DE4342656C2

DE4342656C2 - Luft-/Kraftstoff-Regelung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE4342656C2
Application number: DE4342656A
Authority: DE
Inventors: Kiyotaka Mamiya; Michihiro Imada; Takanobu Morimasa
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1992-12-14
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2013-12-15
Also published as: US5462039A; DE4342656A1; KR100288406B1; KR940015199A

Description

Die Erfindung betrifft eine Luft/Kraftstoff-Verhältnisrege lung zur Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses einer Kraftstoffmischung für einen Verbrennungsmotor.

Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F einer in einen Motor ab gegebenen Kraftstoffmischung wird grundsätzlich in Abhängigkeit von der Ansaugluftmenge festgelegt, welche von der Öffnung (TVO) einer vom Fahrer betätigten Drosselklappe sowie der Motordrehzahl abhängt. Dieses grundsätzliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird ferner richtig geregelt, um eine Kraftstoffmischung fetter oder magerer entsprechend den Motorbetriebsbedingungen zu machen, so daß es sowohl im Hinblick auf die tatsächlichen Motorbetriebsbedingungen als auch die Fahreigenschaften des Fahrzeugs am besten paßt.

Zusätzlich werden Fahrzeuge mit Abgasreinigungsvorrichtun gen ausgestattet, die Gebrauch von 3-Wege-Katalysatoren ma chen, um den strengen Abgasvorschriften zu genügen. Ein derartiger 3-Wege-Katalysator ist nicht in der Lage, glei chermaßen sowohl Kohlenstoffmonoxide (CO) und Kohlenwasser stoffe (HC) zu oxidieren als auch Stickstoffoxide (NOx) in nerhalb eines ziemlich engen Bereichs (Fenster) des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses in der Umgebung eines theoretisch idealen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (A/F = 14,7 oder l = 1) zu deoxidieren oder zu reduzieren und das Abgas durch Umwandlung dieser Stoffe in Kohlendioxid (CO), Wasser (H₂O), Sauerstoff (O₂) und Stickstoff (N₂) zu reinigen, welche keine Gefahr für die menschli che Gesundheit darstellen. Anders ausgedrückt, die Abgas reinigungsvorrichtungen, welche Gebrauch von 3-Wege-Kataly satoren machen, geben Stickstoffdioxide (NOx) ab, wenn ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf eine magere Seite des theore tisch idealen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von 14,7 oder λ = 1 verschoben wird, sowie Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC), wenn es auf eine fette Seite des theoretisch idealen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von 14,7 oder λ = 1 verschoben wird.

Um deshalb eine wirksame Aktivierung des 3-Wege-Katalysa tors zu erhalten, damit die erforderliche und ausreichende Reinigung des Abgases sichergestellt ist, ist es für den Motor notwendig, das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Kraftstoffgemisches auf dem theoretisch idealen Luft/ Kraftstoff-Verhältnis 14,7 entsprechend den Betriebsanfor derungen des Motors mit einer größtmöglichen Genauigkeit und Zuverlässigkeit beizubehalten. Da jedoch der zulässige Bereich (Fenster) des theoretisch idealen Luft/Kraftstoff- Verhältnisses, welches als λ = 1 ± a definiert ist, zu schmal ist, um Kohlenstoffmonoxide (CO) und Kohlenwasser stoffe (HC) sowie Stickstoffdioxide (NOx) alle gleichzeitig zu reinigen, ist es nicht möglich, die oben beschriebenen strengen Abgasvorschriften mit einer gewöhnlichen Offene- Schleife-Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses einzu halten. Aus diesem Grund wird üblicherweise eine elektro nische rückgekoppelte oder geschlossener-Kreis-Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt, um die dem Mo tor zugeführte Kraftstoffmenge entsprechend den Verände rungen des tatsächlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses so schnell wie möglich zu regeln. Auf diese Weise soll eine ausreichende Zuverlässigkeit erreicht werden und das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis innerhalb des zulässigen Bereichs (Fenster) des theoretisch idealen Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses (14,7 ± 0 oder λ = 1 ± a) als Soll- Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufrechterhalten werden.

In diesen elektronischen, rückgekoppelten Luft/Kraftstoff- Verhältnisregelungen werden Veränderungen im tatsächlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleichwertig auf der Grundlage der Sauerstoffkonzentration im Abgas bestimmt, welche als Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit einem Sauerstoff- (O₂)-Sensor mit großer Genauigkeit festgestellt wird.

Die Verwendung einer derartigen elektronischen, rückgekop pelten Regelung stellt eine ausreichend zufriedenstellende Reinigung des Abgases sicher.

3-Wege-Katalysatoren, die ihre eigenen Betriebstemperaturen haben, entfalten angemessene Reinigungseigenschaften nur bei Temperaturen des Abgases oberhalb eines kritischen Grenzwertes. Deshalb wird im allgemeinen innerhalb eines gewissen Zeitabschnitts nach dem Anlassen eines Motors die Rückkopplung der Sauerstoffkonzentration (O₂) ausge setzt und dann eine Offene-Schleife-Regelung durchgeführt, um das Kraftstoffgemisch fetter zu machen, wobei man ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis erhält, welches höher ist als das theoretisch ideale Luft/Kraftstoff-Verhältnis, um das Aufwärmen des Motors zu beschleunigen. Sobald der Motor normal aufgewärmt ist, wird die auf die Sauerstoffkonzen tration (O₂) bezogene rückgekoppelte Regelung aufgenom men. Es braucht jedoch eine lange Zeit bis der Katalysator seine Wirksamkeit entfaltet, und während dieser langen Zeit ist das Abgas äußerst schlecht.

In den vergangenen Jahren wurden Luft/Kraftstoff-Verhältnis regelungen vorgeschlagen, welche einen 3-Wege-Katalysator in die Lage versetzen, die abgasreinigende Wirkung auch während der Motoraufwärmphase zu entfalten. Diese Wirkung beruht darauf, daß zwangsweise alternative Abweichungen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nach einer fetteren oder magereren Seite mit einer fest vorgegebenen Geschwindigkeit während der auf die Sauerstoffkonzentration (O₂) bezogenen, rückgekoppelten Regelung erzeugt werden, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Eine derartige Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung ist beispielsweise aus der ungeprüften japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2-230935 bekannt.

In der DE 38 21 357 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine rückgekoppelte Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung für eine Brennkraftmaschine beschrieben, bei welcher zum Zweck einer verbesserten Schadstoffkonvertierung des Katalysators zwei Lambdasonden in gleichartiger Position in verschiedenen Teilkanälen des Abgaskanalsystems angeordnet werden. Zwei unterschiedliche Luft/Kraftstoff-Gemische für unterschiedliche Zylindergruppen werden in unterschiedlichen Regelkreisen zweipunktgeregelt, was zu jeweils einer Regelschwingung führt. Die jeweiligen Regelschwingungen werden so aneinander angepasst, dass eine Schwingungsamplitude des Lambdawertes des Abgases erreicht wird, die geringer ist als die Schwingungsamplituden der Lambdawerte der den Zylindergruppen zugeführten Luft/Kraftstoff- Gemische, wodurch eine verbesserte Schadstoffkonvertierung erzielt wird.

Die DE 38 11 732 C2 betrifft eine Schaltung zur Funktionsprüfung des Katalysators von Kraftfahrzeugen mit Lambda-Regelung, die zwischen der Lambda-Sonde und dem Lambda-Regler eingefügt ist, wobei gemäß dem Funktionsprüfungsverfahren eine Überfettung des Luft/Kraftstoff- Gemisches erzeugt wird, und die Abgase in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator analysiert werden.

Weiterhin ist aus der DE 40 17 547 A1 eine Abgasreinigungsanlage für Ottomotoren bekannt, bei welcher ein Luft/Kraftstoffverhältnis so geregelt wird, dass zur Verminderung der insbesondere im Niedriglastbereich des Motors auftretenden Stickstoffoxid-Emissionen neben einem Lambda- geregelten 3-Wege-Katalysator eine Abgasrückführungsanlage verwendet wird. Zur Steuerung der Abgasrückführungsrate wird die NO_x-Konzentration mittels geeigneter No_x-Gassensoren gemessen.

Die DE 41 12 478 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beurteilen des Alterungszustands eines Katalysators, dem das Abgas eines lambdageregelten Verbrennungsmotor zugeführt wird, bei denen Lambdawerte vor und hinter dem Katalysator zueinender in Beziehung gesetzt werden unter Einbeziehung des Einflusses der den Katalysator durchströmenden Gasmasse.

Schließlich ist aus der US 5,345,921 ist eine Vorrichtung zur Durchführung einer rückgekoppelten Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung bei einem Motor bekannt, mit welcher insbesondere die Reduzierung der Amplitude der Veränderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses bei einer rückgekoppelten Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung unmittelbar nach dem Motorstart vermieden und eine geeignete Amplitude zur Erhöhung des Abgasreinigungswirkungsgrades des Katalysators insbesondere während der Aufwärmphase erreicht werden soll.

Ein mit einer Sauerstoffsonde erfasstes Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzungs-Korrekturmenge verwendet. Diese wird ausgehend von der Motortemperatur beim Motorstart geregelt. Hierzu wird mit jeweiligen Einrichtungen der Motorstart erfasst, die ab dem Motorstart verstrichene Zeit gemessen, und eine Aufwärm- Korrekturmenge entsprechend der Motortemperatur während des Motorstarts festgesetzt, sowie eine verringerte Aufwärm-Korrekturmenge entsprechend der ab dem Motorstart verstrichenen Zeit berechnet.

Es wurde in anderen Worten bewiesen, dass Katalysatoren selbst bevor sie aktiviert wurden, in der Lage sind, eine Teil des Abgases zu reinigen, wenn die Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung dazu gebracht wird, zwangsweise große Abweichungen im Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom theoretisch idealen Luft/Kraftstoff-Verhältnis λ = 1 zu erzeugen. Der Grund dafür liegt darin, dass wenn das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf die fettere Seite hin geändert wird, verschwindet Sauerstoff (O₂) vollständig von der Oberfläche des Katalysators und man erhält in hohem Maß eine Reduzierung oder Deoxidation. Wenn es umgekehrt auf die magere Seite hin verändert wird, wird die chemische Reaktion dank der Anwesenheit einer ausreichenden Menge von Sauerstoff (O₂) von einer beschleunigten Oxidation begleitet, was zu einer verbessernden Reinigung der Verschmutzer, wie Schwefelwasserstoffen (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickstoffoxiden (NO_x), führt.

Es erweist sich jedoch mit den in den vorstehend erwähnten Veröffentlichungen beschriebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelungen als schwierig, ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis im zulässigen Bereich (Fenster) des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von = 1 +/- a aufgrund der großen zwangsweisen Abweichungen wiederherzustellen, wenn die Temperatur des Abgases mit zunehmender Erwärmung des Motors steigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zur Regelung eines Luft/Kraftstoff- Verhältnisses zu schaffen, mit welchem ein Abgasreinigungssystem in die Lage versetzt wird, die Abgasreinigung durchzuführen und unabhängig vom Aufwärmzustand des Motors über einen weiten Bereich von Fahrbedingungen die Schadstoffemission zu verbessern.

Die vorstehende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass eine Luft/Kraftstoff- Verhältnisregelung für einen Verbrennungsmotor geschaffen wird, bei welcher eine rückgekoppelte Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung in der Weise ausgeführt wird, daß auf der Grundlage einer Sauer stoffkonzentration im Abgas ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis in ein gewünschtes Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ange nähert wird, welches für einen befriedigenden Abgasreini gungswirkungsgrad der Abgasreinigungsvorrichtung, wie einen 3-Wege-Katalysator, am besten geeignet ist und welche das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwangsweise in Richtung auf eine fettere Seite oder eine magerere Seite während der Durchführung der rückgekoppelten Luft/Kraftstoff-Verhältnis regelung ablenkt.

Der Betrag oder die Amplitude der zwangsweisen Abweichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wird erhöht, wenn die Ak tivierung der Abgasreinigungsvorrichtung noch nicht soweit fortgeschritten ist und noch unter einem vorgegebenen, erwünschten Schwellenwert liegt. Andererseits wird der Be trag oder die Amplitude allmählich mit zunehmender Aktivie rung der Abgasreinigungsvorrichtung verringert. In der Luft/Kraftstoff-Regelung ist ferner eine zwangsweise Abwei chung vom Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf eine bestimmte Am plitude innerhalb einer vorgegebenen Ausführungszeit beim Start des Motors festgelegt und nach Ablauf der Ausführungszeit wird sie bezüglich der Amplitude verklei nert. Diese Ausführungszeit wird in der Weise festgelegt, daß sie umso länger ist, je niedriger die Motortemperatur ist.

Deshalb bringt die veränderbare Luft/Kraftstoff-Verhältnis regelung, die durchgeführt wird, während die sauerstoffbe zogene, rückgekoppelte Luft/Kraftstoff-Regelung stattfin det, den Katalysator dazu, einen von einer Abgasreinigung begleiteten Sauerstoffspeichereffekt zu entfalten, selbst bevor der Motor ausreichend aufgewärmt ist, um den Kataly sator zu aktivieren. Andererseits nimmt die Amplitude der Abweichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ab, so daß die Annäherung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses an das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis verbessert wird, nach dem der Motor ausreichend aufgewärmt ist, was eine ausrei chende Aktivierung des Katalysators schafft. Im Ergebnis ermöglicht die erfindungsgemäße Luft/Kraftstoff-Verhältnis regelung, daß der Katalysator eine Abgasreinigung durchführt, unabhängig davon ob der Motor aufgewärmt ist oder nicht, und ob der Katalysator aktiviert wurde oder nicht. Auf diese Weise erhält man eine meßbare Verbesserung im Abgas über einen weiten Bereich der Fahrbedingungen und führt eine vorteilhafte Annäherung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses an das theoretische Luft/Kraftstoff- Verhältnis nach der Aktivierung des Katalysators durch, so daß eine Abgasverschlechterung verhindert wird, nachdem der Motor eine relativ hohe Temperatur erreicht. Da ferner Re aktionshitze vom Katalysator erzeugt wird, während die Mo tortemperatur vor der ausreichenden Aufwärmung niedrig ist, verläuft die Aktivierung des Katalysators wirkungsvoller.

Die oben beschriebenen sowie weiteren Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Be schreibung in Verbindung mit der Zeichnung noch weiter be schrieben, welche sich auf bevorzugte Beispiele der Erfin dung bezieht. Es zeigen:

Fig. 1 eine Kennlinie, welche eine Veränderung im Luft/ Kraftstoff-Verhältnis zeigt, die von einer her kömmlichen, auf die Sauerstoffkonzentration (O₂) bezogenen, rückgekoppelten Luft/Kraft stoff-Verhältnisregelung erzeugt wird;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Luft/Kraft stoff-Regelung für einen Motor gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 ein Flußdiagramm, welches den Ablauf der Luft/ Kraftstoff-Regelung für eine Motorregeleinheit veranschaulicht;

Fig. 4 ein Zeitdiagramm, welches verschiedene Regelungs faktoren zeigt;

Fig. 5 ein Flußdiagramm, welches einen Ablauf einer Luft/ Kraftstoff-Regelung für eine Motorregeleinheit gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbei spiel der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 6 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen einem Oszillationskoeffizienten und einem Luft/Kraft stoff-Verhältnis zeigt;

Fig. 7 ein Flußdiagramm, welches den Ablauf einer Luft/ Kraftstoff-Regelung für eine Motorregeleinheit gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbei spiel der Erfindung veranschaulicht; und

Fig. 8 ein Flußdiagramm, welches den Ablauf einer Luft/ Kraftstoff-Regelung für eine Motorregeleinheit gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbei spiel der Erfindung veranschaulicht.

Die Zeichnung, insbesondere Fig. 2, zeigt im einzelnen den Aufbau einer Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei sie zur beispielhaften Veranschaulichung in funktionaler Verbin dung mit einem Vierzylinderverbrennungsmotor ist. Ein Vier zylinderverbrennungsmotor weist ein Ansaugsystem IS ein schließlich eines Ansaugrohres 4 auf. Dieses Ansaugrohr 4 ist mit einem Luftfilter 30 an seinem stromaufwärtigen Ende und einem Luftdurchflußmesser 2 stromabwärts unmittelbar nach dem Luftfilter 30 versehen. Es ist daran ferner eine Drosselkammer 3 zwischen dem Luftdurchflußmesser 2 und dem Motor 1 ausgeformt. Es ist ferner eine Drosselklappe 6, an welcher ein Öffnungsfühler 6a angebracht ist, in der Drosselkammer 3 eingebaut, welche von einem Fahrer über eine Verbindung mit einem Gaspedal (nicht dargestellt) betätigt wird. Außerdem ist ein Temperaturfühler 19 zur Feststellung der Temperatur der Ansaugluft TA vorhanden, welcher nach dem Luftfilter 30 angeordnet ist. Luft wird in die Zylinder 1a des Motors 1 durch das Ansaugrohr 4 über den Luftfilter 30 eingeleitet.

Der Motor 1 hat ferner eine Kraftstoffeinspritzung 5, die in unmittelbarer Nähe zu einem Ansaugstutzen 1b des Motors 1 angeordnet ist, durch welchen Kraftstoff, der von einem Kraftstofftank 13 mittels einer Kraftstoffpumpe 12 gelie fert wird, in den Zylinder 1a eingespritzt wird. Abhängig vom Niederdrücken des Gaspedals während des Fahrens wird die Menge der in den Zylinder 1a eingeleiteten Ansaugluft Q durch die Drosselklappe 6 geregelt, d. h. erhöht oder ver ringert. Die Drosselklappe 6 wird mit der geringsten Öffnung (vollständig geschlossen) während des Leerlaufs und bei einer Verringerung der Geschwindigkeit gehalten. Ein Leerlaufschalter 15, der mit der Drosselklape 6 zusammen wirkt, wird eingeschaltet, wenn die Drosselklappe 6 in ih ren minimalen Öffnungszustand gebracht wurde.

Das Ansaugrohr 4 ist mit einem Bypassrohr 7 versehen, wel ches die Drosselkammer 3 und damit die Drosselklappe 6 um geht. Das Bypassrohr 7 ist mit einem elektromagnetischen Ventil 8 versehen, welches durch den Luftdurchflußmesser 2 gehende Luft dazu bringt, durch das Bypassrohr 7 zu fließen und in den Zylinder zu leiten, wenn Leerlauf vorliegt oder wenn eine Versorgung mit Luft aus einer Unterdruckdose er folgt. Die Menge der Ansaugluft, welche durch das Bypass rohr 7 fließt, wird mit Hilfe des elektromagnetischen Ven tils 8 geregelt. Das Öffnen und Schließen des elektromagne tischen Ventils 8 wird mit dem Soll-Verhältnis D eines Steuersignals gesteuert, welches mittels einer Motorregel einheit (ECU) 9 bereitgestellt wird.

Der Motor 1 hat ferner ein Abgassystem Es, welches ein Aus puffrohr 10 umfaßt, welches wiederum eine Abgasleitung 10a bildet. Dieses Auspuffrohr 10 ist mit einem 3-Wege-Kataly sator 11 in der Leitung 10a und einem Sauerstoff-(O₂)- Sensor 16 versehen, welcher im Auspuffrohr 10 stromaufwärts vom Katalysator 11 zum Feststellen der Sauerstoffkonzentra tion innerhalb der ausgestoßenen, im Auspuffrohr 10 fließenden Gase angeordnet ist. Die Sauerstoffkonzentration entspricht einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F) und wird als Luft/Kraftstoffausstoß-Verhältnis bezeichnet.

Dieser Sauerstoff-(O₂)-Sensor 16 ist so entwickelt und angepaßt, daß eine hohe elektrische Spannung Vo erzeugt wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F) des Abgases höher ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F = 14,7 oder λ = 1). Andererseits wird eine niedrige elektrische Spannung Vo erzeugt, wenn es kleiner ist als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F = 14,7 oder λ = 1). D. h., die elektrische Spannung Vo des Sauer stoff(O₂)-Sensors 16 wird bezüglich der Bereichsschwel le SL umgekehrt, welche entsprechend dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F = 14,7 oder λ = 1) zwi schen den oberen und unteren Luft/Kraftstoffemmissions- Verhältnissen anstatt dem theoretischen Luft/Kraftstoff- Verhältnis festgelegt ist. Der Sauerstoff-(O₂)-Sensor 16 erzeugt eine elektrische Spannung Vo, die insbesondere in der Nähe der Bereichsschwelle SL stark schwankt.

Die Motorregeleinheit (ECU) 9 vergleicht eine Ausgangs spannung Vo des Sauerstoff-(O₂)-Sensors 16 mit einer Vergleichsspannungsschwelle, d. h. der Bereichsschwelle SL. Wenn die Ausgangsspannung Vo höher ist als die Bereichs schwelle SL, stellt die Motorregeleinheit (ECU) 9 als Er gebnis des Vergleichs fest, daß das tatsächliche Luft/ Kraftstoff-Verhältnis auf der fetten Seite liegt und ver ringert die Menge des an den Motor 1 abgegebenen Kraft stoffs. Wenn umgekehrt die Ausgangsspannung Vo kleiner ist als die Bereichsschwelle SL, stellt die Motorregeleinheit (ECU) 9 fest, daß das tatsächliche Luft/Kraftstoff- Verhältnis auf der magereren Seite ist und erhöht die Menge des an den Motor 1 abgegebenen Kraftstoffs. Auf diese Weise wird eine auf die Sauerstoffkonzentration bezogene, rückge koppelte Steuerung über dem tatsächlichen Luft/Kraftstoff- Verhältnis ausgeführt, um es so nahe wie möglich am theore tischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F = 14,7 oder λ = 1) zu halten.

Auf der anderen Seite wird die abgegebene Kraftstoffmenge bei einer auf die Sauerstoffkonzentration bezogenen, rückgekoppelten Regelung, wenn die Temperatur des Mo torkühlwassers TW unter einer vorgegebenen Temperaturbe zugsschwelle T1 liegt, d. h. der Motor 1 ist noch nicht genügend aufgewärmt, zwangsweise verändert, was später be schrieben wird. Die Veränderung erzeugt wechselnde Abwei chungen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses um einen bestimm ten Betrag in Richtung auf die fettere bzw. magerere Seite in einem bestimmten Zyklus, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Dies führt dazu, daß der Katalysator einen sogenannten "Sauerstoff-(O₂)-Speichereffekt" zeigt, wobei, selbst wenn der Katalysator noch nicht aktiv geworden ist, die gewünschte Abgasreinigungswirkung erhalten wird, und wobei seine eigene katalytische Aktivierung unterstützt wird dank der Reaktionshitze, welche durch die Abgasreinigung erzeugt wird.

Der Motor 1 hat in einem Zylinderkopf 1a eingebettete Zündkerzen 14, an welche eine gewünschte Spannung der Zündimpulse durch einen Zünder 17 und einen Verteiler 18 abgegeben werden. Ein Zündimpuls wird zu bestimmten Zeiten gezündet, d. h. einem Zündzeitpunkt, welcher mittels eines Zündsignals Θ IGT gesteuert wird, welches an den Zünder 17 von der Motorregeleinheit (ECU) 9 abgegeben wird. Der Motor 1 ist mit einem Temperaturfühler 20 versehen, welcher in einem Mantelrohr 1d eines Zylinderblocks 1c zur Ermittlung der Temperatur eines Kühlmittels TW, wie Kühlwasser, eingebaut ist.

Die Motorregeleinheit (ECU) 9 ist aus einem Microcomputer, wie beispielsweise einer Zentralverarbeitungseinheit (CPU), zusammengesetzt, welcher die zentralen Betätigungselemente umfaßt, und enthält verschiedene Regelkreise zur Regelung der Ansaugluftmenge Q, der Menge des eingespritzten Kraft stoffs, der Zündzeitpunkte Θ IGT, der Ventilbetätigungs zeiten usw. Der Microcomputer umfaßt ferner Speicher, wie beispielsweise Nur-Lesespeicher (ROM) und einen RAM-Spei cher, sowie einen Interface-Kreis (I/O). Über den Inter face-Kreis (I/O) empfängt die Motorregeleinheit (ECU) 9 verschiedene Signale zusätzlich zu den oben beschriebenen Signalen, wie ein Motorstartsignal (ein ECU-Auslösesignal) von einem Starterschalter (nicht dargestellt), ein Motor drehzahlsignal Ne von einem Motordrehzahlmesser, der im Verteiler 18 eingebaut ist, sowie ein Drosselöffnungssignal TVO vom Drosselöffnungsfühler 6a, welche alle wesentlich für die Regelung des Motors 1 sind.

Das Luft/Kraftstoffregelsystem, welches innerhalb einer elektronischen Kraftstoffeinspritzregelung der Motorregel einheit (ECU) 9 organisiert ist, bestimmt einerseits eine Grundimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzimpulses Tpk auf der Grundlage einer Motordrehzahl Ne sowie einer Ansaug luftmenge Q. Auf der anderen Seite stellt sie ein tatsächliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F mit Hilfe des Sauerstoff-(O₂)-Sensors 16 fest und führt eine auf die Sauerstoffkonzentration bezogene, rückgekoppelte Regelung durch, damit die Grundimpulsbreite des Kraftstoffeinspritz impulses Tpk in der richtigen Weise entsprechend einer Ab weichung zwischen einem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem tatsächlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis verändert wird, so daß auf diese Weise das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufrechterhalten wird.

In der Luft/Kraftstoff-Regelung wird die allgemeine Formel zur Berechnung einer wirksamen Impulsbreite des Kraftstoff einspritzimpulses Ti, von welchem die von der Kraftstoff einspritzung 5 abgegebene Kraftstoffmenge abhängt, folgen dermaßen ausgedrückt:

Ti = Tpk(1 + CFB + CV + CW) + TV (I)

Wobei Tpk die Grundimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzim pulses ist;
CFB ist der Ausgleichskoeffizient zur rückgekoppelten Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung auf der Basis einer Sauerstoff-(O₂)-Konzentration;
CV ist der Oszillationskoeffizient des Luft/Kraft stoff-Verhältnisses zur veränderbaren Luft/Kraft stoff-Verhältnisregelung;
CW ist der Ausgleichskoeffizient, auf der Grundlage der Temperatur des Motorkühlwassers; und
TV ist die unwirksame Breite des Kraftstoffeinspritz impulses.

Diese rückgekoppelte Regelung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses wird durchgeführt und erhalten auf der Grund lage des Ausgangs des Sauerstoff-(O₂)-Sensors 16 im Fall daß die erforderlichen Voraussetzungen der rückgekoppelten Regelung vorliegen, beispielsweise, daß die Motordrehzahl Ne und die Motorlast (Drosselöffnung) innerhalb vorgegebe ner Grenzen liegen, d. h., in dem die Rückkopplung durch führenden Bereich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses A/F.

Ein ausgeglichenes Verhältnis wird zwischen einem Luft/ Kraftstoff-Verhältnis A/F, der Ausgangsspannung Vo des Sau erstoff-(O₂)-Sensors 16, und dem Ausgleichskoeffizienten CFB der Luft/Kraftstoff-Verhältnisrückkopplung erhalten, wie es ganz allgemein in Fig. 4 gezeigt ist.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich auf Fig. 4. Wenn ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F auf die fettere Seite abweicht, springt die Ausgangsspannung Vo des Sauerstoff- (O₂)-Sensors 16 nach oben. Dann empfängt die Motorre geleinheit (ECU) 9 das Ausgangssignal Vo und verändert den Rückkopplungsausgleichskoeffizienten CFB anfänglich um eine proportionale Dekrementierung PR und bewirkt anschließend eine allmähliche Abnahme des aufintegrierten Wertes IR, so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf die magere Seite hin verschoben wird. Eine derartige Abnahme des integrierten Wertes IR verursacht eine abwärts gerichtete Veränderung der an den Motor 1 abgegebenen Kraftstoffmenge, so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis lange im voraus auf die magerere Seite über das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) hinweg verschoben wird. Wenn dies passiert, fällt das Ausgangssignal Vo des Sauerstoff-(O₂)-Sensors 16 unter die Bereichsschwelle SL ab. Wenn anschließend die Motorregeleinheit (ECU) 9 dieses Ausgangssignal Vo empfängt, verändert es den Rückkopplungsausgleichskoeffi zienten CFB anfänglich um einen proportionalen Anstieg PL und bewirkt im Anschluß daran, daß der aufintegrierte Wert IL allmählich ansteigt, so daß das Luft/Kraftstoff- Verhältnis auf die fette Seite verschoben wird. Dies führt zu einem Anstieg der an den Motor 1 abgegebenen Kraftstoffmenge, so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F auf die fettere Seite jenseits des theoretischen Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses (λ = 1) verschoben werden kann, was dazu führt, daß das Ausgangssignal Vo des Sauerstoff (O₂)-Sensors 16 nach oben springt. Wenn ferner die Mo torregeleinheit (ECU) 9 dieses nach oben gesprungene Aus gangssignal Vo empfängt, bewirkt sie einen plötzlichen Ab fall des Rückkopplungsausgleichskoeffizienten CFB. Auf die se Weise wird eine negative Rückkopplungsregelung für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F ununterbrochen ausgeübt.

Da im Fall, daß eine Kraftstoffmischung insgesamt fett ist, eine Zeit, in welcher das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F ausreichend auf der fetten Seite gehalten wird, um an zuzeigen daß das Kraftstoffverhältnis fett ist, länger ist, als die Zeit zu der es ausreichend auf der mageren Seite gehalten wird, um anzuzeigen daß das Kraftstoffverhältnis mager ist, wird das Ausgangssignal Vo des Sauerstoff- (O₂)-Sensors 16 für eine verlängerte Zeitspanne über der Bereichsschwelle SL gehalten und folglich nimmt der Rückkopplungsausgleichskoeffizient CFB allmählich immer mehr ab. Auf diese Weise nähert sich das Luft/Kraftstoff- Verhältnis A/F allmählich nahe an das theoretische Luft/ Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) an und wird um dieses Verhältnis herum im Gleichgewicht gehalten.

Das Verständnis der Arbeitsweise der Luft/Kraftstoffrege lung, wie sie in Fig. 2 veranschaulicht ist, wird noch bes ser bei Durchsicht der Fig. 3, bei welcher es sich um ein Flußdiagramm handelt, welches den Ablauf der Luft/Kraft stoff-Regelung darstellt.

Wenn das Anlassen des Motors 1 festgestellt wird und ein Triggersignal erzeugt wird, werden bei Schritt S1 verschie dene Regelungsparameter eingelesen, darunter die Menge der vom Luftdurchflußmesser 2 festgestellten Luftansaugmenge Q, eine vom Verteiler 18 festgestellte Motordrehzahl Ne, die vom Temperaturfühler 20 ermittelte Temperatur des Mo torkühlwassers TW und das Ausgangssignal Vo des Sauerstoff- (O₂)-Sensors 16. Bei Schritt S2 erfolgt eine Berechnung der Grundimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzimpulses Tpk auf der Grundlage der Parameter Ansaugluftmenge Q und Mo tordrehzahl Ne.

Anschließend wird bei Schritt S3 eine Feststellung getrof fen, ob die Temperatur des Kühlwassers TW beim Start des Motors größer ist, als eine vorgegebene Bezugstemperatur des Motorkühlwassers T1 oder nicht, welche in der Weise vorgegeben ist, daß sie unter einer Betriebstemperatur liegt, über welcher der 3-Wege-Katalysator 11 aktiv ist.

Wenn die Antwort auf diese Entscheidung "Ja" ist, d. h. wenn die Temperatur des Motorkühlwassers TW höher liegt als die vorgegebene Bezugstemperatur des Motorkühlwassers T1, zeigt dies an, daß der 3-Wege-Katalysator 11 sich noch in der Ak tivierungsphase befindet oder bereits ausreichend aktiviert wurde. Dann geht die Regelung zum Schritt S4 über, wo der Ausgleichskoeffizient CFB für die rückgekoppelte Luft/ Kraftstoff-Verhältnisregelung berechnet wird. Die Berechnung basiert auf einer Abweichung zwischen der Bereichsschwelle SL, welche ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) darstellt, und dem Ausgang Vo des Sauerstoff-(O₂)-Sen sors 16. Wenn die Antwort auf die Entscheidung andererseits "Nein" ist, d. h. wenn die Temperatur des Motorkühlwassers TW kleiner ist als die vorgegebene Bezugstemperatur des Mo torkühlwassers T1, dann wird bei Schritt S5 der Ausgleichs koeffizient CFB für die rückgekoppelte Luft/Kraftstoff- Verhältnisregelung bei null (0) festgehalten oder gesperrt, so daß eine Offene-Schleife-Regelung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses durchgeführt wird.

Nach der Bestimmung einer Amplitude der Abweichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses CW1 für eine veränderbare zwangsweise Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung, die als "Zitter-Regelung" bezeichnet wird, entsprechend der Tempe ratur des Motorkühlwassers TW bei Schritt S6, erhält man anschließend bei Schritt S7 einen Oszillationskoeffizienten CV, von welchem eine zwangsweise Abweichung des Luft/Kraft stoff-Verhältnisses in einer veränderbaren Luft/Kraftstoff- Verhältnisregelung abhängt. Diese Bestimmung der Abwei chungsamplitude des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses CW1 wird unter Bezugnahme auf eine Abweichungstabelle gemacht. In diesem Fall ist diese Abweichungstabelle in der Weise auf gestellt, daß die zwangsweise Abweichungsamplitude CW1 des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses einen Wert hat, der mit einem Temperaturanstieg des Motorkühlwassers TW kleiner wird. Dementsprechend nimmt die erzwungene Abweichungsamplitude CW1 des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ab, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers TW ansteigt, d. h. im Verlauf der Motoraufwärmung, und damit im Verlauf der Aktivierung des 3-Wege-Katalysators. Die maximale Abweichungsamplitude CW1 des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ist ferner auf einen Wert beschränkt, der 10 bis 20% des theoretischen Luft/Kraft stoff-Verhältnisses (λ = 1) entspricht, um übermäßige Veränderungen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu vermei den.

Der Oszillationskoeffizient CV wird dadurch berechnet, daß die Abweichungsamplitude CW1 des Luft/Kraftstoff-Verhältnis ses mit einer Konstante A multipliziert wird. Die Konstante A erhält man durch Regelung eines Oszillators, welcher einen Taktimpuls mit einer vorgegebenen Frequenz erzeugt und ei nen Wert von +1 oder -1 annimmt. Diese Frequenz wird etwa fünfmal so hoch festgelegt wie die Frequenz der rückgekop pelten Luft/Kraftstoff-Regelung.

Im Anschluß an die Bestimmung des Oszillationskoeffizienten CV wird ein Ausgleichskoeffizient CW auf der Grundlage der Temperatur des Motorkühlwassers TW unter Bezugnahme auf ei ne Koeffiziententabelle bei Schritt S8 bestimmt. In diesem Fall ist die Koeffiziententabelle in der Weise erstellt, daß der Ausgleichskoeffizient CW einen Wert annimmt, der mit einem Temperaturanstieg des Motorkühlwassers TW kleiner wird, so daß ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf die fette Seite verschoben wird, wenn der Motor mit niedrigeren Tem peraturen gestartet wird, womit das Aufwärmen des Motors 1 unterstützt wird.

Daran anschließend wird bei Schritt S9 eine wirksame Im pulsbreite des Kraftstoffeinspritzimpulses Ti auf der Grundlage der Basisimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzim pulses Tpk, des Ausgleichskoeffizienten CFB der rückgekop pelten Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung, des Oszilla tionskoeffizienten CV und des Ausgleichskoeffizienten CW berechnet. Nachfolgend auf eine Bestimmung des Beginns der Kraftstoffeinspritzzeit bei Schritt S10 wird die Kraft stoffeinspritzung 5 in der Weise angesteuert, daß die Kraftstoffmenge von der effektiven Kraftstoffeinspritzim pulsbreite Ti bei Schritt S11 abhängt.

Wie vorstehend beschrieben wurde, ermöglicht eine starke Abweichung des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, welches durch die Sauerstoffkonzentration im Abgas dargestellt wird vom theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) dem Katalysator, einen Teil des Abgases zu reinigen, während der Katalysator noch nicht ausreichend aktiviert ist. Diese Wirkung wird dadurch erreicht, daß wenn das Luft/Kraft stoff-Verhältnis eine Abweichung auf die fettere Seite hin bewirkt, Sauerstoff (O₂) vollständig von der Oberfläche des 3-Wege-Katalysators verschwindet und es wird eine beträchtliche Deoxidation oder Reduktion herbeigeführt. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis umgekehrt eine Abwei chung auf die magerere Seite hin bewirkt, wird die che mische Reaktion von einer beschleunigten Oxidation aufgrund des Vorhandenseins einer ausreichenden Sauerstoffmenge auf der Oberfläche des 3-Wege-Katalysators begleitet, was zu einer Verbesserung bei der Reinigung von Verschmutzungen, wie Kohlenwasserstoffen (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickstoffoxiden (NOx) führt.

Große erzwungene Abweichungen des Luft/Kraftstoff-Verhält nisses vergrößern jedoch den Nachteil, daß das Luft/Kraft stoff-Verhältnis A/F vom Fenster des theoretischen Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses (λ = 1 ± a) bei einem Temperatur anstieg des 3-Wege-Katalysators abweicht, und es erweist sich als schwierig, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1 ± a) zu konvergieren. Aus diesem Grund wird die rückgekoppelte Luft/Kraftstoff-Regelung erfindungsgemäß in der Weise durchgeführt, daß im Verlauf der Motoraufwärmung, d. h. der Aktivierung des 3-Wege-Katalysators 11, die Abweichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses selbst abnimmt, womit die Konvergenz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) ver bessert wird. Zusätzlich wird dieses Phänomen von einer synergetischen, vorteilhaften Wirkung begleitet, daß sich die Aktivierung des Katalysators mittels eines Anstiegs der Geschwindigkeit, mit welcher sich die Temperatur des 3-We ge-Katalysators aufgrund der Reaktionshitze des 3-Wege-Kata lysators 11 erhöht, beschleunigt. Zusätzlich kann man eine bemerkenswerte Verbesserung der Reinigung als Ergebnis des Wechsels des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses feststellen, wenn man Gebrauch von einem Katalysator aus der Palladium- Gruppe (Pd) macht und es ist als Folge davon für eine Kraftstoff-Regelung wünschenswert, daß sie in Kombination mit einem Katalysator aus der Palladium-Gruppe (Pd) aus geführt wird.

Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm, welches einen Ablauf einer Luft/Kraftstoff-Regelung gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, in wel chem ein Oszillationskoeffizient CV eines Luft/Kraftstoff- Verhältnisses für eine veränderbare Luft/Kraftstoff- Verhältnisregelung auf andere Weise gemäß Abgas-Luft/ KraftstoffVerhältnissen erstellt wird, die von Ausgangs signalen Vo des Sauerstoff-(O₂)-Sensors 16 repräsen tiert werden. Die Schritte S1 bis S6 und S9 bis S11 in die sem Flußdiagramm sind genau die gleichen wie in dem in Fig. 3 gezeigten Flußdiagramm, so daß die folgende Beschreibung auf die Schritte S7 B-1 bis S7 B-3 gerichtet ist.

Nach der Bestimmung einer Abweichungsamplitude des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses CW1 bei Schritt S6 wird auf der Grundlage eines Ausgangssignals Vo vom Sauer stoff-Sensor 16 bei Schritt S7 B-1 eine Entscheidung getrof fen, ob ein tatsächliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F auf der fetteren Seite liegt. Wenn die Antwort auf diese Entscheidung "Ja" ist, dann wird anschließend ein Oszilla tionskoeffizient CV berechnet, indem die Abweichungsampli tude CW1 des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, die man bei Schritt S7 B-2 erhalten hat, mit einer Konstante A multipliziert wird. In diesem Fall hat die Konstante A einen Wert -1, so daß sie das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf die magere Seite bringt. Wenn andererseits die Antwort auf die Entscheidung "Nein" ist, zeigt dies an, daß das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis eher auf der mageren Seite liegt. Dann wird die Abweichungsamplitude CW1 (positiver Wert) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, welche bei Schritt S6 ermit telt wurde, als Oszillationskoeffizient CV verwendet, so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf die fette Seite ge bracht wird.

Anschließend wird die Kraftstoffeinspritzung 5 in der Weise angesteuert, daß sie eine Kraftstoffmenge abhängig von der effektiven Kraftstoffeinspritzimpulsbreite Ti bei Schritt S11 zu einer richtigen Kraftstoffeinspritzzeit liefert. Die entsprechende effektive Impulsbreite des Kraftstoffein spritzimpulses Ti ist auf der Grundlage der Basisimpuls breite des Kraftstoffeinspritzimpulses Tpk, des Ausgleichs koeffizienten CFB der rückgekoppelten Luft/Kraftstoff- Verhältnisregelung, des Oszillationskoeffizienten CV und des Ausgleichskoeffizienten CW bei Schritt S9 berechnet.

Aufgrund dieser Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung erhöht sich das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F wegen der Gewichtung des Oszillationskoeffizienten CV, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Als Ergebnis davon wird der 3-Wege-Ka talysator 11 im Hinblick auf seine Abgasreinigungsleistung beträchtlich verbessert, während er noch nicht aktiviert wurde. Da jedoch mit fortschreitender Aktivierung des Kata lysators 11 und folglich mit einem Anwachsen der Temperatur des Motorkühlwassers TW der Oszillationskoeffizient CV ab nimmt, fallen sowohl die Frequenz als auch die Amplitude der Abweichung des tatsächlichen Luft/Kraftstoff- Verhältnisses A/F allmählich ab, so daß die Annäherung des tatsächlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses an das Soll- Luft/Kraftstoff-Verhältnis so groß ist wie in einer Luft/ Kraftstoff-Verhältnisregelung.

In der Fig. 7 wird ein Flußdiagramm gezeigt, welches den Ablauf einer Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ver anschaulicht. Ein Merkmal dieses Beispiels besteht darin, daß ein tatsächliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwangswei se durch Regelung einer proportionalen Zunahme P des Aus gleichskoeffizienten für eine rückgekoppelte Luft/Kraft stoff-Verhältnisregelung, die auf einer Sauerstoffkonzen tration (O₂) basiert, einer Abweichung unterworfen wird. Wenn das Anlassen des Motors 1 festgestellt wird und ein Triggersignal zur Verfügung gestellt wird, werden bei Schritt S101 verschiedene Regelparameter eingelesen. Sie umfassen die vom Luftdurchflußmesser 2 ermittelte Menge der Ansaugluft Q, eine vom Verteiler 18 ermittelte Motordreh zahl Ne, die vom Temperaturfühler 20 festgestellte Tempera tur des Motorkühlwassers TW und das Ausgangssignal Vo des Sauerstoff-(O₂)-Sensors 16. Bei Schritt S102 erfolgt eine Berechnung der Basisimpulsbreite des Kraftstoffein spritzimpulses Tpk auf der Grundlage der Parameter Ansaug luftmenge Q und Motordrehzahl Ne.

Anschließend wird bei Schritt S103 eine Feststellung ge troffen, ob die Temperatur des Kühlwassers TW beim Start des Motors größer ist als eine vorgegebene Referenztempera tur des Motorkühlwassers T1, die in der Weise vorgegeben ist, daß sie kleiner ist als eine Betriebstemperatur, ober halb welcher der 3-Wege-Katalysator 11 aktiv ist. Wenn die Antwort auf diese Entscheidung "Ja" ist, d. h. wenn die Tem peratur des Motorkühlwassers TW größer ist als eine vorge gebene Bezugstemperatur des Motorkühlwassers T1, so zeigt dies an, daß der 3-Wege-Katalysator 11 sich noch in der Ak tivierungsphase befindet oder bereits ausreichend aktiviert wurde. Dann geht die Regelung weiter zu Schritt S104, wo eine proportionale Zunahme P des Ausgleichskoeffizienten CFB für die rückgekoppelte Luft/Kraftstoff-Verhältnisrege lung festgelegt wird, und zwar auf der Grundlage der Tempe ratur des Motorkühlwassers TW unter Bezugnahme auf eine Tabelle der proportionalen Zunahme. Wenn andererseits die Antwort auf diese Entscheidung "Nein" ist, d. h. wenn die Temperatur des Motorkühlwassers TW gleich oder kleiner ist als die vorgegebene Bezugstemperatur des Motorkühlwassers T1, dann wird bei Schritt S105 der Ausgleichskoeffizient CFB für die rückgekoppelte Luft/Kraftstoff-Verhältnisrege lung bei null (0) fixiert oder festgelegt, so daß eine of fene-Schleife-Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird. In diesem Fall wird die Tabelle der pro portionalen Zunahme in der Weise erstellt, daß die propor tionale Zunahme P bei einem Temperaturanstieg des Mo torkühlwassers TW kleiner wird im Bereich zwischen der vor gegebenen Bezugstemperatur des Motorkühlwassers T1 und ei ner vorgegebenen Temperatur T2, bei welcher der 3-Wege-Ka talysator aktiviert wird.

Im Anschluß an die Bestimmung des proportionalen Zuwachses P wird beim Schritt S106 eine Entscheidung getroffen, ob ein tatsächliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F auf der fetteren Seite liegt. Wenn die Antwort auf diese Entschei dung "Ja" ist, dann wird beim Schritt S107 eine weitere Entscheidung darüber getroffen, ob ein Luft/Kraftstoff- Verhältnisflag F/A im vorausgehenden Ablauf auf "1" gesetzt wurde. Dieses Luft/Kraftstoff-Verhältnisflag F/A wird auf "1" gesetzt, wenn das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, welches vom Ausgang des Sauerstoff-Sensors 16 repräsentiert wird, auf der fetteren Seite liegt. Es wird auf "0" ge setzt, wenn es nicht auf der fetten Seite liegt. Als Ergeb nis der Entscheidung wird der Ausgleichskoeffizient CFB für die rückgekoppelte Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung, die auf der Sauerstoffkonzentration (O₂) basiert, durch De krementierung eines Wertes "I" beim Schritt S108 verändert, wenn das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis tatsächlich auf der fetten Seite war. Er wird beim Schritt S109 um einen Wert "P" dekrementiert, wenn das Abgas-Luft/Kraftstoff- Verhältnis in der Tat nicht auf der fetten Seite war. Nach folgend auf die dekrementierende Änderung durch den Wert "P" wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnisflag F/A beim Schritt S110 auf "1" gesetzt.

Wenn andererseits die Antwort auf die bei Schritt S106 ge troffene Entscheidung "Nein" ist, dann wird eine weitere Entscheidung beim Schritt S111 darüber getroffen, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnisflag F/A bei der vorausgehenden Ausführung der Regelablaufroutine auf "0" gesetzt wurde. Als Ergebnis der Entscheidung wird der Ausgleichskoeffi zient CFB durch Inkrementierung um einen Wert "I" beim Schritt S112 verändert, wenn das Abgas-Luft/Kraftstoff- Verhältnis tatsächlich nicht auf der fetten Seite war. Er wird durch Inkrementierung um einen Wert "P" beim Schritt S113 verändert, wenn das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der fetten Seite war. Nachfolgend zur inkrementalen Änderung durch den Wert "P" wird das Luft/Kraftstoff- Verhältnisflag F/A beim Schritt S114 auf "0" gesetzt.

Nach dem Setzen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisflags F/A auf "1" beim Schritt S110 oder "0" beim Schritt S114 oder im Anschluß an das Setzen des Ausgleichskoeffizienten CFB auf null (0) beim Schritt S105 wird eine effektive Impulsbreite des Kraftstoffeinspritzimpulses Ti beim Schritt S115 be rechnet. Dann wird die Kraftstoffeinspritzung 5 zur Abgabe der Kraftstoffmenge abhängig von der effektiven Kraftstoff einspritzimpulsbreite Ti beim Schritt S117 zu einer richti gen Einspritzzeit angesteuert.

Mit dieser Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung wird der Aus gleichskoeffizient CFB durch die Regelung des proportiona len Zuwachses "P" groß, während der 3-Wege-Katalysator noch nicht aktiviert wurde, so daß ein Frequenzzuwachs der Ab weichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses geschaffen wird, womit die Reinigungsleistung des 3-Wege-Katalysators ver bessert wird. Mit wachsender Aktivierung des 3-Wege-Kataly sators fällt jedoch der proportionale Zuwachs "P" ab. Dies bewirkt eine allmähliche Abnahme sowohl der Frequenz als auch der Amplitude der Abweichung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses, so daß die Konvergenz des tatsächlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf das Soll-Luft/Kraftstoff- Verhältnis hin so groß ist wie in einer Luft/Kraftstoff- Verhältnisregelung.

Gemäß Fig. 8 wird ein Flußdiagramm gezeigt, welches einen Ablauf einer Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ver anschaulicht, welche das Merkmal aufweist, daß ein tatsächliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwangsweise einer Abweichung unterzogen wird und zwar entsprechend der Tempe ratur des Motorkühlwassers TW beim Start des Motors.

Wenn das Anlassen des Motors 1 festgestellt und ein Trig gersignal erzeugt wird, werden beim Schritt S201 verschie dene Regelungsparameter gelesen. Dazu gehört die Menge der vom Luftdurchflußmesser 2 festgestellten Ansaugluftmenge Q, eine vom Verteiler 18 ermittelte Motordrehzahl Ne, die vom Temperaturfühler 20 ermittelte Temperatur des Motorkühlwas sers TW und das Ausgangssignal Vo des Sauerstoff-(O₂)- Sensors 16. Bei Schritt S202 erfolgt eine Berechnung der Basisimpulsbreite des Kraftstoffeinspritzimpulses Tpk auf der Grundlage der Parameter Ansaugluftmenge Q und Motor drehzahl Ne.

Anschließend wird bei Schritt S203 eine Entscheidung darüber getroffen, ob ein Motorstartflag Fe auf "1" im vor ausgehenden Regelungsablauf gesetzt wurde oder nicht. Die ses Motorstartflag Fe wird auf "1" gesetzt, wenn der Motor 1 gestartet wird und auf "0", wenn er nicht angelassen ist. Wenn die Antwort auf die Entscheidung "Nein" ist, zeigt dies an, daß der Motor in der vorausgehenden Durchführung des Regelungsablaufs noch nicht gestartet wurde. Dann wird bei Schritt S204 eine Entscheidung darüber getroffen, ob der Motor gestartet wurde. Diese Entscheidung wird durch Vergleich einer gegenwärtigen Motordrehzahl Ne mit einer vorgegebenen Drehzahl Ne1 von beispielsweise etwa 300 U/min getroffen.

Wenn die gegenwärtige Motordrehzahl Ne größer ist als die vorgegebene Drehzahl Ne1, wird festgelegt, daß der Motor gestartet wurde. Wenn die Antwort auf die Entscheidung "Ja" ist, dann wird nach dem Setzen des Motorstartflags Fe auf "1" beim Schritt S205 die Temperatur des Motorkühlwassers TW beim Schritt S206 eingelesen. Nachfolgend zur Bestimmung einer Abweichungsamplitude des Luft/Kraftstoff-Verhältnis ses CW1 für eine erzwungene veränderbare Luft/Kraftstoff- Verhältnisregelung entsprechend der Temperatur des Mo torkühlwassers TW und unter Bezugnahme auf eine Abweichungs tabelle beim Schritt S207, wird eine Zeit t1 bestimmt, während der eine erzwungene veränderbare Luft/Kraftstoff- Verhältnisregelung mit der Abweichungsamplitude CW1 des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt wird. Die Zeit t1 wird entsprechend der Temperatur des Motorkühlwassers TW unter Bezugnahme auf eine Ausführungszeittabelle der er zwungenen Regelung bei Schritt S208 bestimmt. Diese Ausführungszeittabelle der erzwungenen Regelung wird in der Weise erstellt, daß die Ausführungszeit t1 der erzwungenen Regelung in der Weise festgelegt wird, daß sie mit einem Temperaturanstieg des Motorkühlwassers TW kleiner wird.

Nach dem Starten eines Zeitgebers zum Herunterzählen der Ausführungszeit t1 der erzwungenen Regelung bei Schritt S209, wird beim Schritt S210 eine Entscheidung darüber ge troffen, ob die Temperatur des Kühlwassers TW größer ist als eine vorgegebene Bezugstemperatur des Motorkühlwassers T1. Sie ist in der Weise vorgegeben, daß sie kleiner ist als eine Betriebstemperatur, oberhalb der der 3-Wege-Kata lysator 11 aktiv ist. Wenn die Antwort auf die Entscheidung "Ja" ist, d. h. wenn die Temperatur des Motorkühlwassers TW größer ist als die vorgegebene Bezugstemperatur des Mo torkühlwassers T1, zeigt dies an, daß sich der 3-Wege-Kata lysator 11 noch in der Aktivierungsphase befindet oder ausreichend aktiviert wurde. Dann wird die Regelung bei Schritt S211 fortgesetzt, wo der Ausgleichskoeffizient CFB für die rückgekoppelte Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung berechnet wird und zwar auf der Grundlage eines Wechsels zwischen einer Bereichsschwelle SL, welche ein Soll-Luft/ Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) repräsentiert, und dem Ausgang Vo des Sauerstoff-(O₂)-Sensors 16. Wenn ande rerseits die Antwort auf die Entscheidung "Nein" ist, d. h. wenn der Katalysator 11 noch nicht aktiv ist, dann wird bei Schritt S212 der Ausgleichskoeffizient CFB für die rückge koppelte Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung bei null (0) fixiert oder festgelegt, so daß eine Offene Kreis-Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird.

Im Anschluß daran wird bei Schritt S213 eine Entscheidung darüber getroffen, ob die heruntergezählte Ausführungszeit t1 der erzwungenen Regelung noch größer ist als eine be stimmte Zeit tA. Diese Zeit tA ist so gewählt, daß die Ab weichungsamplitude CW1 des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dieser Zeit kontinuierlich und allmählich verringert wird. Wenn die Antwort "Ja" ist, wird eine weitere Entscheidung in Bezug auf die Ausführungszeit t1 der erzwungenen Rege lung ausgeführt. Das bedeutet, daß bei Schritt S214 eine Entscheidung darüber getroffen wird, ob die Ausführungszeit t1 der erzwungenen Regelung schon vollständig herunter gezählt wurde oder nicht. Wenn die Antwort "Ja" ist, er folgt bei Schritt S215 eine weitere Entscheidung, ob die Abweichungsamplitude CW1 des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses noch nicht null geworden ist. Wenn die Abweichungsamplitude CW1 des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses noch nicht null ist, wird sie durch Dekrementierung einer Amplitudeneinheit dCW1 bei Schritt S216 verändert. Wenn die Antwort auf die bei Schritt S203 getroffene Entscheidung bezüglich der Ausführungszeit t1 der erzwungenen Regelung "Nein" ist, zeigt dies an, daß die Ausführungszeit t1 der erzwungenen Regelung auf eine bestimmte Zeit tA heruntergezählt wurde. Oder, nach einer erfolgten Veränderung der Abweichungsamplitude CW1 der Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung durch Dekrementierung der Amplitudeneinheit dCW1 bei Schritt S216 wird der Oszillationskoeffizient CV anschließend durch Mul tiplikation der Abweichungsamplitude CW1 des Luft/Kraft stoff-Verhältnisses, welche bei Schritt S216 verändert wur de, mit einer Konstante A beim Schritt S217 multipliziert. Dann wird die Ausführungszeit t1 der erzwungenen Regelung um eine Zeiteinheit dt1 beim Schritt S218 heruntergezählt. Wenn andererseits eine Antwort "Nein" auf die Ausführungs zeit t1 der erzwungenen Regelung beim Schritt S214 gelie fert wird oder die bei Schritt S215 getroffene Entscheidung betreffend die Abweichungsamplitude CW1 des Luft/Kraft stoff-Verhältnisses "Nein" ist, wird der Oszillationskoeffi zient CV bei Schritt S219 auf null (0) gesetzt.

Anschließend wird die Kraftstoffeinspritzung 5 in der Weise angesteuert, daß die Kraftstoffmenge abhängig von der ef fektiven Kraftstoffeinspritzimpulsbreite Ti bei Schritt S222 zu einem richtigen Einspritzzeitpunkt abgegeben wird, der bei Schritt S221 festgelegt wird. Die Ansteuerung der Kraftstoffeinspritzung 5 erfolgt dabei entsprechend einer effektiven Impulsbreite des Kraftstoffeinspritzimpulses Ti, der auf der Grundlage der Basisimpulsbreite des Kraftstoff einspritzimpulses Tpk, des Ausgleichskoeffizienten CFB der rückgekoppelten Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung, des Os zillationskoeffizienten und des Ausgleichskoeffizienten CW bei Schritt S220 berechnet wird.

Mit der Luft/Kraftstoff-Regelung wird ein anfänglicher Os zillationskoeffizient CW bestimmt, der auf der Temperatur des Motorkühlwassers TW beim Start des Motors 1 basiert, und die erzwungene Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung wird mit dem anfänglichen Oszillationskoeffizienten CV vor dem Ablauf der festgelegten Zeit ta durchgeführt. In diesem Fall wird der anfängliche Oszillationskoeffizient CV umso größer und die Zeit, innerhalb der ein Luft/Kraftstoff- Verhältnis verändert wird, wird umso länger, je weniger fortgeschritten die Aktivierung des 3-Wege-Katalysators ist. Deshalb ist die Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung günstig für die Abgasreinigung mit einem 3-Wege-Katalysator während der kalten Startphase eines Motors. Nach dem Ver streichen der vorgegebenen Zeit ta, nimmt der Oszillations koeffizient CV allmählich mit der Zeit ab, so daß die Kon vergenz des Luft/Krafstoff-Verhältnisses auf das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis hin hochgradig erreicht wird.

Da man eine signifikante Verbesserung des Abgasreinigungs wirkungsgrades mit einem Katalysator aus der Palladium- Gruppe (Pd) beobachtet, ist die Luft/Kraftstoff-Verhältnis regelung gemäß der vorliegenden Erfindung noch wirkungsvol ler, wenn sie in Verbindung mit einem Katalysator vom Pal ladium-Typ durchgeführt wird.

Es versteht sich von selbst, daß der Fachmann trotz der ins einzelne gehenden Beschreibung der Erfindung im Zusammen hang mit bevorzugten Ausführungsbeispielen auch verschiede ne andere Beispiele und Abwandlungen in Betracht ziehen kann, welche in den Umfang und den Grundgedanken der vor liegenden Erfindung fallen. Solche weiteren Beispiele und Abwandlungen sollen gleichfalls vom Patentanspruch abge deckt sein.

Claims

Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung für einen Verbrennungs motor, in welchem eine rückgekoppelte Luft/Kraftstoff- Verhältnisregelung durchgeführt wird um ein aktuelles Luft/ Kraftstoff-Verhältnis auf ein Soll-Luft/Kraftstoff- Verhältnis hin zu konvergieren, bei welchem eine Abgasrei nigungsvorrichtung seine zufriedenstellende Abgasreini gungsleistung auf der Basis einer Sauerstoffkonzentration im Abgas entwickelt, und welche zwangsweise das aktuelle Luft/Kraftstoff-Verhältnis einer Abweichung unterzieht, um eine Kraftstoffmischung während der Durchführung der Luft/ Kraftstoff-Regelung entweder fett oder mager zu machen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
eine Betätigungsüberwachungsvorrichtung um zu ermitteln, wieweit die Aktivierung der Abgasreinigungsvorrichtung fortgeschritten ist; und
eine Vorrichtung, die zum Verändern einer Abweichung dient, zur Erhöhung der Größe der Abweichung des tatsächlichen Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses, wenn die Betätigungsüberwa chungsvorrichtung ein Fortschreiten der Aktivierung der Ab gasreinigungsvorrichtung unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes feststellt, und zum Verringern der Größe der Abweichung des aktuellen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit fortschreitender Aktivierung der Abgasreinigungsvorrich tung, wenn die Betätigungsüberwachungsvorrichtung ein Fort schreiten der Aktivierung der Abgasreinigungsvorrichtung feststellt, welche einen vorgegebenen Grenzwert überschrei tet.