DE3725350C2 - - Google Patents

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DE3725350C2
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Description

Für die vorliegende Anmeldung wird die Priorität der japanischen Patentanmeldung 61-1 79 210 vom 30. Juli 1986 in Anspruch genommen.
Die Erfindung betrifft einen Detektor für das Luft-Kraftstoff- Verhältnis eines Luft-Kraftstoffgemisches im Verbrennungsapparat eines Verbrennungsmotors.
Es sind verschiedene Detektoreinrichtungen für das Luft- Kraftstoff-Verhältnis bekannt, die die Merkmale der Sauerstoffkonzentration-Zellaktion und die Sauerstoffion- Pumpaktion des Zirkoniumoxids nutzen (Japanische Patent OS Nr. 56-1 30 649). Diese herkömmliche Detektoreinrichtung verfügt jedoch nicht über einen ausreichenden Genauigkeitsgrad und kann daher aufgrund der Struktur nicht zur Erfassung eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnisses z. B. eines Ternärkatalysators eingesetzt werden.
Außerdem kann im Falle eines O2-Sensors als herkömmliche Detektoreinrichtung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff- Verhältnis eine Abweichung vom stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht ausgeschlossen werden, und daher ist die Fluktuationsbreite in der Feedback-Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses relativ groß, was eine Variation in der Ausgangsleistung und/oder in der Drehung im Leerlauf des Verbrennungsmotors verursacht.
Weiterhin ist eine Detektoreinrichtung für das Luft- Kraftstoff-Verhältnis bekannt, in der eine Sensorzelle den Unterschied zwischen der Sauerstoffkonzentration in einem Abgas und der Sauerstoffkonzentration in einem Bezugsgas festgestellt und so ein entsprechendes, elektrisches Signal entwickelt (Japanische Patentanmeldung Nr. 60-2 62 982 u. entsprechende US-Patentanmeldung Nr. 9 33 850). Als Antwort auf das elektrische Signal produziert eine Steuereinrichtung ein elektrisches Steuersignal und gibt es an eine Pumpzelle weiter, so daß die Pumpzelle als Antwort auf das empfangene elektrische Signal eine Bewegung von Sauerstoffionen verursachen kann, bis ein Niveau des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und ein Zeitpunkt, an dem das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht ist, von einer ersten und zweiten Detektoreinrichtung über Informationen bezüglich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die zwischen der Steuereinrichtung und der Pumpzelle übertragen werden, erfaßt sind.
Bei einem weiteren derartigen Detektor (DE-PS 35 43 759) wird der gesamte Betriebsbereich erfaßt und geregelt. Über die Sensorzelle wird dabei ein konstanter Strom geleitet und der durch die Pumpzelle fließende Strom wird derart geregelt, daß die Spannung über die Sensorzelle konstant ist. Durch den über die Pumpzelle fließenden Strom soll ein eindeutiges Ausgangssignal erhalten werden. Es erfolgt dabei kein Ausgleich bezüglich produktions- und verschleißbedingter Abweichungen, und es ist ferner keine Korrektur der erfaßten Luft-Kraftstoff-Verhältniswerte vorgesehen.
Es ist weiter ein Detektor für ein nichtstöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis bekannt (DE-OS 32 39 850), bei dem in einem von dem stöchiometrischen Verhältnis nach oben oder unten abweichenden Bereich, die Richtung des Stromflusses in einem Sensor als proportional dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis erachtet wird. Die Messung erfolgt somit in einem geringe Änderungen aufweisenden Bereich für die Funktion zwischen der gemessenen Ausgangsgröße und dem zugeordneten Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Ferner ist kein Hinweis bezüglich eine Korrektur produktions- und verschleißbedingter Fehler gegeben.
Beim Einsatz vorstehend beschriebener Detektoreinrichtung ergibt sich jedoch ein Problem hinsichtlich des Genauigkeitsgrades, der aufgrund möglicher Produktfehler bzw. -abweichungen niedrig sein oder sich nach langer Benutzung der Detektoreinrichtung verschlechtern kann.
Damit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Detektoreinrichtung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter Vermeidung der vorstehend geschilderten Nachteile, insbesondere des niedrigen Genauigkeitsgrades, auszugestalten.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Detektor nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
Dazu ist erfindungsgemäß ein Detektor für das Luft-Kraftstoff- Verhältnis mit folgenden Einrichtungen vorgesehen: eine Sensorzelle zur Entwicklung eines elektrischen Signals als Antwort auf den Unterschied zwischen der Sauerstoffkonzentration in einem Abgas nach der Verbrennung eines Luft-Kraftstoffgemisches in einer Verbrennungskammer und der Sauerstoffkonzentration in einem Bezugsgas; eine Steuereinrichtung zur Entwicklung eines elektrischen Steuersignals, das über eine von der Ausgangsgröße der Sensorzelle bestimmte Polarität verfügt; eine Pumpzelle zur Bewegung von Sauerstoffionen als Antwort auf das von der Steuereinrichtung empfangene, elektrische Steuersignal; eine Steuerstrom-Detektoreinrichtung zur Erfassung eines Steuerstromflusses, der zwischen der Steuereinrichtung und der Pumpzelle übertragen wird; eine Detektoreinrichtung für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur Erfassung der Richtung des Steuerstromflusses für die Bestimmung des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses; eine Speichereinrichtung zur Speicherung eines linearen Luft-Kraftstoff-Verhältniswertes, der in einem vorgegebenen, funktionalen Verhältnis zur Größe des Steuerstromflusses festgelegt wird, und eine Detektoreinrichtung für ein lineares Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur Erfassung der Größe des Steuerstromflusses, der für den Abruf des gespeicherten, linearen Luft-Kraftstoff-Verhältniswert von der Steuerstrom-Detektoreinrichtung bestimmt wird; und eine Korrektureinrichtung zur Korrektur des vorgegebenen, in der Speichereinrichtung gespeicherten, funktionalen Verhältnisses, wenn ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnissignal von der Detektoreinrichtung für das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis abgegeben wird.
Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung, die unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert wird.
In dieser zeigt:
Fig. 1 die gesamte Konstruktion einer bevorzugten Ausführungsform des Detektors für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Diagramm dargestellt;
Fig. 2 ein Ausgangscharakteristikum einer Sensorzelle des Detektors nach Fig. 1 als Graph;
Fig. 3 ein Ausgangscharakteristikum einer Spannungsdetektorschaltung des Detektors nach Fig. 1 als Graph;
Fig. 4 ein Ausgangscharakteristikum einer Addierschaltung des Detektors nach Fig. 1 als Graph;
Fig. 5 ein Ausgangscharakteristikum einer zweiten Detektoreinrichtung des Detektors nach Fig. 1 als Graph;
Fig. 6 ein Ausgangscharakteristikum einer ersten Detektoreinrichtung des Detektors nach Fig. 1 als Graph;
Fig. 7 ein Konzept eines Datenplans einer Offset-Spannung und von Proportionalbereichen, die bei der Berechnung eines Kraftstoffmengen-Korrekturkoeffizienten für den Detektor nach Fig. 1 verwendet werden, als Graph; und
Fig. 8 ein Steuerprogramm für den Detektor nach Fig. 1 in einem Flußdiagramm.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine Zelleinheit U aufweist, die benachbart zu einem Abgasweg eines Verbrennungsmotors angeordnet ist und eine Sensorzelle 5, eine Pumpzelle, ein Heizgerät 7 und weitere Elemente, die später näher erläutert werden, umfaßt.
Zirkoniumoxid wird bei der Sensorzelle 5 verwendet, die so angeordnet ist, daß eine ihrer sich gegenüberliegenden Wände einer Detektor-Kammer C1 zugewandt ist, in welche durch ein Diffusionsloch 2 ein Abgas geleitet wird und die mit dem Diffusionsloch 2 zusammen eine Diffusionsregeleinrichtung darstellen, während die andere Wand der Sensorzelle 5 einer atmosphärischen Kammer C2 zugewandt ist, in welche die Atmosphäre (Luft) als Bezugsgas geleitet wird. Eine Sensorelektrode 6 ist auf der einen Wand der Sensorzelle 5 neben der Detektorkammer C1 angeordnet, und eine Bezugselektrode 8 ist an der anderen Wand neben der atmosphärischen Kammer C2 angeordnet. Die Sensorelektrode 6 und die Bezugselektrode 8 bestehen aus Platin und weisen jeweils eine große Anzahl von feinen Löchern und Poren auf.
Bei vorstehend beschriebener Konstruktion erscheint zwischen den Elektroden 6 und 8 der Sensorzelle 5 ein elektrisches Signal (elektromotorische Kraft) als Antwort auf den Unterschied zwischen der Sauerstoffkonzentration in dem in die Detektorkammer C1 geleiteten Abgas und der Sauerstoffkonzentration in der in die atmosphärische Kammer C2 geleiteten Atmosphäre, mit anderen Worten, als Antwort auf das Luft-KraftstoffVerhältnis (siehe Fig. 2).
Zirkoniumoxid wird auch für die Pumpzelle 1 verwendet, die so angeordnet ist, daß eine ihrer sich gegenüberliegenden Wände der Detektorkammer C1 zugewandt ist, während die andere Wand dem Abgasweg gegenüberliegt. Ein Paar Pumpelektroden 3A, 3B ist an den Wänden der Pumpzelle 1 angeordnet und umschließt einen Eingang bzw. einen Ausgang des Diffusionsloches 2. Die Pumpelektroden 3A und 3B sind auch aus Platin hergestellt und weisen jeweils eine große Anzahl von feinen Löchern bzw. Poren auf.
Wenn die Pumpelektrode 3A positiv ist, ionisiert die Pumpzelle 1 Sauerstoff in der Detektorkammer C1 und pumpt ihn auf den Abgasweg, und wenn die Pumpelektrode 3A negativ ist, ionisiert die Pumpzelle 1 Sauerstoff auf dem Abgasweg und pumpt ihn in die Detektorkammer C1.
Es muß beachtet werden, daß das Diffusionsloch 2 als Durchgangsbohrung in der Pumpzelle 1 ausgebildet ist und somit eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Abgasweg und der Detektorkammer C1 hergestellt.
Das Heizgerät 7 ist an einer Trennwand auf der Seite der atmosphärischen Kammer C2, die der Sensorzelle 5 gegenüberliegt, angebracht. Zwischen dem Heizgerät 7 und der atmosphärischen Kammer C2 liegt eine Isolierungsschicht 4. Wenn Leistung aus einer Quelle 7a zum Heizgerät 7 geleitet wird, heizt das Heizgerät 7 die ganze Zelleinheit U. Da die Zelleinheit U auf eine Temperatur von z. B. 600°C bis 700°C geheizt wird, ist die Funktion der Pumpzelle 1 und der Sensorzelle 5 sichergestellt.
Die Sensorelektrode 6 und die Pumpelektrode 3B sind geerdet, und die Bezugselektrode 8 ist über einen Verstärker mit einem Eingang eines Komparators 10 verbunden.
Mit dem anderen Eingang des Komparators 10 ist eine Bezugsspannungsquelle 10a verbunden, deren Spannung der Spannung einer elektromotorischen Kraft entspricht, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisch koinzidiert. So vergleicht der Komparator 10 eine Ausgangsspannung Vs des Verstärkers 9 mit einem Bezugswertsignal Vref der Bezugsspannungsquelle 10a und gibt ein Signal mit hohem Pegel (im folgenden als H-Signal bezeichnet) aus, wenn Vs ≧ Vref, und ein Signal mit niedrigem Pegel (im folgenden als L-Signal bezeichnet), wenn Vs ≦ Vref ist. Der Komparator 10 gibt also ein binäres Signal aus, welches entweder ein H-Signal oder ein L-Signal ist.
Ein Integrierverstärker 11 mit positiven und negativen Quellen ist mit dem System so verbunden, daß er ein Signal vom Komparator 10 empfangen kann. Der Integrierverstärker 11 dient als Steuereinrichtung mit einer umgekehrten Quelle und integriert ein Signal des Komparators 10 mit einem negativen Koeffizienten und gibt diesen aus, wenn das Signal auf einem hohen Pegel bleibt. Ist das Signal des Komparators 10 jedoch auf einem niedrigen Pegel, so integriert er ihn mit einem positiven Koeffizienten und gibt diesen aus. Damit gibt der Integrierverstärker 11 eine negative oder eine positive Spannung ab, die der Dauer des H- bzw. L-Signals entspricht, das er vom Komparator 10 empfängt und sie kann bei Verlängerung der Dauer um einen absoluten Wert steigen.
Auf gleiche Weise variiert ein elektrisches Steuersignal, das vom Integrierverstärker 11 mit positiver und negativer Spannungsquelle ausgegeben wird, in Polarität und Dauer als Antwort auf eine Ausgangsgröße des Komparators 10 bzw. deren Dauer und wird an die Pumpelektrode 3A weitergeleitet.
Ein elektrisches Steuersignal vom Integrierverstärker 11 mit positiver und negativer Spannungsquelle enthält Informationen über das aktuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Damit kann der Detektor für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis über den Steuerstromfluß erfassen, der zwischen dem Integrierverstärker 11 und der Pumpzelle 1 übertragen wird. Der Detektor für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis weist eine erste Detektoreinrichtung (eine Detektoreinrichtung für das lineare Luft-Kraftstoff-Verhältnis) DM1 zur Erfassung der Größe des Steuerstromflusses und somit zur Bestimmung eines linearen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, und eine zweite Detektoreinrichtung (eine Detektoreinrichtung für das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis) DM2 zur Erfassung der Richtung des Steuerstromflusses und somit zur Bestimmung des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf. Im einzelnen ist ein Detektorwiderstand für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 17, der als Steuerstromfluß-Detektoreinrichtung dient, in einer Speiseleitung des elektrischen Steuersignals zwischen dem Integrierverstärker 11 mit positiver und negativer Spannungsquelle und der Pumpelektrode 3A der Pumpzelle 1 zwischengeschaltet. Signale V1, V2 von dem den Widerstand 17 gegenüberliegenden Enden werden einem Komparator 15 der zweiten Detektoreinrichtung DM2 zugeleitet.
Der Komparator 15 erzeugt somit eine Ausgangsgröße AUSGANGSGRÖSSE 1 als Detektorsignal, welches ein H-Signal ist, wenn V1 - V2 ≧ 0 und ein L-Signal ist, wenn V1 -V2 ≦ωτ0.
In der Zwischenzeit erzeugt die erste Detektoreinrichtung DM1 eine Ausgangsgröße AUSGANGSGRÖSSE 2 als ein Berechnungssignal für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis V2 und schließt den Widerstand 17, eine Spannungsdetektorschaltung 12 zur Erfassung der Spannung auf dem Widerstand 17 und eine Addierschaltung (Vorspannungsschaltung) 13 ein, der mit der Spannungsdetektorschaltung 12 verbunden ist. Da die Ausgangsgröße des Spannungsdetektorschaltung unter Umständen einen negativen Wert annehmen kann, wie in Fig. 3 gezeigt wird, ist hier zu beachten, daß manchmal ein Vorspannungswert Vα zur Ausgangsgröße der Spannungsdetektorschaltung 12 von der Addierschaltung 13 addiert wird, wie in Fig. 4 gezeigt, damit die Ausgangsgröße AUSGANGSGRÖSSE 2 der ersten Detektoreinrichtung DM1 stets einen positiven Wert annimmt.
Die Ausgangsgrößen AUSGANGSGRÖSSE 2, AUSGANGSGRÖSSE 1 der ersten und zweiten Detektoreinrichtung DM1, DM2 werden an einen Regler 19 weitergegeben, der die Funktion einer Berechnungseinrichtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses hat. Diese Berechnungseinrichtung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses erfaßt über eine Detektorsignal V1 (AUSGANGSGRÖSSE 1) bzw. ein Berechnungssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AUSGANGSGRÖSSE 2) zuerst den Zeitpunkt, zu dem das stöchiometrische Luft-Kraftstoff- Verhältnis erreicht ist und berechnet dann den Unterschied ΔV zwischen dem zu diesem Zeitpunkt erfaßten Berechnungssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses VST und einem vorgegebenen stöchiometrischen Signal des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses UST, das in einer Speicher­ einrichtung abgespeichert ist, d. h. ΔV = (VST - UST), und korrigiert schließlich mittels einer Korrektureinrichtung das Berechnungssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses V2 in Übereinstimmung mit dem Unterschied ΔV, um anschließend ein aktuelles Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F zu berechnen.
Der in der Speichereinrichtung integrierte Regler 19 speichert den linearen Luft-Kraftstoff-Verhältniswert, der von einem vorgegebenen funktionalen Verhältnis zur Größe des Steuerstromflusses bestimmt wird, und die ebenfalls im Regler 19 enthaltene Korrektureinrichtung korrigiert das vorgegebene funktionale Verhältnis, wenn ein stöchiometrisches Signal des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von der Detektoreinrichtung für das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis erzeugt wird.
Der Regler 19 kann im Prinzip aus einem Mikrocomputer bestehen und er regelt ein Kraftstoff-Einspritzventil des Motors (ohne Abbildung), das zu einem vorgegebenen Zeitpunkt für die geeignete Ventilöffnungszeit sorgt (Öffnungs-Betriebsverhältnis).
Im einzelnen weist der Mikrocomputer einen ROM (Festwertspeicher) auf, in dem ein Steuerprogramm, das eine Haupt- Routine, die den Mikrocomputer veranlaßt, als Motorsteuerung zu funktionieren (bekannter Stand der Technik) sowie andere gewünschte Abläufe und Unterprogramme gespeichert sind. In den Zeichnungen zeigt Fig. 8 nur den Kraftstoffmengen- Berechnungsablauf des Programms. Der in Fig. 7 dargestellte Datenplan, in dem Feedback-Verstärkungen berechnet werden, ist im ROM des Mikrocomputers gespeichert.
Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß der Mikrocomputer nach Eingabe der gezeigten Routine beim Schritt a1 zuerst bestimmt, ob die Bedingung einer Feedback-Steuerung, welche ein Kraftstoffmengen-Steuermodus ist, erfüllt wurde oder nicht; mit anderen Worten, der Mikrocomputer bestimmt mit Hilfe eines Eingangssignales von einer Temperaturdetektoreinrichtung, die aus dem Stand der Technik bekannt und daher in den Zeichnungen nicht abgebildet ist, ob der Motor seinen Aufwärmvorgang beendet hat oder nicht und die Zelleinheit U auf der vorgegebenen Temperatur gehalten wird.
Ist der erfaßte Wert negativ, wie in Fig. 8 mit "Nein" angezeigt wird, dann geht die Ablaufkette zu Schritt a2 weiter, ist der erfaßte Wert jedoch positiv, wie in Fig. 8 mit "Ja" angezeigt, dann geht die Ablaufkette zu Schritt a3 weiter. Bei Schritt a2 wird ein Kraftstoffmengen- Korrekturkoeffizient KFB von einem Luft-Kraftstoff- Verhältnis auf 1 gesetzt, und bei Schritt a4 berechnet der Mikrocomputer dann eine Kraftstoffmenge (Betriebs-Verhältnis). Beim Schritt a4 berechnet der Mikrocomputer zunächst eine Bezugs-Kraftstoffmenge F (A/N, N) aus bereits in vorhergegangenen Programmen erhaltenen Daten zur Berechnung einer Ansaugluftmenge A/N und einer Motordrehfrequenz (beides Stand der Technik); beide Daten werden als Antwort auf einen Unterbrechungsbefehl in bestimmten Zeitabständen eingegeben, wonach die so berechnete Bezugs-Kraftstoffmenge mit dem KraftstoffmengenKorrekturkoeffizienten KFB (hier = 1), der von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis abhängt und mit einem anderen Kraftstoffmengen-Korrekturkoeffizienten K multipliziert, der von einem oder mehreren anderen Faktoren wie Atmosphärendruck abhängt, um so die korrekte Kraftstoffmenge herauszufinden. Danach kehrt die Ablaufkette zur nicht gezeigten Haupt-Routine zurück, Es ist zu beachten, daß anstelle der Ansaugluftmenge A/N auch ein Ansaugluftdruck oder eine Drosselklappenöffnung eingesetzt werden können.
Beim Schritt a3 legt der Mikrocomputer einen Bestimmungswert bezüglich der Initialisierungsnotwendigkeit fest, ob ein Durchschnittswert ΔVM der Unterschiedswerte ΔV vor der Berechnung eines solchen Durchschnittswerts ΔVM geklärt werden müssen. Wenn eine Initialisierung notwendig ist, dann geht die Ablaufkette weiter zu Schritt a5, auf welcher der Durchschnittswert ΔVM auf 0 zurückgesetzt wird und geht weiter zu Schritt a6. Wenn bei Schritt a3 bestimmt wird, daß solch eine Initialisierung nicht notwendig ist, geht die Ablaufkette direkt zu Schritt a6. Auf Schritt a6 liest der Mikrocomputer die Ausgangsgrößen V1, V2, das heißt AUSGANGSGRÖSSE 1 und AUSGANGSGRÖSSE 2. Anschließend wird der Wert V1 auf Schritt a7 mit dem Wert der AUSGANGSGRÖSSE 1 verglichen, der im vorhergehenden Zirkel gelesen wurde, und so wird bestimmt, ob die AUSGANGSGRÖSSE 1 eine Änderung von einem H-Pegel zu einem L-Pegel darstellt, d. h. VH → VL wie in Fig. 5 gezeigt, was eintritt, wenn das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht wurde.
Ist solch eine Änderung bestimmt worden, dann geht die Ablaufkette zu Schritt a8, wenn nicht, dann zu Schritt a9.
Da das Luft-Kraftstoffgemisch nun über ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis verfügt, entscheidet der Mikrocomputer bei Schritt a8, ob die Bedingung einer Korrektur des Unterschieddurchschnittwertes ΔVM oder ob die Änderung der Beschleunigungsöffnung ο kleiner ist als der Bezugswert oder ob das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F nicht gerade geändert wurde, erfüllt ist. Sind keine Modifizierungen notwendig, geht die Ablaufkette weiter zu Schritt a9, im anderen Fall zu Schritt a10.
Bei Schaltung a10 wird die Ausgangsgröße V2 der Addierschaltung als ein aktueller Wert VST zu dem Zeitpunkt gelesen, wenn das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht ist, und dann wird der Unterschied ΔV des Wertes VST zu einem vorgegebenen stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnissignal UST berechnet (d. h. ΔV = VST - UST); danach wird der Wert und ein nachfolgender Wert und/oder Werte des jetzt und in vorhergegangenen Zyklen erhaltenen Unterschiedes ΔV gemittelt, und so der Unterschiedsdurchschnittswert ΔVM erhalten. Danach geht die Ablaufkette weiter zu Schritt a9.
Bei Schritt a9 wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis a/F berechnet. Dabei wird die aktuelle Abweichung des Berechnungssignals V2 des Luft-Kraftstoffverhältnisses mit dem Unterschieddurchschnittswert ΔVM (siehe Fig. 6) korrigiert und so das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Übereinstimmung mit z. B. einer Gleichung (A/F)2 = f(V2 - ΔVM) ermittelt. Durch die Korrektur des Berechnungssignals V2 des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit dem Unterschiedsdurchschnittswert ΔVM (oder sonstigem ΔV) kann ein Genauigkeitsfehler im Vorspannungswert Vα der Addierschaltung 13 zwischen Produkten und Alterung behoben werden und demgemäß kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis jederzeit mit einem hohen Genauigkeitsgrad erstellt werden.
Anschließend wird der Unterschied ε zwischen dem gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F und dem aktuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet, ebenso der Unterschied Δε zwischen dem Wert ε und einem vorhergehenden Wert des Unterschieds ε. Danach wird ein Kraftstoffmengen- Korrekturkoeffizient KFB durch das Luft-Kraftstoff- Verhältnis errechnet.
Hierbei werden ein Proportionsfaktor KA (ε) der Verstärkung (siehe Fig. 7), die von dem errechneten Niveau des Unterschiedes ε abhängt, und eine Offset-Spannung KP, mit der eine Verzögerung als Antwort auf den nicht abgebildeten Ternärkatalysator verhindert werden soll, errechnet; dann werden KD (Δε) und εKI (ε, tFB) als Differenzierungs- bzw. Integrationsfaktoren berechnet, wonach die errechneten Werte addiert oder substrahiert werden zur Bestimmung des Kraftstoffmengen-Korrekturkoeffizienten KFB.
Anschließend geht die Ablaufkette zu Schritt a4 weiter, wo die zu diesem Zeitpunkt notwendige Kraftstoffmenge aus dem Kraftstoffmengen-Korrekturkoeffizienten KFB und dem Korrekturkoeffizienten K und der Bezugskraftstoffmenge F (A/N, N) errechnet wird. Danach kehrt die Ablaufkette zur Haupt-Routine zurück.
Auf diese Weise kann der Detektor für das Luft-Kraftstoff- Verhältnis das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)2 = f(V2 - ΔVM) mit einem hohen Genauigkeitsgrad errechnen, indem er von der Ausgangsgröße V1 der zweiten Detektoreinrichtung DM2 einen Zeitpunkt erfaßt, zu dem das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht ist, und indem er die Ausgangsgröße V2 der ersten Detektoreinrichtung DM1 zu dem Zeitpunkt erfaßt, zu dem die Ausgangsgröße VST dem aktuellen stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, und indem er den Unterschied ΔV = (VST - UST) zwischen der Ausgangsgröße VST und dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnissignal UST, das vorher im Mikrocomputer gespeichert wird, berechnet, und indem er dann eine Korrektur von V2 - ΔVM (Durchschnittswert von ΔV) nach Berechnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich erzielt. Demgemäß verfügt eine mit dem so erhaltenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmende Berechnung der Kraftstoffversorgungsmenge über eine erhöhte Genauigkeit, es kann verhindert werden, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eine Steuerbreite (Fensterbreite) verläßt nach Betrieb des Motors im stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (d. h. nach Feedback-Steuerung), und der Ternärkatalysator kann wirksam und voll genutzt werden.
In oben beschriebener Funktionsweise des Detektors für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann zur Vereinfachung des Vorgangs das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auch direkt durch Verwendung des letzten, einzelnen Unterschiedes ΔV berechnet werden, anstatt nach Feststellung eines Durchschnittes der Unterschiede ΔV bei Schritt a10.
Wie aus vorgenannter Beschreibung ersichtlich, ist es bei der vorliegenden Erfindung möglich, bei der Berechnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine Fehlerkomponente von dem Berechnungssignal des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses V2 der ersten Detektoreinrichtung auszumerzen. Demgemäß kann ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit einem hohen Genauigkeitsgrad erzielt werden.
Kurz zusammengefaßt betrifft die Erfindung also einen Detektor für ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit erhöhtem Genauigkeitsgrad, der folgenden Einrichtungen aufweist: eine Sensorzelle zur Erzeugung eines elektrischen Signal als Antwort auf den Unterschied zwischen der Sauerstoffkonzentration in einem Abgas und der Sauerstoffkonzentration in einem Bezugsgas; eine Steuereinrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Steuersignals mit einer von einer Ausgangsgröße der Sensorzelle bestimmten Polarität; eine Pumpzelle zur Bewegung von Sauerstoffionen als Antwort auf ein von der Steuereinrichtung empfangenes elektrisches Steuersignal; eine Steuerstromfluß-Detektoreinrichtung zur Erfassung eines Steuerstromflusses zwischen der Steuereinrichtung und der Pumpzelle; eine Detektoreinrichtung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur Erfassung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Steuerstromflusses; eine Detektoreinrichtung für das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur Erfassung der Richtung des Steuerstromflusses, um das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu bestimmen; eine Speichereinrichtung zur Speicherung eines linearen Luft-Kraftstoff-Verhältniswertes, der von einem vorgegebenen, funktionalen Verhältnis zur Größe des Steuerstromflusses bestimmt wird; eine Detektoreinrichtung für das lineare Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur Erfassung der Größe des Steuerstromflusses, der von der Steuerstromfluß- Detektoreinrichtung für den Abruf des gespeicherten, linearen Luft-Kraftstoff-Verhältniswertes aus der Speichereinrichtung bestimmt wird; und eine Korrektureinrichtung zur Korrektur des vorgegebenen, funktionalen Verhältnisses, das in der Speichereinrichtung gespeichert ist, wenn ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff- Verhältnis von der Detektoreinrichtung für das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis erzeugt wird.

Claims (14)

1. Detektor für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, mit einer Sensorzelle (5) zur Erzeugung eines elektrischen Signals als Antwort auf den Unterschied zwischen der Sauerstoffkonzentration in einem Abgas nach Verbrennung eines Luft-Kraftstoffgemisches in der Brennkammer und der Sauerstoffkonzentration in einem Bezugsgas;
einer Regeleinrichtung (9, 10, 11) zur Erzeugung eines elektrischen Regelsignals, einer Pumpzelle (1) zur Bewegung von Sauerstoffionen als Antwort auf ein von der Regeleinrichtung (9, 10, 11) erhaltenes, elektrisches Regelsignal;
gekennzeichnet durch ein elektrisches Regelsignal mit einer von der Ausgangsgröße der Sensorzelle (5) bestimmten Polarität;
eine Regelstrom-Detektoreinrichtung (17) zur Erfassung eines Regelstromflusses, der zwischen der Regeleinrichtung (9, 10, 11) und der Pumpzelle (1) übertragen wird;
durch eine Detektoreinrichtung (DM2) für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur Erfassung der Richtung des Regelstromflusses für die Bestimmung des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses;
durch eine Speichereinrichtung (19) zur Speicherung eines linearen Luft-Kraftstoff-Verhältniswertes, der durch ein vorgegebenes, funktionales Verhältnis zur Größe des Regelstromflusses bestimmt wird;
durch eine Detektoreinrichtung (DM1) für ein lineares Luft- Kraftstoff-Verhältnis zur Erfassung der Größe des Regelstromflusses, der durch die Regelstromfluß-Detektoreinrichtung (17) bestimmt wird, um so den gespeicherten, linearen Luft- Kraftstoff-Verhältniswert aus der Speichereinrichtung (19) auszulesen; und
durch eine Korrektureinrichtung (19) zur Korrektur des in der Speichereinrichtung gespeicherten und vorgegebenen, funktionalen Verhältnisses, wenn ein stöchiometrisches Luft- Kraftstoff-Verhältnissignal von der Detektoreinrichtung (DM2) für das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis abgegeben wird.
2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelstrom-Detektoreinrichtung (17) ein in einer elektrischen Regelsignal-Speiseleitung, die von der Regeleinrichtung (9, 10, 11) zur Pumpzelle (1) führt, zwischengeschalteter Widerstand ist.
3. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (DM1) für das lineare Luft-Kraftstoffverhältnis eine Spannungsdetektorschaltung (12) zur Erfassung einer Spannung über dem Widerstand und eine Addierschaltung (13) zur Addition eines Vorspannungswertes zu der Ausgangsgröße des Spannungsdetektorkreislaufes einschließt.
4. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (DM2) für das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen Komparator (15) zur Aufnahme von Spannungssignalen von den dem Widerstand (17) gegenüberliegenden Enden und zur Erzeugung eines binären Signals als Antwort auf einen Unterschied zwischen den empfangenen Spannungssignalen einschließt.
5. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (9, 10, 11) einen Komparator (10) für den Vergleich der Ausgangsgröße der Sensorzelle (5) mit einem Bezugssignal (Vref) zur Erzeugung eines binären Signales und eine Regelschaltung (11) für die Aufnahme eines binären Signales vom Komparator (10) zur Erzeugung einer erhöhten bzw. verringerten Ausgangsgröße einschließt.
6. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung einen Integrierverstärker (11) mit positiver und negativer Quelle aufweist, der das binäre Signal vom Komparator (10) mit einem positiven Koeffizienten integriert, wenn das binäre Signal auf einem Pegel ist und dann abgibt, und der das binäre Signal vom Komparator (10) mit einem negativen Koeffizienten integriert, wenn das binäre Signal auf einem anderen Pegel ist und dann abgibt.
7. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensorzelle (5) eine Sensorelektrode (6) einschließt, die an einer von den zwei sich gegenüberliegenden Seitenwänden der Sensorzelle (5) angeordnet ist, die einer Detektorkammer (C1), in die ein Abgas geleitet wird, zugewandt ist, und eine Bezugselektrode (8), die an der anderen der sich gegenüberliegenden Seitenwände der Sensorzelle (5) angeordnet ist, die einer Bezugskammer (C2), in die ein Bezugsgas geleitet wird, zugewandt ist;
daß eine von zwei sich gegenüberliegenden Wänden der Pumpzelle (1) einen Abgasweg der Brennkammer und die andere Wand der Detektorkammer zugewandt ist und dadurch,
daß die Pumpzelle (1) ein Diffusionsloch (2) zur kommunizierenden Verbindung des Abgaswegs mit der Detektorkammer (C1) aufweist;
und daß die Pumpzelle (1) außerdem ein auf ihren sich gegenüberliegenden Wänden angeordnetes Paar von Pumpelektroden (3A, 3B) aufweist.
8. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpelektroden (3A, 3B) um den Eingang bzw. Ausgang herum des Diffusionsloches (2) angeordnet sind.
9. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bestandteil der Sensor- und/oder Pumpzelle (5, 1) Zirkoniumoxid ist.
10. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensor- und die Bezugselektrode (6, 8) auf der Sensorzelle (5) und/oder die Pumpelektroden (3A, 3B) auf der Pumpzelle (1) aus Platin bestehen.
11. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorelektrode (6) die Bezugselektrode (8) und die Pumpelektroden (3A, 3B) jeweils eine große Anzahl von Poren aufweisen.
12. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorkammer (C1), die Bezugskammer (C2), die Sensorzelle (5) und die Pumpzelle (1) als eine Einheit zusammengefaßt sind.
13. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit ein Heizgerät (7) aufweist.
14. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugskammer (C2) als atmosphärische Kammer ausgerichtet ist, in welche Luft als Bezugsgas geleitet wird.
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