DE3840248C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors, mit einem Meßelement, das ein der Konzentration einer Komponente in dem Abgas des Motors entsprechendes und mit dem Luft- Kraftstoff-Verhältnis in Korrelation stehendes elektrisches Ausgangssignal erzeugt, und einer elektrischen Heizung, die in unmittelbarer Nähe des Meßelementes angeordnet und durch die das Meßelement auf seine Aktivierungstemperatur aufheizbar ist.

Um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff- Gemisches genau zu regeln, das in die Zylinder von Verbrennungsmotoren eintritt, hat man in jüngerer Zeit Luft- Kraftstoff-Verhältnisdetektoren in die Auspuffkrümmer von Motoren installiert. Die Komponenten des Abgases vom Motor, die eine Korrelation zum Luft-Kraftstoff-Verhältnis haben, werden mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektor bestimmt, und die Kraftstoffzuführung wird durch die Regelung so gesteuert, daß ein Sollwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht wird.

Der Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektor hat im allgemeinen ein Meßelement und eine Heizung, welche das Meßelement zumindest auf eine vorgeschriebene Temperatur aufheizt, die nachstehend als Aktivierungstemperatur bezeichnet wird, unterhalb der das Meßelement nicht ordnungsgemäß funktionieren wird. Ein Detektor dieser Bauart ist beispielsweise in der JP-OS Nr. 60-58 548 beschrieben.

Die Temperatur des Abgases eines Verbrennungsmotors hängt stark vom Betriebszustand des Motors ab, der sich durch Parameter beschreiben läßt, wie z. B. die Motordrehzahl, den Ansaugluftströmungsdurchsatz und den Ansaugluftdruck. Da ein Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektor im Innenraum des Auspuffkrümmers eines Motors angeordnet ist, ist er dem Abgas des Motors ausgesetzt; die Temperatur des Detektors ändert sich, wenn sich die Abgastemperatur ändert.

Das Ausgangssignal eines Meßelementes eines Luft-Kraftstoff- Verhältnisdetektors hängt von der Temperatur des Abgases ab, dem er ausgesetzt ist. Um Schwankungen des Ausgangssignals des Meßelementes zu begrenzen, wird bei einem herkömmlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektor das Ausgangssignal der Heizung für das Meßelement in Abhängigkeit von der Abgastemperatur gesteuert, von der angenommen wird, daß sie durch den Ansaugluftströmungsdurchsatz in den Motor bestimmt wird.

Wenn nämlich der Ansaugluftströmungsdurchsatz unter einem vorgeschriebenen 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 Ansaugluftströmungsdurchsatz 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, da der Ansaugluftströmungsdurchsatz allein nicht ausreichend oder adäquat ist, um die Abgastemperatur eines Motors anzugeben, so daß auch bei einem konstanten Ansaugluftströmungsdurchsatz die Abgastemperatur sich ändern kann. Mit diesem herkömmlichen Verfahren der Heizungssteuerung kann somit die Temperatur des Meßelementes nicht konstant gehalten werden, was zu ungenauen Messungen des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses führt.

Über den gesamten Betriebsbereich des Motors liegen außerdem Schwankungen der Abgastemperatur aufgrund der Änderung der Betriebsbedingungen normalerweise über 800°C. Der Änderungsbereich von Abgastemperaturen zwischen Werten, wo die Heizung eines herkömmlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektors eingeschaltet ist, und Werten, wo sie abgeschaltet ist, ist zu groß, die Temperaturänderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektors wird zu hoch, und die Temperaturabhängigkeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektors kann nicht mehr vernachlässigt werden. Eine genaue Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von Abgasen wird somit sehr schwierig.

Ferner tritt bei einem herkömmlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisdetektor das Problem auf, das sie Batteriespannung des Fahrzeugs direkt an die Heizung für das Meßelement angelegt wird. Während des Fahrzeugbetriebes kann jedoch die Batteriespannung schwanken. Wenn somit die Abgastemperatur zu niedrig ist, kann es unmöglich werden, die Temperatur des Meßelementes über seiner Aktivierungstemperatur zu halten, wenn man die Batteriespannung verwendet.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist auch bekannt aus der DE-OS 30 35 284, in der eine Temperatursteuereinrich­ tung für einen Sauerstoffühler beschrieben ist, mit der eine übermäßige Erhitzung eines Sauerstoffühlers durch eine Heizung verhindert werden soll, um die Lebensdauer des Sauerstoffühlers zu verlängern. Der Fühler ist dabei an die Batterie eines Fahr­ zeugs über ein elektromagnetisches Relais angeschlossen, des­ sen Einschalt- und Ausschaltzustände von einer logischen Schalteinrichtung gesteuert werden. Bei sämtlichen dort be­ schriebenen Ausführungsformen kann die Heizung lediglich ein- und ausgeschaltet werden, um den Fühler vor einer Überhitzung zu schützen. Eine Regelung der Heizung ist dort ebensowenig vorgesehen wie eine Korrektur des vom Sauerstoffühler geliefer­ ten Ausgangssignals.

Aus der DE-OS 35 17 252 ist ebenfalls eine Vorrichtung der angesprochenen Art bekannt, wobei es um die Problematik geht, daß eine geeignete Temperaturregelung für den Sauerstoffühler während des Anlaufens des Motors normalerweise nicht erreicht werden kann. Zu diesem Zweck ist dort in dem Heizkreis parallel zu einem Begrenzungswiderstand ein Transistor vorgesehen, der von einer Temperaturerfassungseinrichtung durchgeschaltet werden kann. Dieser Transistor bildet in Abhängigkeit von der gemessenen Kühlwassertemperatur eine zeitlich vorübergehend wirksame Umgehung des Begrenzungswiderstandes. Eine Korrektur des Ausgangssignals vom Meßelement in Abhängigkeit von der Abgastemperatur ist dort nicht angesprochen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbren­ nungsmotors der eingangs genannten Art anzugeben, die in zuver­ lässiger Weise das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgasen über einen großen Bereich von Motorbetriebsbedingungen bestimmen kann, auch wenn sich die Temperatur der Abgase des Motors stark ändert.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff so auszubilden, daß sie folgendes auf­ weist: einen Spannungsregler, der eine an die elektrische Heizung angelegte Spannung auf einem konstanten Pegel hält; eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren des Ausgangssignals des Meßelementes in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der tatsächlichen Abgastemperatur und einer Referenz-Abgastempera­ tur; und eine Einrichtung zum Bestimmen des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses des Abgases auf der Basis des korrigierten Ausgangssignals.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgese­ hen, daß die Korrektureinrichtung Mittel umfaßt, die die tatsächliche Abgastemperatur auf der Basis des Betriebszustan­ des des Motors bestimmen.

Bei einer derartigen Ausführungsform gemäß der Erfindung wird der Betriebszustand des Motors zweckmäßigerweise auf der Basis der Motordrehzahl und mindestens eines Parameters bestimmt, der ausgewählt ist aus Ansaugluftdruck, Ansaugluftströmungs­ durchsatz und Öffnungsgrad einer Drosselklappe des Motors.

In Weiterbildung einer derartigen Vorrichtung ist vorgesehen, daß die Korrektureinrichtung einen Speicher aufweist, in welchem ein Temperaturkorrekturfaktor als Funktion der Motordrehzahl und des Ansaugluftdrucks gespeichert ist, die zusammen die Abgastemperatur bestimmen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Aufgabe in zufriedenstellender Weise gelöst. Unabhängig davon, ob der Motor erst warm läuft oder bereits Betriebstemperatur erreicht hat, wird eine zuverlässige Funktion gewährleistet, die nicht durch Schwankungen der Batteriespannung des Fahrzeugs beeinflußt wird, in welches die Vorrichtung eingebaut ist.

Die Korrektureinrichtung und die Einrichtung zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses sind nicht auf einen bestimmten Typ festgelegt; bei einer bevorzugten Ausführungs­ form sind sie beide in eine einzige Luft-Kraftstoff-Verhältnis­ steuerung eingebaut, die einen Mikroprozessor und einen Speicher aufweist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt eines Teiles eines Motors, der mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses ausgerüstet ist,

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild eines Luft-Kraftstoff- Verhältnissensors für die Ausführungsform gemäß Fig. 1 mit einer dazugehörigen Abtastschaltung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung gemäß Fig. 1, die als Steuerung für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses dient,

Fig. 4a ein Diagramm zur Erläuterung der Temperaturabhängigkeit der Ausgangsspannung eines Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors,

Fig. 4b ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Abweichung des Ausgangssignals eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors und der Abgastemperatur,

Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung gemäß Fig. 3 bei Korrektur des Ausgangssignals der Abtastschaltung 51 für den Luft-Kraftstoff- Verhältnissensor 3.

Bei der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen werden durchgehend gleiche Bezugszeichen für gleiche oder entsprechende Teile verwendet. Obwohl die Erfindung im wesentlichen bei ihrer Anwendung auf eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug erläutern wird, ist die Erfindung selbstverständlich auch auf Motoren für andere Zwecke anwendbar.

Wie in Fig. 1 dargestellt, hat ein Fahrzeugmotor 1 einen Kolben 1a, Einlaß- und Auslaßventile 1b und eine Zündkerze 1c, die in üblicher Weise in einen Motorzylinder 1d eingebaut sind. Der Einfachheit halber ist ein einziger Zylinder 1d dargestellt, jedoch kann der Motor 1 selbstverständlich mit einer entsprechenden Anzahl von Zylindern 1d mit gleichem Aufbau ausgerüstet sein. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 3 ist im Auspuffkrümmer 2 des Motors 1 montiert. Ein Ansaugrohr 4, das sich in den Innenraum des Zylinders 1d öffnet, hat einen darin eingebauten Ansaugluftdurchsatzsensor 5, der ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, welches dem Durchsatz entspricht, mit dem Luft durch das Ansaugrohr 4 einströmt.

Ein Luftfilter 12 ist am Einlaß des Ansaugrohres 4 montiert. Ein Ansaugluftdrucksensor 6, der ebenfalls im Ansaugrohr 4 montiert ist, mißt den Druck der Ansaugluft und erzeugt ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal. Eine Drosselklappe 7 ist im Innenraum des Ansaugrohres 4 montiert, und ein Drosselklappenöffnungssensor 8, der im 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 entsprechende elektrische Ausgangssignale.

Die Ausgangssignale von den Sensoren 3, 5, 6, 8 und 9 werden als Eingangssignale an eine Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung 50 angelegt, die von der Batterie 11 des Fahrzeugs mit Energie versorgt wird. Die Steuerung 50 steuert den Betrieb einer Kraftstoffeinspritzdüse 10, die im Ansaugrohr 4 montiert ist. Die Steuerung 50 arbeitet auch als Steuerung für die Vorrichtung zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der Erfindung.

Der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 3 weist ein Meßelement 31 und eine Heizung 32 auf, die in Fig. 2 schematisch und im Zusammenhang mit einer dazugehörigen Abtastschaltung 51 dargestellt sind, welche in der Steuerung 50 untergebracht ist. Das Meßelement 31 ist von herkömmlicher Bauweise und beispielsweise in der JP-OS 60-1 69 751 beschrieben. Das Meßelement 31 hat folgende Bestandteile: eine Sauerstoffpumpe 31a, eine Sauerstoffkonzentrationszelle 31b, die der Sauerstoffpumpe 31a gegenüberliegt, einen Abgasdiffusor 31c, der zwischen der Sauerstoffpumpe 31a und der Sauerstoffkonzentrationszelle 31b ausgebildet ist, und ein Sauerstoffreferenzteil 31d, das zur Atmosphäre hin offen ist. Für eine ordnungsgemäße Funktion muß das Meßelement 31 über eine vorgeschriebene Aktivierungstemperatur beheizt werden, und zu diesem Zweck ist die Heizung 32 in unmittelbarer Nähe angeordnet. Die Heizung 32 ist mit zwei Leitungen 32a und 32b versehen, an die eine Heizspannung angelegt wird.

Wenn der Motor 1 arbeitet und das Meßelement 31 zumindest auf seine Aktivierungstemperatur aufgeheizt ist, erzeugt die Sauerstoffkonzentrationszelle 31b eine elektromotorische Kraft Vs, entsprechend der Differenz zwischen der Sauerstoffkonzentration in dem Abgasdiffusor 31c und der Sauerstoffkonzentration in dem Sauerstoffreferenzteil 31d. Diese elektromotorische Kraft Vs wird an den nicht-invertierenden Eingang eines Vorverstärkers 51a der Abtastschaltung 51 angelegt.

Das verstärkte Ausgangssignal des Vorverstärkers 51a wird an den invertierenden Eingang eines Differentialintegrators 51b angelegt, an dessen nicht-invertierenden Eingang eine Referenzspannung Vref angelegt wird. Das Ausgangssignal des Differentialintegrators 51b wird an den nicht-invertierenden Eingang einer Folgestufe 51c angelegt, und das Ausgangssignal der Folgestufe 51c wird an den invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 51d sowie an dessen nicht-invertierenden Eingang über einen Widerstand Rs angelegt.

Man läßt einen Steuerstrom Ip durch die Sauerstoffpumpe 31a fließen, und zwar in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Referenzspannung Vref und der Spannung, die an den invertierenden Eingang des Integrators 51b angelegt wird. Der Steuerstrom Ip ist proportional zur Konzentration des Sauerstoffs im Abgas, die mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Korrelation steht. Der Wert der Referenzspannung Vref wird so gewählt, daß der Steuerstrom Ip positiv ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch mager ist, daß der Steuerstrom Ip negativ ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch fett ist, und daß der Steuerstrom Ip den Wert Null hat, wenn ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorliegt.

Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 51d, das proportional zum Steuerstrom Ip ist, wird an den invertierenden Eingang eines Verstärkers 51e angelegt, dessen nicht-invertierender Eingang an eine Referenzspannung VO angeschlossen ist, die einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht. Die positive Ausgangsspannung als Ausgangssignal Vout des Verstärkers 51e gibt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis an und ist für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem Wert der Referenzspannung VO.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung 50 gemäß Fig. 1, die auch als Steuerung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses dient. Analog/Digital-Wandler bzw. A/D-Wandler 50a bis 50d sind zwischen eine Eingangsstufe 55 sowie den Ansaugluftdurchsatzsensor 5, den Ansaugluftdrucksensor 6, den Drosselklappenöffnungssensor 8 und die Batterie 11 geschaltet. Das Ausgangssignal des Drehzahlsensors 9 wird der Eingangsstufe 55 direkt zugeführt.

Ein weiterer A/D-Wandler 50e 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 außerdem an einen ROM 53, einen 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 über eine Kraftstoffsteuerschaltung 57 an die Kraftstoffeinspritzdüse 10 angeschlossen.

Eine konstante Spannung wird an die eine Leitung 32a der Heizung 32 über einen Spannungsregler 58 angelegt. Der Spannungsregler 58 umfaßt einen Transistor Tr 1 und einen Verstärker 58a, dessen Ausgang an die Basis des Transistors Tr 1 angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors Tr 1 ist mit der Batterie 11 verbunden, die eine Spannung Vb liefert, während der Emitter des Transistors Tr 1 an die Leitung 32a der Heizung 32 sowie den invertierenden Eingang des Verstärkers 58a angeschlossen ist, um ein Rückkopplungssignal zu liefern. Eine Referenzspannung Vhc ist an den nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 58a angelegt. Mit einer derartigen Anordnung wird die Spannung Vh, die an die Heizung 32 angelegt wird, stets auf dem Wert Vhc gehalten, auch wenn sich die Batteriespannung Vb ändern sollte.

Fig. 4a zeigt das Ausgangssignal Vout in Form einer Ausgangsspannung der Abtastschaltung 51 für den Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 3 als Funktion des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das für drei verschiedene Werte TH, TO und TL der Abgastemperatur Texh gemessen wird, denen der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 3 ausgesetzt wird. Dabei gilt die Beziehung TH<TO<TL, und die Spannung Vh, die an die Heizung 32 angelegt wird, ist konstant. TO ist dabei eine Referenz-Abgastemperatur.

Wenn die Temperatur des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 3 sich ändert, ändert sich auch der Steuerstrom Ip, der durch die Sauerstoffpumpe 31a fließt, auch wenn keine Änderung beim Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorliegt. Wie oben erwähnt, ist der Steuerstrom Ip positiv für ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch, negativ für ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch sowie Null für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch.

Wenn die Temperatur des Abgases ansteigt, steigt der Absolutwert des Steuerstromes Ip sowohl für fette als auch für magere Gemische an, während er für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch im wesentlichen unverändert bleibt.

Experimente mit Motoren zeigen, daß für eine konstante Spannung Vh, die an der Heizung 32 anliegt, die Temperatur des Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors 3 sich um etwa 150°C ändert, wenn sich die Abgastemperatur um etwa 800°C ändert. Aufgrund der Temperaturabhängigkeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 3 ändert sich das Ausgangssignal Vout der Abtastschaltung 51 des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 3 in Abhängigkeit von der Abgastemperatur Texh in der Art und Weise, wie es in Fig. 4a dargestellt ist. Der Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal Vout und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei der Referenz-Abgastemperatur TO, die in Fig. 4a mit einer ausgezogenen Linie dargestellt ist, wird in dem ROM 53 gespeichert.

Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ein stöchiometrisches Verhältnis ist, ist das Ausgangssignal Vout der Abtastschaltung 51 gleich der Referenzspannung VO, die an dem nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 51e gemäß Fig. 2 anliegt, wie sich aus der Darstellung gemäß Fig. 4a ergibt. Wenn die Abgastemperatur Texh ein Wert TH ist, der die Referenz-Abgastemperatur TO überschreitet, ist die Ausgangsspannung Vout (TH) größer als die Ausgangsspannung Vout (TO) für dasselbe Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch mager ist; sie ist kleiner als Vout (TO), wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch fett ist; und sie ist gleich dem Wert Vout (TO) für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch. Die entgegengesetzte Relation ist zu beobachten, wenn die Abgastemperatur Texh einen Wert TL hat, der niedriger ist als die Referenztemperatur TO.

Fig. 4b zeigt den Zusammenhang zwischen der Abweichung ΔVout der Ausgangsspannung Vout der Abtastschaltung 51 und der Abgastemperatur Texh, wobei ΔVout durch die folgende Formel definiert ist:

ΔVout = (Vout(T)-VO)/(Vout(TO)-VO) .

Die Bezeichnungen Vout(T) und Vout(TO) geben jeweils die Ausgangsspannung für eine Abgastemperatur von T und für die Referenz-Abgastemperatur TO an. Die Abweichung ΔVout ändert sich linear mit der Abgastemperatur Texh. Wenn die Abgastemperatur Texh und die Ausgangsspannung Vout der Abtastschaltung 51 bei der Temperatur bekannt sind, so kann dann auf der Basis des Zusammenhanges gemäß Fig. 4b der Wert von Vout für dasselbe Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt werden, als wenn die Abgastemperatur tatsächlich TO wäre. Ein Temperaturkorrekturfaktor Ci=1/ΔVout ist in dem ROM 53 als Funktion der Drehzahl Ne und des Ansaugluftdrucks Pb gespeichert, welche zusammen die Abgastemperatur bestimmen.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 der Betrieb der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung 50 beschrieben. Zur Durchführung der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung sind nur das Ausgangssignal vom Drehzahlsensor 9 und das Ausgangssignal von einem der Sensoren 5, 6 und 8 erforderlich. Der Betrieb wird für den Fall beschrieben, wo die Motordrehzahl Ne und der Ansaugluftströmungsdurchsatz Qa als Parameter verwendet werden, die den Motorbetriebszustand angeben.

Auf der Basis eines in dem ROM 53 gespeicherten Programms werden elektrische Signale, die der Motordrehzahl Ne und dem Ansaugluftströmungsdurchsatz Qa entsprechen, in den Mikroprozessor 52 eingegeben, der die Motorlast gemäß der Formel Qa/Ne berechnet. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sollwert für das Abgas, welches der berechneten Last entspricht, wird dann aus dem ROM 53 ausgelesen.

Das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases 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 durchläuft einen A/D-Wandler 50e, und ein digitalisiertes Signal wird über die Eingangsstufe 55 in den Mikroprozessor 52 eingegeben.

Der Mikroprozessor 52 vergleicht den Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sollwert mit dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und berechnet dann die Betriebszeit für die Kraftstoffeinspritzdüse 10, so daß das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert wird. Ein entsprechendes Steuersignal wird über die Ausgangsstufe 56 an die Kraftstoffsteuerschaltung 57 gegeben, und die Kraftstoffeinspritzdüse 10 wird so betätigt, daß sie Kraftstoff für die berechnete Länge der Zeitspanne einspritzt.

Um das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu bestimmen, muß die Steuerung 50 das Ausgangssignal Vout des Luft-Kraftstoff- Verhältnissensors 3 für die Abgastemperatur Texh des Abgases korrigieren, wenn sie sich von der Referenz-Abgastemperatur TO unterscheidet. Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm für den Betriebsablauf, der von der Steuerung 50 durchgeführt wird, wobei dieser Betrieb auf der Basis des Betriebszustandes des Motors durchgeführt wird, der durch die Motordrehzahl Ne und den Ansaugluftdruck Pb bestimmt ist.

Nach dem Start wird zunächst beim Schritt 101 ein Digitalsignal, das dem Pegel des Ausgangssignals Vout der Abtastschaltung 51 entspricht, über den A/D-Wandler 50e und die Eingangsstufe 55 in den Mikroprozessor 52 eingegeben. Dieses Signal gibt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas an, welches von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 3 gemessen wurde.

Als nächstes werden beim Schritt 102 elektrische Signale, die dem Ansaugluftdruck Pb und der Motordrehzahl Ne entsprechen, von dem Ansaugluftdrucksensor 6 bzw. dem Drehzahlsensor 9 in den Mikroprozessor 52 eingegeben. Diese beiden Werte Pb und Ne werden als Parameter verwendet, welche den Betriebszustand des Motors und somit die Abgastemperatur Texh angeben. Beim Schritt 103 wird der obenerwähnte Temperaturkorrekturfaktor Ci (= 1/ΔVout) entsprechend den Werten von Ne und Pb aus dem ROM 53 ausgelesen.

Beim Schritt 104 wird das Ausgangssignal Vout der Abtastschaltung 51 für die Abgastemperatur korrigiert, und zwar unter Verwendung des Korrekturfaktors Ci, gemäß der nachstehenden Gleichung, wobei Vr ein korrigiertes Ausgangssignal in Form einer Ausgangsspannung ist:

Vr = Ci×(Vout-VO)+VO.

Das korrigierte Ausgangssignal Vr hat den Wert, den das Ausgangssignal Vout der Abtastschaltung 51 für dasselbe Luft-Kraftstoff-Verhältnis hätte, wenn die Abgastemperatur Texh gleich der Referenz-Abgastemperatur TO wäre.

Zuletzt wird beim Schritt 105 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, entsprechend einer Ausgangsspannung Vr, aus dem ROM 53 gelesen, in welchem der Zusammenhang gespeichert ist, der in Fig. 4a mit einer ausgezogenen Linie dargestellt ist. Dies ist das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter den herrschenden Betriebsbedingungen.

Auch wenn somit das Ausgangssignal Vout der Abtastschaltung 51 sich stark ändert, während sich die Motorbetriebsbedingungen ändern, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Lage, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis genau zu bestimmen, und zwar durch Korrektur des Ausgangssignals Vout hinsichtlich der Temperatur. Da das Luft-Kraftstoff-Verhältnis genau bestimmt werden kann, ist es für die Steuerung 50 auch möglich, das Verhältnis mit hoher Genauigkeit einzustellen.

Wie sich aus Fig. 4a ergibt, ist der Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal Vout der Abtastschaltung 51 und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis verschieden für jede Abgastemperatur Texh. Anstatt jedoch all diese vielen Zusammenhänge zu speichern, braucht gemäß der Erfindung der ROM 53 nur eine sehr kleine Anzahl von Zusammenhängen zu speichern, nämlich den Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal Vout und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis für eine Referenz-Abgastemperatur TO, den Zusammenhang zwischen der Abweichung ΔVout und der Abgastemperatur, sowie den Zusammenhang zwischen der Abgastemperatur und bestimmten Parametern, wie z. B. Ne und Pb, welche den Motorbetriebszustand angeben. Somit braucht der ROM 53 keine große Kapazität zu haben.

Gemäß der Erfindung kann somit die Temperatur des Meßelementes 31 des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 3 variieren, so daß kein komplizierter Mechanismus zur Steuerung des Ausgangssignals der Heizung 32 erforderlich ist.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Motordrehzahl Ne und der Ansaugluftdruck Pb als Motorbetriebsparameter verwendet, die der Abgastemperatur entsprechen. Es können jedoch auch der Ansaugluftströmungsdurchsatz Qa oder die Drosselklappenöffnung R anstelle des Ansaugluftdruckes Pb als Betriebsparameter verwendet werden.

Obwohl bei der oben beschriebenen Ausführungsform die Abtastschaltung 51 und der Spannungsregler 58 in die Luft-Kraftstoff- Verhältnissteuerung 50 eingebaut bzw. integriert sind, können sie selbstverständlich auch als separate Einrichtungen vorgesehen sein, um die gleiche Wirkung zu erzielen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses eines Verbrennungsmotors, mit

• - einem Meßelement (31), das ein der Konzentration einer Komponente in dem Abgas des Motors (1) entsprechendes und mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Korrelation stehendes elektrisches Ausgangssignal erzeugt, und
• - einer elektrischen Heizung (32) die in unmittelbarer Nähe des Meßelementes (31) angeordnet und durch die das Meßelement (31) auf seine Aktivierungstemperatur aufheizbar ist,

gekennzeichnet durch

• - einen Spannungsregler (58), der eine an die elektrische Heizung (32) angelegte Spannung auf einem konstanten Pegel hält;
• - eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren des Ausgangssignals (Vout) des Meßelementes (31) in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der tatsächlichen Abgastemperatur (T) und einer Referenz-Abgastemperatur (TO); und
• - eine Einrichtung zum Bestimmen des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses des Abgases auf der Basis des korrigierten Ausgangssignals (Vr).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung Mittel umfaßt, die die tatsächliche Abgastemperatur (T) auf der Basis des Betriebszustandes des Motors (1) bestimmen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebszustand des Motors (1) auf der Basis der Motordrehzahl (Ne) und mindestens eines Parameters bestimmt wird, der ausgewählt ist aus Ansaugluftdruck (Pb), Ansaugluftströmungsdurchsatz (Qa) und Öffnungsgrad (R) einer Drosselklappe (7) des Motors.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung einen Speicher (53) aufweist, in welchem ein Temperaturkorrekturfaktor (Ci = 1/ΔVout) als Funktion der Motordrehzahl (Ne) und des Ansaugluftdrucks (Pb) gespeichert ist, die zusammen die Abgastemperatur (T) bestimmen.