DE4039876B4

DE4039876B4 - Vorrichtung zum Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für einen Motor

Info

Publication number: DE4039876B4
Application number: DE4039876A
Authority: DE
Inventors: Kenji Ikuta; Toshio Kondo; Hiroshi Haraguchi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1989-12-14
Filing date: 1990-12-13
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2010-12-14
Also published as: KR910012520A; JP2765136B2; KR0137133B1; US5090199A; DE4039876A1; JPH03185244A

Abstract

Vorrichtung zum Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einem Motor, mit:
einem in einem Abgasrohr des Motors (10) angeordneten Katalysator (38) zum Reinigen des Abgases,
einem ersten, in einem Abgasrohr (35) des Motors (10) stromauf des Katalysators (38) angeordneten Sauerstoffkonzentrationssensor (36) zur Abgabe eines ersten linearen Erfassungssignals eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines dem Motor (10) zugeführten Gasgemischs, und
einem zweiten, stromab des Katalysators (38) zum Reinigen des vom Motor (10) abgegebenen Abgases angeordneten Sauerstoffkonzentrationssensor (37) zur Abgabe eines zweiten Erfassungssignals in Abhängigkeit davon, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Bezug auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett oder mager ist,
gekennzeichnet durch
eine Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Einstelleinrichtung (40) zum Einstellen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für das erste lineare Erfassungssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Abhängigkeit vom zweiten Erfassungssignal, und
eine Kraftstoffeinspritzmengeneinstelleinrichtung (45) zum Einstellen der dem Motor (10) zuzuführenden Kraftstoffeinspritzmenge durch Vergleichen des ersten Erfassungssignals mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für einen Motor bzw. eine Brennkraftmaschine, wobei die eingespritzte Kraftstoffmenge derart geregelt wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines dem Motor zugeführten Gasgemisches auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird.

Es ist eine Vorrichtung zum Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für eine Brennkraftmaschine bzw. einen Motor bekannt, die einen ersten Sauerstoffkonzentrationssensor (hiernach als Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor bezeichnet) besitzt, der ein Erfassungssignal erhalten kann, das in bezug auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines dem Motor zugeführten Gasgemisches linear ist. Der Sensor ist stromaufseitig eines Dreikomponentenkatalysators angeordnet, der sich in einem Abgasrohr befindet. Die Kraftstoffeinspritzmenge wird derart geregelt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Abhängigkeit vom Erfassungssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird. Ein zweiter Sauerstoffkonzentrationssensor (als O₂-Sensor bezeichnet), der ein Fett/Mager-Erfassungssignal für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gasgemisches, das dem Motor zugeführt wird, erhalten kann, ist Seite an Seite mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor stromaufseitig des Dreikomponentenkatalysators vorgesehen. Eine Abweichung zwischen dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Erfassungssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors wird auf der Basis des Erfassungssignals vom O₂-Sensor korrigiert (s. hierzu beispielsweise die JP-A-56-64125).

Ist der O₂-Sensor stromaufseitig des Dreikomponentenkatalysators vorgesehen und wird die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Erfassungssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors durch das Erfassungssignal des O₂-Sensors korrigiert, wie dies bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung der Fall ist, sind jedoch die nachfolgenden Probleme vorhanden:

1. Um den Reinigungsfaktor des Dreikomponentenkatalysators zu erhöhen, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis derart geregelt, dass die auf der fetten und mageren Seite befindlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse über eine kurze Zeitdauer relativ stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Mittelwert wiederholt werden. Wenn der O₂-Sensor stromaufseitig des Dreikomponentenkatalysators angeordnet ist, ändert sich das Erfassungssignal des O₂-Sensors, so dass der fette (R)- und magere (L)-Wert über eine kurze Zeitdauer wiederholt werden, wie bei (a) in 3 dargestellt ist. Wenn daher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Basis des Erfassungssignals einer derartigen kurzen Zeitdauer korrigiert wird, kann es nicht in stabiler bzw. beständiger Weise geregelt werden, da es durch eine Fluktuation des Erfassungssignals beeinflusst wird.
2. Stromaufseitig des Dreikomponentenkatalysators ist das Abgas nicht in ausreichender Weise vermischt. Daher wird das Erfassungssignal des O₂-Sensors leicht durch einen speziellen Zylinder in Abhängigkeit von der Befestigungsposition o. ä. beeinflusst.
3. Stromaufseitig des Dreikomponentenkatalysators ist die Temperatur hoch. Im Abgas befindet sich eine Kupferkomponente. Daher wird die Funktionsweise des O₂-Sensors nachteilig beeinflußt.

Des weiteren ist aus der Druckschrift DE 35 000 594 ein Zumeßsystem für eine Brennkraftmaschine zur Beeinflussung des Betriebsgemischs bekannt, bei dem im Abgasrohr der Brennkraftmaschine in Strömungsrichtung des Abgases vor und hinter einem zur Abgasreinigung vorgesehenen Katalysator jeweils ein Sauerstoffsensor angeordnet ist, deren Ausgangssignale einer zentralen Datenerfassungs- und Datenverarbeitungseinrichtung zugeführt werden. Das Ausgangssignal des ersten Sauerstoffsensors (Abgassonde) wird in der Datenverarbeitungseinrichtung gegenüber dem Ausgangssignal des zweiten Sauerstoffsensors mit einer unterschiedlichen Zeitkonstante verarbeitet. Insbesondere werden die Ausgangssignale des ersten Sauerstoffsensors in einem schnelleren Regelkreis und die Ausgangssignale des zweiten, stromab liegenden Sauerstoffsensors in einem langsameren Regelkreis verarbeitet. Beide Regelkreise sind zur Erzielung eines optimalen Verbrauchs der Brennkraftmaschine und zur Stabilisierung der Regelung innerhalb des "Katalysatorfensters" einander überlagert. Das bekannte Zumeßsystem für eine Brennkraftmaschine verwendet somit als Steuerungsparameter einen Grundsteuerungswert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses oder verwendet Parameter, die die Frequenz oder Signalamplitude des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beeinflussen. Eine Grundeinspritzzeit wird aus den üblichen Meßgrößen und Vorsteuer-Kennfeldern der Brennkraftmaschine bestimmt. Danach erfolgt eine Korrektur gemäß den mit unterschiedlichen Zeitkonstanten der Regelfunktion verarbeiteten jeweiligen Ausgangssignalen der beiden Sauerstoffsensoren (Abgasmeßsonden).

Neben einer Steuerung des Betriebs der Brennkraftmaschine können gemäß der DE 35 00 594 die Ausgangssignale beider Sauerstoffsensoren ferner dazu verwendet werden, eine Information bezüglich des Funktionszustands des Katalysators bereitzustellen. Im Falle einer nachlassenden Funktionsfähigkeit des Katalysators kann dem Fahrer mitgeteilt werden, daß eine Überprüfung des Katalysators erforderlich ist.

Aus der Druckschrift DE 38 37 984 A1 sind ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lambdaregelung bei einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei in Strömungsrichtung des Abgases vor und hinter einem Katalysator jeweils ein Sauerstoffsensor (Lambdasonde) vorgesehen ist. Das Ausgangssignal des stromauf liegenden Sauerstoffsensors (vordere Lambdasonde) wird auf einen Sollwert geregelt und es wird mittels des zweiten, stromab liegenden Sauerstoffsensors ein Istwert des Betriebsgemischs nach dem Katalysator erfaßt. Eine Differenz zwischen dem Ausgangssignal des stromab liegenden Sauerstoffsensors (hintere Lambdasonde) und einem vorbestimmten Sollwert wird integriert und es wird ein Regelsollwert mittels des Integrationswerts gebildet.

Aus der Druckschrift DE 27 13 988 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zum Regeln des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses des einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei im Abgaskanalsystem angeordneten Abgassonden zugeführten Betriebsgemischs bekannt, wobei die Ausgangssignale beider Abgassonden zusammen verarbeitet werden und eine Aussage über den Schaltzustand jeder Abgassonde möglich ist. Insbesondere wird ein gemeinsames aussagekräftiges Signal als Regelsignal gewonnen, womit das errechnete Kraftstoff-Luft-Verhältnis in korrigierter Weise der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Die Ausgangssignale beider Abgassonden werden in unterschiedlicher Weise verarbeitet und es kann beispielsweise bei Mehrzylinderbrennkraftmaschinen und einer Reihenanordnung von Zylindern pro Zylinderreihe eine Abgassonde verwendet werden.

Aus der Druckschrift DE 38 31 289 A1 ist ein System zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines einer Brennkraftmaschine zugeleiteten brennbaren Gemischs bekannt, wobei ein in der Abgasanlage der Brennkraftmaschine angeordneter Sauerstoffsensor in Abhängigkeit von dem erfassten Sauerstoff im Abgas ein entsprechendes Ausgangssignal abgibt. Wird der Sauerstoffsensor einem Abgas entsprechend einem brennbaren Gemisch mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgesetzt, dann gibt der Sauerstoffsensor ein Signal ab, das eine plötzliche Charakteristikänderung aufweist. Das System umfasst eine Einrichtung zur Linearisierung des Signals des Sauerstoffsensors, sodass ein halblinearisiertes Signal erzeugt wird, und es erfolgt eine Steuerung der der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von dem halblinearisierten Signal. Insbesondere wird das halblinearisierte Ausgangssignal des Sauerstoffsensors einem PID-Regler zugeführt, der eine Einspritzmengensteuerung vornimmt.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Regelvorrichtung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei einem Motor derart auszugestalten, daß die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem Erfassungssignal eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors genau korrigiert und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis genau auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis geregelt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung zum Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einem Motor gemäß den in den Patentansprüchen 1 und 8 angegebenen Merkmalen gelöst.

Im einzelnen erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung die Erneuerung oder Änderung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältniswerts zur Änderung des Rückkopplungsbetrags des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, wodurch die erfindungsgemäßen Vorteile einer genauen Korrektur einer Abweichung zwischen dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem ersten Erfassungssignal möglich ist. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen somit in der Möglichkeit einer schnellen und genauen Rückkopplung zur Bestimmung eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Verwendung des Ausgangssignals des in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Katalysator liegenden Sauerstoffkonzentrationssensors (zweiter Sensor).

Erfindungsgemäß wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch die Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Einstelleinrichtung in Abhängigkeit vom zweiten Erfassungssignal, das vom zweiten Sauerstoffkonzentrationssensor abgegeben wird, eingestellt. Dann wird die Kraftstoffeinspritzmenge von der Kraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung in Abhängigkeit vom ersten Erfassungssignal, das vom ersten Sauerstoffkonzentrationssensor abgegeben wird, und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Somit erfolgt erfindungsgemäß eine direkte Bestimmung eines Sollwerts entsprechend dem Ausgangssignal des zweiten Sauerstoffkonzentrationssensors und eine Kraftstoffeinspritzmengenberechnung in Verbindung mit dem Ausgangssignal des ersten Sauerstoffkonzentrationssensors.

Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungebeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

1 den schematischen Aufbau der vorliegenden Erfindung;

2 ein Blockschaltbild Ausführungsform der Erfindung;

3 eine charakteristische Darstellung eines Erfassungssignales eines O₂-Sensors;

4 ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Luft-Kraftstoff-Regelung bei dieser Ausführungsform;

die 5 und 7 Flussdiagramme zur Erläuterung der Funktionsweise dieser Ausführungsform;

6 eine charakteristische Darstellung eine Reinigungsfaktors eines Dreikomponentenkatalysators;

die 8 und 9 Zeitdiagramme dieser Ausführungsform;

10 ein Zeitdiagramm einer weiteren Aufführungsform; und

11 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der anderen Ausführungsform.

Zur weiteren Verdeutlichung des Aufbaues der vorstehend beschriebenen Erfindung wird nunmehr nachfolgend eine Regelvorrichtung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Motors, bei der es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung handelt, erläutert. 2 ist eine schematische Darstellung des Aufbaues dieser Vorrichtung und zeigt einen Motor 10, dessen Luft-Kraftstoff-Verhältnis geregelt wird, sowie dessen periphere Einrichtungen. Wie in der Darstellung verdeutlicht ist, werden hierbei der Zündzeitpunkt I_g eines Motors 10 und eine Kraftstoffeinspritzmenge TAU durch eine elektronische Regeleinheit (ECU) 20 geregelt.

Wie in 2 gezeigt ist, handelt es sich bei dem Motor 10 um einen solchen mit Fremdzündung und vier Zylindern sowie vier Takten. Ansaugluft wird durch einen Luftfilter 11, ein Ansaugrohr 12, eine Drosselklappe 13, einen Ausgleichsbehälter 14 und ein Ansaugzweigrohr 15 in jeden Zylinder gesaugt. Kraftstoff wird unter Druck von einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) zugeführt und über Kraftstoffeinspritzventile 16a, 16b, 16c und 16d, die im Ansaugzweigrohr 15 vorgesehen sind, eingespritzt. Der Motor 10 besitzt einen Zündverteiler 19 zum Verteilen eines elektrischen Signales hoher Spannung, das von einer Zündschaltung 17 Zündkerzen 18a, 18b, 18c und 18d der Zylinder zugeführt wird, einen Drehzahlsensor 30, der im Verteiler 19 vorgesehen ist, um die Drehzahl N_e des Motors 10 zu erfassen, einen Drosselsensor 31 zum Erfassen des Öffnungsgrades TH der Drosselklappe 13, einen Ansaugdrucksensor 32 zum Erfassesn des Ansaugdrucks PM abstromseitig der Drosselklappe 13, einen Aufwärmsensor 33 zum Erfassen der Temperatur T_hw des Kühlwassers des Motors 10 sowie einen Ansaugtemperatursensor 34 zum Erfassen der Temperatur T_am der Ansaugluft. Der Drehzahlsensor 30 ist so angeordnet, daß er einem Ringzahnrad gegenüberliegt, das sich synchron mit der Kurbelwelle des Motors 10 dreht. Der Sensor 30 gibt 24 Signalimpulse pro Umdrehung ab, d.h. 724° CA des Motors 10 proportional zur Drehzahl N_e. Der Drosselsensor 31 gibt nicht nur ein dem Drosselklappenöffnungsgrad TH entsprechendes Analogsignal, sondern auch ein EIN/AUS-Signal von einem Leerschalter ab, um zu erfassen, wenn die Drosselklappe 13 nahezu vollständig geschlossen ist.

Des weiteren ist im Abgasrohr 35 des Motors 10 ein Dreikomponentenkatalysator 38 angeordnet, der schädliche Bestandteile (CO, HC, NOx u.ä.) in dem vom Motor 14 abgegebenen Abgas reduziert. Aufstromseitig des Dreikomponentenkatalysators 38 ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 36 als erster Sauerstoffkonzentrationsssensor angeordnet, der in Abhängigkeit vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ des dem Motor zugeführten Gasgemisches ein lineares Erfassungssignal abgibt. Ein O₂-Sensor 37 als zweiter Sauerstoffkonzentrationssensor gibt ein Erfassungssignal ab, das anzeigt, ab das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ des dem Motor 10 zugeführten Gasgemisches im Vergleich zu einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ₀ fett oder mager ist. Dieser Sensor ist abstromseitig des Dreikomponentenkatalysators 38 vorgesehen.

Die ECU 20 ist als arithmetrische logische Funktionsschaltung ausgebildet und umfaßt in erster Linie bekannte Komponenten, wie beispielsweise eine CPU 21, einen ROM 22, einen RAM 23, einen Unterstützungs-RAM 24 u.ä. Die ECU 20 ist über einen Bus 27 bidirektional an eine Eingangsklemme 25 zum Erhalt von Erfassungssignalen von den Sensoren und eine Ausgangsklemme 26 zur Abgabe von Steuersignalen an Betätigungseinheiten u.ä. angeschlossen. Dia ECU 24 empfängt über die Eingangsklemme 25 Signale, die den Ansaugdruck PM, die Ansaugtemperatur T_am, den Drosselklappenöffnungsgrad TH, die Kühlwassertemperatur T_hw, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ, die Drehzahl N_e u.ä. anzeigen. Dann errechnet die ECU 20 die Kraftstoffeinspritzmenge TAU und den Zündzeitpunkt T_g auf der Basis dieser Informationen und gibt Steuersignale an die Kraftstoffeinspritzventile 16a bis 16d sowie die Zündschaltung 17 über die Ausgangsklemme 26 ab. von den vorstehend beschriebenen Steuer- bzw. Regelvorgängen wird nunmehr nachfolgend die Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beschrieben.

Die ECU 20 wurde in der Vergangenheit nach der folgenden Methode konzipiert, um die Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchzuführen. Diese Methode, die nachfolgend erläutert wird, ist in der JP-A-64-110853 offenbart.

1. Gestaltung eines zu regelnden Objektes

Bei dieser Ausführungsform wird als Modell eines Systems zum Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ des Motors 10 ein sich autoregressiv bewegendes Durchschnittsmodell ersten Grades mit einer Leerzeit P = 3 verwendet und im Hinblick auf einen Störfaktor d weiter angenähert.

Als erstes kann das Modell des Systems zum Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ unter Verwendung des sich autoregressiv bewegenden Durchschnittsmodelles angenähert werden durch λ(k) = a·λ(k – 1) + b·FAF(k – 3) (1)worin bedeuten:

λ: = Luft-Kraftstoff-Verhältnis
FAF: = Korrekturkoeffizient für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
a, b: = Konstanten
k: = Variable, die die Zahl der Regelzeiten vom Beginn der ersten Sampling-Phase anzeigt.

Wenn man den Störfaktor d berücksichtigt, kann das Modell des Regelsystems in der folgenden Weise angenähert werden: λ(k) = a·λ(k – 1) + b·FAF(k – 3) + d(k – 1) (2)

Für die in der obigen Weise angenäherten Modelle können die Konstanten a und b einfach durch eine Diskretion durch die rotatorische synchrone (360° CA) Sampling-Phase mit schrittweiser Ansprache erhalten werden, d.h. eine Transferfunktion G des Systems zur Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ.

2. Darstellungsverfahren einer zustandsvariablen Größe X

Durch Umformulierung der vorstehenden Gleichung (2) unter Verwendung der zustandsvariablen Größe X(k) = [X₁(k), X₂(k), X₃(k), X₄(k)]^T wird die folgende Gleichung (3) erhalten

Es ergibt sich dann X1(k + 1) = aX1(k) + bX2(k) + d(k) = λ(k + 1) X2(k + 1) = FAF(k – 2) X3(k + 1) = FAF(k – 1) X4(k + 1) = FAF(k) (4)

3. Konzipieren einer Regelgröße

In bezug auf die Gleichungen (5) und (6) wurde eine Regelgröße konzipiert. Es wurden eine optimale Rückkopplungsausbeute K = [K₁, K₂, K₃. K₄] und die zustandsvariable Größe x^T(k) = [λ(k), FAF(k – 3), FAF(k –2), FAF(k –1)] verwendet, so daß die folgende Gleichung erhalten wurde: FAF(k) = k·XT(k) K1·λ(k) + K2·FAF(k – 3) + K3·FAF(k – 2) + K4·FAF(k – 1) (5)

Des weiteren wurde ein Integrationsfaktor Z_I (k) zur Absorption von Fehlern addiert. FAF(k) = K1·λ(k) + K2·FAF(k – 3) + K3·FAF(k – 2) + K4·FAF(k – 1) + Z1(k) (6)

Auf diese Weise können somit das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ und der Korrekturkoeffizient FAF erhalten werden.

Der Integrationsfaktor Z_I(k) ist ein Wert, der aus der Abweichung zwischen dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_TG und dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_(k) und einer Integrationskonstanten K_a ermittelt und durch die folgende Gleichung (7) erhalten wird: ZI(k) = ZI(k – 1) + Ka·(λTG – λ(k)) (7)

4 ist ein Blockdiagramm eines Systems zum Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ, durch das das Modell in der vorstehend wiedergegebenen Weise konzipiert wurde. In 4 wurde die Z^–1-Transformation verwendet, um den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizient FAF(k) von FAF (k – 1) abzuleiten, und der FAF(k)-Wert wurde dargestellt. Zu diesem Zweck wird der vorherige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizient FAF(k – 1) im RAM 320 gespeichert und zum nächsten Regelzeitpunkt ausgelesen und verwendet.

Ein Block P₁, der in 4 von einer strichpunktierten Linie umgeben ist, entspricht einem Abschnitt zur Entscheidung der zustandsvariablen Größe X(k) in einem Zustand, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ(k) mittels Rückkopplung auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_TG eingeregelt wird. Ein Block P₂ entspricht einem Abschnitt (Ansammlungsabschnitt) zum Erhalten des Integrationsfaktors Z_I(k). Ein Block P₃ entspricht einem Abschnitt zum Berechnen des gegenwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizienten FAF(k) aus der zustandsvariablen Größe X(k), die im Block P₁ ermittelt wurde, und dem integrationsfaktor Z_I(k), der im Block P₂ erhalten wurde.

4. Bestimmung der optimalen Rückkopplungsausbeute K und der Integrationskonstanten K_a

Die optimale Rückkopplungsausbeute R und die Integrationskonstante K_a können beispielsweise eingestellt werden, indem man eine Auswertungsfunktion J minimiert, die durch die folgende Gleichung wiedergegeben wird:

Die Auswertungsfunktion J minimiert die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ(k) und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_TG, während die Bewegung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizienten FAF(k) eingeschränkt wird. Die Gewichtung der Einschränkung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizienten FAF(k) kann durch die Werte der Gewichtsparameter Q und R verändert werden. Es ist daher ausreichend, die optimale Rückkopplungsausbeute K und die Integrationskonstante K_a durch Wiederholung von Simulationen zu bestimmen, bis die optimalen Regelcharakteristika durch unterschiedliches Ändern der Werte der Gewichtungsparameter Q und R erhalten worden sind.

Des weiteren hängen die optimale Rückkopplungsausbeute K und die Integrationskonstante K_a von den Modellkonstanten a und b ab. Um die Stabilität (robustes Betriebsverhalten) des Systems in bezug auf Fluktuationen (Parameterfluktuationen) des Systems zum Regeln des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ sicherzustellen, ist es daher erforderlich, die optimale Rückkopplungsausbeute K und die Integrationskonstante K_a im Hinblick auf Fluktuationsgrößen der Modellkonstanten a und b zu konzipieren. Daher werden die Simulationen unter Berücksichtigung der Fluktuationen der Modellkonstanten a und b, die tatsächlich auftraten können, durchgeführt. Auf diese Weise wird eine Entscheidung für eine optimale Rückkopplungsausbeute K und die Integrationskonstante K_a getroffen, die Stabilität garantieren.

Obwohl unter 1. die Gestaltung eines zu regelnden Objektes, unter 2. das Darstellungsverfahren der zustandsvariablen Größe, unter 3, das Konzipieren der Regelgröße und unter 4. die Bestimmung der optimalen Rückkopplungsausbeute und der Integrationskonstanten beschrieben wurden, so sind diese Größen doch vorgegeben. Die ECU 24 führt die Regelung durch Verwendung der Ergebnisse davon durch, d.h. nur von den Gleichungen (6) und (7).

Die Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird nunmehr in Verbindung mit den Ablaufdiagrammen der 5 und 7 erläutert.

5 zeigt eine Vorgehensweise zum Setzen der Kraftstoffeinspritzmenge TAU, die synchron mit der Rotation (jede 360° CA) durchgeführt wird.

Als erstes wird in Schritt 101 eine grundsätzliche Kraftstoffeinspritzmenge T_p auf der Basis des Ansaugdrucks PM, der Drehzahl N_e u.ä. errechnet. In Schritt 142 wird überprüft, ob die Rückkopplungsbedingungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ erfüllt sind oder nicht. Diese Rückkopplungsbedingungen sind derart, daß die Kühlwassertemperatur T_hw gleich oder höher ist als ein vargegebener Wert und daß eine Last und eine Drehzahl nicht hoch sind, wie dies bekannt ist. Wenn die Rückkopplungsbedingungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ in Schritt 142 nicht erfüllt sind, wird der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizient FAF in Schritt 103 auf 1 gesetzt. Dann folgt Schritt 106.

Wenn andererseits die Rückkopplungsbedingungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ in Schritt 142 erfüllt sind, wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_TG in Schritt 104 gesetzt (das hiernach im Detail erläutert wird). In Schritt 105 wird der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizient FAF so gesetzt, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_TG entspricht. Im einzelnen wird dabei der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizient FAF durch die Gleichungen (6) und (7) gemäß dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_TG und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ(k), das vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 36 erfaßt wird, errechnet.

In Schritt 106 wird eine Kraftstoffeinspritzmenge in bezug auf die grundsätzliche Kraftstoffeinspritzmenge T_p durch die nachfolgende Gleichung gemäß dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizienten FAF und einem anderen Korrekturkoeffizienten FALL korrigiert, so daß die Kraftstoffeinspritzmenge TAU gesetzt wird. TAU = FAF × Tp × FALL

Ein Funktionssignal gemäß der Kraftstoffeinspritzmenge TAU, die in der vorstehend beschriebenen Weise gesetzt wurde, wird an die Kraftstoffeinspritzventile 16a bis 16d abgegeben.

Es wird nunmehr das Setzen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ_TG (Schritt 104 in 5) beschrieben.

Als erstes wird ein Mittelwert λ_TGC des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis des Erfassungssignales des O₂-Sensors 37 gesetzt, um eine Abweichung zwischen dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Erfassungssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 36 zu korrigieren. Wenn das Erfassungssignal des O₂-Sensors 37 einen fetten Zustand anzeigt, wird dabei der Mittelwert λ_TGC nur um einen vorgegebenen Wert λ_M auf einen Wert auf der mageren Seite verschoben. Wenn im Gegensatz dazu das Erfassungssignal des O₂-Sensors 37 einen mageren Zustand anzeigt, wird der Mittelwert λ_TGC nur um den vorgegebenen Wart λ_M auf einen Wert auf der fetten Seite verschoben. 6 zeigt die Eigenschaften eines Reinigungsfaktors η des Dreikomponentenkatalysators 38 in bezug auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ. Wie hiernach erläutert wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb eines Bereiches eines Katalysatorfensters W (schraffierter Abschnitt im Diagramm) der 6 geregelt. Da das Katalysatorfenster W etwa 0,1% beträgt, wird der vorgegebene Wert λ_M so eingestellt, daß er geringer ist als der Wert W.

Andererseits variiert die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Erfassungssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors ebenfalls in Abhängigkeit von der Drehzahl N_e und dem Ansaugdruck PM. Mit anderen Worten, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, bei dem der maximale Reinigungsfaktor η erhalten wird, variiert in Abhängigkeit von der Drehzahl N_e und dem Ansaugdruck PM. Daher wurde ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, bei dem der maximale Reinigungsfaktor η erhalten wird, vorher als Anfangswert des Mittelwertes λ_TGC von der Drehzahl N_e und dem Ansaugdruck PM abgeleitet und im ROM 22 gespeichert. Es ist ausreichend, ein solches Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ROM 22 zu Beginn der Rückkopplungssteuerung auszulesen. Der Anfangswert des Mittelwertes λ_TGC besitzt solche Eigenschaften, das er auf einen Wert auf der fetten Seite eingestellt wird, wenn die Drehzahl N_e und der Ansaugdruck PM ansteigen.

Für den Mittelwert λ_TGC, der in der vorstehend beschriebenen Weise gesetzt wurde, wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_TG (Zittersignalsteuerung) periodisch (Zittersignalperiode von T_DCA) auf eine vorgegebene Amplitude (Zitteramplitude) λ_DCA in einem Bereich des Katalysatorfensters W verändert. in bezug auf die Zitteramplitude λ_DCA und die jeweilige Periode T_DCA ändert sich der Optimalwert, bei der der maximale Reinigungsfaktor η erhalten wird, ebenfalls in Abhängigkeit von der Drehzahl N_e und dem Ansaugdruck PM. Daher wurden die Optimalwerte der Zitteramplitude λ_DCA und der Zitterperiode T_DCA vorher auf der Basis der Drehzahl N_e und des Ansaugdrucks PM ermittelt und im ROM 22 gespeichert. Es ist ausreichend, diese Optimalwerte aus dem ROM 22 nacheinander auszulesen.

Das Setzen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ_TG wird nunmehr in Verbindung mit dem in 1 dargestellten Ablaufdiagramm beschrieben.

In den Schritten 201 bis 203 wird der Mittelwert λ_TGC des vorstehend erwähnten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gesetzt. Zuerst wird in Schritt 201 überprüft, ab das Erfassungssignal des O₂-Sensors 37 einen fetten oder mageren Zustand anzeigt. Wenn dieses Erfassungssignal einen fetten Zustand anzeigt, wird der Mittelwert λ_TGC in Schritt 202 nur um den vorgegebenen Wert λ_M erhöht, d.h. auf einen Wert auf der mageren Seite eingestellt (λ_TGC←λ_TGC + λ_M). Wenn andererseits in Schritt 201 das Erfassungssignal vom O₂-Sensor 37 einen mageren Zustand anzeigt, wird der Mittelwert λ_TGC in Schritt 203 nur um den vorgegebenen Wert _M erniedrigt, d.h. auf einen Wert auf der mageren Seite eingestellt (λ_TGC←λ_TGC – λ_M).

Die Schritte 204 bis 213 beziehen sich auf die vorstehend beschriebene Zittereignalsteuerung. In Schritt 204 wird überprüft, ob ein Zählwert eines Zählers CDZA gleich oder größer ist a1s die Zitterperiode T_DCA oder nicht. Der Zähler CDZA zählt die Zitterperiode T_DCA. Wenn der Zählwert des Zählers CDZA geringer ist als die Zitterperiode T_DZA, zählt der Zähler CDZA in Schritt 205 aufwärts (CDZA←CDZA + 1). Dann folgt Schritt 213.

Wenn andererseits der Zählwert des Zählers CDZA in Schritt 244 gleich oder größer ist als die Zitterperiode T_DCA, werden in den Schritten 206 bis 212 Vorgänge zur Änderung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ_TG Schritt um Schritt durchgeführt. Als erstes wird in Schritt 206 der Zähler CDZA rückgesetzt (CDZA = 0). Die Zitteramplitude λ_DCA wird in Schritt 207 gesetzt. Wie vorstehend erwähnt, wird hierbei als Zitteramplitude λ_DCA der der Drehzahl N_e und dem Ansaugdruck PM entsprechende Optimalwert vorher ermittelt und als zweidimensionale Karte der Drehzahl N_e und des Ansaugdrucks PM im ROM 22 gespeichert. Die Zitteramplitude λ_DZA wird nacheinander vom ROM 22 ausgelesen. Im nächsten Schritt 208 wird die Zitterperiode T_DZA gesetzt. In bezug auf die Zitterperiode T_DZA wird in entsprechender Weise wie bei der Zitteramplitude λ_DZA der Optimalwert als zweidimensionale Karte der Drehzahl N_e und des Ansaugdrucks PM im ROM 22 gespeichert. Die Zitterperiode T_DZA wird nacheinander vom ROM 22 ausgelesen.

In Schritt 249 wird überprüft, ob ein Kennzeichen XDZR gesetzt worden ist oder nicht. Wenn das Kennzeichen XDZR gesetzt worden ist (XDZR = 1), so bedeutet dies, daß das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_TG für den Mittelwert λ_TGC auf einen Wert auf der fetten Seite gesetzt worden ist. In Schritt 209 wird ermittelt, ob das Kennzeichen XDZR gesetzt worden ist (XDCR = 1), d.h. ob das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_TG für den Mittelwert λ_TGC bis zum vorhergehenden Steuer-Timing auf einen Wert auf der fetten Seite gesetzt worden ist. In Schritt 210 wird das Kennzeichen XDZR rückgesetzt (XDZR←0), so daß das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_TG nur über die Zitteramplitude λ_DZA für den Mittelwert λ_TGC auf einen Wert auf der mageren Seite gesetzt wird. Wenn andererseits in Schritt 209 entschieden wurde, daß das Kennzeichen XDZR rückgesetzt wurde (XDZR = 0), d.h. wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_TG für den Mittelwert λ_TGC bis zum vorhergehenden Steuer-Timing auf einen Wert auf der mageren Seite gesetzt worden ist, wird in Schritt 211 das Kennzeichen XDZR gesetzt (XAZR←1), so daß das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_TG nur durch die Zitteramplitude λ_DZA für den Mittelwert λ_TGC auf einen Wert auf der fetten Seite gesetzt wird. Im nächsten Schritt 212 wird die Zitteramplitude λ_DZA auf einen negativen Wert gesetzt, und es folgt Schritt 213.

In Schritt 213 wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_TG durch die folgende Gleichung λTG = λTGC + λDZA gesetzt. Somit wird in dem Fall, in dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_TG nur über die Zitteramplitude λ_DZA für den Mittelwert λ_TGC auf einen Wert auf der mageren Seite gesetzt wird, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_TG über die folgende Gleichung in Schritt 213 λTG = λTGC + λDZA gesetzt.

Andererseits wird in dem Fall, in dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_TG nur über die Zitteramplitude λ_DZA für den Mittelwert λ_TGC auf einen Wert auf der fetten Seite gesetzt wird, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_TG über die folgende Gleichung in Schritt 213 λTG = λTGC – λDZA gesetzt, da die Zitteramplitude λ_DZA in Schritt 212 auf einen negativen Wert gesetzt worden ist.

Es ist ein Zeitdiagramm in bezug auf das vorstehend erwähnte Setzen des Mittelwertes λ_TGC gezeigt. Über eine Zeitdauer, in der das Erfassungssignal des O₂-Sensors 37 einen mageren Zustand anzeigt, wird der Mittelwert λ_TGC über den vorgegebenen Wert λ_M auf einen Wert auf der fetten Seite gesetzt. Für eine Zeitdauer, in der das Erfassungssignal des O₂-Sensors 37 den fetten Zustand anzeigt, wird der Mittelwert λ_TGC über den vorgegebenen Wert λ_M auf einen Wert auf der mageren Seite gesetzt. Daher wird der Mittelwert λ_TGC durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 36 auf das gezeigte stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Somit kann die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Erfassungssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 36 korrigiert werden.

9 zeigt ein Zeitdiagramm in bezug auf die Zittereignalsteuerung. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_TG wird nur über die Zitteramplitude λ_DCA für den Mittelwert λ_TGC bei der kurzen Zitterperiode T_DZA verändert und auf einen Wert auf der fetten oder mageren Seite gesetzt. Daher kann der Reinigungsfaktor η des Dreikomponentenkatalysators 38 erhöht werden.

Die Eigenschaften des Erfassungssignales für den Fall, in dem sich der O₂-Sensor 37 abstromseitig des Dreikomponentenkatalysators 38 befindet; sind bei (b) in 3) dargestellt. Wie auf diesem Diagramm hervorgeht, ist gemäß den Eigenschaften (b) in 3) des Erfassungssignales bei Anordnung des O₂-Sensors 37 abstromseitig des Dreikomponentenkatalysators 38 die Fett/Mager-Invertierungsperiode länger als bei den Eigenschaften (a) in 3) des Erfassungssignales für den Fall, bei dem der O₂-Sensor 37 aufstromseitig des Dreikomponentenkatalysators 38 ange ordnet ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die schädlichen Komponenten im Abgas durch den Dreikomponentenkatalysator 38 über die stattfindende Oxidation-Reduktion entfernt werden. Daher kann selbst dann, wenn eine Regelung so durchgeführt wird, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ in wiederholter Weise über eine kurze Zeitdauer auf einen fetten und mageren Wert gesetzt wird, um den Reinigungsfaktor η des Dreikomponentenkatalysators 38 anzuheben, der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 36 genau korrigiert werden, ohne daß er dabei durch eine derartige Regelung beeinflußt wird.

Da andererseits das Abgas abstromseitig des Dreikomponentenkatalysators 38 ausreichend vermischt ist, zeigt das Erfassungssignal des Luft-Kraftstoff-Sensors 37 das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ von allen Zylindern an, ohne dabei vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ eines speziellen Zylinders abhängig zu sein. Folglich kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ richtig korrigiert werden.

Da das Abgas vom Dreikomponentenkatalysator 38 gekühlt und auch die Kupferkomponente im Abgas absorbiert wird, kann eine Funktionsverschlechterung des O₂-Sensors 37 verhindert werden.

Hei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird der Mittelwert λ_TGC des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses immer in Abhängigkeit vom Erfassungssignal des O₂-Sensors 37 eingestellt. Daher ist es auch möglich, den Mittelwert λ_TGC des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses an einem Zeitpunkt auf einen vorgegebenen Wert einzustellen, wenn die Zeit des fetten Zustandes des Erfassungssignales des O₂-Sensors 37 und die Zeit des mageren Zustandes nahezu gleich sind, und danach die Einstellung des Mittelwertes zu stoppen. In diesem Fall kann der Mittelwert λ_TGC des Soll-Luft-Kraft stoff-Verhältnisses auf einen Punkt D in 9 oder auf einen Durchschnittswert der Punkte A, B, C und D eingestellt werden.

Sei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde der Mittelwert λ_TGC des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Abhängigkeit vom Erfassungssignal des O₂-Sensors bei jedem Steuer-Timing eingestellt. Bei einer anderen Ausführungsform kann jedoch der Mittelwert λ_TGC des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auch in Abhängigkeit von der Zeit des fetten Zustandes und der Zeit des mageren Zustandes bei einer vorgegebenen Zeitdauer des Erfassungssignales des O₂-Sansors eingestellt werden.

Hiernach wird nunmehr eins weitere Ausführungsform beschrieben. Wie vorstehend erläutert, wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_TG so eingestellt und geregelt, daß die Fett/Mager-Werte bei einer kurzen Zeitdauer wiederholt werden. Wenn dar Mittelwert λ_TGC des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ₀(14,7)(λ_TGC = λ₀) entspricht, ist das Erfassungssignal des O₂-Sensors 37 wie bei (a) in 10) dargestellt. Mit anderen Warten, die Gesamtzeit ST_R der Zeiten T_Ri des fetten Zustandes bei einer vorgegebenen Zeitdauer des Erfassungssignales entspricht der Gesamtzeit ST_L der Zeiten T_Li des mageren Zustandes. Demnach ist STR = STL wobei sind

Wenn andererseits der Mittelwert λ_TGC des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ₀(λ_TGC < λ₀) auf der fetten Seite liegt, sind die Zeiten T_Ri des fetten Zustandes länger als die Zeiten T_Li des mageren Zustandes, wie bei (b) in 10) gezeigt. Demnach ist STR > STL.

Wenn andererseits der Mittelwert λ_TGC des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ₀(λ_TGC > λ₀) mager ist, sind die Zeiten T_Li des mageren Zustandes länger als die Zeiten T_Ri des fetten Zustandes, wie bei (c) in 10) gezeigt. Demnach ist STR < STL.

Es wird nunmehr das in 11 gezeigte Ablaufdiagramm erläutert. 11 entspricht im wesentlichen 7, mit der Ausnahme, daß anstelle der Schritte 201 bis 203 in 7 nur die Schritte 301 bis 303 vorgesehen sind. Auf die Beschreibung von entsprechenden Schritten wird daher hier verzichtet.

Als erstes wird in Schritt 301 die Gesamtzeit ST_R der Zeiten des fetten Zustandes und die Gesamtzeit ST_L der Zeiten des mageren Zustandes für eine vorgegebene Zeitdauer (beispielsweise fünf Perioden bei dieser Ausführungsform) des Erfassungssignales des O₂-Sensors verglichen. Die Gesamtzeiten ST_R und ST_L der fetten/mageren Zustände werden durch ein Programm erhalten, das synchron zur Inversion des Erfassungssignales des O₂-Sensors 37 aktiviert wird. Mit anderen Worten, eine Zeitdauer von der vorhergehenden Aktivierung bis zur gegenwärtigen Aktivierung wird errechnet, und die resultierende Zeit wird zur Gesamtzeit ST_R oder ST_L in Abhängigkeit von dem Entscheidungsergebnis, ob eine derartige Zeit die fette Zeit oder die magere Zeit betrifft, addiert, so daß die Gesamtzeiten ST_R und ST_L erhalten werden können. Wenn in Schritt 301 ST_R > ST_L ist, dann bedeutet dies daß der Mittelwert λ_TGC für das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ₀ fett ist, so daß der Mittelwert λ_TGC in Schritt 302 nur um den vorgegebenen Wert λ_M (λ_TGC←λ_TGC + λ_M) erhöht wird.

Wenn andererseits in Schritt 301 ST_R > ST_L ist, so bedeutet dies, daß der Mittelwert λ_TGC des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist. Daher wird der Mittelwert λ_TGC des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Schritt 303 nur um den vorgegebenen Wert λ_M reduziert (λ_TGC←λ_TGC – λ_M). Die Einstellung des Mittelwertes λ_TGC des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird in der vorstehend beschriebenen Weise beendet.

Wie vorstehend im Detail beschrieben wurde, wird erfindungsgemäß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gasgemisches so geregelt, daß es gemäß dem ersten Erfassungssignal, das vom ersten Sauerstoffkonzentrationssensor abgegeben wird, der aufstromseitig des Katalysators angeordnet ist, und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird in Abhängigkeit vom zweiten Erfassungssignal eingestellt, das vom zweiten Sauerstoffkonzentrationssensor abgegeben wird, der abstromseitig des Katalysators angeordnet ist, um auf diese Weise eine Abweichung zwischen dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem ersten Erfassungssignal zu korrigieren.

Daher kann die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem ersten Erfassungssignal genau korrigiert werden, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines hohen Reinigungsfaktors des Katalysators genau eingeregelt werden, Erfindungsgemäß wird somit eine Regelvorrichtung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei einem Motor beschrieben, mit dem die Kraftstoffeinspritzmenge so geregelt wird, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines dem Motor zugeführten Gasgemisches auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird. Die Vorrichtung besitzt einen ersten Sauerstoffkonzentrationssensor aufstromseitig eines in einem Abgasrohr des Motors angeordneten Katalysators und einen zweiten Sauerstoffkonzentrationssensor abstromseitig vom Katalysator. Der erste Sensor führt der Vorrichtung ein erstes lineares Erfassungssignal für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gasgemisches zu. Der zweite Sensor führt der Vorrichtung ein zweites Erfassungssignal zu, das anzeigt, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gasgemisches in bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett oder mager ist. Ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird in Abhängigkeit von dem zweiten Erfassungssignal eingestellt, und das erste Erfassungssignal und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis werden miteinander verglichen, um auf diese weise die Kraftstoffeinspritzmenge zu regeln. Somit kann eine Abweichung zwischen dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem ersten Erfassungssignal genau korrigiert werden, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann genau auf einen Wert in einem Bereich eingeregelt werden, aus dem ein hoher Reinigungsfaktor des Katalysators abgeleitet werden kann.

Claims

Vorrichtung zum Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einem Motor, mit: einem in einem Abgasrohr des Motors (10) angeordneten Katalysator (38) zum Reinigen des Abgases, einem ersten, in einem Abgasrohr (35) des Motors (10) stromauf des Katalysators (38) angeordneten Sauerstoffkonzentrationssensor (36) zur Abgabe eines ersten linearen Erfassungssignals eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines dem Motor (10) zugeführten Gasgemischs, und einem zweiten, stromab des Katalysators (38) zum Reinigen des vom Motor (10) abgegebenen Abgases angeordneten Sauerstoffkonzentrationssensor (37) zur Abgabe eines zweiten Erfassungssignals in Abhängigkeit davon, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Bezug auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett oder mager ist, gekennzeichnet durch eine Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Einstelleinrichtung (40) zum Einstellen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für das erste lineare Erfassungssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Abhängigkeit vom zweiten Erfassungssignal, und eine Kraftstoffeinspritzmengeneinstelleinrichtung (45) zum Einstellen der dem Motor (10) zuzuführenden Kraftstoffeinspritzmenge durch Vergleichen des ersten Erfassungssignals mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Einstelleinrichtung die folgenden Bestandteile umfaßt: Eine Betriebszustandaerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Betriebszustandes des Motors (10); eine Untersoll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Einstelleinrichtung zum Einstellen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Abhängigkeit vom Betriebszustand; und eine Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrektureinrichtung zum Korrigieren des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Abhängigkeit vom zweiten Erfassungssignal.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Untersoll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Einstelleinrichtung eine Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Speichereinrichtung (22) zum Speichern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, bei dem ein maximaler Reinigungsfaktor des Katalysators (38) erhalten wird, als Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei jedem Betriebszustand aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrektureinrichtung eine erste Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrektureinrichtung zur Durchführung einer Korrektur in einer Weise aufweist, daß sich das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis allmählich um eine vorgegebene Größe pro Zeiteinheit zur mageren Seite hin verändert, wenn das zweite Erfassungssignal einen fetten Zustand anzeigt, und daß sich das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis um eine vorgegebene Größe pro Zeiteinheit allmählich zur fetten Seite hin verändert, wenn das zweite Erfassungssignal einen mageren Zustand anzeigt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrektureinrichtung die folgenden Bestandteile umfaßt: Eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen der gesamten "fetten" Zeit des zweiten Erfassungssignales in einer vorgegebenen Zeitdauer; eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen der gesamten "mageren" Zeit des zweiten Erfassungssignales in der vorgegebenen Zeitdauer; und eine zweite Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrektureinrichtung zur Durchführung einer Korrektur derart, daß sich das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis um eine vorgegebene Größe pro Zeiteinheit allmählich zur mageren Seite hin verändert, wenn die gesamte fette Zeit länger ist als die gesamte magere Zeit, und daß sich das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis um eine vorgegebene Größe pro Zeiteinheit allmählich zur fetten Seite hin verändert, wenn die gesamte magere Zeit länger ist als die gesamte fette Zeit.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Einstelleinrichtung eine Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückstelleinrichtung zum Rückstellen eines Wertes, der sich mit einer vorgegebenen Amplitude relativ zu dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das von der Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrektureinrichtung als Mittelwert in das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingegeben worden ist, Periodisch ändert, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückstellein richtung eine Speichereinrichtung zum Speichern der vorgegebenen Amplitude, bei der der maximale Reinigungsfaktor des Katalysators (38) bei jedem Betriebszustand erhalten wird, aufweist.
Vorrichtung zum Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einem Motor, mit einem in einem Abgasrohr (35) des Motors (10) angeordneten Katalysator (38) zum Reinigen eines Abgases, einem in einem Abgasrohr (35) des Motors (10) stromauf des Katalysators (38) angeordneten ersten Sauerstoffkonzentrationssensor (36) zur Abgabe eines ersten linearen Erfassungssignals eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines dem Motor (10) zugeführten Gasgemischs, und einem stromab des Katalysators (38) zur Reinigung des vom Motor (10) abgegebenen Abgases angeordneten zweiten Sauerstoffkonzentrationssensor (37) zur Abgabe eines zweiten Erfassungssignals in Abhängigkeit davon, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Bezug auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett oder mager ist, gekennzeichnet durch eine Betriebszustandserfassungseinrichtung zum Erfassen eines Betriebszustands des Motors (10), eine Anfangswerteinstelleinrichtung zum Einstellen eines Anfangswerts eines Soll-Luft-Kraftstoffverhältnisses in Abhängigkeit vom Betriebszustand, eine Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrektureinrichtung zum Korrigieren des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für das erste lineare Erfassungssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Abhängigkeit von dem zweiten Erfassungssignal für jede vorgegebene Periode, und eine Kraftstoffeinspritzmengeneinstelleinrichtung zum Einstellen einer dem Motor (10) zuzuführenden Kraftstoffeinspritzmenge durch Vergleichen des ersten Erfassungssignals mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangswerteinstelleinrichtung eine Anfangswertspeichereinrichtung zum Speichern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, bei dem ein maximaler Reinigungsfaktor des Katalysators (38) erhalten wird, als Anfangswert in jedem Betriebszustand aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzmengeneinstelleinrichtung die folgenden Bestandteile umfaßt: Eine Einrichtung zum Einstellen einer grundsätzlichen Kraftstoffeinspritzmenge in Abhängigkeit vom Betriebszustand; und eine Einrichtung zum Einstellen einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmenge in Abhängigkeit vom ersten Erfassungssignal und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturmengenein stelleinrichtung die folgenden Bestandteile umfaßt: Eine Einrichtung zum Erfassen einer zustandsvariablen Größe in Abhängigkeit vom ersten Erfassungssignal und der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturgröße, die während eines vorhergehenden Steuer-Timing eingestellt wurde; eine Einrichtung zum Berechnen eines Integrationswertes einer Abweichung zwischen dem ersten Erfassungssignal und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis; und eine Einrichtung zum Berechnen der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturgröße in Abhängigkeit von der zustandsvariablen Größe und dem Integrationswert.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturgrößenbe rechnungeeinrichtung einen Konstantspeicher zum Speichern eines optimalen Rückkopplungswertes und einer Integrationskonstante, die voreingestellt worden sind, besitzt, so daß dar Motor (10) auf der Basis eines dynamischen Modells des Motors einen gewünschten Betrieb erfährt.