DE19519787B4

DE19519787B4 - Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung für einen Motor

Info

Publication number: DE19519787B4
Application number: DE19519787A
Authority: DE
Inventors: Yukihiro Kariya Yamashita; Jun Kariya Hasegawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2015-05-31
Also published as: US5579637A; DE19519787A1; JP3449011B2; JPH0849585A

Abstract

Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung für einen Motor, wobei
die Steuerung umfasst:
einen stromaufwärtsseitigen LKV-Detektor (26) [LKV=Luft-Kraftstoff-Verhältnis] auf einer stromaufwärtigen Seite eines katalytischen Konverters (13) in einem Abgasrohr (12) des Motors (1), der ein LKV des Abgases erfasst, das von dem Motor (1) ausgestoßen wird;
einen stromabwärtsseitigen LKV-Detektor (27) auf einer stromabwärtigen Seite des katalytischen Konverters (13), der ein LKV des Abgases erfasst, das durch den katalytischen Konverter (13) geströmt ist;
Umkehrrichtungsfeststellungsmittel (S201, S202, S209) zur Feststellung einer Umkehrrichtung des LKVses, das von dem stromabwärtsseitigen LKV-Detektor (27) erfasst wird, wenn das LKV, das von dem stromabwärtsseitigen LKV-Detektor (27) erfasst wird, von einer der beiden Seiten, nämlich der fetten Seite oder der mageren Seite durch ein stöchiometrisches LKV hindurch zu der anderen der beiden Seiten, der fetten Seite oder der mageren Seite passiert;
Einspritzmengenberechnungsmittel (S105) zur Berechnung einer Einspritzmenge eines Kraftstoffeinspritzventils (7) mit einer vorbestimmten Wiederholrate; und
Lernmittel (S301...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung für einen Motor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und insbesondere eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung für einen Motor mit Sensoren, die jeweils an der stromaufwärtigen Seite und stromabwärtigen Seite eines Katalysators vorgesehen sind, zur Erfassung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Abgases, das durch den Katalysator strömt, um eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppelungssteuerung auf der Basis des von dem stromabwärtigen Sensor erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zusätzlich zur Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppelungssteuerung auf der Basis des von dem stromaufwärtigen Sensor erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu verwirklichen.

In der US 4,693,076 (Patentfamilienmitglied der JP 61-232 350 A) ist eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung offenbart, die gegen eine Abweichung von einem mittigen Steuerungswert schützt, wenn sich ein Sauerstoffsensor (O₂) zur Erfassung der O₂-Konzentration im Abgas auf der stromaufwärtigen Seite eines Dreikomponenten- bzw. Dreiwege-Katalysators verschlechtert.

Die in der JP 2-238 147 A offenbarte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung steuert ebenfalls einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrektur-Koeffizienten FAF basierend auf der Ausgangsspannung VOX2 eines O₂-Sensors an der stromabwärtigen Seite eines Katalysators, wie es in der 19 gezeigt ist. Dieses System benutzend, konvergiert das aktuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wobei jeweils O₂-Sensoren auf der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Katalysators benutzt werden, um festzustellen, ob das Abgas fett oder mager ist, basierend auf der Ausgangsspannung des O₂-Sensors an der stromaufwärtigen Seite. Dies wird durch Verschieben des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrektur-Koeffizienten FAF in die entgegengesetzte Fluktuationsrichtung bewirkt als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das vorbestimmte Integrations-Konstanten KIR und KIL benutzt, und durch das Verschieben des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrektur-Koeffizienten FAF in die entgegengesetzte Richtung der Fluktuationsrichtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch eine Sprungdiskontinuität durch die Sprungmengen RSR und RSL. Weiterhin werden, wenn die Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors auf der stromabwärtigen Seite fetter ist als ein vorbestimmter Schwellwert VRL oder magerer ist als ein vorbestimmter Schwellwert VLL, die oben beschriebenen Sprungmengen RSR und RSL erhöht, um eine große Veränderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrektur-Koeffizienten FAF zu bewirken, um die Korrektur des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses schnell zu vervollständigen.

Eine gattungsmäßige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung für einen Motor ist aus der DE 40 39 876 A1 (Patentfamilienmitglied der JP 03-185 244 A). Diese Steuerung umfasst einen stromaufwärtsseitigen LKV-Detektor [LKV = Luft-Kraftstoff-Verhältnis] auf einer stromaufwärtigen Seite eines katalytischen Konverters in einem Abgasrohr des Motors, der ein LKV des Abgases erfasst, das von dem Motor ausgestoßen wird; einen stromabwärtsseitigen LKV-Detektor auf einer stromabwärtigen Seite des katalytischen Konverters, der ein LKV des Abgases erfasst, das durch den katalytischen Konverter geströmt ist; Umkehrrichtungsfeststellungsmittel zur Feststellung einer Umkehrrichtung des LKVses, das von dem stromabwärtssteitigen LKV-Detektor erfasst wird, wenn das LKV, das von dem stromabwärtsseitigen LKV-Detektor erfasst wird, von einer der beiden Seiten, nämlich der fetten Seite oder der mageren Seite durch ein stöchiometrisches LKV hindurch zu der anderen der beiden Seiten, der fetten Seite oder der mageren Seite passiert; Einspritzmengenberechnungsmittel zur Berechnung einer Einspritzmenge eines Kraftstoffeinspritzventils mit einer vorbestimmten Wiederholrate; und Lernmittel zum Lernen von Variationen der Betriebsparameter, von zumindest einem, des stromaufwärtsseitigen Detektors, des stromabwärtsseitigen Detektors, des katalytischen Konverters und des Motors.

Wenn diese gattungsgemäße Steuerung eingesetzt wird, konvergiert das aktuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, durch das Vorsehen von O₂-Sensoren jeweils auf der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Katalysators, um festzustellen, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett oder mager ist, basierend auf der Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators und durch das Verschieben des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in der entgegengesetzten Fluktuationsrichtung mit einer konstanten Geschwindigkeit, indem eine vorbestimmte Fett-Integrationsmenge IR und eine vorbestimmte Mager-Integrationsmenge IL benutzt wird, wie es in der 20 gezeigt ist. Dann wird ein Korrektur-Koeffizient FAF mit einer vorbestimmten Wiederholrate berechnet, basierend auf einem Unterschied zwischen dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis nach der Korrektur und dem aktuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das von dem O₂-Sensor auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators erfasst wird.

Der Einsatz eines Unter-Rückkopplungssystems (F/B), das Schutzwerte einsetzt, wurde vorgeschlagen. Bei einem solchen System verhindern die Schutzwerte die zu starke Abweichung von einem zentralen Steuerwert, wenn sich der O₂-Sensor auf der stromaufwärtigen Seite verschlechtert.

Weiterhin, weil die Sprungmengen RSR und RSL, die auf der Ausgangsspannung VOX1 des O₂-Sensors an der stromaufwärtigen Seite basieren, erhöht und verringert werden, basierend auf der Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors an der stromabwärtigen Seite, wie es in der 19 gezeigt ist, spiegelt sich die Korrekturmenge, die durch den O₂-Sensor auf der stromabwärtigen Seite bewirkt wird, in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrektur-Koeffizienten FAF wieder, und zwar nur wenn das durch den O₂-Sensor an der stromaufwärtigen Seite erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis kreuzt und die Sprungmengen RSR und RSL benutzt werden. Dementsprechend wird, sogar wenn der O₂-Sensor an der stromabwärtigen Seite erfasst, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis den Fette-Seiten-Erlaubtwert VAL zur Zeit t1 überschritten hat, der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrektur-Koeffizient FAF durch die Sprungmenge RSL korrigiert, die erhöht wurde, basierend auf dem erfassten Wert nach einer beträchtlichen Verzögerungszeit t2. Dann schwingt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis periodisch zwischen der fetten Seite und der mageren Seite hin und her, infolge der durch die Verzögerung verursachten Überkorrektur, und ohne auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu konvergieren, wodurch abwechselnd CO, HC und NOx in dem Abgas auftritt.

Weiterhin spiegeln sich die Fett-Integrationsmenge IR und die Mager-Integrationsmenge IL sofort in dem Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Korrektur-Koeffizienten FAF wieder, wie es in der 20 gezeigt ist, da der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrektur-Koeffizient FAF mit einer vorbestimmten Wiederholrate berechnet wird, basierend auf der Differenz zwischen dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis nach der Korrektur durch die Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors an der stromabwärtigen Seite und einem aktuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wie es durch die Ausgangsspannung VOX1 des O₂-Sensors angezeigt wird, das an der stromaufwärtigen Seite erfasst wird. Da jedoch der Motor, der den Katalysator umfasst, ein System ist, welches eine große Verzögerung aufweist, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis an der stromaufwärtigen Seite bereits stark gestört, in einer der beiden Richtungen von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus, zu diesem Zeitpunkt, wenn die Fluktuationsrichtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases zwischen fett und mager umgekehrt wurde, und zu diesem Zeitpunkt ist es schwierig, die Störungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu unterdrücken, die auf der stromabwärtigen Seite danach verursacht werden, durch die empfindliche Korrektur über die Fett-Integrationsmenge IR oder die Mager-Integrationsmenge IL. Dementsprechend besteht ein Problem, das ähnlich dem oben beschriebenen Fall ist, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis überkorrigiert wird, infolge der Verzögerung bei der Korrektur und es nicht auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis konvergiert, so dass CO, HC und NOx von dem Moor ausgestoßen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung für einen Motor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzubilden, dass Verzögerungen im Korrekturverfahren auf der Basis des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses an der stromabwärtigen Seite des Katalysators verhindert werden, dass das Luft-Kraftstoff- Verhältnis zuverlässig um das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis konvergiert und dass die Freigabe von gefährlichen Komponenten in die Luft verhindert wird.

Die Aufgabe wird durch eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bevorzuge Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.

Erfindungsgemäß sind Ziel-LKV-Festsetzungsmittel vorgesehen, die ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch einen Sprungbetrag in einer zur Umkehrrichtung entgegengesetzten Richtung korrigieren. Da die Einspritzmengenberechnungsmittel somit die Kraftstoffeinspritzmenge mit einer vorbestimmten Wiederholrate berechnen, spiegelt sich das durch die Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel festgesetzte Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis sofort in der Kraftstoff-Einspritzmenge wieder und die Einspritzmenge kann mit einer hervorragenden Reaktionsfähigkeit auf Turbulenzen in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert werden. Wenn das durch den stromabwärtigen Luft-Kraftstoffverhältnis-Detektor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis invertiert wird, wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch den Sprungbetrag sprunghaft korrigiert, so dass starke Turbulenzen in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators danach zuverlässig gesteuert werden können. Nach dem Beenden des Lernens durch den Lernabschnitt werden obere und untere Grenzschutzwerte durch Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schutzfestsetzungsmittel festgelegt, so dass das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis nahe einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgesetzt werden kann, und es verhindert werden kann, dass das Ziel-Luft-Kraftstoff- Verhältnis von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis um einen großen Wert abweicht oder sich verschiebt.

Vorzugsweise erfassen gemäß Patentanspruch 4 Katalysator-Verschlechterungserfassungsmittel einen verschlechterten (beschädigten) Zustand des Katalysators und basierend auf diesem Ergebnis werden die Schutzweiten der oberen und unteren Grenzschutzwerte erhöht oder verringert. D. h., je neuer der Katalysator ist, desto weiter ist die Schutzweite, da er eine größere Reinigungskraft aufweist.

Weiter vorzugsweise zwingen die Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfestsetzungsmittel gemäß Patentanspruch 2 das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf den oberen oder unteren Grenzschutzwert zurück, falls das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb einer vorbestimmten Zeit nicht auf den gelernten Wert zurückgekehrt ist, nachdem er entweder den oberen oder den untern Grenzschutzwert erreicht hat, so dass eine langandauernde Überkorrektur verhindert wird, durch die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweicht.

In diesem Fall kann die vorbestimmte Zeitspanne auf unterschiedliche Längen festgelegt werden, abhängig vom Grad der Beschädigung bzw. Verschlechterung des Katalysators, basierend auf der Größe des Katalysators.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung bewirken gemäß Patentanspruch 7 Erneut-Lern-Festsetzungsmittel, dass das Lernen erneut ausgeführt wird, falls der Wert des stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Detektors innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nicht auf einen vorbestimmten Wert zurückgekehrt ist, so dass die Zuverlässigkeit des gelernten Wertes erhöht wird, wodurch eine sehr genaue Steuerung ermöglicht wird.

Weiter vorzugsweise wird gemäß Patentanspruch 9 nach dem Beenden des Lernens durch die Lernmittel die Schutzweite der oberen und unteren Grenzschutzwerte durch die Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schutzfestsetzungsmittel enger zusammenliegend festgelegt. D. h., dass die Schutzweite der oberen und unteren Grenzschutzwerte nahe einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit einem angepassten Zeitverhalten und einer Weite durch Einengung festgesetzt werden kann, nachdem das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis um ein bestimmtes Ausmaß konvergiert ist, wodurch verhindert wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis um einen großen Wert abweicht oder sich verschiebt.

Dazu kann vorzugsweise die Schutzweite, dessen oberen und unteren Schutzgrenzwerte durch die Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schutzfestsetzungsmittel eingeengt worden sind, auf einen Wert zwischen 0,2% und 1,0% des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λTG festgesetzt werden (Patentanspruch 11). Durch adäquates Einengen des Steuerungsbereiches der oberen und unteren Grenzschutzwerte für das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gegen die Verschlechterung und Dispersion des Katalysators wird die Überkorrektur verhindert, die bewirkt, dass das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweicht.

Weitere Merkmale und Eigenschaften der Erfindung sowie die Funktionen der zugehörigen Teile werden durch das Studium der folgenden detaillierten Beschreibung, der zugehörigen Ansprüche und der Zeichnungen verständlich. In den begleitenden Zeichnungen zeigt bzw. zeigen die:
1 ein Blockdiagramm, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuergerät für einen Motor nach einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Strukturdiagramm eines Motors und dessen Zubehörbauteile nach der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ein Blockdiagramm, daß das Prinzip des Betriebes der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ein Flußdiagramm, daß eine Routine zur Berechnung einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge nach der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ein Flußdiagramm, daß eine Routine zur Steuerung von Umkehrschritten nach der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6A bis 6C Graphen, die eine Ausgangsspannung eines O2-Sensors zeigen, der an der stromabwärtigen Seite eines Dreiwege-Katalysators vorgesehen ist und zeigen ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn der Umkehrschritt nach der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuert wird;
7 ein Flußdiagramm, daß eine Lernroutine der CPU zeigt, die bei der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
8 eine Graphik, die die Beziehung zwischen der Drehzahl des Motors und dem Einlaßdruck nach der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ein Blockdiagramm, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuergerät für einen Motor nach einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 einen Graphen, der die Beziehung zwischen einem Ausmaß der Verschlechterung des Katalysators im katalytischen Konverter und der Schutzweite zeigt, die bei der zweiten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
11 ein Flußdiagramm, daß eine Routine zur Erfassung einer Verschlechterung des Katalysators in dem katalytischen Drei-Komponenten-Konverter nach der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 einen Graphen zur Feststellung des Zustandes der Verschlechterung des Katalysators von der Verschlechterungserfassungskorrekturmenge nach der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
13 ein Flußdiagramm, daß eine Routine zur Steuerung der Umkehrschritte nach einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ein Flußdiagramm, daß eine Routine zur Rückkehr zu den gelernten Werten in der 13 zeigt;
15 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einem Zustand der Verschlechterung des Katalysators und einer vorbestimmten Zeitspanne nach der dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 ein Flußdiagramm, daß eine Routine zur Feststellung eines erneuten Lernens nach einer vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
17 ein Flußdiagramm, daß eine Routine zur Steuerung von Umkehrschritten nach einer fünften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
18A bis 18C Graphen, die eine Ausgangsspannung eines O₂-Sensors zeigen, der an der stromabwärtigen Seite des Katalysators vorgesehen ist und zeigen ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn die Umkehrschritte nach der fünften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuert werden;
19A und 19B Graphen, die einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrektur-Koeffizienten und eine Ausgangsspannung eines O₂-Sensors an der stromabwärtigen Seite gemäß dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuergerät nach dem Stand der Technik zeigen; und
20A und 20B Graphen, die eine Ausgangsspannung eines O₂-Sensors zeigen, der an der stromabwärtigen Seite eines Katalysators vorgesehen ist und zeigen ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis nach einem anderen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuergerät nach dem Stand der Technik.
Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuersystem der Verbrennungskraftmaschine, wie es in der 1 gezeigt ist, ist mit folgenden Komponenten ausgerüstet: einem stromaufwärtigen Detektor für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis G1, der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases der Verbrennungskraftmaschine an der stromaufwärtigen Seite erfaßt, und der an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators (katalytischer Konverter) der Abgasleitung der Verbrennungskraftmaschine plaziert ist; einem stromabwärtigen Detektor für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis G2, der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases an der stromabwärti gen Seite erfaßt, das durch den Katalysator hindurch getreten ist, und der an der stromabwärtigen Seite des Katalysators plaziert ist; einem Umkehrrichtungsfeststellabschnitt G3, der eine Umkehr in der Richtung einer Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erfaßt und prüft, ob das Verhältnis mager oder fett ist, indem er prüft, ob das Verhältnis ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis passiert hat; einem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Einstellabschnitt G4, der das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis festsetzt und der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit vorbestimmten Schrittmengen kompensiert, und zwar in der Richtung gegenüberliegend der Richtung, die von dem Umkehrrichtungsfeststellabschnitt erfaßt wurde; einem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schutzabschnitt G5, der die oberen und unteren Schutzwerte des beabsichtigten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses festsetzt, das von dem Abschnitt G4 kompensiert wurde, basierend auf der Menge des Adsorbers in dem Katalysator; einem Kraftstoffeinspritzmengenberechnungsabschnitt G6, der die Menge an Kraftstoff berechnet, die zu bestimmten Intervallen eingespritzt werden soll, basierend auf der Differenz des durch G1 erfaßten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und des beabsichtigten Verhältnisses, das in dem Abschnitt G4 festgesetzt wurde; einem Lernabschnitt G7, der die oberen und unteren Grenzschutzwerte des Abschnittes G5 festlegt, nach dem Lernen der Abweichungen der Konditionen in einem der folgenden Abschnitte: Abschnitt G1, Abschnitt G2, Katalysator und Verbrennungskraftmaschine.
In der 2 ist eine schematische strukturelle Ansicht eines Motors und dessen zugehöriger Teile dargestellt, wobei dort ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuergerät für einen Motor nach der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
In der 2 ist ein typischer Motor 1 vom Fremdzündungstyp mit vier Zylindern und 4-Takten gezeigt. Einlaß- bzw. Ansaug luft tritt in den Motor 1 bzw. die Maschine von der stromaufwärtigen Seite durch einen Luftfilter 2, ein Einlaßrohr 3, eine Drosselklappe 4, einen Ausgleichsbehälter 5 und einen Einlaßverteiler 6 ein, wird mit Kraftstoff gemischt, der von Kraftstoffeinspritzventilen 7 innerhalb des Einlaßverteilers 6 eingespritzt wird, wird verteilt und wird als ein Mischgas mit einem vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis jedem Zylinder zugeführt. Eine von einem Zündkreis 9 zugeführte Hochspannung wird an eine Zündkerze 8 verteilt und zugeführt, die in jedem Zylinder des Motors 1 vorgesehen ist, um das Mischgas in jedem Zylinder zu einer vorbestimmten Zeit in Öbereinstimmung mit dem Verteiler 10 zu zünden. Das durch die Verbrennung des Mischgases erzeugte Abgas wird durch einen Abgasverteiler 11 und ein Abgasrohr 12 bzw. einen Auspuff in die Luft ausgestoßen, nachdem gefährliche Komponenten (CO, HC, NOx und ähnliches) mittels des Einsatzes eines Dreiwegekatalysators 13 gereinigt wurden, der in dem Abgasrohr 12 vorgesehen ist.
Das Einlaßrohr 3 weist einen Einlaßtemperaturfühler 21 zur Erfassung einer Temperatur Tam der Einlaßluft und einen Einlaßdruckfühler 22 zur Erfassung des Einlaßdruckes Pm auf, der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe 4. Die Drosselklappe 4 ist mit einem Drosselfühler 23 zur Erfassung eines Drosselöffnungsgrades TH versehen. Der Drosselfühler 23 gibt nicht nur ein analoges Signal entsprechend dem Drosselöffnungsgrad TH aus, sondern ebenfalls ein An/Aus-Signal von einem (nicht gezeigten) Leerlaufschalter, der anzeigt, daß das Drosselventil 4 bereits vollständig geschlossen ist. Ein Aufwärmfühler 24 zur Erfassung einer Temperatur Thw des Kühlwassers in dem Motor 1 ist an dem Zylinderblock des Motors 1 vorgesehen. Ein Drehzahlfühler 25 zur Erfassung einer Drehzahl Ne des Motors 1 ist in dem Verteiler 10 vorgesehen. Der Drehzahlfühler 25 gibt bei jeder Umdrehung (d. h. 720° CA [Kurbelwinkel]) 24 Pulse bzw. Impulse ab. Weiterhin ist ein O₂-Sensor 26 zur Ausgabe eines linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnissignals VOX1 an der strom aufwärtigen Seite des Katalysators 13 in dem Abgasrohr 12 vorgesehen, wobei das Signal einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (im folgenden LKV abgekürzt) λ des Abgases entspricht, das von dem Motor ausgestoßen wird; ein O₂-Sensor 27 zur Ausgabe einer Spaanung VOX2, die anzeigt, ob das LKV λ des Abgases fett oder mager ist (relativ zu einem stöchiometrischen LKV λ = 1), ist an der stromabwärtigen Seite des Katalysators 13 vorgesehen.
Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 31 zur Steuerung des Motors 1 umfaßt eine CPU 32, ein ROM 33, ein RAM 34 und ein Backup-RAM 35. Sie ist mit einem Eingang 36 zur Eingabe von Erfassungssignalen von jedem Sensor verbunden, und mit einem Ausgang zur Ausgabe von Steuersignalen an jedes Stellglied und mit anderen Teilen über einen Bus 38. Die ECU 31 erhält die Signale, die die Einlaßtemperatur Tam, den Einlaßdruck PM, den Drosselklappenöffnungsgrad TH, die Kühlwassertemperatur Thw, die Drehzahl Ne, das LKV-Signal VOX1, die Ausgangsspannung VOX2 und ähnliche Werte von jedem Sensor anzeigen über den Eingang 36. Sie berechnet dann eine Kraftstoff-Einspritzmenge TAU und einen Zündzeitpunkt Ig basierend auf diesen Signalen und gibt Steuersignale an die Kraftstoffeinspritzventile 7 und den Zündkreis 9 ab.
Die LKV-Steuerung, die auf die Kraftstoff-Einspritzmenge TAU bezogen ist, wird im folgenden beschrieben werden.
Die ECU 31 wurde vorher durch folgendes Verfahren entwickelt, um die LKV-Steuerung durchzuführen. Das Entwicklungsverfahren, das im folgenden erklärt werden wird, ist in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 64-110 853 offenbart, die hier durch Bezugnahme eingefügt wird.
(1) Modellierung des zu steuernden Objektes:
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird als ein Modell für ein System zur Steuerung des LKVses λ des Motors 1 ein Autoregressives gleitendes Durchschnittsmodell ersten Grades mit einer Totzeit von P = 3 eingesetzt und wird unter Hinzuziehung einer Störung d weiter angenähert.
Zuerst kann das Modell des Systems zur Steuerung des LKVses λ, daß das Autoregressive gleitende Durchschnittsmodell benutzt, wie folgt angenähert werden: λ(k) = a·λ(k – 1) + b·FAF(k – 3) (1)wobei λ ein aktuelles LKV ist, FAF der LKV-Korrekturkoeffizient ist, a und b Konstanten sind, und k eine Variable ist, die eine Anzahl der Steuerungszeiten angibt, von dem Start der ersten Signalabtastung an. Weiterhin kann das Modell des Steuersystems wie folgt angenähert werden, wenn die Störung d mit betrachtet wird: λ(k) = a·λ(k – 1) + b·FAF(k – 3) + d(k – 1) (2)
Bei den Modellen, die wie oben beschrieben angenähert werden, ist es einfach die Konstanten a und b diskret durch drehsynchrone Signalabtastung (360° CA) zu erhalten, indem eine Stufenreaktion benutzt wird, d. h. indem eine Transfer-Funktion G des Systems zur Steuerung des LKVses λ erhalten wird.
(2) Verfahren zur Darstellung der Zustandsvariablenmenge X:
Durch Umschreiben der obigen Gleichung (2) durch Einsatz der Zustandsvariablenmenge X(k) = [X1(k), X2(k), X3(k), X4(k)]^T wird die folgende Gleichung erhalten:
Dann ergibt sich: X1(k + 1) = aX1(k) + bX2(k) + d(k) = λ(k + 1) X2(k + 1) = FAF(k – 2) X3(k + 1) = FAF(k – 1) X4(k + 1) = FAF(k) (4)
(3) Entwurf des Regulators:
Ein Regulator wird entwickelt, indem ein optimales Rückkopplungsziel K = [K1, K2, K3, K4] und die Zustandsvariablenmenge X^T(k) = [λ(k), FAF(k – 3), FAF(k – 2), FAF(k – 1)] benutzt wird, so daß: FAF(k) = K·XT(k) = K1·λ(k) + K2·FAF(k – 3) + K3·FAF(k – 2) + K4·FAF(k – 1) (5)erhalten wird. Weiterhin wird ein Integrationsausdruck Z1(k) zur Absorbierung von Fehlern addiert. FAF(k) = K1·λ(k) + K2·FAF(k – 3) + K3·FAF(k – 2) + K4·FAF(k – 1) + Z1(k) (6)
Dadurch können das LKV λ und der Korrekturkoeffizient FAF erhalten werden.
Der Integrationsausdruck Z1(k) ist ein Wert, der durch die Abweichung eines aktuellen LKVses λ(k) von einem Ziel-LKV λTG und durch eine Integrationskonstante Ka festgestellt wird, und wird aus der folgenden Gleichung erhalten: Z1(k) = Z1(k – 1) + Ka·(λTG – λ(k)) (7)
In der 3 ist ein Blockdiagramm eines Systems zur Steuerung des LKVses λ dargestellt, durch das das Modell entwickelt wurde, wie es oben beschrieben worden ist. Während in der 3 gezeigt ist wie die Z – 1 Transformation eingesetzt wird, um den LKV-Korrekturkoeffizienten FAF(k) von FAF(k – 1) abzuleiten, wird der letzte LKV-Korrekturkoeffizient FAF(k – 1) in dem RAM 34 gespeichert und wird wieder ausgelesen und bei der nächsten Steuerzeit benutzt. Der Abschnitt P1, der in der 3 durch eine strichpunktierte Linie umrahmt ist, entspricht einem Abschnitt des Systems, der die Zustandsvariablenmenge X(k) in einem Zustand feststellt, in dem das LKV λ(k) auf das Ziel-LKV λTG rückgekoppelt gesteuert wird. Der Abschnitt P2 entspricht einem Abschnitt des Systems (Sammelabschnitt) zur Erreichung des Integrationsausdruckes Z1(k). Der Abschnitt P3 entspricht einem Abschnitt des Systems zur Berechnung des vorliegenden LKV-Korrekturkoeffizienten FAF(k) von der Zustandsvariablenmenge X(k), die in dem Abschnitt P1 festgestellt wurde und von dem Integrationsausdruck Z1(k), der in dem Abschnitt P2 festgestellt wurde.
(4) Festlegung des optimalen Rückkopplungsziels K und der Integrationskonstanten Ka:
Das optimale Rückkopplungsziel K und die Integrationskonstante Ka können durch Minimierung einer Auswertefunktion J festge setzt werden, die zum Beispiel durch die folgende Gleichung dargestellt wird:
Die Auswertefunktion J beabsichtigt die Abweichung zwischen dem aktuellen LKV λ(k) und dem Ziel-LKV λTG zu minimieren, während die Verschiebung des LKV-Korrekturkoeffizienten FAF(k) eingeschränkt wird. Eine Gewichtung der Einschränkung des LKV-Korrekturkoeffizienten FAF(k) kann durch Änderung der Gewichtungsparameter Q und R verändert werden. Deshalb können optimale Steuerungseigenschaften durch wiederholte Simulationen mit variabler Veränderung der Werte der Gewichtungsparameter Q und R erhalten werden, um das optimale Rückkopplungsziel K und die Integrationskonstante Ka festzustellen.
Weiterhin hängen das optimale Rückkopplungsziel Ka und die Integrationskonstante Ka von den Modell-Konstanten a und b ab. Deshalb ist es notwendig, um die Stabilität (robuste Leistung) des Systems für den Fall einer Fluktuation (Fluktuation der Parameter) des Systems zur Steuerung des aktuellen LKVses λ sicherzustellen, das optimale Rückkopplungsziel K und die Integrationskonstante Ka unter Betrachtung der Fluktuationsmengen der Modell-Konstanten a und b zu entwickeln. Dementsprechend werden die Simulationen unter Betrachtung der Fluktuationen der Modell-Konstanten a und b ausgeführt, die aktuell verursacht sein können, wodurch das optimale Rückkopplungsziel K und die Integrationskonstante Ka festgestellt werden, die die Stabilität herstellen.
Während (1) das Modellieren eines zu steuernden Objektes, (2) das Verfahren zur Darstellung der Zustandsvariablenmenge, (3) die Entwicklung des Regulators und (4) die Festlegung des optimalen Rückkopplungszieles und der Integrationskonstanten oben beschrieben worden sind, sind diese vorgegeben und die ECU 31 führt die Steuerung durch den Einsatz des Ergebnisses davon aus, d. h. nur noch mit den Gleichungen (6) und (7).
Der Betrieb des LKV-Steuergerätes der vorliegenden Ausführungsform, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird nun im folgenden beschrieben werden.
In der 4 ist ein Flußdiagramm gezeigt, in dem eine Routine zur Berechnung einer Kraftstoffeinspritzmenge nach der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
Zuerst wird im Schritt 101 eine fundamentale Kraftstoffeinspritzmenge TP auf der Basis des Einlaßdruckes Pm, der Drehzahl Ne und von ähnlichem berechnet. Im Schritt 102 wird festgestellt, ob die Rückkopplungskonditionen des LKVses λ erfüllt sind oder ob sie nicht erfüllt sind. Die Rückkopplungskonditionen sind erfüllt, wenn die Kühlwassertemperatur Thw gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert ist und eine Belastung und eine Drehzahl nicht hoch sind, so wie es bekannt ist.
Wenn die Rückkopplungskonditionen des LKVses λ im Schritt 102 erfüllt sind, wird das Ziel-LKV λTG im Schritt 103 festgesetzt (wird später detailliert beschrieben werden). Als nächstes wird der LKV-Korrekturkoeffizient FAF festgelegt, so daß das LKV λ gleich dem Ziel-LKV λTG wird. D. h., daß der LKV-Korrekturkoeffizient FAF mittels der Gleichungen (6) und (7) in Übereinstimmung mit dem Ziel-LKV λTG und dem LKV λ(k) berechnet wird, das durch den stromaufwärtsseitigen Sensor 26 erfaßt wird. Andererseits wird der LKV-Korrekturkoeffizient FAF im Schritt 106 auf 1.0 gesetzt, wenn die Rückkopplungskonditionen des LKVses λ im Schritt 102 nicht erfüllt sind. Dann wird der Schritt 105 ausgeführt.
Im Schritt 105 wird die Kraftstoffeinspritzmenge TAU aus der fundamentalen Kraftstoffeinspritzmenge TP, dem LKV-Korrekturkoeffizienten FAF und anderen Korrekturkoeffizienten FALL durch die folgende Gleichung gesetzt: TAU = TP × FAF × FALL
Ein Steuersignal, das auf der Kraftstoffeinspritzmenge TAU basiert, die wie oben beschrieben festgelegt wird, wird zu den Kraftstoffeinspritzventilen 7 ausgegeben, um eine Kraftstoffeinspritzventil-Öffnungszeit zu steuern, d. h. eine aktuelle Kraftstoffeinspritzmenge. Im Ergebnis wird das Mischgas auf das Ziel-LKV λTG eingestellt.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Steuerung von Umkehrsprüngen erklärt werden, die während des stationären Betriebs ausgeführt werden. In der 5 ist ein Flußdiagramm gezeigt, in dem eine Routine zur Steuerung von Umkehrsprüngen bei der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, und in den 6A bis 6C sind Graphen dargestellt, die eine Ausgangsspannung VOX2 des O₂-Sensors 27 darstellen, der auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators vorgesehen ist und die das Ziel-LKV λTG zeigen.
In dem Schritt 201 in der 5 wird entschieden, ob die Ausgangsspannung VOX2 des stromabwärtsseitigen O₂-Sensors 27 höher oder niedriger (fetter oder magerer) als 0.45 V ist, welches der Wert ist, wenn das stöchiometrische LKV λ = 1 ist. Falls ja, wird in dem Schritt 202 entschieden, ob die Ausgangsspannung VOX2 beim letzten Mal auch auf der mageren Seite war. Falls ja, d. h., wenn das LKV λ auf der mageren Seite gehalten wurde, wird es auf die fette Seite verschoben, entsprechend dem Ziel-LKV λTG <– λTG – λIR in dem Schritt 203, wobei λIR eine Fett-Integrationsmenge ist. Andererseits wird es, falls in dem Schritt 202 festgestellt wird, daß das LKV vorher auf der fet ten Seite war, d. h., daß das LKV λ von der fetten zu der mageren Seite (L) invertiert wurde, zur der fetten Seite (R) verschoben, entsprechend dem Ziel-LKV λTG < – λTG – λIR – λSKR im Schritt 204, wobei λSKR eine Fett-Schrittmenge bzw. -Sprungmenge ist. Da diese Fett-Sprungmenge λSKR im Vergleich mit der Fett-Integrationsmenge λIR ein großer Wert ist, fällt das Ziel-LKV λTG von der mageren Seite zu der fetten Seite stark ab, wie es in der 6B gezeigt ist. Als nächstes wird ein Sprungzähler CSKIP in dem Schritt 205 inkrementiert.
Dann wird nach der Ausführung des Schritts 203 oder des Schrittes 205 in dem Schritt 206 festgestellt, ob das Lernen durch eine Lernroutine beendet wurde, die später beschrieben werden wird. Wenn im Schritt 206 entschieden wird, daß das Lernen beendet wurde, wird in dem Schritt 207 entschieden, ob das Ziel-LKV λTG größer ist als λTGC + λTGW/2, wobei λTGC der Mittenwert des Ziel-LKVses ist und λTGW eine Schutzweite bzw. -breite ist, die ebenfalls später beschrieben werden wird. Falls λTG > λTGC + λTGW/2 ist, wird das Ziel-LKV λTG auf einen Schutzwert von λTGC + λTGW/2 in dem Schritt 208 gesetzt. Falls das Ergebnis des Vergleiches in dem Schritt 206 oder in dem Schritt 207 negativ ist, wird eine Anzeige für "mager" in dem RAM 34 als eine Polarität des LKVses λ in dem Schritt 216 gespeichert, und die Routine ist beendet. Da diese Fett-Integrationsmenge λIR als ein sehr kleiner Wert festgesetzt wird, verringert sich das Ziel-LKV λTG gleichmäßig auf der fetten Seite, wie es in der 6B gezeigt ist.
Andererseits wird in dem Schritt 209 entschieden, ob das LKV beim letzten Mal ebenfalls auf der fetten Seite war, wenn in dem Schritt 201 entschieden wurde, daß sich das LKV auf der fetten Seite befindet. Falls ja, d. h., wenn das LKV λ auf der fetten Seite gehalten wurde, wird es zu der mageren Seite verschoben, entsprechend dem Ziel-LKV λTG < – λTG + λIL, wobei λIL eine Mager-Integrationsmenge ist. Andererseits wird es, wenn das LKV beim letzen Mal auf der mageren Seite war, d. h., wenn das LKV λ von der mageren Seite zu der fetten Seite invertiert wurde, entsprechend dem Ziel-LKV λTG < – λTG + λIL + λSKL in dem Schritt 211 auf die magere Seite verschoben, wobei λSKL eine Mager-Sprungmenge bzw. -Schrittmenge ist. Da diese Mager-Sprungmenge λSKL im Vergleich zu der Mager-Integrationsmenge λIL einen großer Wert hat, verändert sich das Ziel-LKV λTG abrupt zu der mageren Seite, wie es in der 6B gezeigt ist. Dann wird in dem Schritt 212 der Sprungzähler CSKIP inkrementiert.
Dann wird in dem Schritt 213 entschieden, nach der Ausführung der Schritte 210 oder 212, ob das Lernen beendet worden ist. Falls ja, wird in dem Schritt 214 entschieden, ob das Ziel-LKV λTG kleiner ist als λTGC – λTGW/2. Wenn die Ungleichung in dem Schritt 214 erfüllt ist, wird das Ziel-LKV λTG auf einen Schutzwert von λTGC – λTGW/2 in dem Schritt 215 festgesetzt. Falls eine der Ungleichungen in dem Schritt 213 oder 214 nicht erfüllt ist, wird eine Anzeige für "fett" in dem RAM 34 als eine Polarität des LKVses λ in dem Schritt 216 gespeichert, und die Routine wird beendet.
Wie es oben beschrieben worden ist, wird, wenn das LKV λ des Abgases, das den Katalysator 13 passiert, kontinuierlich zu der mageren oder fetten Seite fluktuiert, das Ziel-LKV λTG gleichmäßig in der entgegengesetzten Richtung erhöht, und zwar durch die Fett-Integrationsmenge λIR oder durch die Mager-Integrationsmenge λIL in dem Schritt 203 oder 210, basierend auf der Ausgangsspannung VOX2 des stromabwärtsseitigen O₂-Sensors 27. Weiterhin wird, wenn das LKV λ zwischen der mageren Seite und der fetten Seite invertiert wird, das Ziel-LKV λTG schrittweise korrigiert, wobei es das stöchiometrische LKV λ = 1 kreuzt, und zwar durch die relativ große Fett-Sprungmenge λSKR oder die relative Mager-Sprungmenge λSKL in den Schritten 204 oder 211.
Wenn dies auftritt, wird der Sprungzähler in den Schritten 205 oder 212 erhöht.
Falls das LKV nicht sehr stark gestört wird, wie es oben beschrieben worden ist, kann das LKV des Abgases, das den Katalysator passiert, sehr gut gesteuert werden, während eine Verzögerung vermieden werden kann, die durch den Katalysator verursacht wird. Wenn jedoch das LKV stark gestört wird und adsorbierte Substanzen in dem Katalysator angesammelt werden, kann die durch die adsorbierten Substanzen verursachte Verzögerung signifikant werden, so daß eine Überkorrektur auftritt. Dann werden die Schutzwerte für das Ziel-LKV gesetzt, um die Überkorrektur infolge der Verzögerung der Steuerung zu verhindern, die durch die adsorbierten Substanzen in dem Katalysator verursacht worden ist. Das Ziel-LKV schwankt selbst infolge der Veränderungen der Betriebsparameter und ähnlichem zwischen den Sensoren oder zwischen den Zylindern des Motors. Es schwankt jedoch durch die Betriebskondition und ähnlichem nicht so stark und eine gute Steuerung kann vollständig erreicht werden, innerhalb eines engen Bereiches der Schwankung. Die Schutzwerte beim Stand der Technik wurden aus Gründen einer Kompensation der Verschlechterung oder der Variation in den Betriebsparametern vorgesehen und nicht, um eine Überkorrektur im Katalysatorsystem zu verhindern. Dann werden erneut Schutzwerte zur Verhinderung der Überkorrektur an einem Punkt vorgesehen, wenn das Lernen der Dispersion und der Verschlechterung beendet ist. Weiterhin wird, obwohl die Japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 61-237 852 und 61-265 336 versuchen die Überkorrektur durch Anhalten der Rückkopplung in einem Einschwingzustand zu verhindern, der Katalysator mit adsorbierten Substanzen gefüllt, so daß es bei der Rückkehr zur Rückkopplung nicht möglich ist, zu verhindern, daß eine Überkorrektur auftritt.
In dem Flußdiagramm nach der 5 wird in dem Schritt 206 oder in dem Schritt 213 entschieden, ob das Lernen beendet ist nachdem die Berechnung des Ziel-LKVses λTG beendet ist und falls es noch nicht beendet ist, wird ein Fett- oder Mager-Indikator im Schritt 216 gespeichert. Wenn das Lernen beendet worden ist, wird im Schritt 207 oder 214 entschieden, ob das Ziel-LKV λTG innerhalb der Schutzbreite liegt. Wenn es innerhalb der Schutzbreite liegt, wird ein Fett- oder Mager-Indikator im Schritt 216 gespeichert. Dadurch kann die Überkorrektur verhindert werden, unabhängig von der Masse der adsorbierten Substanzen in dem Katalysator (O₂-Speichermenge). Hierbei sind die Werte der Schutzbreiten auf relativ kleine Werte gesetzt, im Vergleich mit den Schutzbreiten für die Dispersion oder ähnliches.
In der 7 ist ein Flußdiagramm gezeigt, in dem die bei der ersten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung eingesetzte Lernroutine dargestellt ist. In dem Schritt 301 wird entschieden, ob die Ausgangsspannung VOX2 des stromabwärtsseitigen O₂-Sensors 27 innerhalb eines Bereiches zwischen einem vorbestimmten erlaubten Fette-Seite-Wert VRL und einem vorbestimmten erlaubten Mager-Seite-Wert VLL (VRL > λ = 1 > VLL), die vorher festgelegt wurden, konvergiert. Falls ja, wird ein Schrittzeitzähler CCEN im Schritt 302 erhöht, unter der Annahme, daß das LKV λ auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators stabil ist. Als nächstes wird im Schritt 303 entschieden, ob die verstrichene Zeit, die durch den Schrittzeitzähler CCEN gemessen wird, 10 Sekunden erreicht hat oder ob nicht. Falls nicht, dann wird im Schritt 304 entschieden, ob die Zählung des Schrittzählers CSKIP größer als 10 ist. Wenn die Zählung des Schrittzeitzählers CCEN 10 Sekunden in dem Schritt 303 erreicht hat, bevor der Schrittzähler CSKIP bis 10 in dem Schritt 304 gezählt hat, wird diese Routine beendet. Wenn die Anzahl der Schritte pro Zeiteinheit klein ist, kann angenommen werden, daß das LKV λ auf der stromabwärtigen Seite nicht häufig zwischen der fetten Seite und der mageren Seite invertiert wird und noch nicht um das stöchiometrische LKV λ = 1 konvergiert hat. D. h., daß das Lernen nicht ausgeführt wird, da angenommen werden kann, daß das Ziel-LKV λTG zu dieser Zeit kein Wert ist, der den Katalysator 13 im neutralen Zustand halten kann.
Andererseits schreitet die Routine zu dem Schritt 305 weiter, wenn der Schrittzähler CSKIP in dem Schritt 304 weiter als bis 10 zählt bevor die Zeit, die durch den Schrittzeitzähler CCEN gemessen wird 10 Sekunden im Schritt 303 erreicht. Wenn die Anzahl der Schritte pro Zeiteinheit groß ist, kann angenommen werden, daß das LKV λ auf der stromabwärtigen Seite häufig zwischen der fetten Seite und der mageren Seite invertiert und daß es um das stöchiometrische LKV λ = 1 konvergiert. D. h., daß das Lernen zur Berechnung des mittigen Wertes des Ziel-LKVses λTGC ausgeführt wird, der durch addieren des Ziel-LKVses kurz vor dem Schritt und des Ziel-LKVses kurz nach dem Schritt und teilen des Ergebnisses durch zwei erhalten wird, und zwar unter der Annahme, daß das Ziel-LKV λTG zu dieser Zeit einen Wert einnimmt, der den Katalysator 13 in dem neutralen Zustand halten kann. Als nächstes werden im Schritt 306 der Schrittzeitzähler CCEN und der Schrittzähler CSKIP zurückgesetzt und diese Routine wird beendet.
Somit wird, wie es in den in den 6A bis 6C gezeigten Graphen dargestellt ist, die Sub-Rückkopplung an der normalen Ausgangsspannung VOX2 des stromabwärtsseitigen O₂-Sensors zuerst ausgeführt, dann wird das Lernen des Ziel-LKVses λTG ausgeführt, der mittlere Wert des Schrittes wird als der Mittenwert des Ziel-LKVses λTGC gespeichert, wenn das Lernen beendet ist und dann wird die vorbestimmte Schutzbreite λTGW aus einem Kennfeld der Motordrehzahl Ne gegen den Einlaßdruck Pm erhalten, wie es in der 8 gezeigt ist. Die Summe der Hälfte dieser Breite und des Mittenwertes des Ziel-LKVses λTGC wird als ein Schutzwert λTGL auf der mageren Seite (oberer Grenzschutzwert) festgesetzt und der Unterschied zwischen dem Mittenwert und der Hälfte der Breite wird als ein Schutzwert λTGR auf der fetten Seite (unterer Grenzschutzwert) festgesetzt. Falls kein Schutz für das Ziel-LKV λTG gegen eine starke Turbulenz des LKV (Turbulenz des LKVses) nach dem Setzen dieser Schutzwert λTGR und λTGL vorgesehen ist, wird eine Turbulenz des Ausgangsspannung VOX2 des stromabwärtsseitigen O₂-Sensors 27 groß, die das LKV wach dem passieren des Katalysators anzeigt, und zwar infolge der Überkorrektur und die F/B Zeitspanne wird verlängert, wie es durch die gestrichelten Linien in der 6 dargestellt ist.
Das so gesetzte Ziel-LKV λTG wird zur Berechnung des LKV-Korrekturkoeffizienten FAF im Schritt 104 in der Routine zur Berechnung einer Kraftstoffeinspritzmenge eingesetzt, wie es zuvor in Verbindung mit der 4 beschrieben worden ist. Die Kraftstoffmenge TAU wird aus dem LKV-Korrekturkoeffizienten FAF in dem Schritt 105 berechnet, um die aktuelle Kraftstoffeinspritzmenge zu steuern. Da die Routine zur Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge alle 360°CA (= Kurbelwinkel) in Übereinstimmung mit der Drehung des Motors 1, wie oben beschrieben, ausgeführt wird, werden der LKV-Korrekturkoeffizient FAF und die Kraftstoffeinspritzmenge TAU ebenfalls alle 360°CA aktualisiert und das in der Routine zur Steuerung der Umkehrschritte gesetzte Ziel-LKV λTG spiegelt sich sofort in dem LKV-Korrekturkoeffizienten FAF und der Kraftstoffeinspritzmenge TAU wieder. Dementsprechend spricht die Kraftstoffeinspritzmenge TAU stark auf die Turbulenz des LKVses λ an, das von dem stromabwärtsseitigen O₂-Sensor 27 erfaßt wird.
Wie es oben beschrieben worden ist, umfaßt das LKV-Steuergerät nach der vorliegenden Erfindung eine Stromaufwärtsseitige-LKV-Erfassungseinrichtung, die von dem stromaufwärtsseitigen O₂-Sensor 26 benutzt wird, der auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators 13 im Auspuff vorgesehen ist, der durch das Abgasrohr 12 des Motors 1 gebildet wird, zur Erfassung eines LKVses des Abgases, das von dem Motor 1 ausgestoßen wird; eine Strom abwärtsseitige-LKV-Erfassungseinrichtung, die den stromabwärtsseitigen O₂-Sensor 27 umfaßt, der auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 13 vorgesehen ist, zur Erfassung eines LKVses des Abgases, das durch den Katalysator hindurch getreten ist; einen Umkehrrichtungs-Feststellungsabschnitt zur Feststellung einer Umkehrrichtung des LKVses, das durch die Stromabwärtsseitige-LKV-Erfassungseinrichtung erfaßt wird, wenn es invertiert wird und zwischen der fetten Seite und der mageren Seite sich verschiebt und das stöchiometrische LKV passiert; einen Ziel-LKV-Einstellabschnitt zur Verschiebung des Ziel-LKVses λTG um eine vorbestimmte Schrittmenge bzw. -weite in der entgegengesetzten Richtung des LKVses, die durch den Umkehrrichtungs-Feststellungsabschnitt festgestellt worden ist; einen Einspritzmengen-Berechnungsabschnitt zur Berechnung einer Einspritzmenge des Kraftstoffeinspritzveatils 7 mit einer vorbestimmten Wiederholrate, basierend auf der Differenz zwischen dem LKV, das durch die Stromaufwärtsseitige-LKV-Erfassungseinrichtung erfaßt wurde und dem Ziel-LKV λTG, das durch den Ziel-LKV-Einstellabschnitt festgesetzt worden ist; einen Lernabschnitt zum Lernen von Variationen in den Betriebseigenschaften der Stromaufwärtsseitigen-LKV-Erfassungseinrichtung, der Stromabwärtsseitigen-LKV-Erfassungseinrichtung, des Katalysators und des Motors 1; und einen Ziel-LKV-Schutzfestsetzabschnitt zur Festsetzung der oberen und unteren Grenzschutzwerte für das Ziel-LKV λTG, das durch den Ziel-LKV-Einstellabschnitt nach der Beendigung des Lernens durch den Lernabschnitt korrigiert worden ist.
Dementsprechend wird der LKV-Korrekturkoeffizient FAF und die Kraftstoffeinspritzmenge TAU alle 360°CA berechnet, das Ziel-LKV λTG wird durch die Fettschrittmenge λSKR und die Magerschrittmenge λSKL korrigiert und spiegelt sich sofort in dem LKV-Korrekturkoeffizienten FAF und der Kraftstoffeinspritzmenge TAU wieder und die Kraftstoffeinspritzmenge TAU kann mit einem hervorragenden Ansprechen auf die Turbulenz des LKVses λ ge steuert werden. Weiterhin wird, wenn das LKV λ, das von dem stromabwärtseitigen O₂-Sensor 27 erfaßt wird und das das stöchiometrische LKV λ kreuzt, invertiert wird, das Ziel-LKV λTG schrittweise durch die Fettschrittmenge λSKR und die Magerschrittmenge λSKL verschoben, so daß eine große Schwankung in dem LKV λ auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 13 danach zuverlässig unterdrückt werden kann. Weiterhin kann, da die Variationen in den Betriebseigenschaften des stromaufwärtsseitigen O₂-Sensors 26, des stromabwärtsseitigen O₂-Sensors 27, des Katalysators 13 und des Motors 1 gelernt werden und nach dem Lernen die oberen und unteren Grenzschutzwerte λTGR und λ TGL für das Ziel-LKV λTG gesetzt werden, die Schutzbreite eingeengt werden, wodurch eine bessere Steuerung nahe dem stöchiometrischen LKV ermöglicht wird.
Deshalb kann die Verzögerung bei der Korrektur auf der Basis der Ausgangsspannung VOX2 des stromabwärtsseitigen O₂-Sensors 27 zur Erfassung des LKVses des Abgases, das durch den Katalysator getreten ist, verhindert werden; das LKV kann zuverlässig rund um das stöchiometrische LKV λ = 1 konvergiert werden und gefährliche Abgaskomponenten können daran gehindert werden, in die Luft ausgestoßen zu werden.
Der Motor und die zugehörigen Bauteile eines Systems nach einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung sind im wesentlichen gleich denen, die in der 2 gezeigt sind, und die detaillierte Beschreibung dieser Teile wird weggelassen. In der 9 ist ein Diagramm eines LKV-Steuergerätes nach der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt und nur unterschiedliche Punkte zu der ersten Ausführungsform werden im folgenden beschrieben werden.
Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß ein Katalysator-Verschlechterungs-Erfassungsabschnitt G8 vorgesehen ist, wie es in der 9 ge zeigt ist, um die Schutzbreite λTGW basierend auf dem erfaßten Ergebnis der Verschlechterung des Katalysators in dem katalytischen Konverter zu verändern. In der 10 ist die Beziehung zwischen dem Ausmaß der Verschlechterung (der Wirkung) des Katalysators und der Schutzbreite dargestellt.
Als nächstes wird sehr detailliert eine Routine zur Erfassung des Verschlechterungszustandes des Katalysators erklärt werden.
In der 11 ist ein Flußdiagramm gezeigt, das die Routine zur Erfassung der Verschlechterung des Katalysators nach der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und in der 12 ist ein Graph zur Festlegung des Verschlechterungszustandes des Katalysators aus der Verschlechterungs-Erfassungskorrekturmenge gezeigt.
Zum Zwecke der folgenden Erklärung soll angenommen werden, daß ein Fahrzeug eine Distanz von 2.000 km zurückgelegt hat, ein Verschlechterungs-Erfassungsausführungsflag XCAS ist auf "1" gesetzt, ein Bereitschaftszeitzähler COX2 zum Zählen einer Bereitschaftszeit zur Erfassung der Verschlechterung des Katalysators hat einen bestimmten Wert erreicht, eine Zitteramplitude λDZA und eine Zitterperiode TDZA wurden inkrementel durch eine Routine zur Steuerung eines Inkrementes einer Amplitude und einer Periode (nicht gezeigt) korrigiert und ein Flag XCAT für die Beendigung eines Amplituden- und Perioden-Inkrementes ist auf "1" gesetzt.
Zuerst wird in dem Schritt 401 entschieden, ob das Amplituden- und Perioden-Inkrement-Beendigungsflag XCAT auf "1" gesetzt ist. Falls nicht, wird die Routine beendet.
Falls XCAT = 1 ist, wird in dem Schritt 402 entschieden, ob ein Fortsetzungszeitzähler CCAT anzeigt, daß eine Periode größer als eine vorbestimmte Fortsetzungszeit ε verstrichen ist. Falls nicht, wird der Fortsetzungszeitzähler CCAT in dem Schritt 403 erhöht. In dem Schritt 404 wird die Ausgangsspannung VOX2 des stromabwärtsseitigen O₂-Sensors 27 abgetastet, um den maximalen Wert VOX2_max und den minimalen Wert VOX2_min davon angemessen zu aktualisieren. Dann wird diese Routine beendet.
Andererseits, wenn die Ungleichung in dem Schritt 402 erfüllt ist, wird im Schritt 405 eine Abweichung ΔVOX2 durch Subtraktion des minimalen Wertes VOX2_min von dem maximalen Wert VOX2_max berechnet. Diese Abweichung ΔVOX2 stellt den Schwankungszustand des LKVses λ auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 13 während der Fortsetzungszeit ε dar. Als nächstes wird in dem Schritt 406 entschieden, ob die Abweichung ΔVOX2 größer ist als ein Schwankungsfeststellungswert σ. Falls nicht, wird angenommen, daß durch die Schwankung des LKVses λ der Katalysator 13 nocht nicht einen gesättigten Zustand erreicht hat, und es wird ein vorbestimmter Wert Δβ zu der Verschlechterungs-Erfassungskorrekturmenge β addiert, und ein vorbestimmter Wert Δγ wird zu der Verschlechterungs-Erfassungskorrekturmenge γ addiert.
Wenn der Schwankungszustand des LKVses λ somit jedes Mal gleichmäßig anwächst, wenn die Fortsetzungszeit λ abläuft, wächst dementsprechend die Menge der gefährlichen Komponenten an, die von dem Katalysator 13 adsorbiert wird, und die Ungleichung in dem Schritt 406 ist erfüllt; wenn dies geschieht, wird der Verschlechterungszustand des Katalysators von den Verschlechterungs-Erfassungskorrekturmengen β und γ ausgehend zu dieser Zeit in Übereinstimmung mit der Funktion erfaßt, die in der 12 gezeigt ist und die in dem RAM 34 in dem Schritt 408 gespeichert ist. D. h., daß je früher der Katalysator 13 gesättigt ist, wenn die Verschlechterungs-Erfassungskorrekturmengen β und γ klein sind, desto schlechter ist der Verschlechterungszustand, und dann je kleiner die Verschlechterungs-Erfassungskorrekturmengen β und γ während der Sättigung sind, desto schlechter ist der Verschlechterungszustand, wie es in der 12 gezeigt ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Verschlechterungszustand quantitativ als eine Prozentzahl festgelegt und je schlechter der Verschlechterungszustand ist, desto größer ist dieser Prozentwert.
Als nächstes werden die Verschlechterungs-Erfassungskorrekturmengen β und γ auf ihre ursprünglichen Werte zurückgesetzt und der Bereitschaftszähler COX2 zum Zählen der Bereitschaftszeit, angepaßt zur Erfassung der Verschlechterung des Katalysators, das Amplituden- und das Perioden-Inkrementbeendigungsflag XCAT und das Verschlechterungserfassungsausführungsflag XCAS werden ebenfalls in dem Schritt 409 zurückgesetzt. Dann wird nach dem Abarbeiten der Schritte 407 und 409 im Schritt 410 der Fortsetzungszeitzähler CCAT zurückgesetzt und diese Routine wird beendet. Somit wird der Verschlechterungszustand des Katalysators 13 festgestellt und die Schutzbreite λTGW wird auf der Basis des Ausmasses der Verschlechterung des Katalysators erhalten.
Wie es oben beschrieben worden ist, umfaßt das LKV-Steuergerät nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Stromaufwärtsseitige-LKV-Erfassungseinrichtung, die den stromaufwärtsseitigen O₂-Sensor 26 umfaßt, der auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators 13 im Auspuff vorgesehen ist, der durch das Abgasrohr 12 des Motors 1 gebildet wird, zur Erfassung eines LKVses des Abgases, das von dem Motor 1 ausgestoßen wird; eine Stromabwärtsseitige-LKV-Erfassungseinrichtung, die den stromabwärtsseitigen O₂-Sensor 27 umfaßt, der auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 13 vorgesehen ist, zur Erfassung eines LKVses des Abgases, das durch den Katalysator hindurch getreten ist; einen Umkehrrichtungs-Feststellungsabschnitt zur Feststellung einer Umkehrrichtung des LKVses, das durch die Stromabwärtsseitige-LKV-Erfassungseinrichtung erfaßt wird, wenn es invertiert wird und zwischen der fetten Seite und der mageren Seite sich verschiebt und das stöchiometrische LKV passiert; einen Ziel-LKV-Einstellabschnitt zur Korrektur des Ziel-LKVses λTG um eine vorbestimmte Schrittmenge bzw. -weite in der entgegengesetzten Richtung des LKVses, die durch den Umkehrrichtungs-Feststellungsabschnitt festgestellt worden ist; einen Einspritzmengen-Berechnungsabschnitt zur Berechnung einer Einspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils 7 mit einer vorbestimmten Wiederholrate, basierend auf der Differenz zwischen dem LKV, das durch die Stromaufwärtsseitige-LKV-Erfassungseinrichtung erfaßt wurde und dem Ziel-LKV λTG, das durch den Ziel-LKV-Einstellabschnitt festgesetzt worden ist; einen Lernabschnitt zum Lernen von Variationen in den Betriebseigenschaften der Stromaufwärtsseitigen-LKV-Erfassungseinrichtung, der Stromabwärtsseitigen-LKV-Erfassungseinrichtung, des Katalysators und des Motors 1; und einen Katalysator-Verschlechterungs-Erfassungsabschnitt zur Erfassung des Verschlechterungszustandes des Katalysators, basierend auf dem Ergebnis, zur Erhöhung oder Erniedrigung der Schutzbreite λTGW der oberen und unteren Grenzschutzwerte λTGR und λTGL.
Dementsprechend wird der LKV-Korrekturkoeffizient FAF und die Kraftstoffeinspritzmenge TAU alle 360°CA berechnet, das Ziel-LKV λTG wird durch die Fettschrittmenge λSKR und die Magerschrittmenge λSKL korrigiert und spiegelt sich sofort in dem LKV-Korrekturkoeffizienten FAF wieder und die Kraftstoffeinspritzmenge TAU kann mit einem hervorragenden Ansprechen auf die Turbulenz des LKVses λ gesteuert werden. Weiterhin wird, wenn das LKV λ, das von dem stromabwärtseitigen O₂-Sensor 27 erfaßt wird und das das stöchiometrische LKV λ = 1 kreuzt, invertiert wird, das Ziel-LKV λTG schrittweise durch die Fettschrittmenge λSKR und die Magerschrittmenge λSKL verschoben, so daß eine große Schwankung in dem LKV λ auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 13 danach zuverlässig unterdrückt werden kann. Weiterhin kann die Schutzbreite eingeengt werden, da die oberen und unteren Grenzschutzwerte λTGR und λTGL für das Ziel- LKV λTG basierend auf der Masse der adsorbierten Substanzen durch den Katalysators 13 festgesetzt werden und nach dem Lernen von Variationen in den Betriebseigenschaften des stromaufwärtsseitigen O₂-Sensors 26, des stromabwärtsseitigen O₂-Sensor 27, des Katalysators 13 oder des Motors 1 festgesetzt werden. Weiterhin wird die Schutzbreite zwischen den oberen und unteren Grenzschutzwerten λTGR und λTGL basierend auf dem erfaßten Ergebnis des Verschlechterungszustandes des Katalysators vergrößert oder verringert, so daß eine angepaßte Schutzbreite eingestellt werden kann, die den Veränderungen des Verschlechterungszustandes des Katalysators folgt. D. h., daß die maximale Adsorptionsmenge des Katalysators 13 entsprechend dessen Verschlechterungszustand verändert wird und wenn der Katalysator 13 neu ist und die maximale Adsorptionsmenge groß ist, die Schutzbreite λTGW vergrößert wird. Dadurch werden die adsorbierten Substanzen rasch gereinigt, wodurch eine sehr schnelle Stabilisierung des LKVses nach dem Katalysator ermöglicht wird.
Deshalb kann die Verzögerung bei der Korrektur auf der Basis der Ausgangsspannung VOX2 des stromabwärtsseitigen O₂-Sensors 27 zur Erfassung des LKVses des Abgases, das durch den Katalysator getreten ist, verhindert werden; das LKV kann zuverlässig rund um das stöchiometrische LKV λ = 1 konvergiert werden und gefährliche Abgaskomponenten können daran gehindert werden, in die Luft ausgestoßen zu werden.
Der Motor (bzw. die Maschine) und die zugehörigen Bauteile, bei dem die LKV-Steuerung nach der dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, sind im wesentlichen gleich denen, die in der 2 gezeigt sind, und die detaillierte Beschreibung dieser Bauteile wird weggelassen werden. Nur Punkte, die von denen bei der ersten Ausführungsform unterschiedlich sind, werden im folgenden erklärt werden.
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß, wenn das Ziel-LKV λTG, das in der 6B gezeigt ist, innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem Erreichen der oberen und unteren Grenzschutzwerte λTGL und λTGR nicht zurückkehrt und die Zeitspanne, während der das Ziel-LKV λTG die oberen und unteren Grenzschutzwerte λTGL und λTGR berührt lange ist, es auf den mittigen Wert des Ziel-LKVses λTGC zurückverschoben wird, das der ursprüngliche durchschnittliche Wert ist (d. h. der gelernte Wert). Das geschieht deshalb, weil die Überkorrektur des Katalysators 13 auftritt, wenn der Ausgang des stromabwärtsseitigen O₂-Sensors 27 ständig auf der mageren (L) Seite oder der fetten (R) Seite für mehr als eine vorbestimmte Zeitspanne verbleibt.
Als nächstes wird ein Ablauf zur Steuerung von Umkehrschritten und ein Ablauf zur Rückkehr zu dem gelernten Wert beschrieben werden, der während des stationären Betriebs berechnet wurde.
In der 13 ist ein Flußdiagramm gezeigt, in dem eine Routine zur Steuerung von Umkehrschritten bzw. -sprüngen nach einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, und in der 14 ist eine Routine zur Rückkehr zu dem gelernten Wert aus der 13 dargestellt. In der 13, verglichen mit der 5, sind die Schritte 509, 510 und 511 nach dem Schritt 508 zusätzlich vorhanden; wenn die Ungleichung in dem Schritt 507 nicht erfüllt ist, wird der Schritt 512 ausgeführt; und wenn die Ungleichung in dem Schritt 510 nicht erfüllt ist, wird der Schritt 511 übersprungen. Ähnlicherweise sind die Schritte 520, 521 und 522 nach dem Schritt 519 zusätzlich vorhanden; wenn die Ungleichung in dem Schritt 518 nicht erfüllt ist, wird ein Ablauf des Schrittes 523 addiert; und wenn die Ungleichung in dem Schritt 521 nicht erfüllt ist, wird der Schritt 522 übersprungen.
Nur die Schritte werden im folgenden erklärt werden, die in der 13 zusätzlich zu den in dem Flußdiagramm der 5 vorhanden Schritten vorhanden sind. In der 13 wird der Zähler CGRD in dem Schritt 509 erhöht und der Inhalt des Zählers CGRD wird mit der vorbestimmten Zeit α in den Schritten 510 oder 521 verglichen, wenn festgestellt wird, daß das LKV λ einen der Schutzwerte erreicht hat. Wenn der Inhalt des Zählers CGRD α übersteigt, wird das Flußdiagramm nach der 14 ausgeführt, und zwar als Ablauf zur Rückkehr zu dem in den Schritten 511 oder 522 gelernten Wert, um das Ziel-LKV λTG zu dem mittigen Wert des Ziel-LKVses λTGC zurückzubringen, welcher der ursprüngliche Durchschnittswert ist. Dann wird in dem Schritt 602 der Zähler CGRD zurückgesetzt. Es sollte angemerkt werden, daß es möglich ist, zu dem gelernten Wert zurückzukehren, wenn das Ziel-LKV von dem Schutzwert bei der ersten Ausführungsform zurückkehrt. Weiterhin kann die vorbestimmte Zeit α entsprechend dem Verschlechterungszustand des Katalysators verändert werden, der nach der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform festgestellt wird. In der 15 ist eine Beziehung zwischen dem Verschlechterungszustand des Katalysators und der vorbestimmten Zeit α gezeigt. Wie es aus der Funktion ersichtlich ist, wird die vorbestimmte Zeit α so gewählt, daß je neuer der Katalysator ist, desto weniger wahrscheinlich eine Überkorrektur auftreten kann.
Wie es oben beschrieben worden ist, ist die LKV-Steuerung nach der dritten Ausführungsform so aufgebaut, daß der Ziel-LKV-Festsetzungsabschnitt das Ziel-LKV zwingt auf den mittigen Wert des Ziel-LKVses λTGC zurückzukehren, der der gelernte Wert ist, wenn das Ziel-LKV innerhalb einer vorbestimmten Zeit nach dem Erreichen entweder der oberen oder der unteren Grenzschutzwerte λTGL und λTGR nicht auf den mittigen Wert zurückkehrt.
Die LKV-Steuerung nach der vorliegenden Ausführungsform setzt die vorbestimmte Zeit kürzer fest als der Katalysator 13 sich verschlechtert. Dementsprechend übersteigt die Zeit, während der das Ziel-LKV λTG entweder die oberen oder unteren Grenzschutzwerte λTGL und λTGR berührt, nicht die vorbestimmte Zeit. Weiterhin wird die vorbestimmte Zeit adäquat entsprechend dem Verschlechterungszustand des Katalysators 13 verändert.
Deshalb tritt eine Überkorrektur sehr lange nicht auf, bei der das LKV λ von dem Ziel-LKV λTG abweicht, egal ob der Katalysator neu oder alt ist.
Der Motor und die zugehörigen Bauteile nach der vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung sind im wesentlichen die gleichen wie die in der 2 gezeigten, so daß deren detaillierte Beschreibung weggelassen wird. Nur Punkte werden im folgenden beschrieben werden, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden.
Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß ein Erneut-Lernfestsetzabschnitt vorgesehen ist, um das Lernen erneut zu starten, wenn die Ausgangsspannung VOX2 von dem stromabwärtsseitigen O₂-Sensor 27 nicht zu einem vorbestimmten Wert (oder einem Wert innerhalb eines vorbestimmten Bereiches) nach dem Lernen durch den Lernabschnitt zurückkehrt.
In der 16 ist ein Flußdiagramm gezeigt, in dem eine Routine zur Festsetzung des Erneut-Lernen nach der vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Es sollte angemerkt werden, daß diese Routine zur Festsetzung des Erneut-Lernens synchron mit der Erfassung des stromabwärtsseitigen O₂-Sensors 27 ausgeführt wird, der an der stromabwärtigen Seite des Katalysators 13 vorgesehen ist.
Zuerst wird in dem Schritt 701 entschieden, ob das Lernen beendet worden ist. Falls ja, wird in dem Schritt 702 entschieden, ob sich die Ausgangsspannung VOX2 innerhalb des Bereiches (VA ≤ VOX2 ≤ VB) befindet. Falls sich VOX2 nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs befindet, wird ein Erneut-Lernenzähler in dem Schritt 703 erhöht. Wenn in dem Schritt 704 entschieden wird, daß der Erneut-Lernenzähler einen vorbestimmten Wert Cc überschreitet, wird ein Lernbeeadigungsflag in dem Schritt 705 gelöscht. Andererseits, wenn in dem Schritt 704 entschieden wird, daß sich VOX2 innerhalb des vorbestimmten Bereichs befindet, wird der Erneut-Lernenzähler in dem Schritt 706 gelöscht und diese Routine wird beendet. Wenn die Entscheidungskonditionen in entweder dem Schritt 701 oder dem Schritt 704 nicht erfüllt sind, wird diese Routine beendet.
Wie es oben bereits beschrieben worden ist, umfaßt das LKV-Steuergerät nach der vorliegenden Ausführungsform eine Stromaufwärtsseitige-LKV-Erfassungseinrichtung, die den stromaufwärtsseitigen O₂-Sensor 26 umfaßt, der auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators 13 im Auspuff vorgesehen ist, der durch das Abgasrohr 12 des Motors 1 gebildet wird, zur Erfassung eines LKVses des Abgases, das von dem Motor 1 ausgestoßen wird; eine Stromabwärtsseitige-LKV-Erfassungseinrichtung, die den stromabwärtsseitigen O₂-Sensor 27 umfaßt, der auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 13 vorgesehen ist, zur Erfassung eines LKVses des Abgases, das durch den Katalysator hindurch getreten ist; einen Umkehrrichtungs-Feststellungsabschnitt zur Feststellung einer Umkehrrichtung des LKVses, das durch die Stromabwärtsseitige-LKV-Erfassungseinrichtung erfaßt wird, wenn es invertiert wird und zwischen der fetten Seite und der mageren Seite sich verschiebt und das stöchiometrische LKV passiert; einen Ziel-LKV-Einstellabschnitt zur Korrektur des Ziel-LKVses λTG um eine vorbestimmte Schrittmenge bzw. -weite in der entgegengesetzten Richtung des LKVses, die durch den Umkehrrichtungs-Feststellungsabschnitt festgestellt worden ist; einen Ziel-LKV-Schutzwertfestsetzungsabschnitt zur Festsetzung der oberen und unteren Grenzschutzwerte für das Ziel-LKV λTG, korrigiert durch den Ziel-LKV-Festsetzungsabschnitt basierend auf der Masse der in dem Katalysator 13 adsorbierten Substanzen; einen Einspritzmengen-Berechnungsabschnitt zur Berechnung einer Einspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils 7 mit einer vorbestimmten Wiederholrate, basierend auf der Differenz zwischen dem LKV, das durch die Stromaufwärtsseitige-LKV-Erfassungseinrichtung erfaßt wurde und dem Ziel-LKV λTG, das durch den Ziel-LKV-Einstellabschnitt festgesetzt worden ist; einen Lernabschnitt zum Lernen von Variationen in den Betriebseigenschaften der Stromaufwärtsseitigen-LKV-Erfassungseinrichtung, der Stromabwärtsseitigen-LKV-Erfassungseinrichtung, des Katalysators und des Motors 1; und einen Erneut-Lernabschnitt zum erneuten Lernen, wenn der Wert von der stromabwärtsseitigen LKV-Erfassungseinrichtung nach dem Beenden des Lernens durch den Lernabschnitt nicht auf den vorbestimmten Wert zurückkehrt.
Dementsprechend wird der LKV-Korrekturkoeffizient FAF und die Kraftstoffeinspritzmenge TAU alle 360°CA berechnet, das Ziel-LKV λTG wird durch die Fettschrittmenge λSKR und die Magerschrittmenge λSKL korrigiert und spiegelt sich sofort in dem LKV-Korrekturkoeffizienten FAF wieder und die Kraftstoffeinspritzmenge TAU kann mit einem hervorragenden Ansprechen auf die Turbulenz des LKVses λ gesteuert werden. Weiterhin wird, wenn das LKV λ, das von dem stromabwärtseitigen O₂-Sensor 27 erfaßt wird und das das stöchiometrische LKV λ = 1 kreuzt, invertiert wird, das Ziel-LKV λTG schrittweise durch die Fettschrittmenge λSKR und die Magerschrittmenge λSKL korrigiert, so daß eine große Schwankung in dem LKV λ auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 13 danach zuverlässig unterdrückt werden kann. Weiterhin kann die Schutzbreite verengt werden, da die oberen und unteren Grenzschutzwerte λTGR und λTGL für das Ziel-LKV λTG basierend auf der in dem Katalysator 13 adsorbierten Masse der Substanzen festgesetzt werden, und sie nach dem Lernen von Variationen in den Betriebseigenschaften des stromaufwärtsseitigen O₂-Sensors 26, des stromabwärtsseitigen O₂-Sen sors 27, des Katalysators 13 und des Motors 1 festgesetzt werden. Zusätzlich dazu wird das Lernen erneut ausgeführt, wenn die Ausgangsspannung VOX2 von dem stromabwärtsseitigen O₂-Sensor 27 nach dem Beenden des Lernens nicht auf einen vorbestimmten Wert zurückkehrt, so daß eine Schwankung des gelernten Wertes adäquat korrigiert wird. Infolge dieses Vorgehens wird die Zuverlässigkeit des gelernten Wertes erhöht und das LKV kann immer in der Nähe des stöchiometrischen LKVses gesteuert werden.
Deshalb kann die Verzögerung bei der Korrektur auf der Basis der Ausgangsspannung VOX2 des stromabwärtsseitigen O₂-Sensors 27 zur Erfassung des LKVses des Abgases, das durch den Katalysator getreten ist, verhindert werden; das LKV kann zuverlässig rund um das stöchiometrische LKV λ = 1 konvergiert werden und gefährliche Abgaskomponenten können daran gehindert werden, in die Luft ausgestoßen zu werden.
Der Motor und die zugehörigen Bauteile, bei dem die LKV-Steuerung nach der fünften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, sind im wesentlichen die gleichen wie die in der 2 gezeigten, so daß deren detaillierte Beschreibung weggelassen wird. Nur Punkte werden im folgenden beschrieben werden, die sich von der dritten Ausführungsform unterscheiden.
Ein Ablauf zur Steuerung von Umkehrschritten bzw. -sprüngen und ein Ablauf zur Rückkehr zu einem gelernten Wert wird beschrieben werden, der während des stationären Betriebes berechnet wurde.
In der 17 ist ein Flußdiagramm gezeigt, in dem eine Routine zur Steuerung der Umkehrschritte nach der fünften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. In der 17, verglichen mit dem Flußdiagramm der 13 bei der dritten Ausführungsform, ist der Schritt 803 nach den Schritten 803 oder 805 zusätzlich vorhanden und wenn die Ungleichung in dem Schritt 806 nicht erfüllt ist, wird der Schritt 807 zusätzlich ausgeführt. Ähnlich wird der Schritt 819 nach den Schritten 816 oder 818 zusätzlich ausgeführt und wenn die Ungleichung in dem Schritt 819 nicht erfüllt ist, wird der Schritt 820 zusätzlich ausgeführt. Eine Routine zur Rückkehr zu dem gelernten Wert in der 17 ist gleich der Routine in der 14 und eine detaillierte Beschreibung wird deshalb weggelassen.
Nur die Schritte in der 17, die zu dem Flußdiagramm in der 13 zusätzlich vorhanden sind, werden im folgenden beschrieben werden. In der 17 wird nach dem Ablauf in dem Schritt 803 oder 805 im Schritt 806 entschieden, ob das Ziel-LKV λTG auf der Seite des mittigen Wertes innerhalb einer vorbestimmten Grenzwertbreite λTGLL (unterer Grenzschutzwert) auf der fetten Seite des stromabwärtsseitigen O₂-Sensors 27 (siehe die 18A bis 18C) ist. Falls nicht und das Ziel-LKV λTG um weniger als den Schutzwert λTGLL abweicht, wird der Schutzwert λTGLL in dem Schritt auf das Ziel-LKV λTG festgelegt. Dann geht der Ablauf nach dem Schritt 806 oder dem Schritt 807 weiter zu dem Schritt 808.
Weiterhin wird der Schritt 816 oder der Schritt 818 ausgeführt, im Schritt 819 wird entschieden, ob das Ziel-LKV λTG auf der Seite des mittigen Wertes innerhalb einer vorbestimmten Grenzwertbreite λTGHL (oberer Grenzschutzwert) auf der mageren Seite des stromabwärtsseitigen O₂-Sensors 27 (siehe 18) ist. Falls nicht und das Ziel-LKV λTG um mehr als den Schutzwert λTGHL abweicht, wird der Schutzwert λTGHL auf das Ziel-LKV λTG festgelegt. Dann geht der Ablauf nach dem Schritt 819 oder dem Schritt 820 weiter zu dem Schritt 821.
D. h., daß sich die fünfte Ausführungsform von der dritten Ausführungsform dadurch unterscheidet, daß die obere und die untere Grenzschutzbreite λTGWO auf 5–10% des Ziel-LKVses λTG festgesetzt wird, wobei die Dispersion des stromaufwärtsseitigen O₂-Sensors 26, des stromabwärtsseitigen O₂-Sensors 27, des Katalysators 13 und des Motors 1 berücksichtigt wird, wie es in den 18A bis 18C gezeigt ist, sowie diese obere und untere Grenzschutzbreite λTGWO verändert wird, um die obere und untere Grenzschutzbreite λTGWO einzuengen, die 0.2 bis 1.0% des Ziel-LKVses λTG beträgt, und zwar zu dem Zeitpunkt, zu dem das Lernen beendet wird.
Bei Systemen nach dem Stand der Technik wird die Antwort des stromabwärtsseitigen O₂-Sensors 27 stark verzögert, und zwar durch die Veränderungen in dem aktuellen LKV und in dem Zustand des Katalysators, infolge der Adsorptions- und Desorptionsreaktionen des Katalysators 13. Im Ergebnis kann die Verschlechterung in der Qualität der Emissionen infolge der überkorrektur nicht verhindert werden, wenn die Rückkopplungssteuerung des LKVses nur auf dem Signal von dem stromabwärtsseitigen O₂-Sensor 27 basiert. Jedoch kann die Verschlechterung der Emissionen infolge der Überkorrektur verhindert werden, indem geeignete obere und untere Grenzschutzwerte für die Korrektur des LKVses durch den stromabwärtsseitigen O₂-Sensor festgesetzt werden. Da das LKV infolge der Verschlechterung des Katalysators und infolge der Dispersion nicht konvergieren kann, wenn der Steuerbereich des Ziel-LKVses zu eng eingestellt ist, werden weit gesetzte obere und untere Grenzschutzwerte eingeengt, nachdem der stromabwärtsseitige O₂-Sensor 27 erfaßt, daß das LKV einen mehr oder weniger stabilen Wert erreicht. Dadurch kann beides erreicht werden, nämlich die Verbesserung der Konvergenz gegen die Verschlechterung und die Variationen in den Betriebseigenschaften des stromaufwärtsseitigen O₂-Sensors 26, des stromabwärtsseitigen O₂-Sensors 27, des Katalysators 13 und des Motors 1 und die Verhinderung der Verschlechterung der Emissionen infolge der Überkorrektur.
Die vorliegende Erfindung wurde in Verbindung mit den zur Zeit praktischsten und bevorzugtesten Ausführungsformen beschrieben. Jedoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern soll alle Modifikationen und alternativen Anordnungen umfassen, die sich innerhalb des Schutzumfanges der zugehörigen Ansprüche befinden.
Ein Steuergerät für ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis für einen Motor (1) zur zuverlässigen Annäherung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses rund um ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird beschrieben, das verhindert, daß gefährliche Abgaskomponenten in die Luft ausgestoßen werden. Das Gerät umfaßt eine CPU (31), die eine Umkehrrichtung (S201, S202, S209) eines Ausgangs eines O₂-Sensors (27) an der stromabwärtigen Seite eines Katalysators (13) feststellt, korrigiert ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λTG (S204, S205, S211, S212) schrittweise in der entgegengesetzten Richtung durch eine Sprungmenge und berechnet eine einzuspritzende Kraftstoffmenge (S105) alle 360° der Umdrehung des Motors (1) auf der Basis eines Unterschiedes zwischen dem korrigierten Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λTG und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ, das von einem O₂-Sensor an der stromaufwärtigen Seite der Abgasströmung erfaßt wird. Das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis spiegelt sich sofort in der einzuspritzenden Kraftstoffmenge mit einer Wiederholrate von 360° wieder, so daß die einzuspritzende Kraftstoffmenge mit einem hervorragenden Ansprechen auf Turbulenzen im Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert werden kann. Weiterhin werden obere und untere Grenzsicherungswerte λ TGL und λTGR für das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λTG festgelegt (S406, S407), basierend auf einer Masse von absorbierten Substanzen in dem Katalysator (13) nach dem Lernen von Änderungen der Betriebsparameter des stromabwärtigen O₂-Sensors (27) und ähnlichem, so daß starke Turbulenzen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses an der stromabwärtigen Seite des Katalysators (13) unterdrückt werden und daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis um ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis herum zuverlässig gesteuert werden kann.

Claims

Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung für einen Motor, wobei die Steuerung umfasst: einen stromaufwärtsseitigen LKV-Detektor (26) [LKV=Luft-Kraftstoff-Verhältnis] auf einer stromaufwärtigen Seite eines katalytischen Konverters (13) in einem Abgasrohr (12) des Motors (1), der ein LKV des Abgases erfasst, das von dem Motor (1) ausgestoßen wird; einen stromabwärtsseitigen LKV-Detektor (27) auf einer stromabwärtigen Seite des katalytischen Konverters (13), der ein LKV des Abgases erfasst, das durch den katalytischen Konverter (13) geströmt ist; Umkehrrichtungsfeststellungsmittel (S201, S202, S209) zur Feststellung einer Umkehrrichtung des LKVses, das von dem stromabwärtsseitigen LKV-Detektor (27) erfasst wird, wenn das LKV, das von dem stromabwärtsseitigen LKV-Detektor (27) erfasst wird, von einer der beiden Seiten, nämlich der fetten Seite oder der mageren Seite durch ein stöchiometrisches LKV hindurch zu der anderen der beiden Seiten, der fetten Seite oder der mageren Seite passiert; Einspritzmengenberechnungsmittel (S105) zur Berechnung einer Einspritzmenge eines Kraftstoffeinspritzventils (7) mit einer vorbestimmten Wiederholrate; und Lernmittel (S301 – S306) zum Lernen von Variationen der Betriebsparameter, von zumindest einem, des stromaufwärtsseitigen Detektors (26), des stromabwärtsseitigen Detektors (27), des katalytischen Konverters (13) und des Motors (1), gekennzeichnet durch Ziel-LKV-Festsetzungsmittel (S204, S205, S211, S212) zur sprunghaften Korrektur eines Ziel-LKVses durch einen vorbestimmten Sprungbetrag in einer Richtung, die zu der Umkehrrichtung entgegengesetzt verläuft, die von den Umkehrrichtungsfeststellungsmitteln (S201, S202, S209) festgestellt wurde, wobei die Einspritzmengenberechnungsmittel (S105) die Einspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils (7) basierend auf einer Differenz zwischen dem LKV, das von dem stromaufwärtsseitigen LKV-Detektor (26) erfasst wird, und dem Ziel-LKV berechnet, das von den Ziel-LKV-Festsetzungsmitteln (S204, S205, S211, S212) eingestellt wird; und Ziel-LKV-Schutzwertfestsetzungsmittel (S406, S407) zur Festsetzung von oberen und unteren Grenzschutzwerten für das Ziel-LKV, das durch die Ziel-LKV-Festsetzungsmittel (S204, S205, S211, S212) nach dem Lernen durch die Lernmittel (S301 – S306) korrigiert wird.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei die Ziel-LKV-Festsetzungsmittel (S204, S205, S211, S212) weiterhin das Ziel-LKV an den oberen und unteren Grenzschutzwerten festsetzt, wenn das Ziel-LKV nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem Erreichen eines, entweder des oberen Grenzschutzwertes oder des unteren Grenzschutzwertes auf den gelernten Wert zurückkehrt.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei die Lernmittel (S301–S306) das Lernen sperren, wenn eine Anzahl von Sprungkorrekturen durch die Ziel-LKV-Festsetzungsmittel (S204, S205, S211, S212) innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne kleiner ist als eine vorbestimmte Anzahl.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei weiterhin Katalysator-Verschlechterungs-Erfassungsmittel (S401 – S410) umfasst sind, die einen Verschlechterungszustand eines Katalysators in dem katalytischen Konverter (13) erfassen und die wahlweise eine Breite zwischen den oberen und unteren Grenzschutzwerten erhöhen und verringern, basierend auf dem Verschlechterungszustand.
Steuerung nach Anspruch 4, wobei die Ziel-LKV-Festsetzungsmittel (S204, S205, S211, S212) weiterhin das Ziel-LKV an den oberen und unteren Grenzschutzwerten festsetzt, wenn das Ziel-LKV nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem Erreichen eines, entweder des oberen Grenzschutzwertes oder des unteren Grenzschutzwertes auf den gelernten Wert zurückkehrt.
Steuerung nach Anspruch 5, wobei die Ziel-LKV-Festsetzungsmittel (S204, S205, S211, S212) weiterhin die vorbestimmte Zeitspanne auf einen größeren Wert festsetzen, in Antwort auf eine Verschlechterung des Verschlechterungszustandes.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei weiterhin Erneut-Lernfestsetzungsmittel (S701 – S705) umfasst sind, zum erneuten Lernen von Variationen in den Betriebsparametern, wenn das LKV, das von dem stromabwärtsseitigen LKV-Detektor (27) erfasst wird, innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem Lernen durch die Lernmittel (S301 – S306) nicht auf einen vorbestimmten Wert zurückgekehrt ist.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei weiterhin Integrationskorrekturmittel (S203, S210) zur Erhöhung des LKVses um eine Integrationsmenge umfasst sind, wenn das LKV, das durch den stromabwärtsseitigen Detektor (27) erfasst wird, kontinuierlich fett ist und, wenn das LKV, das durch den stromabwärtsseitigen Detektor (27) erfasst wird, kontinuierlich mager ist.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei die Ziel-LKV-Schutzwertfestsetzungsmittel (S406, S407) des weiteren eine Breite zwischen den oberen und unteren Grenzschutzwerten einengt.
Steuerung nach Anspruch 9, wobei die Ziel-LKV-Festsetzungsmittel (S406, S407) eine Breite zwischen den oberen und unteren Grenzschutzwerten auf einen Wert zwischen 5% und 10% des Ziel-LKVses festsetzen.
Steuerung nach Anspruch 9, wobei die Ziel-LKV-Festsetzungsmittel (S406, S407) die Breite zwischen den oberen und unteren Grenzschutzwerten auf einen Wert zwischen 0,2% und 1,0% des Ziel-LKVses einengen.