DE3840247A1 - Messvorrichtung fuer das luft-kraftstoff-mischungsverhaeltnis fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung für das Luft- Kraftstoff-Mischungsverhältnis für eine Brennkraftmaschine, insbesondere, aber nicht ausschließlich, bezieht sich die Erindung auf eine Meßvorrichtung für das Luft-Kraftstoff- Mischungsverhältnis für den Motor eines Kraftfahrzeugs.

In jüngerer Zeit sind Luft-Kraftstoff-Mischungsverhältnisdetektoren in die Auspuffkrümmer von Brennkraftmaschinen bzw. Motoren eingebaut worden, um das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches genau zu steuern, das in die Zylinder von Brennkraftmaschinen eintritt. Die Komponenten des Abgases eines Motors, die mit dem Luft- Kraftstoff-Verhältnis in Korrelation stehen, werden mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektor abgetastet, und die Kraftstoffzuführung wird durch eine Rückkopplungsschleife gesteuert, um einen Sollwert für das Luft-Kraftstoff-Mischungsverhältnis zu erzielen.

Diese Art von Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektor hat im allgemeinen ein Meßelement und eine Heizung, welche das Abtastelement auf eine Aktivierungstemperatur aufheizt. Ein Sensor dieser Bauart ist in der JP-Patentanmeldung Nr. 60-58 548 beschrieben.

Die Temperatur des Abgases eines Motors hängt stark vom Betriebszustand des Motors (ausgedrückt durch Parameter wie z. B. Motordrehzahl, Ansaugluftdurchsatz und Ansaugluftdruck), Temperaturparametern, wie z. B. Motorkühlwassertemperatur und Ansauglufttemperatur, sowie der Fahrzeuggeschwindigkeit ab.

Da ein Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektor im Inneren des Auspuffkrümmers eines Motors angeordnet ist, ist er dem Abgas ausgesetzt, dessen Temperatur sich stark ändert. Um daher die Temperatur des Meßelementes des Luft-Kraftstoff- Verhältnisdetektors über einer Aktivierungstemperatur zu halten und dennoch das Meßelement nicht zu überheizen, ist es erforderlich, das Ausgangssignal der Heizung für das Meßelement in Abhängigkeit von der Abgastemperatur einzustellen.

Bei einem herkömmlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektor wird das Ausgangssignal der Heizung für das Meßelement in Abhängigkeit von der Abgastemperatur gesteuert, die durch den Ansaugluftdurchsatz in den Motor bestimmt ist. Wenn der Ansaugluftdurchsatz unter einem vorgegebenen Wert liegt, wird dies als Anzeichen dafür genommen, daß die Abgastemperatur unter einer vorgeschriebenen Temperatur liegt, und die Heizung für das Meßelement wird eingeschaltet. Wenn andererseits der Ansaugluftdurchsatz über dem vorgeschriebenen Wert liegt, wird dies als Anzeichen dafür genommen, daß die Abgastemperatur über der vorgeschriebenen Temperatur liegt, und die Heizung für das Meßelement wird abgeschaltet.

Dieses Verfahren für die Heizungssteuerung ist jedoch nicht ausreichend genau, denn in der oben angegebenen Weise hängt die Abgastemperatur eines Motors von einer großen Anzahl von Parametern außer dem Ansaugluftdurchsatz ab, so daß auch bei einem konstanten Ansaugluftdurchsatz die Abgastemperatur sich ändern kann. Mit diesem herkömmlichen Verfahren der Heizungssteuerung kann somit die Temperatur des Meßelementes nicht konstant gehalten werden.

Über den gesamten Betriebsbereich des Motors genommen, liegen Schwankungen der Abgastemperatur aufgrund von sich ändernden Betriebsbedingungen normalerweise über 800°C. Der Bereich der Schwankungen von Abgastemperaturen zwischen den Zuständen, wo die Heizung eines herkömmlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektors eingeschaltet und wo sie ausgeschaltet ist, ist zu groß, die Änderung der Temperatur des Luft-Kraftstoff- Verhältnisdetektors wird zu groß, und die Temperaturabhängigkeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektors kann nicht mehr ignoriert werden. Somit wird die genaue Messung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses im Abgas extrem schwierig.

Bei einem herkömmlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektor tritt außerdem das Problem auf, daß die Spannung der Batterie des Fahrzeugs direkt an die Heizung für das Meßelement angelegt wird. Während des Fahrzeugbetriebes kann sich die Batteriespannung ändern, und so kann es in Abhängigkeit von der Abgastemperatur unmöglich werden, die Temperatur des Meßelementes über seiner Aktivierungstemperatur zu halten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Meßvorrichtung für das Luft-Kraftstoff-Mischungsverhältnis anzugeben, bei der die Temperatur seines Meßelementes auf einer konstanten Temperatur über seiner Aktivierungstemperatur gehalten werden kann, und zwar über einen großen Bereich von Motorbetriebsbedingungen und Temperaturen, so daß das Luft-Kraftstoff- Mischungsverhältnis genau bestimmt werden kann.

Gemäß der Erfindung wird das Ausgangsverhältnis der Heizung für das Meßelement einer Meßvorrichtung für das Luft-Kraftstoff- Mischungsverhältnis in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors, einem Luft-Kraftstoff-Sollwertverhältnis und mindestens einem Parameter gesteuert, der gewählt wird aus der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, in welches die Meßvorrichtung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingebaut ist, und einem Temperaturparameter.

Durch Steuerung des Heizungsausgangssignals auf der Basis einer großen Anzahl von Parametern, anstatt lediglich in Abhängigkeit von dem Ansaugluftdurchsatz wie beim Stand der Technik, kann die Temperatur des Meßelementes über einer Aktivierungstemperatur konstant gehalten werden, und zwar trotz Schwankungen der Motorbetriebsbedingungen, der Temperaturzustände, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Batteriespannung.

Die Meßvorrichtung für das Luft-Kraftstoff-Mischungsverhältnis für einen Motor gemäß der Erfindung weist folgendes auf: ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Meßelement, das ein elektrisches Ausgangssignal entsprechend der Konzentration einer Komponente im Abgas des Motors des Fahrzeugs erzeugt; eine elektrische Heizung, die in der Nähe des Meßelementes angeordnet und in der Lage ist, das Meßelement auf eine Aktivierungstemperatur aufzuheizen; und eine Steuerung zum Steuern des Ausgangssignals der Heizung in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors, einem Luft-Kraftstoff-Sollwertverhältnis und mindestens einem Parameter, der aus der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und einem Temperaturparameter ausgewählt ist.

Das Ausgangssignal der Heizung für das Meßelement kann mit verschiedenen Methoden gesteuert werden. Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung sorgt die Steuerung für eine Veränderung oder Einstellung des Wertes der Spannung, der an die Heizung angelegt wird. Bei einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung wird eine Spannung mit konstantem Wert an die Heizung in Form von Impulsen angelegt, wobei die Steuerung die Länge der Impulse steuert, um ein geeignetes Heizungsausgangssignal zu erhalten.

Der oben angegebene Betriebszustand, auf dessen Basis die Heizungssteuerung durchgeführt wird, wird angegeben durch mindestens einen Parameter, der ausgewählt ist aus der Drehzahl des Motors, dem Durchsatz der Ansaugluft in den Motor, dem Druck der Ansaugluft und dem Öffnungsgrad einer Drosselklappe des Motors.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt eines Teiles eines Motors, der mit einer Meßvorrichtung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß der Erfindung ausgerüstet ist,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sowie einer dazugehörigen Abtastschaltung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Luft-Kraftstoff- Verhältnissteuerung, ausgerüstet mit einer ersten Ausführungsform einer Meßvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Luft-Kraftstoff- Verhältnissteuerung, ausgerüstet mit einer zweiten Ausführungsform der Meßvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Luft-Kraftstoff- Verhältnissteuerung, ausgerüstet mit einer dritten Ausführungsform der Meßvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 6a ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Motorlast und der Motordrehzahl für verschiedene Werte der Heizungsbedarfsspannung,

Fig. 6b ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Heizungsbedarfsspannung und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis,

Fig. 6c ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Heizungsbedarfsspannung und der Motorkühlwassertemperatur und in

Fig. 7 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Betriebes der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung gemäß Fig. 3 bei Berechnung der Heizungsbedarfsspannung.

Bei der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung werden durchgehend gleiche Bezugszeichen für gleiche oder entsprechende Teile verwendet. Dabei zeigt Fig. 1 einen schematischen Querschnitt eines Teiles einer Brennkraftmaschine oder eines Motors für ein Kraftfahrzeug, das mit einer Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung ausgerüstet ist, die eine Heizungssteuerung gemäß der Erfindung verwendet. Obwohl die Erfindung nachstehend bei ihrer Anwendung auf eine Brennkraftmaschine oder einen Motor für ein Kraftfahrzeug beschrieben wird, ist sie selbstverständlich auch für alle anderen Arten von Brennkraftmaschinen oder Motoren für andere Zwecke geeignet.

Wie in Fig. 1 angedeutet, hat ein Fahrzeugmotor 1 einen Kolben 1 a, Einlaß- und Auslaßventile 1 b sowie eine Zündkerze 1 c, die in einem Motorzylinder 1 d in herkömmlicher Weise eingebaut sind. Der Einfachheit halber ist nur ein einziger Zylinder 1 d dargestellt, wobei der Motor 1 selbstverständlich mit einer Vielzahl von Motorzylindern 1 d mit gleichem Aufbau ausgerüstet sein kann.

Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 3 ist am Auspuffkrümmer 2 des Motors 1 angebracht. Ein Ansaugrohr 4, das sich in den Innenraum des Zylinders 1 d öffnet, hat einen Ansaugluftdurchsatzsensor 5, der darin installiert ist und der ein elektrisches Ausgangssignal liefert, welches dem Durchsatz entspricht, mit dem Luft in dem Ansaugrohr 4 strömt. Ein Luftfilter 13 ist am Einlaß des Ansaugrohres 4 montiert. Ein Ansauglufttemperatursensor 6, der ebenfalls am Ansaugrohr 4 montiert ist, mißt die Temperatur der Ansaugluft und erzeugt ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal.

Eine Drosselklappe 7 ist im Inneraum des Ansaugrohres 4 montiert, und ein Drosselklappenöffnungssensor 8, der am Ansaugrohr 4 montiert ist, mißt den Öffnungsgrad der Drosselklappe 7 und erzeugt ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal. Ein Drehzahlsensor 9, der am Motor 1 montiert ist, mißt dessen Drehzahl und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal. Die Temperatur des Kühlwassers für den Motor 1 wird von einem Kühlwassertemperatursensor 10 gemessen, der am Motorblock montiert ist und der ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal erzeugt.

Die Ausgangssignale von den Sensoren 3, 5, 6, 8, 9 und 10 werden als Eingangssignale für eine Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung 50 zur Verfügung gestellt, die von der Batterie 12 des Fahrzeugs mit Energie versorgt wird. Die Steuerung 50 steuert den Betrieb einer Kraftstoffeinspritzdüse 11, die am Ansaugrohr 4 montiert ist. Die Steuerung 50 fungiert auch als Steuerung für die Meßvorrichtung für das Luft-Kraftstoff- Mischungsverhältnis gemäß der Erfindung.

Der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 3 weist ein Meßelement 31 und eine Heizung 32 auf, die in Fig. 2 schematisch und zusammen mit einer dazugehörigen Abtastschaltung 51 dargestellt sind, die im Innenraum der Steuerung 50 untergebracht ist. Das Meßelemente 31 ist von herkömmlicher Bauweise und beispielsweise in der JP-Patentanmeldung Nr. 60-1 69 751 beschrieben.

Das Meßelement 31 weist folgendes auf: eine Sauerstoffpumpe 31 a, eine Sauerstoffkonzentrationszelle 31 b, die der Sauerstoffpumpe 31 a gegenüberliegt, einen Abgasdiffusor 31 c, der zwischen der Sauerstoffpumpe 31 a und der Sauerstoffkonzentrationszelle 31 b ausgebildet ist, und ein Sauerstoffreferenzteil 31 d, das zur Atmosphäre offen ist. Für eine ordnungsgemäße Funktion muß das Meßelement 31 über eine vorgeschriebene Aktivierungstemperatur aufgeheizt werden, und zwar mit einer in seiner Nähe angeordneten Heizung 32. Die Heizung 32 ist mit zwei Leitungen 32 a und 32 b versehen, über welche eine Heizspannung angelegt wird.

Wenn der Motor in Betrieb ist und das Meßelement 31 im aktivierten Zustand ist, erzeugt die Sauerstoffkonzentrationszelle 31 b eine elektromotorische Kraft Vs, die der Differenz zwischen der Sauerstoffkonzentration in dem Abgasdiffusor 31 c und der entsprechenden Konzentration in dem Sauerstoffreferenzteil 31 d entspricht. Diese elektromotorische Kraft Vs wird an den nicht invertierenden Eingang eines Vorverstärkers 5 a der Abtastschaltung 51 angelegt. Das verstärkte Ausgangssignal des Vorverstärkers 51 wird an den invertierenden Eingang eines Differentialintegrators 51 b angelegt, an dessen nicht-invertierenden Eingang eine Referenzspannung Vref angelegt wird.

Das Ausgangssignal des Differentialintegrators 51 b wird an den nicht-invertierenden Eingang einer Folgestufe 51 c angelegt, und das Ausgangssignal der Folgestufe 51 c wird an den invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 51 d sowie an seinen nicht-invertierenden Eingang über einen Widerstand Rs angelegt. Man läßt einen Steuerstrom Ip durch die Sauerstoffpumpe 31 a fließen, und zwar in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Referenzspannung Vref und der Spannung, die an den invertierenden Eingang des Integrators 51 b angelegt wird. Der Steuerstrom Ip ist proportional zur Konzentration der Komponenten im Abgas, die mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zusammenhängen.

Der Wert der Referenzspannung Vref wird so gewählt, daß der Steuerstrom Ip negativ ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch mager ist, daß der Steuerstrom Ip positiv ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch fett ist, und daß der Steuerstrom Ip für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Mischungsverhältnis Null ist. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 51 d, das proportional zum Steuerstrom Ip ist, wird an den invertierenden Eingang eines Verstärkers 51 e angelegt, dessen nicht-invertierender Eingang mit einer Referenzspannung Vo verbunden ist, die einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Mischungsverhältnis entspricht. Die positive Ausgangsspannung Vout des Verstärkers 51 e gibt das Luft-Kraftstoff-Mischungsverhältnis an.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung 50 gemäß Fig. 1, die auch als Steuerung für eine erste Ausführungsform der Meßvorrichtung für das Luft-Kraftstoff-Mischungsverhältnis gemäß der Erfindung dient. Analog/Digital-Wandler oder kurz A/D-Wandler 50 a bis 50 e sind zwischen eine Eingangsstufe 55 sowie den Ansaugluftdurchsatzsensor 5, den Drosselklappenöffnungssensor 8, den Ansauglufttemperatursensor 6, den Kühlwassertemperatursensor 10 und die Batterie 12 geschaltet. Das Ausgangssignal des Drehzahlsensors 9 wird direkt an die Eingangsstufe 55 angelegt. Ein weiterer A/D-Wandler 50 f ist zwischen den Ausgang der Abtastschaltung 51 gemäß Fig. 2 und die Eingangsstufe 55 geschaltet.

Die Eingangsstufe 55 ist mit einem Mikroprozessor 52 verbunden, der an einen ROM 53, eine RAM 54 und eine Ausgangsstufe 56 angeschlossen ist. Der RAM 54 wird zur vorübergehenden Speicherung von Daten während der Durchführung von Berechnungen verwendet. Die Ausgangsstufe 56 ist an einen Verstärker 50 h über einen D/A-Wandler 50 g angeschlossen. Der Ausgang des Verstärkers 50 h ist mit der Basis eines Transistors Tr 1 verbunden. Der Kollektor des Transistors Tr 1 ist an die Batterie 12 angeschlossen, und sein Emitter ist an die eine Leitung 32a der Heizung 32 sowie an den invertierenden Eingang des Verstärkers 50 h als Rückkopplungssignal angeschlossen.

Mit einer derartigen Anordnung wird die Spannung, die an die Heizung 32 angelegt wird, stets gleich der Spannung gehalten, die an den nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 50 h angelegt wird, unabhängig von Schwankungen der Batteriespannung Vb der Batterie 12. Die Ausgangsstufe 56 ist außerdem an die Kraftstoffeinspritzdüse 11 angeschlossen, und zwar über eine Kraftstoffsteuerschaltung 57.

Wie oben erläutert, hängt die Spannung, die an die Heizung 32 angelegt werden muß, um die Temperatur Ts des Meßelementes 31 auf einer vorgeschriebenen Temperatur zu halten, die mindestens so hoch ist wie die Aktivierungstemperatur, von den Betriebszuständen des Motors ab. Diese Spannung wird nachstehend als Heizungsbedarfsspannung Vh bezeichnet.

Fig. 6a zeigt die Heizungsbedarfsspannung Vh für einen konstanten Wert der Sensortemperatur Ts als Funktion der Drehzahl Ne des Motors und der Motorlast Pb. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß die Heizungsbedarfsspannung Vh zunimmt, wenn die Drehzahl Ne oder die Motorlast Pb zunimmt. Sie nimmt auch zu, wenn die Abgastemperatur ansteigt.

Fig. 6b zeigt den Zusammenhang zwischen der Heizungsbedarfsspannung Vh und dem Luft-Kraftstoff-Mischungsverhältnis A/F für eine konstante Sensortemperatur Ts. Die Abgastemperatur ist ein Maximum für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff- Verhältnis, und sie nimmt ab, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch entweder fett oder mager ist. Die Heizungsbedarfsspannung Vh ist daher ein Minimum für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff- Verhältnis, und sie nimmt in den Bereichen zu, wo das Gemisch entweder mager oder fett ist.

Fig. 6c zeigt den Zusammenhang zwischen der Heizungsbedarfsspannung Vh und der Kühlwassertemperatur Tw des Motors für einen konstanten Wert der Sensortemperatur Ts. Die Abgastemperatur ist grob proportional zur Kühlwassertemperatur Tw, so daß die Heizungsbedarfsspannung Vh grob gesprochen umgekehrt proportional zur Kühlwassertemperatur Tw ist.

Der Zusammenhang zwischen der Heizungsbedarfsspannung Vh und der Ansauglufttemperatur Ta zeigt grob gesagt die gleiche Tendenz.

Die Zusammenhänge, die in den Fig. 6a bis 6c dargestellt sind, sind in dem ROM 53 der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung 50 gemäß Fig. 3 gespeichert und werden verwendet, um die Heizungsbedarfsspannung Vh auf der Basis der Eingangssignale von den verschiedenen Sensoren zu der Steuerung 50 zu berechnen.

Als nächstes wird der Betrieb der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung 50 für den Fall beschrieben, wo die Motordrehzahl Ne und der Ansaugluftdurchsatz Qa als Parameter verwendet werden, die den Motorbetriebszustand angeben. Auf der Basis eines im ROM 53 gespeicherten Programms werden die Eingangssignale, die der Motordrehzahl Ne und dem Ansaugluftdurchsatz Qa entsprechen, in den Mikroprozessor 52 eingegeben, der die Motorlast entsprechend der Formel Pb=Qa/Ne berechnet. Dann wird ein Anfangssollwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der dem berechneten Wert von Pb entspricht, aus dem ROM 53 gelesen.

Als nächstes werden Signale, die der Ansauglufttemperatur Ta und der Kühlwassertemperatur Tw entsprechen, in den Mikroprozessor 52 eingegeben, und auf der Basis dieser Temperaturen wird der Anfangssollwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses korrigiert, um den endgültigen Sollwert des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses zu erhalten. Das tatsächliche Luft-Kraftstoff- Verhältnis unter den herrschenden Betriebsbedingungen wird von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 3 gemessen, und ein entsprechendes Ausgangssignal Vout wird von der Abtastschaltung 51 erzeugt. Dieses Signal wird in den A/D-Wandler 50 f eingegeben, und ein digitalisiertes Signal wird über die Eingangsstufe 55 in den Mikroprozessor 52 eingegeben.

Der Mikroprozessor 52 vergleicht den endgültigen Sollwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit dem tatsächlichen Luft- Kraftstoff-Verhältnis, und die Betriebszeit für die Kraftstoffeinsspritzdüse 11 wird berechnet, so daß das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Gemisch gleich dem endgültigen Sollwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird. Ein entsprechendes Steuersignal wird über die Ausgangsstufe 56 an die Kraftstoffsteuerschaltung 57 gegeben, und die Kraftstoffeinspritzdüse 11 wird so betrieben, daß Kraftstoff für die berechnete Zeitdauer eingespritzt wird.

Während der Beschleunigung oder Abbremsung wird die Drosselklappenöffnung R für eine Mitkopplungssteuerung verwendet, bei der die Menge des Kraftstoffes vorübergehend vergrößert oder verringert wird.

Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm für den Betriebsablauf, der von der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung 50 durchgeführt wird, um die Heizungsbedarfsspannung Vh zu berechnen. Nach dem Start werden zunächst beim Schritt 101 elektrische Signale, die dem Ansaugluftdurchsatz Qa und der Motordrehzahl Ne entsprechen, von dem Ansaugluftdurchsatzsensor 5 bzw. dem Drehzahlsensor 9 in den Mikroprozessor 52 eingegeben. Diese beiden Werte Qa und Ne werden als Parameter verwendet, welche den Betriebszustand des Motors angeben. Beim Schritt 102 berechnet der Mikroprozessor 52 dann die Motorlast Pb gemäß der Formel Pb=Qa/Ne.

Dann wird beim Schritt 103 der Wert eines Korrekturfaktors CNA für die Heizungsbedarfsspannung Vh, der eine Funktion von Ne und Pb ist, aus dem ROM 53 in den Mikroprozessor 52 eingelesen.

Beim Schritt 104 wird ein Signal, das dem Wert der Ansauglufttemperatur Ta entspricht, von dem Ansauglufttemperatursensor 6 in den Mikroprozessor 52 eingegeben. Beim Schritt 105 wird ein Korrekturfaktor CTA für die Heizungsbedarfsspannung Vh, der eine Funktion der Ansauglufttemperatur Ta ist, aus dem ROM 53 in den Mikroprozessor 52 eingelesen.

In ähnlicher Weise wird beim Schritt 106 ein Signal, das der Kühlwassertemperatur Tw entspricht, von dem Kühlwassertemperatursensor 10 in den Mikroprozessor 52 eingegeben; und ein Korrekturfaktor CTW für die Heizungsbedarfsspannung Vh, der eine Funktion der Kühlwassertemperatur Tw ist, wird aus dem ROM 53 in den Mikroprozessor 52 eingelesen.

Dann wird beim Schritt 108 ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sollwert TAF auf der Basis der Werte von Ne, Pb, Ta und Tw berechnet. Beim Schritt 109 wird ein Korrekturfaktor CAF, der dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert TAF entspricht, aus dem ROM 53 ausgelesen.

Beim Schritt 110 werden die oben angegebenen Korrekturfaktoren CNA, CTA, CTW und CAF miteinander kombiniert, um einen Gesamtkorrekturfaktor CT zu bilden. Im allgemeinen wird der Gesamtkorrekturfaktor CT durch eine Funktion bestimmt, die CNT, CTA, CTW und CAF als Variable hat. Beispielsweise ist CT durch die nachstehenden Formeln gegeben:

CT = CNA · CTA · CTW · CAF oder

Beim Schritt 111 wird eine Heizungsreferenzspannung Vhc, die den vorgeschriebenen Referenzwerten für die Parameter Ne, Pb, Ta, Tw und TAF entspricht, aus dem ROM 53 in den Mikroprozessor 52 eingelesen, und beim Schritt 112 wird die Heizungsreferenzspannung Vhc korrigiert, also mit dem Gesamtkorrekturfaktor CT multipliziert, um eine Heizungsbedarfsspannung Vh zu liefern, und ein Digitalsignal, das dem Wert der Heizungsbedarfsspannung Vh entspricht, wird an die Ausgangsstufe 56 abgegeben.

Der D/A-Wandler 50 g wandelt dieses Digitalsignal in ein Analogsignal mit einem Wert von Vh um und legt es an den nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 50 h an. Aufgrund der Rückkopplung vom Transistor Tr 1 zum Verstärker 50h wird die Emitterspannung des Transistors Tr 1 stets gleich der Heizungsbedarfsspannung Vh gehalten. Auch wenn daher Änderungen im Betriebszustand des Motors dafür sorgen, daß sich die Abgastemperatur ändert, kann die Temperatur Ts des Meßelementes 31 des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 3 stets auf einem konstanten Pegel gehalten werden, der über einer Aktivierungstemperatur liegt. Infolgedessen kann stets eine genaue Messung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motorabgases durchgeführt werden.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nur insofern berücksichtigt, als sie sich in den verschiedenen Betriebsparametern äußert. Für einen konstanten Motorbetriebszustand ist es jedoch möglich, daß sich die Fahrzeuggeschwindigkeit ändert. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt, nimmt die Kühlung des Auspuffkrümmers 2 zu, und zwar wegen der zunehmenden Luftströmung über seiner Außenoberfläche, und seine Temperatur nimmt ab. Infolgedessen nimmt der Wert der Wärmeabgabe vom Abgas zum Auspuffkrümmer 2 zu, und die Temperatur der Abgase fällt.

Außerdem nimmt auch der Wert der Wärmeübertragung vom Luft- Kraftstoff-Verhältnissensor 3 zum Auspuffkrümmer 2 zu, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt. Somit nimmt die Temperatur Ts des Kraftstoff-Meßelementes 31 ab, so daß die Heizungsbedarfsspannung Vh erhöht werden muß, um die Sensortemperatur Ts konstantzuhalten.

Fig. 4 zeigt eine Steuerung 50 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Meßvorrichtung für das Luft-Kraftstoff- Mischungsverhältnis gemäß der Erfindung; diese Ausführungsform ist zusätzlich mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14 ausgerüstet, der ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, welches der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs entspricht. Dieses Signal wird über die Eingangsstufe 55 in den Mikroprozessor 52 eingegeben. Im übrigen hat diese Ausführungsform gleichen Aufbau wie die oben beschriebene Ausführungsform gemäß Fig. 3.

Der ROM 53 speichert Korrekturfaktordaten CV im Hinblick auf Änderungen der Heizungsbedarfsspannung Vh aufgrund von Änderungen der Temperatur des Meßelementes 31, die von der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs abhängen. Nachdem die Heizungsbedarfsspannung Vh berechnet worden ist, wie es das Flußdiagramm in Fig. 7 zeigt, wird sie außerdem in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v korrigiert, und zwar durch den Korrekturfaktor CV; der der von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14 gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit v entspricht.

Vorzugsweise ist der Korrekturfaktor CV bestimmt durch die Motorlast Pb und die Fahrzeuggeschwindigkeit v. Beispielsweise ist der Korrekturfaktor CV gegeben als ein Punkt g (Pb, v) in einer zweidimensionalen Kennlinie, die durch die Motorlast Pb und die Fahrzeuggeschwindigkeit v bestimmt ist. Infolgedessen kann die Temperatur des Meßelementes 31 noch besser konstant gehalten werden, und die Genauigkeit der Steuerung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses wird weiter verbessert.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Heizungsreferenzspannung Vhc eine Maximalspannung, die dem Fall entspricht, wo die Abgastemperatur auf einem Minimum ist. Ferner liegt sie unter der zulässigen Maximalspannung für die Heizung 32. Außerdem hat der Gesamtkorrekturfaktor CT einen Wert von höchstens 1. Somit ist die Heizungsbedarfsspannung Vh, die beim Schritt 112 berechnet wird, stets kleiner als die oder gleich der Heizungsreferenzspannung Vhc und somit kleiner als die zulässige Maximalspannung für die Heizung 32.

Auch wenn der Gesamtkorrekturfaktor CT aufgrund der Fehlfunktion von einem der Sensoren einen falschen Wert annimmt, wird infolgedessen die zulässige Maximalspannung für die Heizung 32 niemals überschritten, und es kann eine Beschädigung der Heizung 32 durch Überheizen zuverlässig verhindert werden.

Bei den beschriebenen beiden Ausführungsformen wird das Ausgangssignal der Heizung 32 geregelt durch die Steuerung des Wertes der Spannung, die daran angelegt wird. Bei einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung wird eine konstante Spannung an die Heizung 32 angelegt, und das Ausgangssignal der Heizung 32 wird geregelt, indem man die Länge der Zeitspanne steuert, für die diese konstante Spannung an die Heizung 32 angelegt wird.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild für eine Luft-Kraftstoff- Verhältnissteuerung gemäß einer dritten Ausführungsform. Diese dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 3 dadurch, daß der D/A-Wandler 50 g weggelassen und eine Referenzspannung Vhc an den nicht- invertierenden Eingang des Verstärkers 50 h angelegt ist. Der Kollektor eines zweiten Transistors Tr 2 ist mit dem Emitter des Transistors Tr 1 verbunden, und die Emitterspannung des Transistors Tr 1 wird als Rückkopplungssignal an den invertierenden Eingang des Verstärkers 50h angelegt. Die Basis des zweiten Transistors Tr 2 ist mit der Ausgangsstufe 56 verbunden. Die Emitterspannung des Transistors Tr 1, die an die Heizung 32 angelegt wird, ist daher stets gleich dem Wert der Referenzspannung Vhc. Im übrigen ist der Aufbau dieser Ausführungsform der gleiche wie der der Ausführungsform gemäß Fig. 3.

Auf der Basis des Motorbetriebszustandes, des Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sollwertes und der Temperatur des Motors, angegeben durch Ta und Tw, berechnet der Mikroprozessor 52 einen Prozentsatz für die Zeit, für die die Heizung 32 eingeschaltet werden soll. Dieser Prozentsatz entspricht dem Gesamtkorrekturfaktor CT. Die Ausgangsstufe 56 liegt ein Ausgangssignal "Null" für diesen Prozentsatz der Zeit an die Basis des zweiten Transistors Tr 2 an, und für den Rest der Zeit wird ein Impuls niedriger Spannung an die Basis des zweiten Transistors Tr 2 angelegt, um ihn einzuschalten bzw. durchzuschalten. Strom fließt durch die Heizung 32 nur dann, wenn der zweite Transistor Tr 2 abgeschaltet ist bzw. sperrt, so daß während des Prozentsatzes oder Zeitintervalls der Zeit, wo das Ausgangssignal der Ausgangsstufe 56 auf niedrigem Pegel ist, die Referenzspannung Vhc an die Heizung 32 angelegt wird.

Somit wird bei dieser Ausführungsform die Temperatur Ts des Meßelementes 31, die von der Heizung 32 erzeugt wird, gesteuert durch die Verwendung einer konstanten Referenzspannung Vhc und durch Einstellen der Länge der Zeitspanne, für die diese Spannung angelegt wird. Bei dieser Ausführungsform kann ebenso wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die Temperatur Ts des Meßelementes 31 des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 3 konstant gehalten werden.

Bei sämtlichen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden die Motordrehzahl Ne und der Ansaugluftdurchsatz Qa verwendet als Motorbetriebsparameter, die der Abgastemperatur entsprechen. Anstelle des Ansaugluftdurchsatzes Qa ist es jedoch möglich, den Ansaugluftdruck oder den Öffnungsgrad der Drosselklappe 7 als Betriebsparameter zu verwenden, um die gleiche Wirkung zu erzielen.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wurde die Heizungsreferenzspannung Vhc korrigiert auf der Basis von der Ansauglufttemperatur Ta und der Kühlwassertemperatur Tw. Es ist jedoch auch möglich, die Temperatur des Meßelementes 31 in angemessener Weise konstantzuhalten, indem man nur eine von diesen beiden Temperaturen verwendet. Außerdem kann u. U. eine ausreichende Steuerung der Heizung 32 auch dann durchgeführt werden, wenn nur ein Parameter aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und den Motortemperaturparametern verwendet wird.

Claims (6)

1. Meßvorrichtung für das Luft-Kraftstoff-Mischungsverhältnis für einen Motor, gekennzeichnet durch

• - ein Meßelement (31), das ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, welches der Konzentration einer Komponente im Abgas des Motors (1) eines Fahrzeugs entspricht;
• - eine elektrische Heizung (32), die in der Nähe des Meßelementes (31) angeordnet und in der Lage ist, das Meßelement (31) auf eine Aktivierungstemperatur aufzuheizen; und
• - eine Steuerung (50), um das Ausgangssignal der Heizung (32) in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors (1), einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert und mindestens einem Parameter zu steuern, der gewählt ist aus der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) und einem Temperaturparameter (Ta, Tw), um die Temperatur (Ts) des Meßelementes (31) auf einem konstanten Pegel von zumindest der Aktivierungstemperatur zu halten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (50) Einrichtungen (50 g, 50 h, Tr 1) aufweist, um eine variable Spannung an die elektrische Heizung (32) anzulegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (50) Einrichtungen (50 h, Tr 1, Tr 2, Vhc) aufweist, um eine konstante Spannung an die elektrische Heizung (32) für eine variable Zeitdauer anzulegen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung, die an die Heizung (32) angelegt wird, in Form von Impulsen zur Verfügung steht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebszustand bestimmt ist durch mindestens einen Parameter, der gewählt ist aus der Drehzahl (Ne) des Motors (1), dem Ansaugluftströmungsdurchsatz (Qa) in den Motor (1), dem Druck der Ansaugluft und dem Öffnungsgrad ( R ) einer Drosselklappe (7) des Motors (1).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturparameter einer der Parameter ist, die gegeben sind durch die Ansauglufttemperatur (Ta) und die Kühlwassertemperatur (Tw) des Motors (1).