DE3613570C2

DE3613570C2 -

Info

Publication number: DE3613570C2
Application number: DE3613570A
Authority: DE
Inventors: Toyoaki Yokohama Jp Nakagawa
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-04-22
Filing date: 1986-04-22
Publication date: 1988-09-01
Also published as: DE3613570A1; JPH0461180B2; US4706633A; JPS61244848A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Bei einem solchen, aus der US-PS 44 78 192 bekannten System wird beim Feststellen einer starken Belastung des Verbrennungsmotors, z. B. infolge einer Beschleunigung eines Kraftfahrzeuges, während einer ersten Zeitdauer die geschlossene Regelschleife unterbrochen, um eine zeitweilige Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ausführen zu können. Am Ende dieser ersten Zeitdauer wird die Regelschleife wieder geschlossen, um während einer zweiten bestimmten Zeitdauer eine Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ausführen zu können. Nach Verstreichen dieser zweiten bestimmten Zeitdauer wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einen konstanten Wert eingestellt, so daß dann ebenfalls das Luft/Kraftstoff-Verhältnis unabhängig von einem Ausgangssignal einer den Sauerstoffgehalt im Abgas feststellenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung gesteuert wird. Zur Überwachung beider Zeitdauern sind zwei Zeitgebervorrichtungen vorgesehen. Dadurch sollen auch bei Übergangsbetriebszuständen des Verbrennungsmotors mit starker Beschleunigung die Anteile von Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffen in dem Abgas so gering wie möglich gehalten werden.

Die EP-A-01 63 134 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nach Maßgabe des Ausgangssignals eines Abgasfühlers, wobei der Sollwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von der Motortemperatur abhängig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein System der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß die Zeitdauer der zeitweiligen Steuerung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses in offener Regelschleife nach den jeweiligen Erfordernissen optimal zu bestimmen ist.

Bei einem System der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße System zur Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ist hervorragend für die Anwendung im Kraftfahrzeugmotorbereich geeignet. Bei diesem System wird die Dauer der zeitweiligen Steuerung mit offener Regelschleife für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis veränderlich gemacht und optimal an dem Grad der Aufwärmung des Motors angepaßt. Dementsprechend wird die Rückkopplungssteuerung, die zeitweilig nach Erfassen von Übergangs-Betriebszuständen des Motors unterbrochen worden ist, zu einem optimalen Zeitpunkt selbst dann wieder aufgenommen, wenn die Rückkopplungssteuerung unterbrochen war und in eine Steuerung mit offener Regelschleife während der Aufwärmphase des Motorbetriebes abgeändert war. Dies stellt eine gute Lösung eines schwierigen Problems bei Beginn der Rückkopplungssteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses unmittelbar nach dem Starten des Motors dar. Nach dem Aufwärmen des Motors kann die Dauer der zeitweiligen Steuerung mit offener Regelschleife für das Luft/Kraftstoff- Verhältnis konstant gehalten werden, um ein Optimum bei Übergangsbetriebszuständen des aufgewärmten Motors zu erreichen. Dadurch wird eine erhebliche Verbesserung im Hinblick auf die Kraftstoffökonomie, auf die Abgasemissionssteuerung und auf das Fahrverhalten in der Aufwärmphase des Motors erreicht. Die meisten Teile des Systems können in einem Mikrocomputer integriert werden.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Systems zur Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Systems in Verbindung mit einem Kraftfahrzeugmotor,

Fig. 3 eine schematische Ansicht im Schnitt eines in dem System gemäß Fig. 2 verwendeten Sauerstoffühlers,

Fig. 4 eine Explosionsdarstellung des Sauerstoffühlers gemäß Fig. 3,

Fig. 5 ein vereinfachtes Schaltbild der Erfassungsschaltung für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei dem in Fig. 2 gezeigten System,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei dem Motor nach Fig. 2 und einer von der Schaltung gemäß Fig. 5 erzeugten Signalspannung.

Fig. 7 eine Darstellung zum Erläutern von Schwankungen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses bei dem Motor gemäß Fig. 2 aufgrund der Rückkopplungssteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses während Übergangsbetriebszuständen des Motors.

Fig. 8 ein Flußdiagram eines Computerprogramms zum Bestimmen der Länge der Zeitdauer, während der die Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses bei offener Regelschleife erfolgt,

Fig. 9 eine Darstellung für die Bestimmung der Länge der genannten Zeitdauer in Abhängigkeit vom Aufwärmgrad des Motors und

Fig. 10 ein Flußdiagramm eines in einem Mikrocomputer des Systems gespeicherten Programmes zum Durchführen der Regelung bzw. Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses während Übergangsbetriebszuständen des Motors.

Fig. 1 zeigt die funktionellen Verbindungen zwischen den grundlegenden Teilen des Systems. Das System hat eine Erfassungseinrichtung 10 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Erfassen des momentanen Luft/Kraftstoff-Verhältniswertes durch Erfassen der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas des Motors. Eine elektronische Regel- und Steuereinrichtung 11 verwendet dieses Signal für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das von der Erfassungseinrichtung 10 erzeugt wird, um Abweichungen des momentanen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von einem Sollwert zu ermitteln und um ein Kraftstoff- Zuführsteuersignal oder ein Lufteinlaßsteuersignal zu erzeugen, das zu einem elektromechanischen Stellglied 12 geführt wird, um das Verhältnis von Kraftstoff und Luft zueinander für das dem Motor zugeführte Gemisch genau einzustellen. Ferner hat das System einen Temperaturfühler 13 zum Erfassen des Aufwärmgrades des Motors und eine weitere Fühlereinrichtung 15 zum Erfassen von Übergangsbetriebszuständen des Motors. Die durch die Fühlereinrichtung 15 erhaltene Information wird der Regel- und Steuereinrichtung 11 zugeführt, die dazu dient, die Rückkopplungssteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu unterbrechen und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis einer Steuerung bei offener Regelschleife für eine Zeitdauer von vorbestimmter Länge zu überlassen, wenn die zugeführte Information irgendeinen vorbestimmten Übergangsbetriebszustand des Motors anzeigt. Die von der Aufwärmerfassungseinrichtung 13 erhaltene Information wird in einer Zeitgebervorrichtung 14 zum optimalen Bestimmen der genannten Länge der Zeitdauer verwendet, d. h. für die Unterbrechungszeit der Rückkopplungssteuerung in Abhängigkeit vom Aufwärmgrad des Motors. Die Zeitgebervorrichtung 14 gibt der Regel- und Steuereinrichtung 11 die optimale Länge der Zeitdauer vor.

Ein Ausführungsbeispiel des Systems gemäß Fig. 2 zeigt einen Motor für ein Kraftfahrzeug 20, der mit dem System ausgestattet ist, das die Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge für den Motor vornimmt. In an sich bekannter Weise erstreckt sich der Einlaßkanal von einem Luftfilter 24 zur Brennkammer des Motors 20. Elektromagnetisch betätigbare Kraftstoffeinspritzventile 26 münden in den Einlaßkanal 22. In einem Auslaßkanal 28 liegt ein Katalysator 30 in einem Zwischenabschnitt zum Reinigen des Abgases, wie beispielsweise ein Drei-Wege-Katalysator.

Im Einlaßkanal 22 liegt ein Luftdurchflußmeßgerät 32, das ein Signal erzeugt, das die Luftmenge Q _a darstellt, die dem Motor zugeführt wird. Ein Fühler 36 ist mit dem Drosselventil 34 verbunden, um ein Signal zu erzeugen, das proportional zum Öffnungsgrad C _v des Drosselventils 34 ist. Ein Kurbelwinkelfühler 38 ist vorgesehen, um ein der Motordrehzahl N proportionales Signal zu erzeugen. Ein Temperaturfühler 40 liegt im Kühlwassermantel zum Erzeugen eines die Kühlwassertemperatur T _w angebenden Signals. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Kühlwassertemperaturfühler 40 als Einrichtung zum Erfassen des Aufwärmgrades des Motors 20 verwendet.

Ein Sauerstoffühler 50 liegt im Auslaßkanal 28 in einem Bereich strömungsmäßig vor dem Katalysator 30 zum Bestimmen des momentanen Luft/Kraftstoff- Verhältnisses in der Brennkammer aufgrund der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas. Bei dem vorliegenden System ist die Art des Sauerstoffühlers 50 nicht festgelegt, so daß eine breite Auswahl unter den bekannten Sauerstoffühlern vorgenommen werden kann. Beispielsweise besteht der Sauerstoffühler 50 aus einer Sauerstoffkonzentrationszelle mit einem für Sauerstoffionen leitfähigen Festkörperelektrolyten sowie einer Pumpzelle für Sauerstoffionen, die ebenfalls von einem ähnlichen Festkörperelektrolyten Gebrauch macht. Eine Erfassungsschaltung 80 für das Luft/Kraftstoff- Verhältnis, die einen Teil der Erfassungseinrichtung 10 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß Fig. 1 darstellt, mißt die Ausgangsspannung V _s der Konzentrationszelle in dem Sauerstoffühler 50 und erzeugt einen gesteuerten Pumpstrom I _p für die Pumpzelle in dem Fühler 50, um die Ausgangsspannung V _s auf einem vorbestimmten Niveau zu halten. Ferner erzeugt diese Schaltung 80 eine Signalspannung V _i, die die Größe des gesteuerten Pumpstromes I _p darstellt und somit das momentane Luft/Kraftstoff-Verhältnis angibt.

Das Steuersystem gemäß Fig. 2 für das Luft/Kraftstoffverhältnis hat eine Steuereinheit 100, in der die Regel- und Steuereinrichtung 11, die Zeitgebervorrichtung 14 für die Zeitdauer, ein Teil der Aufwärmerfassungseinrichtung 13 und ein Teil der Übergangszustandserfassungseinrichtung 15 gemäß Fig. 1 integriert sind. Die Steuereinheit 100 ist ein Mikrocomputer mit einer CPU 102, einen ROM 104, einem RAM 106 und einer Eingangs/Ausgangs-Schnittstelle 108. Das ROM 104 speichert das Betriebsprogramm für die CPU 102. Das RAM 106 speichert verschiedene Daten für die Signalverarbeitung während des Betriebs der CPU 102, von denen einige in Form einer Tabelle vorliegen. Die durch die obenbeschriebenen Fühler 32, 36, 38 und 40 erzeugten Signale werden der Eingangs/Ausgangsschnittstelle 108 zusammen mit dem Signal V _i für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das in der Erfassungsschaltung 80 erzeugt wird, zugeführt. Auf der Grundlage einer Information über den Motorbetriebszustand, die aus diesen Eingangssignalen abgeleitet wird, erzeugt die Steuereinheit 100 ein Kraftstoff- Einspritzsteuersignal S _i für die Einspritzventile 26, um das gewünschte Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu realisieren.

Der Aufbau des Sauerstoffühlers 50 kann beispielsweise die in den Fig. 3 und 4 angedeutete Form haben. Dieser Sauerstoffühler 50 ist eine laminatähnliche Anordnung mit dünnen Schichten einschließlich eines Substrates 52 aus keramischem Material, wie beispielsweise Aluminium. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, ist ein Heizelement 54 an dem Substrat 52 angebracht oder in dieses eingebettet. An dem Substrat 52 ist ein weiteres keramisches Teil 56 angebracht, das mit einem schmalen Kanal 58 an seiner Oberfläche versehen ist, um Grenzbereiche an drei Seiten freizugeben. Die erste Platte 60 eines für Sauerstoffionen leitfähigen Festkörperelektrolyten, der beispielsweise aus mit Zirkonium stabilisiertem Kalzium oder Yttrium bestehen kann, ist an dem keramischen Teil 56 derart befestigt, daß der Kanal 58 in dem Teil 56 eine Kammer bildet, die nur an einer Seite ihrer rechteckigen Anordnung zur Atmosphäre hin geöffnet ist. Die Grundfläche der Festkörperelektrolytplatte 60 ist örtlich mit einer Anodenschicht 62 belegt, die der in die Kammer 58 eintretenden Luft ausgesetzt ist. Eine Kathodenschicht 64 ist an der Oberfläche der Festkörperelektrolytplatte 60 ausgebildet. Eine Abstandsschicht 68 ist an der Festkörperelektrolytplatte 60 angebracht, um ungefähr die halbe Fläche zu bedecken, die nicht die Kathodenschicht 64 beinhaltet. Üblicherweise liegt die Dicke L der Abstandsschicht 68 in der Größenordnung von 0,1 mm. Eine zweite Platte 70 aus einem für Sauerstoffionen leitfähigen Festkörperelektrolyten ist an der Abstandsschicht 68 befestigt, um entgegengesetzt und parallel zur ersten Elektrolytplatte 60 zu liegen. Dadurch entsteht ein Spalt 72 mit einer gegebenen Breite L zwischen der ersten und zweiten Festkörperelektrolytplatte 60 und 70. Die untere Fläche der Festkörperelektrolytplatte 70 ist örtlich mit einer Kathodenschicht 76 belegt, die dem Spalt 72 gegenüberliegt und dem in den Spalt eintretenden Gas ausgesetzt ist. Eine Anodenschicht 74 ist an der oberen Fläche der Festkörperelektrolytplatte 70 ausgebildet.

Bei der Verwendung des Sauerstoffühlers 50 in dem System gemäß Fig. 2 ist der Fühler 50 in dem Abgaskanal 28 derart angeordnet, daß das Abgas, das in Fig. 3 durch einen Pfeil G angedeutet ist, in den erwähnten Spalt 72 eintritt, während lediglich die Luft (oder ein anderes, Sauerstoff enthaltendes Bezugsgas) in die Kammer 58 eintritt. Die Kombination der ersten Festkörperelektrolytplatte 60 und der Anode 62 sowie der Kathodenschicht 64 dient als Sauerstoffkonzentrationszelle, die eine veränderliche elektromotorische Kraft oder Spannung V _s in Abhängigkeit von der Differenz des Sauerstoffpartialdruckes zwischen der Luft auf der Anodenseite und dem Gas G auf der Kathodenseite erzeugt. In der folgenden Beschreibung wird diese Kombination als Fühlerzelle 66 bezeichnet.

Die Kombination der zweiten Festkörperelektrolytplatte 70 und der Anoden- und Kathoden-Schichten 74 und 76 wird Pumpzelle 78 genannt. Wenn ein von außen zugeführter Gleichstrom I _p durch die Festkörperelektrolytplatte 70 von der Anode 74 zur Kathode 76 fließt, tritt eine Wanderung von Sauerstoffionen durch die Festkörperelektrolytplatte 70 hindurch von der Kathodenseite zur Anodenseite auf. Daher führt ein in einer derartigen Richtung fließender Strom I _p zu einem Entzug von Sauerstoff aus dem Gas G in dem Spalt 72. Wenn der Strom I _p in der umgekehrten Richtung fließt, werden einige Sauerstoffionen durch die Festkörperelektrolytplatte 70 hindurch zu dem Gas G in dem Spalt 72 befördert. Daher wirkt die Pumpzelle 78 als Sauerstoffionenpumpe. Aufgrund der geringen Abmessung der Spaltbreite L wird ein erheblicher Widerstand der Diffusion des Abgases G in den Spalt 72 entgegengesezt. Daher führt das Überführen von Sauerstoff von dem Spalt 72 oder in den Spalt 72 zum Verändern des Partialdruckes des Sauerstoffs in dem Spalt 72. Aus diesem Grund ist die Größe der Ausgangsspannung V _s der Fühlerzelle 76 durch Steuern des Pumpstromes I _p veränderlich.

Das Heizelement 54 ist in dem Fühler 50 angeordnet, um sowohl die erste als auch die zweite Festkörperelektrolytplatte 60 und 70 aufzuheizen, wenn die Abgastemperatur nicht ausreichend hoch ist, da das in dem Fühler 50 verwendete Festkörperelektrolytmaterial lediglich dann ausreichend aktiv ist, wenn es eine ausreichend hohe Temperatur hat.

Fig. 5 zeigt die Erfassungsschaltung 80 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß Fig. 2. Die Schaltung 80 hat eine Gleichspannungsquelle 82, die eine Sollspannung V _a erzeugt. Ein Differenzverstärker 84 wird verwendet, um eine Ausgangsspannung V _s der Fühlerzelle 66 des Sauerstoffühlers 50 mit der Sollspannung V _a zu vergleichen und um ein Ausgangssignal Δ V zu erzeugen, das die Differenz V _s-V _a darstellt. Eine Stromversorgungsschaltung 86 führt einen Pumpstrom I _p zu der Pumpzelle 78 in dem Sauerstoffühler 50. Diese Schaltung 86 empfängt die Ausgangsspannung Δ V des Differenzverstärkers 84 und verändert die Polarität des Stromes I _p, um die Differenzspannung Δ V durch die Wirkung der Pumpzelle 78 auf Null zu vermindern. Insbesondere arbeitet die Stromversorgungsschaltung 86 derart, daß sie den Pumpstrom I _p erhöht, wenn die Differenzspannung Δ V positiv ist, und den Pumpstrom I _p absenkt, wenn Δ V negativ ist. Gemäß Fig. 5 ist der Pumpstrom I _p positiv, wenn die Flußrichtung der Richtung des gebrochen gezeichneten Pfeiles entspricht, und negativ, wenn die Flußrichtung dem durchgezogen gezeichneten Pfeil entspricht. Der Stromweg I _p beinhaltet einen Widerstand 88 zum Erfassen der Größe des Pumpstromes I _p. Dies bedeutet, daß die Stromerfassungsschaltung 90 ein Spannungssignal V _i erzeugt, das proportional zu einem Spannungsabfall über den Widerstand 88 ist. Naturgemäß ist V _i proportional zum Strom I _p.

In der Erfassungsschaltung 80 für das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis ist die Sollspannung V _a auf einen Wert eingestellt, der derart bemessen ist, daß die Ausgangsspannung V _s des Sauerstoffühlers 50 gleich der Sollspannung V _a wird, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Gas in dem Spalt 72 des Sauerstoffühlers 50 den erwarteten Wert bei dem gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnis annimmt, oder wenn mit anderen Worten das Sauerstoffpartialdruckverhältnis zwischen der Anode 62 und der Kathode 64 der Konzentrationszelle 66 den erwarteten Wert hat. Da der Pumpstrom I _p derart gesteuert wird, daß die Differenz Δ V zwischen V _s und V _a auf Null gesetzt wird, während V _s von V _a durch Veränderungen in der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas G in dem Spalt 72 abgeleitet wird, verändert sich der Strom I _p oder die Anzeigespannung V _i der Stromerfassungsschaltung 90 gemäß dem momentanen Luft/ Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor zugeführten Gemisches. Daher besteht eine festgelegte Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der Anzeigespannung V _i gemäß Fig. 6, bei der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der Abszisse dargestellt wird durch einen Luftüberschußfaktor (λ). Daher ist es mit der Anzeigespannung V _i möglich, auf genaue Weise ständig das momentane Luft/Kraftstoff-Verhältnis über einen weiten Bereich zu erfassen, der sowohl Motorzustände mit Kraftstoffüberschuß beinhaltet wie auch Zustände eines mageren Kraftstoffluftgemisches.

Die Steuereinheit 100 macht Gebrauch von der Ausgangsspannung V _i der Erfassungsschaltung 80 für das Luft/ Kraftstoffverhältnis als ein Luft/Kraftstoff-Verhältnissignal und erzeugt ein Kraftstoffeinspritzsteuersignal S _i, das dem korrigierten Kraftstoffeinspritzwert T _i entspricht, indem zunächst eine Differenz zwischen dem Eingangssignal V _i und einem Bezugssignal, das den Sollwert des Kraftstoff-Luftverhältnisses darstellt, ermittelt wird, und indem daraufhin eine proportionale und/ oder integrale Auswertung des Differenzwertes vorgenommen wird. Demgemäß werden Abweichungen des momentanen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von dem Sollwert während normalen Betriebszuständen des Motors sofort korrigiert.

Während des Betriebs berechnet die Steuereinheit 100 ständig die Betriebszustände des Motors 20 unter Verwenden der von den genannten Fühlern 32, 36, 38 und 40 zugeführten Informationen, um auf optimale Weise ein Wichtungsfaktor C _f beim Berechnen des korrigierten Kraftstoffeinspritzwertes T _i mittels der Gleichung T _i = T _p×C _f×α+T _s einzustellen, wobei T _p ein Basisbetrag für die Kraftstoffeinspritzung, α ein Rückkopplungskorrekturfaktor und T _s ein Korrekturfaktor für die Kompensation der Verzögerung beim Ansprechen der Einspritzventile sind. Ferner hat die Steuereinheit 100 die Aufgabe des Abänderns der Rückkopplungssteuerung für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einer Steuerung mit offener Regelschleife, wenn festgestellt wird, daß der Motor sich in einem vorbestimmten, vorübergehenden Beschleunigungszustand oder Verzögerungszustand befindet. Der Hauptgrund für eine derartige Unterbrechung der Rückkopplungssteuerung liegt darin, daß das unter Verwendung des Sauerstoffühlers 50 erfaßte momentane Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht genau einer starken und erheblichen Änderung des Betrages der Kraftstoffeinspritzung T _i folgt. Beispielsweise zeigt Fig. 7 einen Fall, bei dem der Wert T _i, der in dem Kraftstoffeinspritzsteuersignal S _i enthalten ist, plötzlich und erheblich zum Zeitpunkt t₁ zum Zwecke der Beschleunigung erhöht wird. Jedoch bleibt das momentane Kraftstoff-Luftverhältnis, das unter Verwenden des Sauerstoffühlers 50 erfaßt wird, zu diesem Zeitpunkt t₁ noch unverändert, während es nach einer kurzen Zeitdauer erheblich ansteigt. Der Grund hierfür liegt darin, daß der Betrag der Ansaugluft unmittelbar erheblich ansteigt, während eine gewisse Verzögerung bei der Kraftstoffzuführung zur Motorbrennkammer dadurch bedingt ist, daß die Einspritzventile 26 mit Verzögerung auf das Steuersignal S _i ansprechen, und daß eine bestimmte Kraftstoffmenge in flüssigem Zustand an den Wandflächen des Einlaßkrümmers und des Einlaßkanals haften bleibt. Der Anstieg des momentanen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses verschiebt sich bald zu einer erheblichen Absenkung, die zur Erhöhung der Kraftstoffeinspritzung zum Zeitpunkt t₁ beiträgt. Da sich die Kraftstoffeinspritzmenge T _i gleichmäßig von dem Maximalwert zum Zeitpunkt t₁ an absenkt, zeigt das momentane Luft/Kraftstoff- Verhältnis ein allmähliches Ansteigen. Obwohl der Abfall von T _i bei einem geeignet festgelegten Pegel beendet wird, setzt sich der allmähliche Anstieg des momentanen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses noch eine Weile fort, so daß sich zum Zeitpunkt t₂ das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis an einem Pegel stabilisiert, der dem festen Pegel von T _i entspricht. Da sich das momentane Luft/Kraftstoff-Verhältnis erheblich von dem berechneten Luft/Kraftstoff-Verhältnis unterscheidet, das durch die Funktion der Steuereinheit 100 während der Zeitdauer T _t zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ erzeugt wird, ist es ungeeignet, weiterhin die Rückkopplungssteuerung des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses während dieser Zeitdauer T _t aufrechtzuerhalten. Allerdings kann die Länge dieser Zeitdauer T _t nicht genau gemessen werden und verändert sich in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren und insbesondere in Abhängigkeit vom Grad der Aufwärmung des Motors. Allgemein gesagt wird die Zeitdauer T _t länger, wenn die Motortemperatur absinkt.

Daher wird die Zeitdauer der zeitweiligen Steuerung mit offener Regelschleife TD entsprechend dem Aufwärmungsgrad des Motors verändert, so daß sich der Wert TD ständig nur unerheblich von einer in Fig. 7 dargestellten Zeitdauer T _t unterscheidet, während der eine Rückkopplungssteuerung wirklich ungeeignet wäre. Bezüglich der Funktion der Veränderung der Dauer TD der zeitweiligen Steuerung mit offener Regelschleife werden die Operationen der Steuereinheit 100 unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 näher erläutert. Das Flußdiagramm gemäß Fig. 8 ist ein Computerprogramm, das in dem ROM 104 gespeichert ist. Dieses Programm wird in sich wiederholender Weise in vorbestimmten Zeitabständen ausgeführt.

Bei einem anfänglichen Programmschritt P 1 wird die Kühlwassertemperatur T _w gelesen. Beim nächsten Programmschritt P 2 wird sichergestellt, daß das Aufwärmen des Motors tatsächlich beendet ist, oder ob dies nicht der Fall ist, indem die Temperatur T _w mit einer vorbestimmten Temperatur T _h verglichen wird. Der Wert T _h liegt beispielsweise in dem Bereich zwischen 50 und 90° C. Wenn T _w nicht größer als T _h ist, geht die Programmausführung zum Programmschritt P 3 aufgrund der Beurteilung, daß die Aufwärmphase noch nicht abgeschlossen ist. Im Programmschritt P 3 wird ein optimaler Wert der Zeitdauer TD des zeitweiligen Steuerns mit offener Regelschleife durch Verwenden einer Wertetabelle, auf die zugegriffen wird, ermittelt. Die Beziehung zwischen T _w und TD, die allgemein in Fig. 9 gezeigt ist, ist als Wertetabelle in dem RAM 106 abgespeichert. Wenn während des Programmschritts P 2 der Wert T _w höher ist als der Wert T _h, geht die Programmausführung zum Programmschritt P 4, wobei angenommen wird, daß die Aufwärmphase des Motors abgeschlossen ist. Beim Programmschritt P 4 wird der Wert TD auf einen vorbestimmten Hochtemperaturwert TD _h gesetzt. Dies bedeutet, daß der Wert TD sehr genau bis zur Beendigung der Aufwärmphase des Motors verändert wird und nach Beendigung des Aufwärmens auf einen festen Wert TD _h festgehalten wird.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Computerprogramm, das in dem ROM 104 gespeichert ist, um zeitweilig die Rückkopplungssteuerung in eine Steuerung mit offener Regelschleife bei vorbestimmten Übergangsbetriebszuständen des Motors umzuschalten. Dieses Program wird ebenfalls in sich wiederholender Weise mit vorbestimmten Zeitintervallen ausgeführt.

Der anfängliche Programmschritt P 11 dient zur Unterscheidung, ob der Motor sich in einem vorbestimmten Übergangsbetriebszustand befindet. Dies wird dadurch erreicht, daß die Änderungsgeschwindigkeit der Werte von einigen Eingangssignalen, wie beispielsweise der Öffnungsgrad C _v des Drosselventils, die Durchflußmenge der Ansaugluft Q _a und der Kraftstoffeinspritzbetrag T _i beurteilt wird. Im Falle eines Übergangsbetriebszustandes wird ein Flag für einen Übergangsbetriebszustand KF gesetzt (KF = 1), wobei dies im Programmschritt P 12 ausgeführt wird, worauf anschließend beim Programmschritt P 13 ein Flag für den Zustand "offen" gesetzt wird (OF = 1), woraufhin das Programm zu einem anfänglichen Programmschritt zurückkehrt. Wenn die Beurteilung beim Programmschritt P 11 ergibt, daß sich der Motor nicht in einem der genannten Übergangsbetriebszustände befindet, geht das Programm zum Schritt P 14, bei dem der Status des Übergangs-Flag KF bei der vorherigen Ausführung des Programms überprüft wird. Wenn KF = 1, wird das Übergangs-Flag KF beim Programmschritt P 15 rückgesetzt (KF = 0). Beim gleichen Programmschritt P 15 wird ein "Offen"-Zähler gelöscht, um dessen Zählwert T auf 0 zu setzen: T = 0. Der Zähler für den geöffneten Zustand mißt die tatsächliche Dauer der Steuerung des Kraftstoff-Luftgemisches mit geöffneter Regelschleife. Vom Programmschritt P 15 geht das Programm zum obenbeschriebenen Programmschritt P 13. Wenn die Bedingung KF = 0 beim Programmschritt P 14 festgestellt wird, geht das Programm zum Schritt P 16, bei dem der Zählwert T des Zählers für den geöffneten Zustand mit einem vorbestimmten Zeitdauerwert TD für die Übergangssteuerung mit geöffneter Regelschleife verglichen wird. Wenn T kleiner als TD ist, wird der Zählwert des Zählers für den geöffneten Zustand erhöht (d. h. um 1 erhöht), was beim Programmschritt P 17 durchgeführt wird. Wenn T größer als TD ist, geht das Programm zum Schritt P 18, bei dem ein "Rückkopplungs"- Flag FF gesetzt wird (FF = 1).

Das Flag für den geöffneten Zustand OF und das Rückkopplungs-Flag FF zeigen die Art der Steuerung des Luft/Kraftstoff-Gemisches an: "OF = 1" bedeutet, daß eine Steuerung mit offener Regelschleife für das Kraftstoff-Luftgemisch durchgeführt wird, während "FF = 1" bedeutet, daß die Rückkopplungssteuerung des Luft/Kraftstoff-Gemisches ausgeführt wird. Selbstverständlich werden diese Flags OF und FF in einer solchen Korrelation zueinander gesetzt, daß FF = 0 wenn OF = 1 und das OF = 0 wenn FF = 1.

Somit wird die Rückkopplungssteuerung für das Luft/Kraftstoff-Gemisch unter Verwendung des Sauerstoffühlers 50 zeitweilig in eine Steuerung mit offener Regelschleife geschaltet, sobald ein vorbestimmter Übergangsbetriebszustand des Motors erfaßt wird. Die Zeitdauer TD der Steuerung mit offener Regelschleife wird von vornherein festgesetzt. Das bedeutet, daß beim Durchführen der Rückkopplungssteuerung die Zeitdauer TD ständig auf einen optimalen Wert entsprechend des Aufwärmgrades des Motors eingestellt wird. Genau betrachtet, ist die tatsächliche Zeitdauer der Steuerung mit offener Regelschleife länger als die voreingestellte Zeitdauer TD, und zwar um einen kurzen Zeitraum, der benötigt wird, um den Übergangsbetriebszustand des Motors festzustellen. In der Praxis genügt es jedoch, die Zeitdauer TD zu betrachten, die gemessen wird von dem Zeitpunkt, zu dem das Umschalten von der Rückkopplungssteuerung zu der Steuerung mit offener Regelschleife befohlen wird.

Da die Zeitdauer TD der zeitweiligen Steuerung mit offener Regelschleife auf die obenbeschriebene Art eingestellt wird, kann die Rückkopplungssteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses bei dem System selbst während des Aufwärmzustandes des Motors mit einer nur sehr geringen Ungenauigkeit in der Steuerung des Luft/Kraftstoff-Gemisches aufgrund einer Fortsetzung der Regelung während eines Übergangsbetriebszustandes des Motors oder aufgrund einer Unterbrechung der Rückkopplungssteuerung für eine unnötig lange Zeitdauer durchgeführt werden. Mit anderen Worten ist es möglich, eine genauere Rückkopplungssteuerung unmittelbar nach dem Anlassen des Motors selbst dann zu erreichen, wenn der Motor nicht ausreichend aufgewärmt ist. Dies ist äußerst günstig unter dem Gesichtspunkt der Kraftstoff-Wirtschaftlichkeit sowie der Abgasemissionssteuerung sowie im Hinblick auf die Fahreigenschaften eines mit dem Motor ausgerüsteten Kraftfahrzeuges.

Bei jedem Aufwärmgrad des Motors können der Zeitdauer TD der zeitweiligen Steuerung mit offener Regelschleife zwei verschiedene Werte zugeordnet sein, von denen einer verwendet wird, wenn der erfaßte Übergangsbetriebszustand ein Beschleunigungszustand ist und von denen der andere verwendet wird, wenn ein Verzögerungszustand vorliegt. In Abweichung hiervon kann ein einziger Wert für TD bei jedem Aufwärmgrad des Motors entsprechend der Beschleunigungsrate oder Verzögerungsrate korrigiert werden. Jede Maßnahme bewirkt eine weitere Erhöhung der Genauigkeit der Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses.

Selbstverständlich kann der Aufwärmgrad des Motors ebenfalls durch Messen der Temperaturen im Einlaßkanal oder im Auslaßkanal, an den Einlaßöffnungen und/oder dem Zylinderkopf gemessen werden, wobei ebenfalls die Ansauglufttemperatur anstatt der Kühlwassertemperatur gemessen werden kann.

Claims

1. System zur Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines einem Verbrennungsmotor zugeführten Luft/Kraftstoff-Gemisches in geschlossener Regelschleife mit einer Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung zum Erfassen des momentanen Wertes des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem Motor aufgrund der Sauerstoffkonzentration im Abgas des Motors, einer Zeitgebervorrichtung zum Bestimmen einer Zeitdauer der zeitweiligen Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in offener Regelschleife, einer Übergangszustands- Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines vorbestimmten Übergangsbetriebszustandes des Motors und einer Regel- und Steuereinrichtung zum Durchführen der Regelung und der Steuerung des zugeführten Kraftstoffes und/oder der zugeführten Luft in Abhängigkeit von den erfaßten momentanen Werten des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, wobei die Regel- und Steuereinrichtung eine Umschalteinrichtung aufweist zum Umschalten von Regeln auf Steuern, wenn einer der vorbestimmten Übergangsbetriebszustände erfaßt wird und zum Umschalten von Steuern auf Regeln nach Ablauf der durch die Zeitgebervorrichtung bestimmten Zeitdauer, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufwärmerfassungseinrichtung (13) zum Erfassen des Aufwärmgrades des Motors vorgesehen ist und daß die von der Zeitgebervorrichtung (14) bestimmte Zeitdauer vom erfaßten Aufwärmgrad des Motors abhängig ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgebervorrichtung (14) eine Einrichtung zum Speichern eines Wertesatzes für die Zeitdauer, von dem jeder Wert einem unterschiedlichen Aufwärmgrad des Motors zugeordnet ist, und eine Einrichtung zum Auswählen eines Wertes aus dem Wertesatz aufgrund des Aufwärmgrades des Motors aufweist, der durch die Aufwärmerfassungseinrichtung (13) erfaßt wird.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wertesatz für die Zeitdauer einen ersten Wertesatz aufweist, der verwendet wird, wenn der erfaßte Übergangsbetriebszustand des Motors ein Beschleunigungszustand ist, und einen zweiten Wertesatz aufweist, der verwendet wird, wenn der erfaßte Übergangsbetriebszustand ein Verzögerungszustand ist.

4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgebervorrichtung (14) ferner eine Einrichtung zum Korrigieren des ausgewählten Wertes für die Zeitdauer entsprechend der Art des Übergangsbetriebszustandes aufweist, der durch die Übergangszustandserfassungseinrichtung (15) erfaßt wird.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgebervorrichtung (14) eine Einrichtung zum Festhalten der Zeitdauer auf einen vorbestimmten konstanten Wert aufweist, wenn der erfaßte Aufwärmgrad des Motors oberhalb eines bestimmten Wertes liegt.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwärmerfassungseinrichtung (13) eine Einrichtung zum Messen der Temperatur eines in dem Motor strömenden Strömungsmittels hat.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel das Kühlwasser ist.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung (10) einen Sauerstoffühler aufweist, der eine Sauerstoffkonzentrationszelle enthält, die ein für Sauerstoffionen leitfähiges Feststoffelektrolyt enthält und in einem Auslaßkanal des Motors liegt.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Regel- und Steuereinrichtung (11) und die Zeitgebervorrichtung (14) in einem Mikrocomputer integriert sind.