen, wie in dem Bereich, der durch Eu und El begrenzt ist, wenn er zur Verwendung bei dieser Steuerungsroutine unzureichend erwärmt ist.
Wie beschrieben, bestimmt Schritt 72 der Routine, ob die Motortemperatur ausreichend erhöht ist, damit Sauerstoffsensorsignale genau und stabil sind. Die Schritte 84 und 86 sind vorgesehen, um zu bestätigen, daß die Motorwärme ausreicht. Für den bei dieser Ausführungsform verwendeten Sensor wurden El und Eu als annähernd 0,3 bzw. 0,6 Volt bestimmt. Wenn bei den Schritten 84 und 86 der Sensor außerhalb des durch El und Eu begrenzten Bereiches arbeitet, wird dann angenommen, daß er ausreichend erwärmt ist, und die Routine geht zu Schritt 88 über, um die Sensor-Bereit-Markierung RFLAG auf eins zu setzen. RFLAG ist eine RAM-Variable, und wird als solche bei jedem Einschalten des Controllers gelöscht, um sicherzustellen, daß sich der Sensor jedesmal dann angemessen aufheizt, wenn der Controller erneut gestartet wird.
Wenn bei den Schritten 84 und 86 Vf in dem durch El und Eu begrenzten Bereich liegt, wird angenommen, daß der Sensor nicht zur Verwendung bereit ist, und eine Kompensation wird vermieden, indem zu Schritt 126 übergegangen wird.
Nachdem RFLAG bei Schritt 88 auf eins gesetzt worden ist, geht die Routine zu Schritt 90 über, um TIMER, der die Zeitdauer zwischen Vref-Einstellungen der Routine überwacht, mit einem vorherbestimmten Wert CORRECTION TIME zu vergleichen, der bei dieser Ausführungsform in ROM 34 als die gewünschte Zeit zwischen der Vref-Korrektur gespeichert ist. Bei dieser Ausführungsform ist CORRECTION TIME als eine Funktion von dem bei Schritt 66 bestimmten MODE eingestellt. Dies liefert eine Kompensation, die mit den Notwendigkeiten eines ereignisgesteuerten Kompensationssystems mit geschlossenem Regelkreis in Einklang steht. Wenn beispielsweise eine ereignisgesteuerte Regelung mit einer hohen Frequenz arbeitet, sollte die Kompensation ebenfalls mit einer hohen Frequenz arbeiten. Wenn alternativ der Motor in einem Modus mit einem niederfrequenten Steuerungsbetrieb ist, kann die Kompensation einen größeren CORRECTION TIME und somit eine niedrigere Kompensationsfrequenz aufweisen. Repräsentative CORRECTION TIMES schwanken bei dieser Ausführungsform als eine Funktion der verschiedenen Modi und deren Arbeitsgeschwindigkeiten im allgemeinen zwischen eins und vier Sekunden.
Wenn bei Schritt 90 TIMER für den Einstellungsmodus kleiner als CORRECTION TIME ist, geht die Routine zu Schritt 92 über, um TIMER mit der gegenwärtigen Schleifenzeit, wie 12,5 Millisekunden bei dieser Ausführungsform, zu erhöhen. Die Routine geht dann über Schritt 94 hinaus, um zu irgendeiner früheren Routine zurückzukehren, die vom Controller 30 zu der Zeit ausgeführt wurde, als die Routine der Fig. 2a-2c eingeleitet wurde.
Wenn alternativ bei Schritt 90 TIMER gleich CORRECTION TIME ist oder übersteigt, geht die Routine zu Schritt 96 über, um TIMER auf null zurückzusetzen und fährt dann zu Schritt 98 fort, um den Wert &epsi; zurückzuholen, der für den gegenwärtigen MODE gespeichert ist. Ein Wert &epsi; ist in dem nichtflüchtigen RAM für jeden Modus gespeichert. Jeder &epsi; kann dann aktualisiert und wiederhergestellt werden, wenn der entsprechende Modus aktiv und eine Vref-Korrektur erforderlich ist, wie es unten beschrieben ist.
Nachdem ein gespeicherter &epsi; erhalten wurde, geht die Routine zu den Schritten 100 und 104 über, um Vf mit einem Spannungsbereich zu ver gleichen, der durch eine untere Grenzspannung Vl und eine obere Grenzspannung Vu definiert ist. Dieser Bereich kann durch einen herkömmlichen Kalibrierungsschritt als derjenige Bereich der Nachumformer-Sauerstoffsensorspannungen bestimmt werden, der zur wirksamsten katalytischen Behandlung von Motorabgas gehört. Im allgemeinen gibt eine Nachumformer-Ausgangspannung, die Vr übersteigt, einen fetten Zustand (Zustand überschüssigen Sauerstoffes) an, und eine Nachumformer-Ausgangsspannung, die kleiner als Vl ist, gibt einen mageren Zustand (Zustand erschöpften Sauerstoffes) in dem katalytisch behandelten Motorabgas an.
Wenn die Ausgangsspannung des Nachumformer-Sauerstoffsensors in dem Bereich liegt, ist keine Korrektur von Vref, die Vorumformer-Referenzspannung, erforderlich. Wenn jedoch die Nachumformer-Ausgangsspannung außerhalb des Bereiches liegt, wird Vref eingestellt, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors in eine Richtung zu steuern, daß die Nachumformer-Ausgangsspannung zurück in den Bereich bewegt wird. Bei dieser Ausführungsform, bei der Vf einen Bereich aufweist, der im allgemeinen zwischen null und einem Volt liegt, kann Vl als ein Wert im Bereich von 0,57-0,59 Volt ausgewählt werden, und Vr kann als ein Wert im Bereich von 0,59-0,62 Volt ausgewählt werden.
Wenn bei Schritt 100 Vf Vr übersteigt oder gleich diesem ist, geht die Routine zu Schritt 102 über, um die Markierung STATE auf RICH zu setzen, was den erfaßten fetten Zustand für die gegenwärtige Iteration angibt. Zusätzlich wird bei Schritt 102 RICHGAIN um eine kleine Größe KRICH, wie null bis vier Zählwerte bei dieser Ausführungsform, verringert, und der verkleinerte RICHGAIN wird zu &epsi; addiert, um eine integrale Verstär kungseinstellung an diesem vorzunehmen und somit die Differenz zwischen Vf und dem erwünschten, durch Vr und Vl begrenzten Bereich zu minimieren.
Wenn bei Schritt 100 Vf kleiner als Vr ist, geht die Routine dazu über, die Mager-Grenze bei Schritt 104 zu prüfen, indem Vf mit Vl verglichen wird, wobei Vl bei dieser Ausführungsform auf annähernd 0,57 bis 0,59 Volt eingestellt ist. Wenn Vf bei Schritt 104 kleiner oder gleich Vl ist, geht die Routine zu Schritt 106 über, um die Markierung STATE auf LEAN zusetzen, was den erfaßten mageren Zustand angibt. Zusätzlich wird bei Schritt 106 eine integrale Verstärkungskompensation geschaffen, indem KLEAN, der bei dieser Ausführungsform auf einen kleinen Wert, wie null bis fünf Zählwerte, gesetzt ist, zu LEANGAIN addiert wird, und dann LEANGAIN zu &epsi; addiert wird. Nach der Schaffung der Integrationskompensation bei Schritt 102 oder 106 geht die Routine zu dem unten beschriebenen Schritt 108 über.
Wenn alternativ bei Schritt 104 Vf größer als Vl ist, wird angenommen, daß keine Vref-Kompensation notwendig ist, und es wird Schritt 110 ausgeführt, um RICHGAIN und LEANGAIN auf Anfangswerte RICHGAINo bzw. LEANGAINo zurückzusetzen. Diese Anfangswerte können bei der vorliegenden Ausführungsform im Bereich von eins bis fünf Zählwerten liegen. Die Routine geht dann zu Schritt 126 über.
Schritt 108, der nach Schritt 102 oder 106 ausgeführt wird, begrenzt den Wert &epsi; auf einen vorherbestimmten oberen Grenzwert von bei dieser Ausführungsform sechzehn Zählwerten. Nach dem Begrenzen von &epsi; geht die Routine gegebenenfalls zu den Schritten 112-118 über, um eine proportionale Verstärkungseinstellung für das begrenzte &epsi; zu schaffen.
Insbesondere wird Schritt 112 zuerst ausgeführt, um zu bestimmen, ob sich der gegenwärtige STATE über den letzten vorhergehenden Zustand geändert hat, wie dies durch OLDSTATE eingegeben wird. Wenn der Zustand gleich ist, ist keine proportionale Kompensation notwendig, und eine derartige Kompensation wird vermieden, indem direkt zu Schritt 120 übergegangen wird. Sonst wird eine Kompensation geschaffen, indem zu Schritt 114 übergegangen wird, um die Richtung der Zustandsänderung zu bestimmen. Wenn beispielsweise der gegenwärtige STATE RICH ist, muß der Übergang von mager zu fett von der früheren Iteration dieser Routine zu der gegenwärtigen Iteration kompensiert werden, wie es bei Schritt 118 gezeigt ist, bei dem eine proportionale Fett-Verstärkung PRICHGAIN von &epsi; subtrahiert wird. PRICHGAIN kann bei dieser Ausführungsform auf einen Wert im Bereich zwischen eins und vier Zählwerten eingestellt werden.
Wenn bei Schritt 114 der Übergang von fett zu mager war, wird die Kompensation von Schritt 116 geschaffen, indem PLEANGAIN, eine proportionale Verstärkung für den mageren Zustand, die bei der vorliegenden Ausführungsform im Bereich zwischen eins und sechs Zählwerten eingestellt ist, zu &epsi; addiert wird. Nach dem Schaffen der proportionalen Verstärkung von entweder dem Schritt 118 oder dem Schritt 116, oder wenn bei Schritt 112 bestimmt wurde, daß eine derartige Kompensation unnötig ist, geht die Routine zu Schritt 120 über, um den eingestellten &epsi; im nicht- flüchtigen RAM als eine Funktion von MODE zu speichern. Die Routine geht dann zu Schritt 122 über, um Vref um den bestimmten &epsi; zu verrin gern und somit Vref in eine Richtung zu steuern, daß der nach dem Umformer erfaßte Abgassauerstoffgehalt auf einem Niveau gehalten wird, das mit einer wirksamen Umformung der unerwünschten Abgasbestandteile in einklang steht, wie auf einem Niveau, bei dem Vf zwischen Vl und Vr liegen wird.
Nach dem Einstellen von Vref geht die Routine zu Schritt 124 über, um OLDSTATE auf den Wert STATE zur Verwendung bei der nächsten Iteration der Routine einzustellen. Die Routine wird dann bei Schritt 94 verlassen, um zu irgendwelchen Prozessen zurückzukehren, die vor dem Start der Routine aktiv gewesen sind.

Claims

1. Verfahren zum Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors, der ein Abgasbehandlungsmittel (18) in einem Motorabgasweg (16) umfaßt, durch den Motorabgas hindurchtritt, umfassend die Schritte, daß ein Signal eines oberstromigen Sauerstoffgehaltes erzeugt wird, das den Sauerstoffgehalt des Motorabgases an einer ersten vorherbestimmten Stelle (22) in dem Abgasweg oberstromig von dem Abgasbehandlungsmittel entlang der Strömungsrichtung des Motorabgases darstellt, daß ein Signal eines unterstromigen Sauerstoffgehaltes an einer zweiten vorherbestimmten Stelle (24) in dem Abgasweg unterstromig von dem Abgasbehandlungsmittel entlang der Strömungsrichtung des Motorabgases erzeugt wird, und daß das Signal des unterstromigen Sauerstoffgehaltes mit einem vorherbestimmten Signalbereich verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß vorherbestimmte Motorbetriebsparameter erfaßt werden, daß ein Motorbetriebsmodus aus einem vorherbestimmten Satz Modi als der Modus ausgewählt wird, der am nächsten einem Motorbetriebszustand zugehörig ist, der durch die erfaßten vorherbestimmten Motorbetriebsparameter dargestellt ist, daß aus einem gespeicherten Satz Referenzspannungspegel, die dem vorherbestimmten Satz Modi entsprechen, ein Referenzspannungspegel ausgewählt wird, der dem ausgewählten Motorbetriebsmodus entspricht, daß ein Sauerstoffgehaltsfehlersignal als eine Differenz zwischen dem Referenzspannungspegel und dem Signal des oberstromigen Sauerstoffgehaltes bestimmt wird, und daß eine Kraft stoffbefehlseinstellung als eine vorherbestimmte Funktion des Sauerstoffgehaltsfehlersignals bestimmt wird, daß der ausgewählte Referenzspannungspegel in einer Richtung eingestellt wird, daß das Signal des unterstromigen Sauerstoffgehaltes in Richtung des vorherbestimmten Signalbereiches gelenkt wird, wenn das Signal des unterstromigen Sauerstoffgehaltes nicht innerhalb des vorherbestimmten Signalbereiches liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 mit dem Schritt, daß der ausgewählte Referenzspannungspegel aktualisiert wird, indem der eingestellte, ausgewählte Referenzspannungspegel mit dem gespeicherten Satz Referenzpegel gespeichert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der vorherbestimmte Signalbereich einen Bereich von Signalpegeln eines unterstromigen Sauerstoffgehaltes darstellt, der einem stöchiometrischen, durchschnittlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors entspricht.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit dem Schritt, daß ein Kompensationsunempfindlichkeitsbereich um den eingestellten Referenzspannungspegel herum erzeugt wird, daß eine vorherbestimmte obere Offset-Spannung über den eingestellten Referenzspannungspegel hinaus und eine vorherbestimmte untere Offset-Spannung unter den eingestellten Referenzspannungspegel hinunter ausgedehnt wird, wobei der Schritt des Bestimmens des Sauerstoffgehaltsfehlersignals ein Sauerstoffgehaltsfehlersignal als eine Größe bestimmt, um die das Signal des oberstromigen Sauer stoffgehaltes außerhalb des Kompensationsunempfindlichkeitsbereiches liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die vorherbestimmte obere Offset-Spannung gleich der vorherbestimmten unteren Offset- Spannung ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Referenzspannungspegel mit einem vorherbestimmten Einstellungswert eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Bestimmens einer Kraftstoffbefehlseinstellung den Schritt umfaßt, daß die Größe von einem Element der Gruppe, die aus einer Motoreinlaßluftqualität und einer Motoreinlaßkraftstoffmenge besteht, in einer Richtung eingestellt wird, daß das bestimmte Sauerstoffgehaltsfehlersignal verringert wird.

8. Regler für ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis, der im Gebrauch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Verbrennungsmotors regelt, der ein Abgasbehandlungsmittel (18) in einem Motorabgasweg (16) umfaßt, durch den Motorabgas hindurchtritt, umfassend einen Sensor für einen oberstromigen Sauerstoffgehalt (22) zum Erzeugen eines Signals eines oberstromigen Sauerstoffgehaltes, das einen Abgassauerstoffgehalt an einer ersten vorherbestimmten Stelle in dem Abgasweg oberstromig von dem Abgasbehandlungsmittel entlang der Strömungsrichtung des Motorabgases darstellt, einen Sensor für einen unterstromigen Sauerstoffgehalt (24) zum Erzeugen eines Si gnals eines unterstromigen Sauerstoffgehaltes an einer zweiten vorherbestimmten Stelle in dem Abgasweg unterstromig von dem Abgasbehandlungsmittel entlang der Strömungsrichtung des Motorabgases, und ein Verarbeitungsmittel (30), das dazu dient, das Signal des unterstromigen Sauerstoffgehaltes mit einem vorherbestimmten Signalbereich zu vergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verarbeitungsmittel ferner dazu dient, vorherbestimmte Motorbetriebsparameter zu erfassen, einen Motorbetriebsmodus aus einem vorherbestimmten Satz Modi als den Modus auszuwählen, der am nächsten einem Motorbetriebszustand zugehörig ist, der durch die erfaßten, vorherbestimmten Motorbetriebsparameter dargestellt ist, daß aus einem gespeicherten Satz Referenzspannungspegel, die dem vorherbestimmten Satz Modi entsprechen, ein Referenzspannungspegel ausgewählt wird, der dem ausgewählten Motorbetriebsmodus entspricht, daß ein Sauerstoffgehaltsfehlersignal als eine Differenz zwischen dem Referenzspannungspegel und dem Signal des oberstromigen Sauerstoffgehaltes bestimmt wird, und daß eine Kraftstoffbefehlseinstellung als eine vorherbestimmte Funktion des Sauerstoffgehaltsfehlersignals bestimmt wird, wobei das Verarbeitungsmittel (30) dazu dient, den ausgewählten Referenzspannungspegel in einer Richtung einzustellen, daß das Signal des unterstromigen Sauerstoffgehaltes in Richtung des vorherbestimmten Signalbereiches gelenkt wird, wenn das Signal des unterstromigen Sauerstoffgehaltes nicht innerhalb des vorherbestimmten Signalbereiches liegt.