DE4039124A1 - Regelsystem fuer das luft/kraftstoff-verhaeltnis einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelsystem für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Luftverhältnis) einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In einer neueren Brennkraftmaschine mit elektronischer Regelung des Luftverhältnisses wird dieses auf folgende Weise geregelt:

Die durch eine Einspritzdüse einzuspritzende Kraftstoffmenge im Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine wird durch einen Regler eingeregelt, der einen Mikrocomputer aufweist. Der Regler berechnet eine Grund- Einspritzmenge des Kraftstoffes (d. h. einen Basiswert für die Kraftstoffmenge, die von der Einspritzeinrichtung eingespritzt werden muß) auf der Basis der von einem Durchflußmesser angezeigten Ansaugluftmenge sowie der Motordrehzahl, die von einem Drehzahlsensor abgetastet wird. Der Regler vollzieht außerdem verschiedene Korrekturen wie z. B. eine Warmlauf-Überschußkorrektur, eine Start-Überschußkorrektur, eine Beschleunigungs- Überschußkorrektur, eine Last-Überschußkorrektur, eine Ansauglufttemperatur-Korrektur, eine Luftverhältnis­ Rückkopplungs-Korrektur und dgl. entsprechend dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine und bestimmt dadurch eine End-Kraftstoffeinspritzmenge (d. h. einen Endwert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge).

Die Rückkopplungskorrektur des Luftverhältnisses erfolgt auf der Grundlage des Ausgangssignals eines im Auspuffsystem angeordneten Luftverhältnis-Sensors (der ein Sauerstoffsensor sein kann), wenn der z. B. entsprechend der Maschinendrehzahl und der Maschinenlast bestimmte Betriebszustand der Brennkraftmaschine in einer vorbestimmten Rückkopplungszone liegt. Der Sauerstoffsensor liefert eine Spannung, deren Höhe mit zunehmendem Luftverhältnis geringer wird und in der Nähe des stöchiometrischen Luftverhältnisses starken Schwankungen unterliegt. Der Regler vergleicht die Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors mit einer Bezugsspannung, die dem stöchiometrischen Luftverhältnis entspricht, und reduziert die einzuspritzende Brennstoffmenge, wenn die Ausgangsspannung höher als die Bezugsspannung ist bzw. erhöht die einzuspritzende Brennstoffmenge, sobald die Ausgangsspannung niedriger als die Bezugsspannung ist. Auf diese Weise wird das Luftverhältnis dem stöchiometrischen Wert angenähert.

Bei einigen bekannten elektronisch geregelten Brennkraftmaschinen vollzieht der Regler außerdem zugleich mit der Rückkopplungskorrektur die folgende "Erfahrungs"- Regelung, um Schwankungen des Basis-Luftverhältnisses aufgrund von Schwankungen und/oder im Laufe der Zeit eintretenden Änderungen der Eigenschaften verschiedener Brennkraftmaschinen-Komponenten, des Luftmengenmessers, der Einspritzeinrichtung und dgl. zu kompensieren. Während der Ausführung der Rückkopplungs-Regelung fragt der Regler über eine vorbestimmte Zeit hinweg in regelmäßigen Zeitabständen den Mittelwert der Rückkopplungs- Korrekturwerte ab und speichert den jeweilig neuesten Mittelwert in einem Speicher. Der Speicherwert wird nachfolgend als "Rückkopplungs-Korrektur-Erfahrungswert" bezeichnet. Der Regler errechnet die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge auch unter Verwendung des Rückkopplungs-Korrektur-Erfahrungswert als Parameter. Dieser erhöht die Regelgenauigkeit bezüglich des Luftverhältnisses. Außerdem erzielt man eine bessere Annäherung an das stöchiometrische Luftverhältnis, wenn die Erfahrungsregelung auf der Grundlage des abgespeicherten Erfahrungswertes erfolgt, auch wenn eine Rückkopplungsregelung nicht ausgeführt wird. Der Regler führt auch die folgende, auf die Rückkopplungs-Korrektur bezogene Unregelmäßigkeits-Überprüfung durch: Wenn die Luftverhältnis-Regelung einwandfrei abläuft, bildet die Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors eine um die Bezugsspannung auf und ab oszillierende Wellenform. Bleibt die Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors längere Zeit ohne Änderung auf dem höheren Niveau oder dem niedrigeren Niveau, dann kann das daran liegen, daß der Sauerstoffsensor noch kalt und nicht aktiv ist, jedoch auch daran, daß der Sauerstoffsensor oder das Luftverhältnis- Regelungssystem selbst ausgefallen ist. Wenn demzufolge die Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors sich über eine vorbestimmte Zeitdauer (z. B. 10 Sekunden lang) nicht über die Bezugsspannung hinweg ändert, dann bestimmt der Regler, daß das Rückkopplungs-Regelsystem einschließlich des Sauerstoffsensors ein abnormales Verhalten zeigt, und unterbricht die Rückkopplungs-Korrektur bezüglich des Luftverhältnisses.

In der JP-A 58(1983)-24 610 wird zum Zweck der Feststellung, ob der Sauerstoffsensor aktiv ist, vorgeschlagen, die Bezugsspannung auf einen von der oben beschriebenen üblichen Bezugsspannung verschiedenen Wert festzusetzen, der an die jeweilige Brennkraftmaschine angepaßt ist. Hierdurch soll exakt festgelegt werden, ob der Sauerstoffsensor aktiv ist, um sehr rasch die Rückkopplungs-Korrektur einsetzen zu lassen oder unterbrechen zu können.

Bestimmt man jedoch die Aktivität des Sauerstoffsensors aufgrund des Kriteriums, ob die Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors sich während einer bestimmten Zeit über eine besondere Bezugsspannung hinweg verändert oder nicht, dann ist es schwierig, die Bezugsspannung und/oder die vorbestimmte Zeitdauer so festzulegen, daß tatsächlich die Rückkopplungs-Regelung des Luftverhältnisses über lange Zeit hinweg stabil und verlässlich durchzuführen ist. Setzt man nämlich die Bezugsspannung mit einem niedrigen Wert an, dann kann bereits ein geringfügiges Rauschen im Ausgangssignal-Level die Bezugsspannung überwiegen, selbst wenn der Sauerstoffsensor nicht aktiv ist. Das kann zu einer Fehlbeurteilung und zu einer Verzögerung bei der Feststellung eines abnormalen Verhaltens führen. Setzt man andererseits die Bezugsspannung bei einem hohen Wert fest, denn wird eine lange Zeit benötigt, um zu bestimmen, daß der Sauerstoffsensor aktiv wird. Das bedeutet, daß die Rückkopplungs-Regelung nicht schnell genug anspringt.

Legt man weiterhin die vorbestimmte Beobachtungs-Zeitdauer kurz fest, dann erhebt sich ein Problem, sobald die Erfahrungs-Regelung ausgeführt wird. Wenn nämlich der Rückkopplungs-Korrektur-Erfahrungswert beispielsweise aufgrund einer Trennung von der Batterie gelöscht wird, dann kann die Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors auf einen oberen Grenzwert oder einen unteren Grenzwert festgelegt werden, bis der Rückkopplungs-Korrektur- Erfahrungswert wieder auf einen vernünftigen Wert eingestellt ist. Wenn aber die genannte vorbestimmte Zeitdauer nur kurz ist, wird in einem solchen Fall die Rückkopplungs-Korrektur unterbrochen und der Rückkopplungs- Korrektur-Erfahrungswert läßt sich nicht auf den jeweils neuesten Stand bringen. Das kann zu einem Zustand führen, in welchem weder die Rückkopplungs-Korrektur noch die Erfahrungs-Regelung anspringen können. Wählt man andererseits die vorbestimmte Zeitdauer lang, dann braucht es eine entsprechend lange Zeit, um festzustellen, daß der Sauerstoffsensor und/oder das Regelsystem ausgefallen ist.

Demzufolge ist es die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Regelsystem für das Luftverhältnis einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei dem sich genauer festlegen läßt, ob der Luftverhältnis-Sensor aktiv ist und/oder ob das Luftverhältnis-Regelsystem sich abnormal verhält. Auf diese Weise soll eine genauere Regelung des Luftverhältnisses ermöglicht werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Ausbildung nach den Patentansprüchen 1 oder 2.

Erfindungsgemäß weist somit das Luftverhältnis-Regelsystem für eine Brennkraftmaschine in üblicher Weise einen Luftverhältnis-Sensor auf, der entsprechend dem Luftverhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches ein veränderliches Ausgangssignal erzeugt. Weiterhin ist eine Rückkopplungs-Regeleinrichtung vorhanden, die dafür sorgt, daß das Luftverhältnis das der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches sich zu einem Soll-Luftverhältnis hin einstellt, was durch eine Rückkopplungs-Korrektur auf der Basis des genannten Ausgangssignals das Luftverhältnis-Sensors erfolgt. Schließlich ist ein Unregelmäßigkeits-Detektor vorhanden, der ein abnormales Verhalten des Luftverhältnis-Sensors feststellt, und es ist eine Blockiereinrichtung vorgesehen, welche die Rückkopplungs-Regeleinrichtung daran hindert, eine Rückkopplungs-Korrektur auszuführen, sobald dar Unregelmäßigkeits-Detektor ein abnormales Verhalten des Luftverhältnis-Sensors feststellt.

Das Kennzeichen des Unregelmäßigkeits-Detektors liegt nach der Erfindung in dessen Arbeitsweise, aufgrund deren er ein abnormales Verhalten des Luftverhältnis-Sensors feststellt. Diese besteht in folgenden Schritten:

Zunächst wird ein bestimmter Oberwert festgesetzt, der einem Ausgangssignal des Luftverhältnis-Sensors entsprechend einem Luftverhältnis entspricht, welches um einen vorbestimmten Betrag über dem stöchiometrischen Luftverhältnis liegt. In gleicher Weise wird ein bestimmter Unterwert festgelegt, der einem Ausgangssignal des Luftverhältnis-Sensors für ein um einen vorbestimmten Betrag unter dem stöchiometrischen Luftverhältnis liegenden Luftverhältnis entspricht. Daraufhin wird in regelmäßigen Zeitabständen zu einer bestimmten Zeit der festgelegte Oberwert reduziert und der festgelegte Unterwert erhöht. Jedesmal, wenn das Ausgangssignal des Luftverhältnis- Sensors den zu dieser Zeit gültigen Oberwert übersteigt, wird der Oberwert gegen den Wert des Ausgangssignals des Luftverhältnis-Fühlers zu diesem Zeitpunkt ausgetauscht und der Oberwert, ausgehend von dem ausgetauschen Oberwert, um den genannten vorbestimmten Betrag jeweils in regelmäßigen Zeitabständen verringert. Entsprechend wird jedesmal, wenn das Ausgangssignal des Luftverhältnis-Sensors unter den festgelegten Unterwert zu dieser Zeit abfällt, der Unterwert auf den Wert des Ausgangssignals des Luftverhältnis-Sensors zu dieser Zeit eingestellt und, ausgehend von dem neu eingestellten Wert, der Unterwert um den vorbestimmten Betrag zu der gegebenen Zeit in regelmässigen Zeitabständen erhöht. Die Differenz zwischen dem Oberwert und dem Unterwert wird kontinuierlich abgetastet und festgelegt, daß ein abnormales Verhalten des Luftverhältnis-Sensors vorliegt, sobald diese Differenz kleiner als eine vorbestimmte Bezugsdifferenz wird.

Im allgemeinen wird das maximale Luftverhältnis- Ausgangssignal allmählich niederer und das minimale Luftverhältnis-Ausgangssignal allmählich höher, wodurch die Schwingungsamplitude des Ausgangssignals abnimmt, da der Luftverhältnis-Sensor mit der Zeit schlechter wird. Das hat zur Folge, daß nach einer Verschlechterung des Luftverhältnis-Sensors in einem gewissen Ausmaß der Oberwert im Zuge der Vorgangsweise nicht mehr erhöht werden kann, bei der er allmählich reduziert und jedesmal dann erhöht wird, wenn ihn das Ausgangssignal des Luftverhältnis-Sensors übersteigt. Entsprechend kann der Unterwert im Zuge der Vorgangsweise nicht mehr reduziert werden, bei der er allmählich gesteigert und jedesmal dann reduziert wird, wenn ihn das Ausgangssignal des Luftverhältnis-Sensors unterschreitet. Somit läßt sich durch Beobachtung der Differenz zwischen dem bestehenden Oberwert und dem Unterwert ein abnormales Verhalten des Luftverhältnis-Sensors selbst und auch eine Unregelmäßigkeit im Luftverhältnis-Regelsystem im Ganzen ermitteln.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann auch ein relativ geringes Rauschen im Ausgangssignal, das entsteht, während der Luftverhältnis-Sensor inaktiv ist, die Bestimmung, ob der Luftverhältnis-Sensor inaktiv ist oder nicht, nicht beeinträchtigen. Weiterhin tritt bei der Erfindung der Nachteil nicht auf, daß das Luftverhältnis als falsch beurteilt oder ein Ausfall des Luftverhältnis- Regelsystems festgestellt wird, sobald der Rückkopplungs- Korrektur-Erfahrungswert gelöscht und die Ausgangsspannung des Luftverhältnis-Sensors auf den oberen oder unteren Grenzwert fixiert ist. Demzufolge wird die Rückkopplungs- Korrektur nicht so schnell unterbrochen und ein Zustand wird vermieden, bei dem die Rückkopplungs-Korrektur und die Erfahrungs-Regelung nicht anspringen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftverhältnis-Regelsystems;

Fig. 2 und 3 Flußdiagramme zur Durchführung der Luftverhältnis-Regelung in der genannten Ausführungsform, und

Fig. 4 eine grafische Darstellung, welche die Vorgangsweise bei der Bestimmung, ob der Sauerstoffsensor aktiv oder inaktiv ist, veranschaulicht.

Gemäß Fig. 1 weist eine Brennkraftmaschine 2 einen Ansaugkanal 4 und einen Auslaßkanal 14 auf. Ein Sauerstoffsensor 16 ist in dem Auslaßkanal 14 angeordnet; in dem Ansaugkanal 4 befindet sich ein Durchflußmesser 10. Die Bezugszeichen 6 und 12 bezeichnen jeweils eine Einspritzdüse bzw. einen Drehzahlsensor. Die Ausgangssignale des Sauerstoffsensors 16, des Durchflußmessers 10 und des Drehzahlsensors 12 werden einem Regler 8 zugeführt, der ein Mikrocomputer sein kann.

Das Luftverhältnis-Regelsystem dieses Ausführungsbeispiels ist in der Hauptsache gekennzeichnet durch die Vorgehensweise bei der Bestimmung, ob der Sauerstoffsensor 16 aktiv oder inaktiv ist. Im Rahmen dieser Vorgangsweise bestimmt der Regler 8, daß der Sauerstoffsensor 8 inaktiv ist, sobald die Differenz zwischen einem Maximalwert Vamax der Ausgangsspannung Va des Sauerstoffsensors 16 und einem Minimalwert Vamin davon kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.

Die Arbeitsweise des Reglers 8 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben:

Aus Vereinfachungsgründen wird davon ausgegangen, daß der Regler 8 bei einem festgesetzten Maximalwert Vmax des Ausgangssignals und einem festgesetzten Minimalwert Vmin des Ausgangssignals einsetzt, wobei der Zweck der Maßnahme nachfolgend deutlich wird. Weiterhin setzt der Regler 8 einen Wert β für eine Bezugsdifferenz fest, die für die Entscheidung dient, ob der Sauerstoffsensor 16 aktiv oder inaktiv ist, und bestimmt auch eine Bezugsspannung α entsprechend dem stöchiometrischen Luftverhältnis (Schritt S1).

Anschließend liest der Regler 8 die Ausgangsspannung Va des Sauerstoffsensors 16 aus und bestimmt, ob diese Ausgangsspannung Va unter der Bezugsspannung α liegt, was gleichbedeutend ist mit der Bestimmung, ob das abgetastete Luftverhältnis einem fetten oder mageren Gemisch entspricht (Schritte S2 und S3). Wird im Schritt S3 festgestellt, daß die Ausgangsspannung Va nicht unter der Bezugsspannung α liegt, d. h. daß das Luftverhältnis einem fetten Gemisch entspricht, geht der Regler 8 zu dem Schritt S4 weiter; andernfalls springt der Regler 8 zu dem Schritt S9. In dem Schritt S4 bestimmt der Regler 8, ob eine Markierung A gesetzt ist (A = 1). Die gesetzte Markierung A zeigt an, daß das Luftverhältnis bei der letzten Bestimmung "fett" war, während eine fehlende Markierung A (A = 0) anzeigt, daß das Luftverhältnis bei der letzten Bestimmung "mager" war. Ist bei der Bestimmung in Schritt S4 die Markierung A nicht vorhanden, so geht der Regler 8 direkt zum Schritt S8 weiter und setzt die Markierung A. Anschließend springt der Regler 8 zu einem update-Unterprogramm, um den voreingestellten Maximalwert Vmax und den voreingestellten Minimalwert Vmin des Ausgangssignals auf den jeweils neuesten Stand zu bringen (Schritte S14 bis S17).

Wird in dem Schritt S4 bestimmt, daß die Markierung A gesetzt ist, d. h., daß das Luftverhältnis bei der letzten Bestimmung ebenfalls fett war, dann bestimmt der Regler 8 in dem Schritt S5, ob eine Markierung B fehlt (B = 0). Eine gesetzte Markierung B (B = 1) zeigt an, daß das Luftverhältnis bei der vorletzten Bestimmung fett war, während eine nicht gesetzte Markierung B (B = 0) anzeigt, daß das Luftverhältnis bei der vorletzten Bestimmung mager war. Wird in dem Schritt S5 ein mageres Luftverhältnis bei der vorletzten Bestimmung festgestellt (B = 0), d. h. hat die Ausgangsspannung Va des Sauerstoffsensors 16 in zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen, nämlich der gegenwärtigen und der letzten Bestimmung, ein fettes Luftverhältnis angezeigt, nachdem das Luftverhältnis auf fett übergegangen war, dann bestimmt der Regler 8, daß das Luftverhältnis 8 tatsächlich nunmehr fett ist und geht weiter zu dem Schritt S6. In dem Schritt S6 setzt der Regler 8 eine Markierung C (C = 1). Ist die Markierung C gesetzt (C = 1), dann wählt dar Regler 8 eine Proportionalregelung gegenüber einer Integralregelung in einem Rechen-Unterprogramm (Schritte S18 bis S31 in Fig. 3), um einen Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Cfb für das Luftverhältnis zu berechnen. Ist die Markierung C nicht gesetzt (C = 0), dann zieht der Regler 8 eine Integralregelung gegenüber der Proportionalregelung in dem Rechen-Unterprogramm vor. Nach dem Schritt S6 setzt der Regler 8 die Markierung B (B = 1) in dem Schritt S7 und geht weiter zu dem Schritt S8.

Wird im dem Schritt S5 festgestellt, daß das Luftverhältnis bei der vorletzten Bestimmung auch fett war (B = 1), dann legt der Regler 8 fest, daß das Luftverhältnis stetig fett war, und geht direkt weiter zu dem Schritt S7, ohne den Schritt S6 auszuführen. Damit wird in dem Rechen- Unterprogramm die Integralregelung ausgewählt. Wie nachfolgend noch beschrieben wird, wird die Markierung C solange nicht gesetzt (C = 0), wie der Regler 8 den Schritt S6 nicht ausführt.

Wird in dem Schritt S3 festgestellt, daß die Ausgangsspannung Va unter der Bezugsspannung α liegt, d. h. daß das Luftverhältnis einem mageren Gemisch entspricht, dann geht der Regler 8 zu dem Schritt S9. In Schritt S9 bestimmt der Regler 8, ob die Markierung A fehlt (A = 0). Ist die Markierung A gemäß Schritt S9 jedoch gesetzt, dann springt der Regler 8 zu Schritt S13 und beseitigt die Markierung A. Anschließend geht der Regler zu dem update- Unterprogramm, um den voreingestellten Maximalwert Vmax und den voreingestellten Minimalwert Vmin des Ausgangssignals auf den neuesten Stand zu bringen (Schritte S14 bis S17).

Wird in Schritt S9 bestimmt, daß die Markierung A nicht gesetzt ist, d. h. daß das Luftverhältnis bei der letzten Bestimmung ebenfalls mager war, dann ermittelt der Regler 8 in dem Schritt S10, ob die Markierung B gesetzt ist (B = 1).

Wird in dem Schritt S10 festgestellt, daß das Luftverhältnis bei der vorletzten Bestimmung fett war (B = 1), d. h. zeigt die Ausgangsspannung Va des Sauerstoffsensors 16 an, daß in zwei aufeinanderfolgenden Bestimmungen, der gegenwärtigen Bestimmung und der letzten Bestimmung, das Luftverhältnis mager war, nachdem es auf mager umgesprungen war, dann bestimmt der Regler 8, daß das Luftverhältnis tatsächlich und sicher mager ist und geht weiter zu dem Schritt S11. In dem Schritt S11 setzt der Regler 8 die Markierung C (C = 1). Nach dem Schritt S11 beseitigt der Regler 8 die Markierung B (B = 0) in dem Schritt S12 und geht weiter zu Schritt S13.

Wird in Schritt S10 festgestellt, daß das Luftverhältnis bei der vorletzten Bestimmung ebenfalls mager war (B = 0), dann legt der Regler 8 fest, daß das Luftverhältnis stetig mager war und geht direkt zu dem Schritt S12, ohne den Schritt S11 auszuführen, so daß in dem Rechen-Unterprogramm die Integralregelung ausgewählt wird. Die Markierung C bleibt nicht gesetzt (C = 0), solange der Regler 8 den Schritt S11 nicht ausführt.

In dem update-Unterprogramm bestimmt der Regler 8 in dem Schritt S14, ob die Ausgangsspannung Va des Sauerstoffsensors 16, so wie sie in dem Schritt S3 ausgelesen wurde, höher als der voreingestellte Maximalwert Vmax des Ausgangssignals ist. Wird festgestellt, daß ersterer höher als letzterer ist, geht der Regler 8 zu dem Schritt S15 weiter und bringt den voreingestellten Maximalwert Vmax des Ausgangssignals auf den neuesten Stand, indem er den Wert des vorherigen Ausgangssignals an die Stelle des bestehenden Wertes setzt. Anschließend springt der Regler 8 zu dem Berechnungs-Unterprogramm.

Wird festgestellt, daß die Ausgangsspannung Va des Sauerstoffsensors 16 nicht über dem voreingestellten Maximalwert Vmax des Ausgangssignals liegt, geht der Regler 8 zu dem Schritt S16 und fragt ab, ob die Ausgangsspannung Va des Sauerstoffsensors 16, wie sie in dem Schritt S3 eingelesen wurde, unter dem voreingestellten Minimalwert Vmin des Ausgangssignals liegt. Wird dies bejaht, dann geht der Regler 8 zu dem Schritt S17 weiter und bringt den Minimalwert Vmin des Ausgangssignals auf den neuesten Stand, indem er den ersteren Wert an die Stelle des letzteren setzt. Anschließend springt der Regler 8 zu dem Berechnungs-Unterprogramm. Wird festgestellt, daß die Ausgangsspannung Va des Sauerstoffsensors 16 nicht kleiner als der voreingestellte Minimalwert Vmin des Ausgangssignals ist, dann springt der Regler 8 direkt zu dem Berechnungs-Unterprogramm.

In dem Berechnungs-Unterprogramm gemäß Fig. 3 bestimmt der Regler 8 in dem Schritt S18, ob der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 2 die Erfordernisse für die Durchführung einer Rückkopplungs-Regelung des Luftverhältnisses erfüllt. Ist das nicht der Fall, geht der Regler 8 zu dem Schritt S20 und setzt den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Cfb auf Null. Anschließend geht der Regler 8 direkt zu dem Schritt S36 weiter.

Ergibt sich dagegen aus dem Schritt S18, daß die Erfordernisse für die Durchführung der Rückkopplungs- Regelung des Luftverhältnisses erfüllt sind, dann springt der Regler 8 zu dem Schritt S19 und bestimmt, ob die Differenz zwischen dem voreingestellten Maximalwert Vmax des Ausgangssignals und dem voreingestellten Minimalwert Vmin des Ausgangssignals kleiner als die Bezugsdifferenz β ist. Dadurch wird bestimmt, ob der Sauerstoffsensor 16 aktiv ist und normal arbeitet. Ergibt sich, daß der Sauerstoffsensor 16 nicht normal arbeitet, dann geht der Regler 8 zu dem Schritt S20, wie oben beschrieben ist. Andernfalls geht der Regler 8 zu dem Schritt S21 und ermittelt, ob die Markierung C gesetzt ist (C = 1). Ist die Markierung C nicht gesetzt (C = 0), dann geht der Regler 8 zu dem Schritt S22 des Integralregelung-Unterprogramms (Schritte S22 bis S24) und ermittelt, ob das Luftverhältnis fett ist. Ist das der Fall, dann geht der Regler 8 zu dem Schritt S23 und berechnet den gegenwärtigen Wert für den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Cfb durch Subtraktion eines vorbestimmten Integralwerts kI1 von dem vorhergehenden Wert des Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten Cfb. Anschließend springt der Regler 8 zu einem Unterprogramm (Schritte S32 bis S37), in welchem allmählich der Maximalwert Vmax und der Minimalwert Vmin des Ausgangssignals verringert bzw. erhöht werden, wie nachfolgend noch erläutert ist. Wird in dem Schritt S22 hingegen festgestellt, daß das Luftverhältnis einen mageren Zustand anzeigt, dann berechnet der Regler 8 in dem Schritt S24 den gegenwärtigen Wert des Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten Cfb durch Addition eines vorbestimmten Integralwerts kI2 zu dem vorhergehenden Wert des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Cfb. Daraufhin springt der Regler in das Unterprogramm zur allmählichen Verringerung bzw. Erhöhung der Werte Vmax und Vmin.

Für den Fall, daß das Luftverhältnis stetig fett oder mager anzeigt, oder im Fall eines ersten Durchgangs unmittelbar nachdem die Ausgangsspannung Va des Sauerstoffsensors 16 sich über die Bezugsspannung α hinweg geändert hat, springt der Regler 8 in das Unterprogramm für die Integralregelung.

In dem ersten Durchgang unmittelbar nachdem das Luftverhältnis auf fett oder mager gewechselt hat, sieht es der Regler 8 als gegeben an, daß der Wechsel der Ausgangsspannung Va durch ein Rauschen verursacht ist und setzt daher die Integralregelung fort, die in dem vorhergehenden Durchgang festgelegt worden ist.

Ist gemäß Abfrage in dem Schritt S21 die Markierung C gesetzt (C = 1), dann bestimmt der Regler 8 in dem Schritt S25 des Proportionalregelung-Unterprogramms (Schritte S25 bis S31), ob das Luftverhältnis fett anzeigt. Trifft das zu, dann ermittelt der Regler 8 in dem Schritt S26, ob die Brennkraftmaschine 2 sich im Leerlauf befindet. Trifft auch dies zu, so errechnet der Regler 8 in dem Schritt S27 den derzeitigen Wert des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Cfb durch Subtraktion eines vorbestimmten Proportionalwertes kP1 von dem vorhergehenden Wert des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Cfb. Anschließend springt der Regler 8 in das Unterprogramm (Schritte S32 bis S37) für die allmähliche Verringerung bzw. Erhöhung des Maximalwerts Vmax bzw. des Minimalwerts Vmin. Ergibt sich kein Leerlauf dar Brennkraftmaschine 2 in dem Schritt S26, dann berechnet der Regler 8 in dem Schritt S28 den derzeitigen Wert des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Cfb durch Subtraktion eines vorbestimmten Proportionalwertes kP2 (wobei kP2 < kP1) von dem vorherigen Wert des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Cfb. Anschließend springt der Regler 8 wieder in das Unterprogramm (Schritte S32 bis S37) für die allmähliche Verringerung bzw. Erhöhung des Maximalwerts Vmax bzw. des Minimalwerts Vmin.

Ergibt sich in dem Schritt S25 ein mageres Luftverhältnis, dann fragt der Regler 8 in dem Schritt S29 ab, ob die Brennkraftmaschine 2 sich im Leerlauf befindet. Trifft das zu, dann berechnet der Regler 8 in dem Schritt S30 den derzeitigen Wert des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Cfb durch Addition eines vorbestimmten Proportionalwerts kP3 zu dem vorhergehenden Wert des Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten Cfb. Anschließend springt der Regler 8 wieder in das Unterprogramm (Schritte S32 bis S37) zur allmählichen Verringerung bzw. Erhöhung des Maximalwerts Vmax und des Minimalwers Vmin. Ergibt sich jedoch in dem Schritt S29 kein Leerlauf der Brennkraftmaschine 2, dann berechnet der Regler 8 in dem Schritt S31 den gegenwärtigen Wert des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Cfb durch Addition eines vorbestimmten Proportionalwertes kP4 (wobei kP4 < kP3) zu dem vorhergehenden Wert des Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten Cfb. Anschließend geht der Regler 8 wieder in das Unterprogramm (Schritte S32 bis S37) für die allmähliche Verringerung bzw. Erhöhung des Maximalwerts Vmax und des Minimalwerts Vmin.

In diesem Unterprogramm, in dem Schritt S32, zählt der Regler 8 einen Zeitgeber abwärts (T = T-1) und fragt in dem Schritt S33 ab, ob der Zähler den Wert Null erreicht hat. Solange das nicht gilt, springt der Regler zu dem Schritt S37. Ist der Wert Null erreicht, dann verringert der Regler 8 den Maximalwert Vmax des Ausgangssignals einmalig um einen vorbestimmten Betrag k und erhöht den Minimalwert Vmin des Ausgangssignals einmalig um den vorbestimmten Betrag k in den Schritten S34 bzw. S35. Im nächsten Schritt S36 setzt der Regler 8 einen neuen Wert an die Stelle des Wertes Null als Zeitgeberwert (T = T) und beseitigt die Markierung C (C = 0) in dem Schritt S37. In dem anschließenden Schritt S38 gibt der Regler 8 den so ermittelten Wert das Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Cfb an ein Hauptprogramm zur Steuerung der durch die Einspritzdüse 6 einzuspritzenden Kraftstoffmenge und kehrt dann zu dem Schritt S2 gemäß Fig. 2 zurück. In dem Hauptprogramm zur Steuerung der Einspritzmenge wird die dort zuvor berechnete Grund-Einspritzmenge auf der Grundlage des Wertes des Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten Cfb korrigiert und dementsprechend Kraftstoff aus der Einspritzdüse 6 eingespritzt.

Der neue Wert, der an die Stelle des Null-Wertes für den Zeitgeberwert gesetzt wird, ist beispielsweise 5 und der Maximalwert Vmax und der Minimalwert Vmin des Ausgangssignals werden folglich bei jeder Wiederholung der vorstehend beschriebenen Regelung fünfmal verringert bzw. erhöht.

Nach dem Schritt S20 springt der Regler 8 direkt zu dem Schritt S36, in welchem er den Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten Cfb auf Null setzt und die Rückkopplungs-Regelung des Luftverhältnisses unterbricht. In diesem Fall werden der Maximalwert Vmax und der Minimalwert Vmin des Ausgangssignals nicht allmählich verringert bzw. erhöht, sondern auf dem vorhergehenden Wert gehalten. Außerdem wird jedesmal der neue Wert an die Stelle des Zeitgeber-Wertes gesetzt. Der vorstehend beschriebene Durchgang wird während eines ausreichend kurzen Zyklus wiederholt.

In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden der Maximalwert Vmax und der Minimalwert Vmin des Ausgangssignals allmählich mit der Zeit verringert bzw. erhöht, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, wobei die Differenz zwischen den beiden Werten Vmax-Vmin allmählich kleiner wird. Jedoch wird jedesmal, wenn die um die Bezugsspannung α auf und ab oszillierende Ausgangsspannung Va des Sauerstoffsensors 16 die Größe des zu diesem Zeitpunkt bestehenden Maximalwerts Vmax überschreitet, der eingestellte Maximalwert Vmax wieder erhöht und jedesmal, wenn die Ausgangsspannung Va des Sauerstoffsensors 16 den zu dieser Zeit eingestellten Minimalwert Vmin unterschreitet, der Wert des Minimalwerts Vmin wieder verringert, wodurch die Differenz Vmax-Vmin wiederholt vergrößert wird. Da aber aufgrund der mit der Zeit eintretenden Verschlechterung des Sauerstoffsensors 16 die Amplitude von dessen Ausgangsspannung Va immer kleiner wird, können der eingestellte Maximalwert Vmax und der eingestellte Minimalwert Vmin des Ausgangssignals ihre ursprünglichen Werte nicht mehr erreichen und die Differenz Vmax-Vmin wird allmählich kleiner und erreicht schließlich einen Wert, der die Bezugsdifferenz β unterschreitet.

Wenn der Sauerstoffsensor 16 eine niedrige Temperatur hat und sich in einem inaktiven Zustand befindet, wenn eine Leitungsunterbrechung auftritt oder die Ausgangsspannung Va des Sauerstoffsensors 16 auf den Maximalwert Vamax oder auf den Minimalwert Vamin fixiert bleibt, dann verringert sich die Differenz Vmax-Vmin ebenfalls und wird schließlich kleiner als die Bezugsdifferenz β. Demzufolge kann durch kontinuierliche Abtastung der Differenz Vmax-Vmin ein abnormales Verhalten des Sauerstoffsensors 16 selbst sowie auch jede Unregelmässigkeit in dem Luftverhältnis- Regelsystem festgestellt werden. Auch kann das Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt, an welchem die Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors 16 auf den Maximalwert Vamax oder auf den Minimalwert Vamin festgelegt wird, und dem Zeitpunkt, an welchem die Rückkopplungs- Korrektur unterbrochen wird, hinreichend lang sein, wenn die Differenz zwischen der Ausgangsspannung Va des Sauerstoffsensors in dessen inaktivem Zustand und dem Maximalwert Vamax oder dem Minimalwert Vamin der Ausgangsspannung Va ausreichend groß ist oder wenn der Unterschied zwischen dem voreingestellten Maximalwert Vmax des Ausgangssignals und dem Maximalwert Vamax oder der Unterschied zwischen dem voreingestellten Minimalwert Vmin des Ausgangssignals und dem Minimalwert Vamin hinreichend groß ist. Demzufolge läßt sich ein Zustand, in dem die Rückkopplungs-Korrektur und die Erfahrungs-Regelung nicht anspringt, vermeiden.

Obwohl das vorstehende Ausführungsbeispiel die Anwendung der Erfindung auf eine elektronische Regelung einer Einspritz-Brennkraftmaschine zeigt, lässt sich die Erfindung auch auf eine elektronisch gesteuerte Vergaser- Brennkaftmaschine anwenden.

Claims (6)

1. Regelsystem für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Luftverhältnis) einer Brennkraftmaschine, mit einem Luftverhältnis-Sensor, der ein in Abhängigkeit von dem Luftverhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches variables Ausgangssignal erzeugt, mit einer Rückkopplungs-Regeleinrichtung, die das Luftverhältnis durch eine Rückkopplungs- Korrektur auf der Basis des Ausgangssignals gegen ein Soll-Luftverhältnis konvergieren läßt, mit einem Unregelmäßigkeits-Detektor, der Unregelmäßigkeiten des Luftverhältnis-Sensors feststellt, und mit einer Blockiereinrichtung, welche die Rückkopplungs- Regeleinrichtung an einer Rückkopplungs-Korrektur hindert, sobald der Unregelmäßigkeits-Detektor ein abnormales Verhalten des Luftverhältnis-Sensors feststellt, dadurch gekennzeichnet,
daß der Unregelmäßigkeits-Detektor ein abnormales Verhalten des Luftverhältnis-Sensors durch folgende Schritte feststellt:
Einstellen eines vorgegebenen Oberwertes (Vmax), der einem Ausgangssignal (Va) des Luftverhältnis-Sensors für ein Luftverhältnis entspricht, welches das stöchiometrische Luftverhältnis um einen vorbestimmten Wert übersteigt;
Einstellen eines vorgegebenen Unterwertes (Vmin), der einem Ausgangssignal des Luftverhältnis-Sensors für ein Luftverhältnis entspricht, welches das stöchiometrische Luftverhältnis um einen vorbestimmten Wert unterschreitet;
Verringern des Oberwerts um einen jeweils vorbestimmten Betrag (k) in regelmässigen Zeitabständen und Erhöhen des Unterwerts um einen jeweils vorbestimmten Betrag (k) in regelmäßigen Zeitabständen;
Verändern des Oberwerts zu jedem Zeitpunkt, an dem das Ausgangssignal des Luftverhältnis-Sensors den zu diesem Zeitpunkt bestehenden Oberwert übersteigt, auf den Wert des Ausgangssignals zu dem gegebenen Zeitpunkt und jeweiliges Verringern des veränderten Oberwerts um den vorbestimmten Betrag in regelmäßigen Zeitabständen;
Verändern des Unterwerts zu jedem Zeitpunkt, an dem das Ausgangssignal des Luftverhältnis-Sensors den zu diesem Zeitpunkt bestehenden Unterwert unterschreitet, auf den Wert des Ausgangssignals des Luftverhältnis-Sensors zu dem gegebenen Zeitpunkt, und jeweiliges Erhöhen des veränderten Unterwerts um den vorbestimmten Betrag in regelmäßigen Zeitabständen, und
kontinuierliches Erfassen der Differenz (Vmax-Vmin) zwischen dem Oberwert und dem Unterwert und Bestimmung eines abnormalen Verhaltens des Luftverhältnis-Sensors, sobald die Differenz kleiner als eine vorgegebene Bezugsdifferenz (β) ist.

2. Regelsystem nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unregelmäßigkeits-Detektor bestimmt, daß ein abnormales Verhalten des Luftverhältnis-Sensors vorliegt, wenn die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert des Ausgangssignals des Luftverhältnis-Sensors gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Bezugswert (β) ist.

3. Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungs-Regeleinrichtung eine Proportionalregelung bewirkt, um das Luftverhältnis gegen das Soll-Luftverhältnis konvergieren zu lassen, wenn das Luftverhältnis-Ausgangssignal eine vorbestimmte Anzahl von Malen nach der Umwechslung auf mager oder fett den gleichbleibenden Zustand mager bzw. fett anzeigt.

4. Regelsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungs-Regeleinrichtung eine Integralregelung bewirkt, um das Luftverhältnis gegen das Soll-Luftverhältnis konvergieren zu lassen, wenn das Luftverhältnis-Ausgangssignal nach dem Umwechseln auf mager oder fett häufiger als die vorbestimmte Anzahl von Malen gleichbleibend den Zustand mager bzw. fett anzeigt.

5. Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberwert und der Unterwert jedesmal verringert bzw. erhöht werden, wenn die Differenz zwischen dem Oberwert und dem Unterwert eine vorbestimmte Anzahl von Malen erfaßt worden ist.

6. Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftverhältnis-Sensor ein Sauerstoffsensor ist.