DE10224797B4

DE10224797B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses eines Motors

Info

Publication number: DE10224797B4
Application number: DE10224797A
Authority: DE
Inventors: Shigeo Atsugi Ohkuma
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2022-06-05
Also published as: JP2002364423A; DE10224797A1; US20020179071A1; US6769422B2

Abstract

Steuervorrichtung für das Luft-Treibstoffgemisch bei einem Motor (1), umfassend:
einen Sauerstoffsensor (27), dessen Ausgangssignal sich als Antwort auf die Sauerstoffkonzentration in einem Abgas des Motors (1) ändert;
ein Treibstoffeinspritzventil (5), das in Abhängigkeit von einem Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis Treibstoff in den Motor (1) einspritzt; und
eine Steuereinheit (20), in die das Ausgangssignal vom Sauerstoffsensor (27) geleitet wird und die das Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal berechnet, um das Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis an das Treibstoffeinspritzventil (5) auszugeben,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit
das Ausgangssignal in Daten für das Luft-Treibstoff-Verhältnis umwandelt, wobei sie das Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis in Abhängigkeit von einer Abweichung der Daten für das Luft-Treibstoff-Verhältnis von einem Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis berechnet, wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors (27) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, der einen Wert beinhaltet, der einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis entspricht; und
basierend auf dem Ausgangssignal feststellt, ob ein...

Description

1. GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Berechnung eines Steuerungssignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis, basierend auf einem Ausgangssignal von einem Sauerstoffsensor, der die Sauerstoffkonzentration im Abgas beispielsweise eines Antriebsmotors eines Fahrzeugs erfasst.
2. MIT DER ERFINDUNG VERWANDTER STAND DER TECHNIK
Bislang war eine Steuervorrichtung für das Luft-Treibstoff-Verhältnis bekannt, die mit einem Sauerstoffsensor versehen ist, dessen Ausgangssignal sich als Antwort auf die Sauerstoffkonzentration im Abgas ändert, um ein Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis in Abhängigkeit vom Sauerstoffsensor zu berechnen.

Bei der Steuervorrichtung für das Luft-Treibstoff-Verhältnis, die in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-127505 offenbart ist, wird ein Ausgangssignal vom Sauerstoffsensor in Daten des Luft-Treibstoff-Verhältnisses umgewandelt, um ein tatsächliches Luft-Treibstoff-Verhältnis zu erhalten, und ein Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis wird, basierend auf einer Abweichung (Fehlerbetrag) des tatsächlichen Luft-Treibstoff-Verhältnisses, von einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis als einem Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis mittels Rückkopplung gesteuert.

Obwohl bei einem solchen Sauerstoffsensor sich in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnisses der Ausgang abrupt ändert, ist in einem Bereich weiter weg vom stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis die Änderung im Sensorausgang relativ zu einer Änderung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses geringer, da sich die Sauerstoffkonzentration nur wenig ändert. Daher wird die Genauigkeit der Umwandlung in die Daten für das Luft-Treibstoff-Verhältnis selbst bei einer kleinen Änderung des Sensorausgangs stark beeinträchtigt.

Folglich wird in einem fetten oder mageren Bereich, in dem das Luft-Treibstoff-Verhältnis stark vom stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis abweicht, der Fehlbe trag des Luft-Treibstoff-Verhältnisses falsch geschätzt, was in der Möglichkeit resultiert, dass der Betrieb der Steuerung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses stark beeinträchtigt wird.

Die DE 198 60 463 A1 betrifft ein Verfahren zum Erhalten eines gewünschten λ-Wertes, wenn ein aktueller λ-Wert nicht genau bekannt ist. Dabei wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis solange verändert, bis es den Wert λ = 1 erreicht. Ausgehend von diesem Wert λ = 1 kann ein gewünschter λ-Wert von beispielsweise 0,6 schnell eingestellt werden.

Die DE 44 43 224 A1 beschreibt ein Brennstoff-Regelsystem mit einer Technik, welche den Einfluss von Störfrequenzen auf die Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verringerbar ist. Störfrequenzen können zu der Zündfrequenz eines Motors korrespondieren. Mit Hilfe einer Hysteresefunktion werden die Störfrequenzen aus dem Ausgangssignal eines Abgassensors herausgefiltert.

Aus der DE 38 31 289 A1 ist eine Steuerung bekannt, mit welcher ein nichtlineares Ausgangssignal eines Sauerstoffsensors linearisiert wird. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird auf der Basis dieses linearisierten Signales geregelt, wodurch eine Streuung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verringert ist.

Die JP 7-127502 A betrifft das Beschleunigen des in Betriebnehmens eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Steuerung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses eines Motors bereit zu stellen, bei dem das Luft-Treibstoff-Verhältnis in Richtung eines stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnisses stabil konvergiert und gesteuert werden kann selbst dann, wenn das Luft-Treibstoff-Verhältnis stark vom stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis abweicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1, sowie mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 9.

Wenn ein Ausgangssignal von einem Sauerstoffsensor innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, der einen Wert entsprechend einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis umfasst, wird das Ausgangssignal in Daten des Luft-Treibstoff-Verhältnisses umgewandelt, um ein Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis basierend auf einer Abweichung zwischen den Daten des Luft-Treibstoff-Verhältnisses und einem Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis zu berechnen, während, wenn sich das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors außerhalb des vorbestimmten Bereichs befindet, in Abhängigkeit vom Ausgangssignal festgestellt wird, ob ein tatsächliches Luft-Treibstoff-Verhältnis magerer oder fetter als das Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis ist, um basierend auf dem Ergebnis der Feststellung das Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis zu berechnen.

Die anderen Ziele und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen hervor.

KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt ein Diagramm, in dem ein Systemaufbau eines Motors dargestellt ist.

2 zeigt einen Graphen, in dem eine Ausgangscharakteristik eines Sauerstoffsensors dargestellt ist.

3 zeigt ein Flussdiagramm, in dem eine Rückkopplungs Steuerung für das Luft-Treibstoff-Verhältnis dargestellt ist.

4 zeigt ein Flussdiagramm, in der eine Rückkopplungs-Steuerung für das Luft-Treibstoff-Verhältnis dargestellt ist, bei der das Verfahren zur Feststellung eines fetten oder mageren Gemisches sich von dem des Flussdiagramms der 3 unterscheidet.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN

1 zeigt ein Diagramm, in dem ein Systemaufbau eines Motors gemäß einer Ausführungsform dargestellt ist.

Gemäß 1 wird Luft in eine Verbrennungskammer eines jeden Zylinders eines in einem Fahrzeug eingebauten Motors 1 über einen Luftfilter 2, eine Einsaugleitung 3 und ein Drosselventil 4, das zum Öffnen oder Schließen durch einen Motor angetrieben ist, eingesaugt.

Zum direkten Einspritzen von Treibstoff (Benzin) in die Verbrennungskammer eines jeden Zylinders ist ein Treibstoffeinspritzventil 5 der elektromagnetischen Bauart vorgesehen.

In der Verbrennungskammer wird durch den vom Treibstoffeinspritzventil 5 eingespritzten Treibstoff und die Einsaugluft ein Luft-Treibstoffgemisch gebildet.

Der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge des Treibstoffeinspritzventils 5 werden durch ein Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis gesteuert, das von einer Steuereinheit 20 ausgegeben wird.

Die in der Verbindungskammer gebildete Luft-Treibstoffmischung wird mittels einer Zündkerze 6 gezündet, um abzubrennen.

Hier ist anzumerken, dass das Treibstoffeinspritzventil 5 den Treibstoff in eine Einsaugöffnung einspritzen kann.

Das Abgas vom Motor 1 wird über eine Abgasleitung 7 abgelassen.

Zur Reinigung des Abgases ist in der Abgasleitung 7 ein Katalysator 8 vorgesehen.

Der Katalysator 8 ist ein Dreiwegkatalysator, um Kohlenmonoxid CO und Kohlenwasserstoff HC zu oxidieren und außerdem Stickoxide NOx zu reduzieren, welche die drei schädlichen Bestandteile des Abgases sind.

Die Reinigung des Katalysators 8 findet am wirksamsten dann statt, wenn das Luft-Treibstoff-Verhältnis ein stöchiometrisches Luft-Treibstoff-Verhältnis ist. Wenn das Luft-Treibstoff-Verhältnis mager und die Menge an Sauerstoff übermäßig groß ist, findet eine Oxidation, aber keine Reduktion statt. Wenn dagegen das Luft-Treibstoff-Verhältnis fett und die Sauerstoffmenge gering ist, findet keine Oxidation, aber eine Reduktion statt.

Die Steuereinheit 20 ist mit einem Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM, einem RAM, einem A/D-Wandler, einer Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle usw. ausgestaltet.

Die Steuereinheit 20 empfängt Signale von verschiedenen Sensoren und steuert durch Berechnungsverfahren basierend auf diesen Signalen einen Öffnungsgrad des Drosselventils 4, die Einspritzmenge und den Einspritzzeitpunkt des Treibstoffeinspritzventils 5 und den Zündzeitpunkt der Zündkerze 6.

Die verschiedenen Sensoren umfassen einen Kurbelwellenwinkelsensor 21, der einen Kurbelwinkel des Motors 1 erfasst, sowie einen Nockensensor 22, der ein Unterscheidungssignal der Zylinder über eine Nockenwelle erfasst.

Die Motordrehzahl Ne wird basierend auf einem Signal vom Kurbelwinkelsensor 21 berechnet.

Zusätzlich ist ein Luftmengenmesser 23 vorgesehen, der eine Ansaugluftmenge Q erfasst, ein Beschleunigungssensor 24, der feststellt, wie stark das Gaspedal niedergedrückt ist (nicht in der Figur gezeigt), ein Drosselsensor 25, der den Öffnungsgrad der Drossel 4 erfasst, ein Wassertemperatursensor 26, der eine Kühlwassertemperatur Tw erfasst, ein Sauerstoffsensor 27, dessen Ausgangssignal sich in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration im Abgas ändert, und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 28, der die Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfasst.

Der Sauerstoffsensor 27 ist ein bekannter Sensor, wie er in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 11-326266 offenbart ist.

Der Sauerstoffsensor 27 umfasst eine Zirkoniumröhre, die so angeordnet ist, dass sie in die Abgasleitung ragt und in Abhängigkeit von einem Verhältnis zwischen der Sauerstoffkonzentration im Abgas außerhalb der Zirkoniumröhre und der Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre innerhalb der Zirkoniumröhre eine elektromotorische Kraft erzeugt.

Wie in 2 gezeigt ist, weist ein Ausgangssignal Es (elektromotive Kraft) des Sauerstoffsensors 27 derartige Eigenschaften auf, dass die elektromotive Kraft sich an der Grenze des stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnisses abrupt ändert und auf der fetteren Seite größer als bei dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis wird, während sie auf der magereren Seite kleiner als beim stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis wird. Dabei wird das Sensorelement aus einer Schutzschicht, einer Katalysationsschicht und der Zirkoniumröhre gebildet, so dass das Ausgangssignal Es sich in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnisses allmählich ändert.

Der Sauerstoffsensor 27 ist nicht darauf beschränkt, als ein Sauerstoffsensor mit meiner Zirkoniumröhre ausgestaltet zu sein.

Wenn die Bedingungen für eine Rückkopplungssteuerung (feedback control) des Luft-Treibstoff-Verhältnisses vorliegen, steuert die Steuereinheit 20 mittels Rückkopplung ein Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis, so dass ein tatsächliches Luft-Treibstoff-Verhältnis, das basierend auf dem Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 27 erfasst wird, mit dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis übereinstimmt.

Die Details der Rückkopplungs-Steuerung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses werden in Übereinstimmung mit dem Flussdiagramm der 3 beschrieben.

Im Schritt S1 werden das Ausgangssignal Es vom Sauerstoffsensor 27, die Kühlwassertemperatur Tw, die Motordrehzahl Ne, die Ansaugluftmenge Q usw. eingelesen.

Im Schritt S2 wird festgestellt, ob oder ob nicht die Bedingungen für eine Rückkopplungssteuerung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses vorliegen.

Bezüglich des Vorliegens der Bedingungen für eine Rückkopplungssteuerung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses wird festgestellt, ob oder ob nicht die Kühlwassertemperatur Tw eine vorbestimmte Temperatur erreicht oder darüber liegt, ob oder ob nicht die Motorlast und die Drehzahl sich innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befinden usw.

Wenn die Bedingungen für eine Rückkopplungssteuerung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses vorliegen, geht die Steuerung weiter zum Schritt S3.

Im Schritt S3 wird festgestellt, ob oder ob nicht das Ausgangssignal Es vom Sauerstoffsensor 27 sich innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet.

Der vorbestimmte Bereich stellt einen Bereich dar, der einen Wert umfasst, der dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis des Sensorausgangs entspricht, und außerdem einen Bereich, in dem eine Änderung im Ausgangssignal Ex bezüglich einer Änderung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses relativ abrupt verläuft.

Mit anderen Worten ist der vorbestimmte Bereich der Bereich in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnisses bis auf den Bereich, in dem das Luft-Treibstoff-Verhältnis magerer oder fetter als das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis ist und sich das Ausgangssignal Es relativ zur Änderung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses praktisch nicht ändert.

Hier ist anzumerken, dass beim vorliegenden Ausführungsbeispiel unter Verwendung des Sauerstoffsensors 27 mit den in 2 dargestellten Ausgangseigenschaften der vorbestimmte Bereich auf einen Bereich von (0,3 (V) ≤ Es ≤ 0,8 (V)) eingestellt ist.

Wenn im Schritt S3 festgestellt wird, dass das Ausgangssignal Es vom Sauerstoffsensor 27 innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, geht die Steuerung weiter zum Schritt S4.

Im Schritt S4 wird ein Umwandlungsprozess des Ausgangssignals Es vom Sauerstoffsensor 27 in Daten für das Luft-Treibstoff-Verhältnis ausgeführt.

Der obige Umwandlungsprozess wird unter Verwendung einer Tabelle ausgeführt, in der die Korrelation des Ausgangssignals Es mit dem Luft-Treibstoff-Verhältnis enthalten ist.

Um die Auflösung der Umwandlung weiter zu verbessern, können nach dem Ersetzen des Ausgangssignals Es zunächst durch eine andere Variable, die auf einer vorgegebenen Formel basiert, die Daten für das Luft-Treibstoff-Verhältnis dann von dieser Variablen erhalten werden.

Im Schritt S5 wird die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Luft-Treibstoff-Verhältnis, das vom Ausgangssignal Es erhalten wurde, und dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis als Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis als ein Fehlerbetrag "err" berechnet.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das tatsächliche Luft-Treibstoff-Verhältnis als ein Überschussluftverhältnis λ erhalten. Im Schritt S5 wird eine Überschussluftmenge 1,0 entsprechend dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis von der Über schussluftmenge λ, die anhand des Ausgangssignals Es erhalten wird, abgezogen und das Ergebnis der Subtraktion wird gleich dem Fehlerbetrag "err" gesetzt.

Im Schritt S6 wird ein Proportionalitätsbetätigungsbetrag P durch Multiplikation des Fehlerbetrags "err" mit einer Proportionalitätskonstanten Kp berechnet: P = err × Kp.

Durch die Proportionalsteuerung basierend auf dem Fehlerbetrag "err" ist es möglich, das tatsächliche Luft-Treibstoff-Verhältnis schnell in das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis zu überführen, wenn das tatsächliche Luft-Treibstoff-Verhältnis um das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis liegt.

Im Schritt S7 wird festgestellt, ob der Fehlerbetrag "err" positiv oder negativ ist, um festzustellen, ob das tatsächliche Luft-Treibstoff-Verhältnis magerer oder fetter als das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis ist.

Wenn insbesondere der Fehlerbetrag "err" positiv ist, wird festgestellt, dass das tatsächliche Luft-Treibstoff-Verhältnis magerer als das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis ist. Wenn dagegen der Fehlerbetrag "err" negativ ist, wird festgestellt, dass das tatsächliche Luft-Treibstoff-Verhältnis fetter als das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis ist. Wenn des Weiteren der Fehlerbetrag "err" ungefähr Null ist, wird festgestellt, dass das tatsächliche Luft-Treibstoff-Verhältnis in etwa mit dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis übereinstimmt.

Es ist anzumerken, dass, wie im Schritt S7A des Flussdiagramms der 4 gezeigt ist, der Aufbau so sein kann, dass bei einem Verhältnis zwischen dem tatsächlichen Luft-Treibstoff-Verhältnis und dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis, das größer als 1,0 ist, festgestellt wird, dass das tatsächliche Luft-Treibstoff-Verhältnis magerer als das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis ist, während bei einem Verhältnis, das kleiner ist als 1,0, festgestellt wird, dass das tatsächliche Luft-Treibstoff-Verhältnis fetter als das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis ist.

Wenn festgestellt wird, dass das tatsächliche Luft-Treibstoff-Verhältnis fetter als das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis ist, geht die Steuerung weiter zum Schritt S8.

Im Schritt S8 wird ein Ergebnis, das durch Subtrahieren eines vorbestimmten Wertes ΔI von einem vorhergehenden Wert eines Integralbetätigungsbetrags I erhalten wird auf einen derzeitigen Integralbetätigungsbetrag I gesetzt.

Wenn im Schritt S7 festgestellt wird, dass das tatsächliche Luft-Treibstoff-Verhältnis magerer als das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis ist, geht die Steuerung weiter zum Schritt S9.

Im Schritt S9 wird ein Ergebnis, das durch Addieren des vorbestimmten Wertes ΔI zum vorhergehenden Wert des Integralbetätigungsbetrags I erhalten wird, auf den derzeitigen Integralbetätigungsbetrag I gesetzt.

Wenn des Weiteren im Schritt S7 festgestellt wird, dass das tatsächliche Luft-Treibstoff-Verhältnis in etwa mit dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis übereinstimmt, geht die Steuerung unter Umgehung der Schritte S8 und S9 zum Schritt S14 weiter. In diesem Fall wird der Integralbetätigungsbetrag I bei seinem vorhergehenden Wert gehalten.

Im Schritt S14 wird ein Rückkopplungskorrektur-Koeffizient α für das Luft-Treibstoff-Verhältnis wie folgt berechnet: α = P + I + 1,0.

Wenn im Gegensatz dazu im Schritt S3 festgestellt wird, dass das Ausgangssignal Es vom Sauerstoffsensor 27 sich außerhalb des vorbestimmten Bereichs (0,3 (V) > Es oder Es > 0,8 (V)) liegt, dann geht die Steuerung weiter zum Schritt S10.

Im Schritt S10 wird festgestellt, ob oder ob nicht das Ausgangssignal Es vom Sauerstoffsensor 27 zu der Seite hin abweicht, die größer als der vorbestimmte Bereich ist. Insbesondere wird festgestellt, ob oder ob nicht Es > 0,8 (V) ist, um festzustellen, ob o der ob nicht das tatsächliche Luft-Treibstoff-Verhältnis fetter als das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis ist.

Wenn im Schritt S10 festgestellt wird, dass Es > 0,8 (V) ist und das tatsächliche Luft-Treibstoff-Verhältnis fetter als das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis ist, geht die Steuerung weiter zu Schritt S11.

Im Schritt S11 wird ein Ergebnis, das durch Subtrahierendes vorbestimmten Wertes ΔI vom vorangegangenen Wert des Integralbetätigungsbetrags I erhalten wird, auf den derzeitigen Integralbetätigungsbetrag I gesetzt.

Wenn dagegen im Schritt S10 festgestellt wird, dass für das Ausgangssignal nicht Es > 0,8 (V) gilt, da 0,3 (V) > Es gilt, geht die Steuerund vom Schritt S3 zum Schritt S10 und es wird festgestellt, dass das tatsächliche Luft-Treibstoff-Verhältnis magerer als das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis ist.

In diesem Fall geht die Steuerung weiter zum Schritt S12, wo ein Ergebnis, das durch Addieren des vorbestimmten Wertes ΔI zum vorangegangenen Wert des Integralbetätigungsbetrags I erhalten wird, auf den derzeitigen Integralbetätigungsbetrag I gesetzt wird.

Wenn die Festsetzung des Integralbetätigungsbetrags I gemäß den Schritten S11 und S12 durchgeführt wird, wird der Proportionalbetätigungsbetrag P im nächsten Schritt S13 auf Null gesetzt.

Wenn das Ausgangssignal Es vom Sauerstoffsensor 27 sich innerhalb des vorbestimmten Bereichs (0,3 (V) ≤ Es ≤ 0,8 (V)) befindet, ist es möglich, das Ausgangssignal Es genau in Daten für das Luft-Treibstoff-Verhältnis umzuwandeln. Wenn jedoch das Ausgangssignal Es sich außerhalb des vorbestimmten Bereichs befindet, ist es unmöglich, das Luft-Treibstoff-Verhältnis genau zu erhalten, da sich das Ausgangssignal Es praktisch relativ zur Änderung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses nicht ändert. daher wird eine Proportionalsteuerung basierend auf dem Fehlerbetrag verhindert, um zu vermeiden, dass das Luft-Treibstoff-Verhältnis in Abhängigkeit von einem falschen Fehlerbetrag gesteuert wird.

Da jedoch die Bestimmung eines fetten oder mageren Gemisches relativ zum stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis genau durchgeführt werden kann, wird selbst in dem Fall, in dem sich das Ausgangssignal Es außerhalb des vorbestimmten Bereichs befindet, die Integralsteuerung in Abhängigkeit von der Feststellung des fetten oder mageren Gemisches ausgeführt wie in dem Fall, in dem sich das Ausgangssignal Es innerhalb des vorbestimmten Bereichs befindet.

Wenn folglich die Steuerung zum Schritt S14 geht, wenn sich das Ausgangssignal Es außerhalb des vorbestimmten Bereichs befindet, wird der Rückkopplungskorrektur-Koeffizient α für das Luft-Treibstoff-Verhältnis wie folgt berechnet: α = I + 1,0.

Wenn im Schritt S2 festgestellt wird, dass die Bedingungen für eine Rückkopplungssteuerung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses nicht vorliegen, geht die Steuerung weiter zum Schritt S15, wo der Rückkopplungskorrektur-Koeffizient α für das Luft-Treibstoff-Verhältnis auf 1,0 gesetzt wird.

Im Schritt S16 wird eine Treibstoffeinspritzmenge Ti unter Verwendung des Rückkopplungskorrektur-Koeffizienten α für das Luft-Treibstoff-Verhältnis wie folgt berechnet: Ti = Tp × α × CO + Ts,wobei Tp eine Grundtreibstoffeinspritzmenge darstellt, die anhand der Einsaugluftmenge und der Motordrehzahl berechnet wird, CO verschiedene Korrekturkoeffizienten darstellt, die basierend auf der Kühlwassertemperatur und Ähnlichem berechnet werden, und Ts eine Korrekturkomponente basierend auf einer Batteriespannung als einer Energiequelle des Farbstoffeinspritzventils 5 darstellt.

Das Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis mit einer Pulsweite entsprechend der Treibstoffeinspritzmenge Ti (Einspritzpulssignal) wird an das Treibstoffeinspritzventil 5 zum vorbestimmten Einspritzzeitpunkt ausgegeben, so dass das Treibstoffeinspritzventil 5 betätigt wird und sich für eine vorbestimmte Zeitspanne proportional zur Treibstoffeinspritzmenge Ti öffnet.

Hierbei ist zu beachten, dass der Aufbau so sein kann, dass die Proportional- und Integralsteuerungen mit einer Differentialsteuerung kombiniert werden, bei der ein Differentialwert des Fehlerbetrages "err" erhalten wird, um einen Differentialbetätigungsbetrag D entsprechend dem Differentialwert zu berechnen, wenn sich das Ausgangssignal Es innerhalb des vorbestimmten Bereichs befindet, Wenn in diesem Fall das Ausgangssignal Es sich außerhalb des vorbestimmten Bereichs befindet, wird der Differentialbetätigungsbetrag D auf Null gesetzt, um den Rückkopplungssteuer-Koeffizienten α für das Luft-Treibstoff-Verhältnis zu setzen.

Claims

Steuervorrichtung für das Luft-Treibstoffgemisch bei einem Motor (1), umfassend: einen Sauerstoffsensor (27), dessen Ausgangssignal sich als Antwort auf die Sauerstoffkonzentration in einem Abgas des Motors (1) ändert; ein Treibstoffeinspritzventil (5), das in Abhängigkeit von einem Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis Treibstoff in den Motor (1) einspritzt; und eine Steuereinheit (20), in die das Ausgangssignal vom Sauerstoffsensor (27) geleitet wird und die das Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal berechnet, um das Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis an das Treibstoffeinspritzventil (5) auszugeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit das Ausgangssignal in Daten für das Luft-Treibstoff-Verhältnis umwandelt, wobei sie das Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis in Abhängigkeit von einer Abweichung der Daten für das Luft-Treibstoff-Verhältnis von einem Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis berechnet, wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors (27) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, der einen Wert beinhaltet, der einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis entspricht; und basierend auf dem Ausgangssignal feststellt, ob ein tatsächliches Luft-Treibstoff-Verhältnis magerer oder fetter als das Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis ist oder nicht, wobei sie das Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Feststellung berechnet, wenn sich das Ausgangssignal vom Sauerstoffsensor (27) außerhalb des vorbestimmten Bereichs befindet.
Steuervorrichtung für das Luft-Treibstoff-Verhältnis eines Motors (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eine Integralsteuerung umfasst, die die Richtung eines Anstiegs oder Abfalls des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis entsprechend dem Ergebnis der Feststellung eines fetteren oder magereren Luft-Treibstoff-Verhältnisses bestimmt, um einen Integralbetätigungsbetrag zur Korrektur des Steuersignals des Luft-Treibstoff-Verhältnisses entsprechend der Bestimmung durch einen jeweils vorbestimmten Wert zu ändern und um das Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis zu berechnen, wenn das Ausgangssignal vom Sauerstoffsensor (27) außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.
Steuervorrichtung für das Luft-Treibstoff-Verhältnis (1) eines Motors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eine Proportionalsteuerung umfasst, die einen Proportionalbetätigungsbetrag zur Korrektur des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis in Abhängigkeit von der Abweichung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses und einer Proportionalitätskonstante berechnet, um das Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis zu berechnen, wenn das Ausgangssignal vom Sauerstoffsensor (27) sich innerhalb des vorbestimmten Bereichs befindet.
Steuervorrichtung für das Luft-Treibstoff-Verhältnis eines Motors (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) das Signal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis mittels einer Proportionalsteuerung berechnet, die einen Proportionalbetätigungsbetrag zur Korrektur des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis in Abhängigkeit von der Abweichung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses und einer Proportionalitätskonstante berechnet, und durch eine Integralsteuerung, die die Richtung eines Anstiegs oder Abfalls des Steuersignals des Luft-Treibstoff-Verhältnisses entsprechend den fetteren oder mageren Daten für das Luft-Treibstoff-Verhältnis in Richtung des Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnisses bestimmt, um einen Integralbetätigungsbetrag zur Korrektur des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis entsprechend der Bestimmung durch jeweils einen vorbestimmten Wert zu korrigieren, wenn das Ausgangssignal vom Sauerstoffsensor (27) innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.
Steuervorrichtung für das Luft-Treibstoff-Verhältnis eines Motors (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) feststellt, ob die Daten des Luft-Treibstoff-Verhältnisses fetter oder magerer als das Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis sind, in Abhängigkeit davon, ob die Abweichung zwischen den Daten für das Luft-Treibstoff-Verhältnis und dem Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis positiv oder negativ ist.
Steuervorrichtung für das Luft-Treibstoff-Verhältnis eines Motors (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) entsprechend dem Verhältnis der Daten für das Luft-Treibstoff-Verhältnis zu dem Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis feststellt, ob die Daten des Luft-Treibstoff-Verhältnisses fetter oder magerer sind als das Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis.
Steuervorrichtung für das Luft-Treibstoff-Verhältnis eines Motors (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit: basierend auf dem Ausgangssignal vom Sauerstoffsensor (27) feststellt, ob das tatsächliche Luft-Treibstoff-Verhältnis fetter oder magerer als das Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis ist, und die Richtung eines Anstiegs oder Abfalls des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis in Abhängigkeit vom Ergebnis der Feststellung bestimmt, um einen Integralbetätigungsbetrag zur Korrektur des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis in Abhängigkeit von der Bestimmung mittels jeweils eines vorbestimmen Wertes zu korrigieren; und gleichzeitig einen Proportionalbetätigungsbetrag zur Korrektur des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis in Abhängigkeit von der Abweichung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses von einer Proportionalitätskonstante berechnet, wenn das Ausgangssignal vom Sauerstoffsensor (27) innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, und den Proportionalbetätigungsbetrag auf Null setzt, wenn das Ausgangssignal vom Sauerstoffsensor (27) außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt; und das Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis basierend auf dem Integralbetätigungsbetrag und dem Proportionalbetätigungsbetrag berechnet.
Steuervorrichtung für das Luft-Treibstoff-Verhältnis eines Motors (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffsensor (27) eine elektromotorische Kraft proportional zu einem Verhältnis zwischen der Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre und dem Sauerstoffverhältnis im Abgas erzeugt und eine Ausgangscharakteristik aufweist, bei der sich die elektromotorische Kraft in der Umgebung des stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnisses allmählich ändert.
Verfahren zur Steuerung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses eines Motors (1), der umfasst: einen Sauerstoffsensor (27), dessen Ausgangssignal sich als Antwort auf die Sauerstoffkonzentration in einem Abgas des Motors (1) ändert; und ein Treibstoffeinspritzventil (5), das Treibstoff in den Motor (1), in Abhängigkeit von einem Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis einspritzt, wobei das Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal vom Sauerstoffsensor (27) berechnet wird, um das Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis an das Treibstoffeinspritzventil (5) auszugeben, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das Ausgangssignal in Daten für das Luft-Treibstoff-Verhältnis umgewandelt wird, wobei das Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis in Abhängigkeit von einer Abweichung der Daten für das Luft-Treibstoff-Verhältnis vom Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis berechnet wird, wenn das Ausgangssignal vom Sauerstoffsensor (27) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, der einen Wert entsprechend einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis umfasst; und in Abhängigkeit vom Ausgangssignal festgestellt wird, ob ein tatsächliches Luft-Treibstoff-Verhältnis magerer oder fetter als das Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis ist oder nicht, wobei das Steuersignal für das Luft-Treibstoff-Verhältnis in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Feststellung berechnet wird, wenn das Ausgangssignal vom Sauerstoffsensor (27) außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.
Verfahren zur Steuerung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses eines Motors (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Berechnung des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis, wenn das Ausgangssignal vom Sauerstoffsensor (27) außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, den folgenden Schritt umfasst: Bestimmung der Richtung eines Abfalls oder Anstiegs des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis entsprechend dem Ergebnis der Bestimmung eines mageren oder fetteren Luft-Treibstoff-Verhältnisses, um einen Integralbetätigungsbetrag zur Korrektur des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis entsprechend der Bestimmung durch einen jeweils vorbestimmten Wert zu ändern.
Verfahren zur Steuerung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses (1) eines Motors (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Berechnung des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis, wenn das Ausgangssignal vom Sauerstoffsensor (27) innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, den folgenden Schritt umfasst: Berechnen eines Proportionalbetätigungsbetrags zur Korrektur des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis basierend auf der Abweichung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses und einer Proportionalitätskonstanten.
Verfahren zur Steuerung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses eines Motors (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Berechnung des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis, wenn das Ausgangssignal vom Sauerstoffsensor (27) innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, die folgenden Schritte umfasst: Berechnen eines Proportionalitätsbetätigungsbetrags zur Korrektur des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis basierend auf der Abweichung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses und einer Proportionalitätskonstanten; und Bestimmen einer Richtung eines Anstiegs oder Abfalls des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis entsprechend den magereren oder fettereren Daten für das Luft-Treibstoff-Verhältnis in Richtung des Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnisses, um einen Integralbetätigungsbetrag zur Korrektur des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis entsprechend der Bestimmung durch einen jeweils vorbestimmten Wert zu ändern.
Verfahren zur Steuerung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses eines Motors (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Berechnung des Integralbetätigungsbetrags folgenden Schritt umfasst: Feststellen, ob die Daten für das Luft-Treibstoff-Verhältnis fetter oder magerer als Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis sind, in Abhängigkeit davon, ob die Abweichung der Daten für das Luft-Treibstoff-Verhältnis von dem Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis positiv oder negativ ist.
Verfahren zur Steuerung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses eines Motors (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Berechnung des Integralbetätigungsbetrags den folgenden Schritt umfasst: Feststellen, ob die Daten für das Luft-Treibstoff-Verhältnis fetter oder magerer als das Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis sind, in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Daten für das Luft-Treibstoff-Verhältnis zu dem Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis.
Verfahren zur Steuerung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses eines Motors nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Weiteren den folgenden Schritt umfasst: Feststellen in Abhängigkeit vom Ausgangssignal vom Sauerstoffsensor (27), ob das tatsächliche Luft-Treibstoff-Verhältnis fetter oder magerer als das Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis ist und Bestimmung einer Richtung eines Abfalls oder Anstiegs des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis entsprechend dem Ergebnis der Feststellung, um einen Integralbetätigungsbetrag zur Korrektur des Steuersignals des Luft-Treibstoff-Verhältnisses in Abhängigkeit von der Bestimmung durch einen jeweils vorbestimmten Wert zu ändern, und wobei gleichzeitig der Schritt der Berechnung des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis, wenn sich das Ausgangssignal von Sauerstoffsensor (27) innerhalb des vorbestimmten Bereichs befindet, die folgenden Verfahrensschritte umfasst: Berechnen eines Proportionalitätsbetätigungsbetrags zur Berechnung des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis basierend auf der Abweichung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses und einer Proportionalitätskonstanten; und Berechnen des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis basierend auf dem Proportionalbetätigungsbetrag und dem Integralbetätigungsbetrag, und wobei der Schritt der Berechnung des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis, wenn das Ausgangssignal von Sauerstoffsensor (27) außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, die folgenden Verfahrensschritte umfasst: Setzen des Proportionalitätsbetätigungsbetrags auf Null; und Berechnen des Steuersignals für das Luft-Treibstoff-Verhältnis basierend auf dem Proportionalbetätigungsbetrag und dem Integralbetätigungsbetrag.
Verfahren zur Steuerung des Luft-Treibstoff-Verhältnisses eines Motors (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffsensor (27) eine elektromotorische Kraft proportional zu einem Verhältnis zwischen der Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre und der Sauerstoffkonzentration im Abgas erzeugt und eine Ausgangscharakteristik aufweist, bei der die elektromotorische Kraft sich in der Umgebung des stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnisses allmählich ändert.