DE4190939C2 - Ein Verfahren und ein Gerät zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Gerät zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 9.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren und ein Gerät zum Erfassen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer angesaugten Luft-Kraftstoff-Mischung für einen Motor mit innerer Verbrennung eines Fahrzeugs gemäß der Konzentration einer Komponente, die in dem Abgas strömungsmäßig oberhalb und strömungsmäßig unterhalb des Abgasreinigungskatalysatorkonverters enthalten ist, welcher in einem Auspuffsystem des Motors angeordnet ist, und zum Ausführen einer Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungs­ steuerung zum Erreichen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhält­ nisses gemäß dem erfaßten Luft-Kraftstoff-Verhältnis.

Ein Dreiweg-Katalysatorkonverter zum Reinigen des Abgases ist in dem Auspuffsystem eines Motors angeordnet. Damit der Katalysatorkonverter einen guten Umwandlungswirkungsgrad aufrecht erhält, ist es üblich, eine Rückkopplungssteuerung durchzuführen, indem eine angesaugte Luft-Kraftstoff-Mi­ schung des Motors ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhält­ nis beibehält.

Die Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungssteuerung verwen­ det einen Sauerstoffsensor (einen Luft-Kraftstoff-Verhält­ nissensor) zum Erfassen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der in dem Abgas enthaltenen Sauerstoffkonzentration. Um eine gute Antwortcharakteristik von dem Sauerstoffsensor zu gewährleisten, ist dieser beispielsweise in einem Samm­ lerabschnitt eines Auspuffkrümmers in der Nähe der Brennkam­ mer angeordnet. Der Sauerstoffsensor erfaßt die Sauerstoff­ konzentration, die in dem Abgas enthalten ist, und ermittelt in Abhängigkeit von der erfaßten Konzentration, ob das Ist- Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter oder magerer als ein theo­ retisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis (ein Soll-Luft-Kraft­ stoff-Verhältnis) ist. Gemäß dieser Ermittlung eines fetten oder mageren Zustandes stellt die Rückkopplungssteuerung die Zufuhr von Kraftstoff zu dem Motor ein.

Da der Sauerstoffsensor nahe an der Brennkammer in dem Ab­ gassystem angeordnet ist, ist dieser einem Hochtemperatur­ abgas ausgesetzt, welches thermisch die Charakteristika des Sensors verschlechtern kann. Wenn der Sauerstoffsensor in dem Sammlerabschnitt des Auspuffkrümmers angeordnet ist, bei dem das von den jeweiligen Zylindern kommende Abgas noch nicht ausreichend miteinander vermischt ist, kann der Sauer­ stoffsensor kaum ein mittleres Luft-Kraftstoff-Verhältnis sämtlicher Zylinder erfassen. Dies kann Schwankungen in der Genauigkeit der Erfassung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verursachen. Obwohl eine Erfassungsantwortcharakteristik durch Anordnen des Sauerstoffsensors in der Nähe der Brenn­ kammer gewährleistet ist, kann die Luft-Kraftstoff-Verhält­ nis-Rückkopplungssteuerung unter Verwendung des Sauerstoff­ sensors nicht allein eine Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuer­ genauigkeit stabilisieren.

Um dieses Problem zu lösen, wurde es vorgeschlagen, einen weiteren Sauerstoffsensor strömungsmäßig hinter dem Kataly­ satorkonverter zusätzlich zu demjenigen vorzusehen, der strömungsmäßig vor diesem angeordnet ist, und die Luft-Kraft­ stoff-Verhältnisrückkopplungssteuerung gemäß den von den beiden Sauerstoffsensoren erfaßten Werten durchzuführen (ja­ panische, ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 58-48 756).

Obwohl der strömungsmäßig hinten liegende Sauerstoffsensor eine schlechte Antwortcharakteristik aufgrund eines O₂-Spei­ chereffektes in dem Dreiwege-Katalysatorkonverter hat (wel­ ches eine Ausgangsverzögerung des Sensors verursacht, da überschüssiger Sauerstoff verbleibt, wenn das Ist-Luft- Kraftstoff-Verhältnis magerer als das theoretische Luft- Kraftstoff-Verhältnis ist und da ein Restsauerstoff übrig bleibt, wenn das Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist), kann dieser auf stabile Weise ein Kraftstoff-Luft-Verhält­ nis erfassen, bei dem der CO-, HC- und NOx-Umwandlungswir­ kungsgrad des Dreiwege-Katalysatorkonverters optimal ist. Der strömungsmäßig hintere Sauerstoffsensor kann daher eine genaue und stabile Erfassung durch Kompensieren von Ver­ schlechterungen des strömungsmäßig vorderen Sauerstoffsen­ sors erreichen.

Die von den beiden Sauerstoffsensoren erfaßten Werte können unabhängig verwendet werden, um die Luft-Kraftstoff-Ver­ hältnisrückkopplungssteuerung auszuführen. In Abweichung hiervon kann eine Steuergröße für die Luft-Kraftstoff-Ver­ hältnisrückkopplungssteuerung, die in Abhängigkeit von einem durch den strömungsmäßig oberen Sauerstoffsensor erfaßten Wert ausgeführt wird, derart korrigiert werden, daß das durch den strömungsmäßig hinteren Sauerstoffsensor erfaßte Luft-Kraftstoff-Verhältnis das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhält­ nis annähert. Es gewährleistet nämlich der strömungsmäßig vordere Sauerstoffsensor die Antwortcharakteristik der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung, während der strömungs­ mäßig hintere Sauerstoffsensor die Steuergenauigkeit der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung gewährleistet, wodurch in genauer Weise die Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückkopp­ lungssteuerung ausgeführt wird.

Gemäß dem üblichen Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuersystem unter Verwendung von zwei Sauerstoffsensoren wird die Kraft­ stoffzuführmenge zu dem Motor immer direkt gemäß dem Aus­ gangssignal des strömungsmäßig hinteren Sauerstoffsensors auf den neuesten Stand gebracht. Wenn sich die Ausgangs­ charakteristika des strömungsmäßig vorderen Sauerstoffsen­ sors ändern, liefert das übliche System keinen Korrektur­ sollwert zum Einstellen der Steuerung zur Erreichung des Soll-Luft-Kraftstoffverhältnisses. Dies kann ein Überschießen der Steuerung verursachen, welches nachfolgend erläutert wird.

Das Ausgangssignal des strömungsmäßig hinteren Sauerstoff­ sensors hat eine erhebliche Antwortverzögerung, verglichen mit demjenigen des strömungsmäßig vorderen Sauerstoffsen­ sors. Wenn der strömungsmäßig hintere Sauerstoffsensor er­ faßt, daß die momentane Luft-Kraftstoff-Mischung mager (fett) bezogen auf ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, korrigiert die übliche Steuerung direkt die dem Motor zuge­ führte Kraftstoffmenge, um den mageren (fetten) Zustand zu beseitigen. Selbst wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer sich bereits von einem fetten (mageren) Zu­ stand in einen mageren (fetten) Zustand umgekehrt hat, hält die Steuerung zur Abänderung des Ist-Luft-Kraftstoff-Ver­ hältnisses in den fetten (mageren) Zustand an, bis der strö­ mungsmäßig hintere Sauerstoffsensor die Umkehrung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses erfaßt.

Unmittelbar vor der Erfassung des Umkehrens des Luft-Kraft­ stoff-Verhältnisses, welches durch den strömungsmäßig hin­ teren Sauerstoffsensor erfaßt wird, von fett nach mager oder von mager nach fett, kann das Überschießphänomen auftreten, wodurch die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse in einem breiten Bereich schwanken, selbst wenn ein mittleres Luft-Kraft­ stoff-Verhältnis gleich dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Dieses Überschießen kann Spitzenwerte für CO, HC und NOx verursachen.

Die US-A-4831838 zeigt bereits ein Verfahren bzw. ein Gerät zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einem Verbrennungsmotor mit den im Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 9 wiedergegebenen Merkmalen. Die Fig. 3B dieser Schrift zeigt ein Flußdiagramm zur Berechnung der Steuergröße für die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerung, die dort mit dem Bezugszeichen FAF1 bezeichnet ist. Wie man aus den Schritten 319 bis 328 des Flußdiagrammes erkennt, findet bei der dort beschriebenen Steuerung lediglich die Erhöhung oder Verminderung dieser Steuergröße um einen vorher berechneten Wert (RSR; RSL) statt. Der betreffende Wert (RSR; RSL) wird innerhalb des Flußdiagramms gemäß Fig. 9B festgelegt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung der eingangs genannten Art das Über­ schießen der Luft-Kraftstoff-Rückkopplungssteuerung zu verhindern, welches durch eine Erfassungsantwortverzögerung des strömungsmäßig hinter dem Katalysatorkonverter an­ geordneten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor verursacht wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9 gelöst.

Ein Korrektursollwert, der zum Korrigieren der Luft-Kraft­ stoff-Verhältnisrückkopplungssteuerung verwendet wird, um das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen, wird gemäß einem Ergebnis der Erfassung durch den Luft-Kraftstoff-Ver­ hältnissensor, der strömungsmäßig hinter dem Katalysator­ konverter angeordnet ist, eingestellt, wenn die Ausgangs­ charakteristika eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors, der strömungsmäßig vor dem Katalysatorkonverter angeordnet ist, durch Wärme verschlechtert sind. Der Korrektursollwert wird mit einem momentanen Wert verglichen, wenn die Steuerung korrigiert wird, so daß die Steuerung nicht über den Kor­ rektursollwert hinaus zu stark korrigiert wird, so daß es nicht zu einer Schwankung der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse über einen breiten Bereich kommt.

Ein anderer Vorteil der Erfindung liegt in der Verhinderung eines zu starken Ansprechens des Korrektursollwertes auf das von dem strömungsmäßig hinteren Luft-Kraftstoff-Verhältnis­ sensor erfaßte Luft-Kraftstoffverhältnis sowie in der Ver­ hinderung einer Destabilisierung.

Wiederum ein anderer Vorteil der Erfindung liegt in der Ver­ hinderung einer Beeinflussung eines Istwertes entsprechend des Korrektursollwertes durch eine zeitweilige Schwankung der Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungssteuerung, um eine Fehlbeurteilung der Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückkopp­ lungssteuerung zu vermeiden und um zu starke Steuerkorrektu­ ren auszuschließen.

Es ist bei einem Verfahren und einem Gerät zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung gemäß der Erfindung vorgesehen, daß im wesent­ lichen ein erster und zweiter Luft-Kraftstoff-Verhältnis­ sensor strömungsmäßig vor bzw. hinter einem Abgasreini­ gungs-Katalysatorkonverter angeordnet sind, welcher in einem Auspuffsystem des Motors mit innerer Verbrennung vorgesehen ist. Die Ausgangswerte dieser Sensoren ändern sich in Reaktion auf die Konzentration einer speziellen, in einem Abgas enthaltenen Komponente. Diese Konzentration ändert sich in Reaktion auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer angesaugten Luft-Kraftstoff-Mischung des Motors. Gemäß dem Ausgangssignal des ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors wird die Rückkopplungssteuerung ausgeführt, um ein Soll- Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die angesaugte Luft-Kraft­ stoff-Mischung des Motors zu erhalten. Diese Anordnungen sind ähnlich verglichen mit denjenigen nach dem Stand der Technik.

Gemäß einer charakteristischen Anordnung der der Erfindung werden die Summe der mager orientierten Steuergrößen (die Summe der Steuergrößen, die verwendet werden, um ein Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einen mageren Zustand zu bringen) sowie die Summe der fett orientierten Steuergrößen (die Summe der Steuergrößen, die verwendet werden, um ein Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einen fetten Zustand zu bringen) während einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis­ rückkopplungssteuerung geschaffen, die gemäß dem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor ausgeführt wird. Andererseits werden die Ausgangswerte des zweiten Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors verwendet, um einen Korrektur­ sollwert eines Parameters entsprechend einem Verhältnis oder einer Differenz zwischen den Summen der mager orientierten oder der fett orientierten Steuergrößen zu verändern und einzustellen. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückkopp­ lungssteuerung unter Verwendung des ersten Luft-Kraftstoff- Verhälntnissensors wird in einer Art ausgeführt, um den Parameter, der die Differenz zwischen den Summen der fett und mager orientierten Steuergrößen anzeigt, nahe an den Korrektursollwert zu bringen.

Wenn sich die Ausgangscharakteristika des ersten Luft-Kraft­ stoff-Verhältnissensors ändern, d. h. wenn der erste Luft- Kraftstoff-Verhältnissensor einen Erfassungsfehler aus irgendeinem Grunde verursacht, geht ein Gleichgewicht zwi­ schen den Summen der mager orientierten und der fett orientierten Steuergrößen für die momentane Schaffung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verloren. In diesem Fall wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht erreicht, wenn die Steuerung unter Beibehalt des ursprünglichen Gleichgewichtes der Summen der mager- und fett-orientierten Steuergrößen durchgeführt wird. Dieses Ungleichgewicht ist erfaßbar, da ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches von dem zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor ermittelt wird, von einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufgrund des Ungleichgewichtes abweicht. Durch Änderung des Kor­ rektursollwertes, durch die ein Gleichgewichtszustand er­ reicht wird, gemäß den Ausgangswerten des zweiten Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors werden die Summen der mager- und fett-orientierten Steuergrößen in einem Verhältnis in das Gleichgewicht gebracht, welches dem Soll-Luft- Kraftstoff-Verhältnis entspricht. Die Luft-Kraftstoff-Ver­ hältnisrückkopplungssteuerung, die gemäß der Erfassungser­ gebnisse des ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors aus­ geführt wird, wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis lie­ fern.

Der erste und zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor können jeweils ein Sensor sein, dessen Ausgangswert sich in Reak­ tion auf die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas ändert. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungssteuerung kann gemäß der Kraftstoffzufuhrmenge zu dem Motor ausgeführt wer­ den.

Die Summe der mager- bzw. fett-orientierten Steuergrößen kann immer dann berechnet werden, wenn das momentane Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das von dem ersten Luft-Kraft­ stoff-Verhältnissensor ermittelt wird, sich bezogen auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der fetten oder mageren Seite hin ändert. Jede dieser Summen kann gewichtet und gemittelt werden, um ein zeitweiliges Ungleichgewicht der Steuerung zu vermeiden.

Der Korrektursollwert kann jedesmal um einen vorbestimmten Wert geändert werden, so daß sich der Ausgangswert des zwei­ ten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors an einen Wert annä­ hert, der einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Luft- Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungssteuerung entspricht. In diesem Fall kann ein durch die Luft-Kraftstoff-Verhältnis­ rückkopplungssteuerung erhaltener momentaner Luft-Kraft­ stoff-Verhältniswert mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch die Steuerung zum Aufrechterhalten des Korrektursoll­ wertes übereinstimmen.

Es kann eine Totzone für die Ausgangswerte des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors vorgesehen sein. Wenn der Ausgangswert des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors innerhalb dieser Totzone liegt, wird der Korrektursollwert nicht geändert. Dies verhindert eine Destabilisierung des Korrektursollwertes in Reaktion auf das Ausgangssignal des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors.

Wenn eine Steuergröße geändert wird, um einen Parameter zu erzeugen, der die Differenz zwischen den Summen der mager- und fett-orientierten Steuergrößen nahe des Korrek­ tursollwertes anzeigt, wird ein Korrekturwert für die Steuergröße gemäß der Abweichung von dem Korrektursollwert eingestellt, woraufhin die Steuergröße entsprechend des Kor­ rekturwertes geändert wird. Durch geeignetes Einstellen des Korrekturwertes für die Abweichung wird eine ausreichende Antwortcharakteristik auch dann sichergestellt, wenn eine Abweichung zwischen einem momentanen Wert und einem Korrek­ tursollwert groß ist, während eine Stabilität auch für den Fall gewährleistet wird, daß die Abweichung klein ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer grundlegenden An­ ordnung des Gerätes zum Steuern des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Ver­ fahrens und eines Gerätes zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung gemäß einem Ausführungs­ beispiel der Erfindung;

Fig. 3 und 4 sind Flußdiagramme, die eine Luft-Kraftstoff- Verhältnisrückkopplungssteuerung gemäß der Er­ findung zeigen;

Fig. 5 ist eine zeitliche Darstellung von charakte­ ristischen Kurven der Änderungen des Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrektur­ koeffizientens alpha gemäß diesem Ausführungs­ beispiel; und

Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Umwandlungswirkungsgrad des Dreiwegekata­ lysatorkonverters und einem Korrektursollwert gemäß der Erfindung zeigt.

Ausführungsbeispiel der Erfindung

Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung eines Gerätes zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung gemäß der Erfindung, und Fig. 2 bis 6 zeigen ein Verfahren und ein Gerät zum Ermitteln und Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 2 empfängt der Motor 1 Luft durch einen Luftfilter 2, einen Einlaßkanal 3, ein Drosselventil 4 und einen An­ saugkrümmer 5. Ein Kraftstoffeinspritzventil 6, das für je­ den Zylinder vorgesehen ist, ist bei einer Verzweigung des Ansaugkrümmers 5 angeordnet. Das Kraftstoffeinspritzventil 6 ist ein Solenoind-Kraftstoffeinspritzventil, welches geöff­ net wird, wenn dessen Solenoid entsprechend eines Treiber­ pulssignales aktiviert wird, welches durch eine Steuerein­ heit 12, die nachfolgend erläutert wird, geschaffen wird, und das geschlossen wird, wenn das Solenoid deaktiviert wird. Kraftstoff wird durch eine Kraftstoffpumpe (nicht dargestellt) unter Druck gesetzt, über einen Druckregler auf einen vorbestimmten Druck eingestellt und von einem Kraft­ stoffeinspritzventil 6 in den Ansaugkrümmer 5 eingespritzt.

Auf diese Weise verwendet das Ausführungsbeispiel ein Vielfach-Einspritzsystem (MPI-System). Die Erfindung ist gleichfalls anwendbar auf ein Einzelpunkteinspritzsystem (SPI-System) unter Verwendung eines einzigen Kraftstoffein­ spritzventiles, das strömungsmäßig oberhalb des Drosselven­ tiles 4 angeordnet ist und von sämtlichen Zylindern geteilt wird.

Eine Zündkerze 7 liegt in jeder Brennkammer des Motors 1. Ein Luft-Kraftstoff-Gemisch wird mit einem Funken von der Zündkerze 7 gezündet.

Der Motor 1 erzeugt Abgas, welches durch einen Abgaskrümmer 8, einen Abgaskanal 9 , den Dreiwege-Katalysatorkonverter 10 und einen Schalldämpfer 11 strömt. Der Dreiwege-Katalysator­ konverter 10 ist ein Abgasreinigungskatalysatorkonverter, der CO und HC oxidiert und in dem Abgas enthaltenes NOx oxi­ diert, wodurch diese drei Komponenten in unschädliche Be­ standteile umgewandelt werden. Der Oxidations- und Reduk­ tions-Wirkungsgrad des Dreiwegekatalysatorwandlers 10 wird optimiert, wenn das angesaugte Luft-Kraftstoff-Gemisch des Motors mit einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Fig. 6) verbrannt wird.

Die Steuereinheit 12 umfaßt einen Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM, einem RAM und A/D-Wandler sowie einer Ein­ gangs/Ausgangs-Schnittstelle. Die Steuereinheit 12 empfängt die Ausgangssignale verschiedener Sensoren und verarbeitet diese Ausgangssignale in der nachfolgend beschriebenen Art, um das Kraftstoffeinspritzventil 6 zu steuern.

Die verschiedenen Sensoren umfassen ein Luftflußmeßgerät 13 des Heißdrahttypes oder des Klappentypes, welches in dem Ansaugkanal 3 angeordnet ist. Das Luftflußmeßgerät 13 er­ zeugt ein Spannungssignal entsprechend der Ansaugluftmenge für den Motor 1.

Gleichfalls ist ein Kurbelwinkelsensor 14 vorgesehen, der im Falle eines Motors von vier Zylindern ein Bezugssignal für einen Kurbelwinkel von 180 Grad erzeugt, und ein Einheits­ signal für einen Kurbelwinkel von 1 oder 2 Grad erzeugt. Eine Periode des Bezugssignales oder die Anzahl der Ein­ heitssignale, die während einer vorbestimmten Zeitdauer er­ zeugt werden, wird gemessen, um die Motordrehzahl N zu be­ rechnen.

Ein Wassertemperatursensor 15 zum Erfassen der Kühlmittel­ temperatur Tw ist in einem Wassermantel des Motors 1 ange­ ordnet.

Ein erster Sauerstoffsensor 16, der als erster Luft-Kraft­ stoff-Verhältnissensor dient, ist bei einem Sammlerabschnitt des Abgaskrümmers 8 strömungsmäßig oberhalb des Dreiwegeka­ talysatorkonverters 10 angeordnet. Ein zweiter Sauerstoff­ sensor 17, der als zweiter Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor dient, ist strömungsmäßig hinter dem Dreiwegekatalysatorkon­ verter 10 und strömungsmäßig vor dem Schalldämpfer 11 ange­ ordnet.

Der erste und zweite Sauerstoffsensor 16 und 17 sind an sich bekannte Sensoren, deren Ausgangswerte sich in Reaktion auf die Konzentration des Sauerstoffes als eine spezielle Kompo­ nente, die in dem Abgas enthalten ist, ändern. Diese Sauer­ stoffsensoren sind Fett/Mager-Sensoren, welche sich die Tat­ sache zunutze machen, daß die in dem Abgas enthaltene Sauer­ stoffkonzentration sich plötzlich im Bereich des theoreti­ schen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ändert. Diese Sensoren erzeugen eine Spannung von ungefähr 1 Volt, wenn das erfaßte Luft-Kraftstoff-Verhältnis bezogen auf das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist, und erzeugen eine Span­ nung von ungefähr 0 Volt, wenn das erfaßte Luft-Kraftstoff- Verhältnis mager ist bezogen auf das theoretische Luft- Kraftstoff-Verhältnis, gemäß der Differenz der Sauerstoff­ konzentration zwischen einem Bezugsgas, d. h. der Atmosphä­ re, und dem Abgas (Fig. 6).

Die CPU des Mikrocomputers, welcher in der Steuereinheit 12 enthalten ist, führt die in den Flußdiagrammen der Fig. 3 und 4 gezeigten Prozesse gemäß den in dem ROM gespeicherten Programmen aus, um die Rückkopplungssteuerung durchzuführen, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der angesaugten Luft- Kraftstoff-Mischung für den Motor 1 nahe an ein Soll-Luft- Kraftstoff-Verhältnis (ein theoretisches Luft-Kraftstoff- Verhältnis) zu bringen, um auf diese Weise eine Kraftstoff­ zufuhrmenge für den Motor zu steuern.

Die Softwarefunktionen, welche in den Flußdiagrammen der Fig. 3 und 4 gezeigt sind, und die durch die Steuereinheit 12 geschaffen werden, entsprechen einer Luft-Kraftstoff-Ver­ hältnisrückkopplungssteuereinrichtung, einer Gesamtsteuer­ mengenberechnungseinrichtung, einer Steuermengeneinstellein­ richtung und einer Korrektursollwerteinstelleinrichtung, wo­ bei diese Einrichtungen im wesentlichen das erfindungsge­ mäße, in Fig. 1 gezeigte Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuer­ gerät bilden.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme der Fig. 3 und 4 die durch den Mikrocomputer der Steuerein­ heit 12 ausgeführten Prozesse erläutert.

Die in dem Flußdiagramm gemäß Fig. 3 gezeigten Prozesse werden in vorbestimmten kurzen Intervallen (beispielsweise alle 10 ms) durchgeführt. Diese Prozesse stellen einen Luft- Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungskorrekturkoeffizienten α gemäß einer Proportional-Plus-Integral-Steuerung ein, korri­ gieren eine grundlegende Kraftstoffeinspritzmenge Tp gemäß des Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungskorrekturkoeffizien­ tens α und stellen eine Kraftstoffeinspritzmenge Ti ein. Ein Treiberpulssignal entsprechend der Kraftstoffeinspritzmenge Ti, welche durch dieses Programm eingestellt ist, wird dem Kraftstoffeinspritzventil 6 zu vorbestimmten Zeitpunkten zugeführt, so daß das Kraftstoffeinspritzventil 6 demgemäß den Kraftstoff einspritzt.

Schritt 1 (mit S1 in der Figur bezeichnet) stellt einen Aus­ gangswert des ersten Sauerstoffsensors 16 (FO₂/S), welcher an dem Sammlerabschnitt des Auspuffkrümmers 8 strömungsmäßig vor dem Dreiwegekatalysatorkonverter 10 angeordnet ist, als FVO₂ ein.

Schritt 2 vergleicht den Ausgangswert (Spannungswert), wel­ cher als FVO₂ im Schritt 1 eingestellt ist, mit einer vor­ bestimmten Spannung (von beispielsweise 500 mV), wobei diese Spannung einem Schnittpegel entsprechend eines Soll-Luft- Kraftstoff-Verhältnisses, d. h. eines theoretischen Luft- Kraftstoff-Verhältnisses, entspricht, und ermittelt, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer angesaugten Luft-Kraftstoff- Mischung für den Motor, welches durch den ersten Sauerstoff­ sensor 16 erfaßt wird, fett oder mager bezüglich des theore­ tischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (Fig. 5) ist.

Wenn Schritt 2 ermittelt, daß FVO₂ größer als 500 mV ist, d. h. wenn das erfaßte Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett be­ züglich des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist, überprüft Schritt 3 eine Flagge FR.

Die Flagge FR wird auf 0 gestellt, wenn zum ersten Mal ein magerer Wert ermittelt wird. Es wird nämlich bei der ersten Umkehrung eines fetten Zustandes in einen mageren Zustand die Flagge FR auf 0 gesetzt. Die Flagge FR wird bei 0 wäh­ rend des mageren Zustandes gehalten. Die Flagge FR wird auf 1 gesetzt, wenn sich der magere Zustand in einen fetten Zu­ stand zum ersten Mal ändert. Wenn die Flagge FR im Schritt 3 0 ist, liegt eine erste Umkehrung von mager nach fett vor.

Wenn Schritt 3 ermittelt, daß die Flagge FR0 ist, d. h. die erstmalige Umkehrung zu dem fetten Zustand hin vorliegt, re­ duziert Schritt 4 den Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückkopp­ lungskorrekturkoeffizienten α (dessen grundlegender Wert 1 ist) und mit dem die grundlegende Kraftstoffeinspritzmenge Tp multipliziert wird, gemäß einer Proportionalsteuerung aufgrund der folgenden Formel:

α ← α - P×SR

In dieser Formel bezeichnen P eine vorbestimmte Propor­ tionalkonstante, die als Steuergröße für die Luft-Kraft­ stoff-Verhältnisrückkopplungssteuerung dient, und SR (Pro­ zent) einen Korrekturkoeffizienten (einen Korrekturwert) für die Proportionalkonstante P. Der Korrekturkoeffizient SR wird veränderlich als Ergebnis eines Vergleichs einer Diffe­ renz zwischen der Summe der erhöhenden (fettorientierten) Steuergrößen und der Summe der vermindernden (magerorien­ tierten) Steuergrößen des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rück­ kopplungskorrekturkoeffizientens α bezogen auf einen Korrek­ tursollwert gemäß der Differenz eingestellt.

Schritt 5 stellt eine Größe "P×SR" ein, die von dem Luft- Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungskorrekturkoeffizienten α in Schritt 4 abgezogen wird, als ΣαR.

Schritt 6 stellt eine ermittelte oder abgetastete Summe ΣαL der erhöhenden Steuergrößen des Rückkopplungskorrektur­ koeffizientens α als ML ein. Die Summe ΣαL ist eine Ge­ samtheit der erhöhenden Steuergrößen, durch die der Luft- Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungskorrekturkoeffizient α er­ höht wird, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während einer Zeitdauer, während der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist, anzureichern. Es ist nämlich die Summe ΣαL eine Summe der Erhöhungen des Korrekturkoeffizientens α, welche gemäß der Proportional-Plus-Integral-Steuerung während eines mageren Luft-Kraftstoff-Verhältniszustandes durchgeführt werden, unmittelbar bevor der Zustand sich in den momentanen fetten Zustand umgekehrt hat. Nachdem der Wert ΣαL als ML gesetzt ist, wird der Wert ΣαL rückgesetzt, so daß die nächste Summe der Steuergrößen während des nächsten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältniszustandes hierin eingestellt werden kann.

Schritt 7 setzt die Flagge FR auf 1. Wenn der nächste Zyklus der Routine erneut ein fetter Zustand ist, d. h. wenn die Flagge FR bei dem Schritt 3 in dem nächsten Zyklus 1 ist, wird der Schritt 9 ausgeführt.

Der Schritt 9 gewichtet und mittelt die Summe ML der erhöhenden Steuergrößen des Korrekturkoeffizientens α für den letzten mageren Zustand, der in dem Schritt 6 aufgefun­ den wurde, sowie ein letztes Ergebnis des gewichteten ge­ mittelten Wertes MLav, und stellt das gewichtete Mittel als neuen Wert MLav ein.

Wenn die Flagge FR1 ist, was eine Fortdauer des fetten Luft-Kraftstoff-Zustandes beim Schritt 3 anzeigt, vermindert Schritt 9 nach und nach den Korrekturkoeffizienten α gemäß einer Integralsteuerung. Hier wird ein Wert, der durch Mul­ tiplizieren der Kraftstoffeinspritzmenge Ti gemäß einem Mo­ torlastzustand mit einer vorbestimmten Integralkonstante I erhalten wird, von dem Korrekturwert α (α ← α - I×Ti) subtrahiert. In diesem Fall ist eine vermindernde Steuer­ größe (vermindernder Steuerwert) des Korrekturkoeffizientens α gleich "I×Ti".

Schritt 10 addiert die vermindernde Steuergröße "I×Ti", die in dem Schritt 9 benutzt wird, zu dem Wert ΣαR, welcher von einem Proportionalsteueranteil von "P×SR" eingestellt ist, wenn sich der magere Luft-Kraftstoff-Verhältniszustand zum ersten Mal in einen fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis­ zustand geändert hat, und schafft einen neuen Wert ΣαR. Auf diese Weise wird der bei der erstmaligen Realisierung des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erhaltene Proportional­ steueranteil "P×SR" zu dem Wert "I×Ti" jedes Mal dann addiert, wenn die Integralsteuerung ausgeführt wird. Es stellt nämlich der Wert ΣαR (die Summe der mager orien­ tierten Steuergrößen) die Summe der vermindernden Steuergrößen dar, welche von dem Korrekturkoeffizienten α während des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältniszustandes abge­ zogen werden.

Während eines mageren Zustandes wird im wesentlichen die gleiche Steuerung wie während des fetten Zustandes ausge­ führt. Bei der Proportionalsteuerung, die ausgeführt wird, wenn der magere Zustand zum ersten Mal erreicht wird, wird ein Wert durch Multiplizieren der vorbestimmten Propor­ tionalkonstante P mit "1 - SR" erhalten und zu dem Korrek­ turkoeffizienten α addiert (Schritt 12). Wenn daher der Kor­ rekturkoeffizient SR erhöht wird, wird ein Wert, der von dem Korrekturkoeffizienten α gemäß der Proportionalsteuerung subtrahiert werden muß, erhöht, während ein Wert, der zu dem Korrekturkoeffizienten α gemäß der Proportionalsteuerung addiert werden muß, verringert wird. Als Ergebnis hiervon wird der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerpunkt der Luft- Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungssteuerung in Richtung zu dem mageren Zustand hin verschoben.

Wenn der magere Zustand zum ersten mal erreicht wird, wird der Wert ΣαR, d. h. die abgetastete Summe der vermindernden Steuergrößen des Korrekturkoeffizientens α während des letzten fetten Luft-Kraftstoff-Verhältniszustandes, als MR (Schritt 14) gesetzt, und ein gewichtetes Mittel MRav für MR wird berechnet (Schritt 16).

Während des mageren Luft-Kraftstoff-Verhältniszustandes akkumuliert sich die Summe der erhöhenden Steuergrößen des Korrekturwertes α zu dem Wert ΣαL (Schritte 13 bis 18).

Auf diese Weise werden die vermindernde Korrekturgesamtgröße MRav des Korrekturkoeffizientes α für den fetten Zustand und die erhöhende Korrekturgesamtgröße MLav für den Korrektur­ koeffizienten α für den mageren Zustand auf den neuesten Stand gebracht und immer dann gesetzt, wenn sich das Luft- Kraftstoff-Verhältnis zwischen dem fetten und mageren Zu­ stand umkehrt. Diese Gesamtgrößen MRav und MLav werden bei dem Schritt 19 verwendet.

Schritt 19 wird ausgeführt, wenn der fette oder magere Zu­ stand zum ersten Mal erreicht wird. Schritt 19 findet eine Abweichung (einen Parameter, der einen Differenzgrad an­ zeigt) "MLav - MRav" zwischen der gewichteten und gemittel­ ten Summe der mager orientierten Steuergrößen MRav und der gewichteten und gemittelten fett orientierten Steuergrößen MLav. Diese Abweichung wird als ΔD gesetzt und entspricht einem Parameter, der den Grad der Differenz zwischen den Summen der fett und mager orientierten Steuergrößen anzeigt.

Schritt 20 bringt den Korrekturkoeffizienten SR für die Pro­ portionalkonstante P auf den neuesten Stand und stellt diese ein gemäß einer Differenz "ΔD-Korrektursollwert" zwischen der Abweichung ΔD, die im Schritt 19 erhalten wird, und dem Korrektursollwert.

Wenn "ΔD-Korrektursollwert" im wesentlichen 0 ist, d. h. wenn die Abweichung ΔD im wesentlichen gleich dem Korrek­ tursollwert ist, wird der Korrektursollwert SR nicht ver­ ändert. Wenn "ΔD-Korrektursollwert" ein positiver Wert ist, d. h. wenn die fett orientierte Steuergröße MLav zu groß ist (der Wert MRav zu klein ist) bezogen auf den Kor­ rektursollwert, und wenn ein Steuerpunkt bezogen auf den Korrektursollwert in die fette Richtung verschoben ist, wird der Wert SR in die positive Richtung korrigiert.

Wenn der Korrekturkoeffizient SR ansteigt, steigt der Wert "P×SR" an, während der Wert "P (1 - SR)" abfällt, so daß die Abfallsrate des Korrekturkoeffizienten α gemäß der Pro­ portionalsteuerung in Schritt 4 ansteigt, während die An­ stiegsrate des Korrekturkoeffizientens α gemäß der Propor­ tionalsteuerung im Schritt 12 abfällt. Wenn als Ergebnis hiervon der Korrekturkoeffizient SR positiv korrigiert wird, fällt die fett orientierte Steuergröße MLav ab, während die mager orientierte Steuergröße MRav ansteigt, so daß der Wert ΔD (= MLav - MRav) abfällt, um sich an den Korrektursoll­ wert anzunähern.

Wenn "ΔD-Korrektursollwert" negativ wird, wird der Kor­ rekturkoeffizient SR in die negative Richtung korrigiert, so daß MLav ansteigt und MRav abfällt, um den Wert ΔD zu er­ höhen. Als Ergebnis hiervon kann der Wert ΔD sich an den Korrektursollwert annähern. Wenn der Wert "ΔD-Korrek­ tursollwert" nahe bei Null ist, wird ein Korrekturwert für SR entsprechend "ΔD-Korrektursollwert" auf ungefährt Null gesetzt, wodurch eine Stabilisierung der Luft-Kraftstoff- Verhältnisrückkopplungssteuerung ausgeführt wird, wenn ΔD sich nahe an dem Korrektursollwert befindet. Wenn anderer­ seits der Wert "ΔD-Korrektursollwert" in positiver oder negativer Richtung abweicht, wird der Korrekturkoeffizient SR in einem erheblichem Maß korrigiert, um eine gute Ant­ wortcharakteristik zu gewährleisten. Der Korrektursollwert für die Abweichung ΔD bestimmt das Ist-Luft-Kraftstoff- Verhältnis, welches durch die Luft-Kraftstoff-Verhältnis­ rückkopplungskorrektur aufgrund des ersten Sauerstoffsensors 16 geschaffen wird. Selbst wenn die Ausgangscharakteristika des ersten Sauerstoffsensors 16 sich durch Wärmeeinwirkung verschlechtern, so daß die Ausgangsumwandlungscharakteri­ stika im Bereich des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhält­ nisses verschoben werden, kann ein Korrektursollwert ent­ sprechend des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eingestellt werden. Als Ergebnis kann die Rückkopplungs­ steuerung auf der Grundlage des ersten Sauerstoffsensors 16 das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Fig. 6) errei­ chen.

Während eines anfänglichen Zustandes kann das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch die Rückkopplungssteuerung mit MLav : MRav = 50 : 50 erhalten werden. Wenn sich daraufhin die Ausgangscharakteristika des ersten Sauerstoffsensors 16 ändern, kann beispielsweise das theoretische Luft-Kraft­ stoff-Verhältnis durch die Rückkopplungssteuerung mit fol­ gendem Verhältnis erhalten werden: MLav : MRav = 45 : 55. In diesem Fall bewirkt die Rückkopplungssteuerung mit MLav : MRav = 50 : 50 nicht das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, sondern kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bezogen auf den Sollwert in die fette Richtung verschieben. Der Korrektur­ sollwert für ΔD ist daher graduell vermindert, um den Wert SR zu erhöhen, wodurch der Wert MLav vermindert und der Wert MRav erhöht werden, um das Verhältnis MLav : MRav = 45 : 55 ent­ sprechend dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Fig. 6) anzunähern. Hier wird, wie nachfolgend detaillier­ ter erläutert werden wird, eine Abweichung des Luft-Kraft­ stoff-Verhältnisses gemäß der Rückkopplungssteuerung auf­ grund des ersten Sauerstoffsensors 16 von dem Ausgangswert des zweiten Sauerstoffsensors 17 erfaßt, und gemäß der er­ faßten Abweichung der Korrektursollwert erhöht oder vermin­ dert.

Auf diese Art wird der Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückkopp­ lungskorrekturkoeffizient α gesetzt. Der Schritt 21, der bei jeder Programmausführung ausgeführt wird, setzt eine Kraft­ stoffeinspritzmenge Ti unter Verwendung des Korrekturkoeffi­ zientens α.

Der Schritt 21 berechnet eine grundlegende Kraftstoffein­ spritzmenge Tp (= K×Q/N, wobei K eine Konstante ist) gemäß einer Ansaugluftmenge Q, die von dem Luftflußmeßgerät 13 erfaßt wird, und einer Motordrehzahl N, die aufgrund von Signalen von dem Kurbelwinkelsensor 14 berechnet wird. Der Schritt 21 setzt einen Korrekturkoeffizienten COEF gemäß den Motorbetriebszuständen, die hauptsächlich eine Kühlwasser­ temperatur Tw betreffen, welche von einem Wassertemperatur­ sensor 15 erfaßt wird.

Der Schritt 21 setzt gleichfalls einen Korrekturabschnitt Ts zum Korrigieren einer durch die Batteriespannung bewirkten Änderung der Ventilöffnungszeit des Kraftstoffeinspritzven­ tiles 6. Gemäß den Korrekturwerten und dem Luft-Kraftstoff- Verhältnisrückkopplungskorrekturkoeffizientens α korrigiert der Schritt 21 die grundlegende Kraftstoffeinspritzmenge Tp und setzt eine endgültige Kraftstoffeinspritzmenge Ti (← 2 Tp×α×COEF + Ts).

Bei einem vorgegebenen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt liest die Steuereinheit 12 die letzte Kraftstoffeinspritzmenge Ti, die bei dem Schritt 21 auf den neuesten Stand gebracht wird, bei jeder Durchführung des Programmes. Die Steuereinheit 12 erzeugt daraufhin ein Treiberpulssignal für das Kraftstoff­ einspritzventil 6 mit einer Pulsbreite, die der Kraftstoff­ einspritzmenge Ti entspricht, wodurch die von dem Kraft­ stoffeinspritzventil 6 eingespritzte Kraftstoffmenge ge­ steuert wird.

Es ist nötig, den Korrektursollwert für ΔD gemäß dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis einzustellen. Die Einstellung des Korrektursollwertes wird unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von Fig. 4 erläutert.

Das in dem Flußdiagramm von Fig. 4 gezeigte Programm wird in sehr kurzen Intervallen ausgeführt (z. B. alle 10 ms). Der Schritt 31 stellt eine Ausgangsspannung des zweiten Sauer­ stoffsensors 17, der strömungsmäßig hinter dem Dreiwegeka­ talysatorkonverter 10 angeordnet ist, als Wert RVO₂ ein.

Der Schritt 32 bestimmt, ob oder ob nicht der Wert RVO₂, auf den die Ausgangsspannung des zweiten Sauerstoffsensors 17 bei dem Schritt 31 eingestellt ist, innerhalb eines vorbe­ stimmten Spannungsbereiches um das theoretische Luft-Kraft­ stoff-Verhältnis liegt.

Ein Schnittpegel entsprechend des theoretischen Luft-Kraft­ stoff-Verhältnisses beträgt beispielsweise 500 mV. Mit die­ sem Wert als Mittelpunkt wird eine Totzone von beispiels­ weise 400 bis 600 mV eingestellt. Wenn die Ausgangsspannung RVO₂ des zweiten Sauerstoffsensors 17 innerhalb dieser Tot­ zone liegt, wird angenommen, daß das momentane Luft-Kraft­ stoff-Verhältnis mit dem theoretischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis übereinstimmt. Wenn die Ausgangsspannung RVO₂ über 600 mV liegt, wird ermittelt, daß das Luft-Kraftstoff- Verhältnis fett ist, wohingegen dieses als mager beurteilt wird, wenn der Wert kleiner als 400 mV ist.

Auf diese Weise wird der fette oder magere Zustand nicht durch Vergleich des erfaßten Wertes mit einem festen Schnittpegel ermittelt. Anstelle dessen wird ein fetter oder magerer Zustand in Abhängigkeit davon ermittelt, ob der er­ faßte Wert innerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereiches, d. h. der Totzone, liegt. Die Fett/Mager-Bestimmung eines von dem ersten Sauerstoffsensor 16 erfaßten Wertes wird vor­ zugsweise durchgeführt, indem der Wert mit einem festen Schnittpegel verglichen wird, um eine schnelle Ansprechzeit zu gewährleisten. Da der zweite Sauerstoffsenor 17 strö­ mungsmäßig hinter dem Dreiwegekatalysatorwandler 10 liegt und ursprünglich eine niedrige Ansprechgeschwindigkeit hat, und da der zweite Sauerstoffsensor 17 lediglich erfordert wird, um eine Abweichung von dem in Fig. 6 gezeigten Fenster in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erfassen, vorausge­ setzt, daß die Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungs­ steuerung aufgrund des Ausgangssignales des ersten Sauer­ stoffsensors 16 zugeführt wird, wird die oben erwähnte Tot­ zone vorgesehen.

Da der zweite Sauerstoffsensor 17 strömungsmäßig hinter dem Dreiwegekatalysatorkonverter 10 liegt, liegt der Sensor 17 in einem Abgas von relativ niedriger Temperatur. Schädliche Substanzen, wie beispielsweise Blei und Schwefel, werden durch den Dreiwegekatalysatorwandler 10 gefangen, so daß der zweite Sauerstoffsensor 17 nicht diesen schädlichen Substan­ zen ausgesetzt ist und von diesen zerstört wird. Darüber­ hinaus kann der zweite Sauerstoffsensor 17 die Sauerstoff­ konzentration in einem im wesentlichen gleichgewichtigen Zustand erfassen, da die Abgase von den jeweiligen Zylindern gut gemischt sind, bevor sie den zweiten Sauerstoffsensor 17 erreichen. Die Erfassungszuverlässigkeit des zweiten Sauer­ stoffsensors 17 ist daher bezogen auf diejenige des ersten Sauerstoffsensors 16 hoch. Der zweite Sauerstoffsensor 17 kann einen Steuermittelpunkt für die jeweiligen fetten und mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisse erfassen, welche durch die gemäß dem ersten Sauerstoffsensor 16 ausgeführte Luft- Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungssteuerung geliefert wer­ den.

Wenn beim Schritt 32 ermittelt wird, daß das Luft-Kraft­ stoff-Verhältnis außerhalb des Totbereiches liegt und fett ist, ist das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis bezogen auf den Sollwert auf der fetten Seite, obwohl die Rückkopp­ lungssteuerung gemäß dem ersten Sauerstoffsensor 16 ausge­ führt wird, um das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen. In diesem Fall reduziert der Schritt 33 den Korrektursollwert für den Wert ΔD um eine vorbestimmte kleine Größe m (beispielsweise 0,0001%).

Dieser Korrektursollwert wird in Schritt 20 des Flußdiagram­ mes gemäß Fig. 3 verwendet. Wenn der Korrektursollwert redu­ ziert wird, wird der Wert "ΔD-Korrektursollwert" in die positive Richtung verschoben, um den Korrekturkoeffizienten SR zu erhöhen. Wenn der Korrekturkoeffizient SR erhöht ist, wird eine Größe, um die der Korrekturkoeffizient α durch die Proportionalsteuerung vermindert ist, erhöht. Andererseits wird eine Größe (=P×(1-SR), um die der Korrekturkoeffizient α erhöht wird, vermindert. Demgemäß wird die vermindernde Steuergröße MRav erhöht und die erhöhende Steuergröße MLav vermindert. Daher wird der Term "ΔD = MLav - MRav" vermin­ dert, so daß dieser Term "ΔD = MLav - MRav" sich an den Korrektursollwert annähert, der nach der Erfassung des fet­ ten Zustandes vermindert worden ist.

Während der zweite Sauerstoffsensor 17 ständig den fetten Zustand erfaßt, wird der Korrektursollwert nach und nach um eine vorbestimmte kleine Größe m vermindert. Diese Größe m ist ausreichend klein, während die Geschwindigkeit der An­ näherung von ΔD an den Sollwert relativ hoch ist, so daß der Wert ΔD sich relativ schnell an den Soliwert annähert, so daß die Korrekturgröße für den Korrekturkoeffizienten SR im wesentlichen zu Null gemacht wird. Durch wiederholtes Korrigieren des Korrekturkoeffizienten SR entspricht der Korrektursollwert dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhält­ nis. Letztlich entspricht ΔD dem theoretischen Luft-Kraft­ stoff-Verhältnis. Als Ergebnis wird die ursprüngliche Rück­ kopplungssteuerung, bei der ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das von den zweiten Sauerstoffsensor 17 erfaßt wird, im we­ sentlichen dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ent­ spricht, wiederhergestellt.

Wenn der Schritt 32 ermittelt, daß das Luft-Kraftstoff-Ver­ hältnis mager ist, erhöht der Schritt 34 den Korrektursoll­ wert um eine vorbestimmte Größe m, wodurch der Wert ΔD mehr erhöht wird als der gegenwärtige Wert. Als Ergebnis hiervon wird in Ähnlichkeit zu dem vorgehend beschriebe­ nen Fall ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das durch die Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungssteuerung realisiert wird, mit dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis über­ einstimmen.

Wenn der erste Sauerstoffsensor 16, der leicht durch Hitze und schädliche Substanzen beschädigt werden kann, beein­ trächtigt wird und daher seine Ausgangscharakteristika än­ dert, kann die Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungs­ steuerung unter Verwendung der eingangs eingestellten Kon­ stanten eine Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis verursachen, d. h. eine Abweichung von dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Ver­ hältnis. In diesem Fall kann die oben beschriebene Technik Abweichungen kompensieren und die Rückkopplungssteuerung korrigieren, um das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen.

Selbst wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Sollwertes sehr klein ist, tritt kein Problem auf, da die Charakteristika des ersten Sauerstoffsensors 16 sich nicht plötzlich ver­ schlechtern.

Der Korrektursollwert wird gemäß dem durch den zweiten Sauerstoffsensor 17 erfaßten Luft-Kraftstoff-Verhältnis er­ höht und vermindert und wird mit dem momentanen Wert ΔD verglichen. Als Ergebnis des Vergleichs wird eine Steuer­ größe (der Korrekturkoeffizient SR zum Korrigieren der Pro­ portionalkonstante P) der Proportionalsteuerung geändert. Demgemäß ist es einfach, die Steuermenge in einem breiten Bereich abzuändern, wenn der Momentanwert ΔD weit von dem Korrektursollwert entfernt ist, und eine langsame Änderung der Steuermenge herbeizuführen, wenn der Wert ΔD nahe an dem Sollwert ist. Diese Technik gewährleistet ein gutes Steueransprechverhalten bei Verhinderung eines Überschießens (eines magern oder fetten Spitzenwertes), wenn der Wert ΔD sich an den Korrektursollwert annähert. Demgemäß kann diese Technik die Abweichungsbreite des Luft-Kraftstoff-Verhält­ nisses einengen und einen guten Umwandlungswirkungsgrad des Dreiwegekatalysatorkonverters 10 aufrecht erhalten.

Der Korrektursollwert wird eingestellt, um auf genaue Weise das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß der Luft- Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungssteuerung zu erzielen, die auf der Grundlage des zweiten Sauerstoffsensors 17 durchge­ führt wird. Die Steuergröße wird gemäß einer Abweichung des Momentanwertes von einem Korrektursollwert durchgeführt. Durch geeignetes Korrigieren der Steuergröße wird eine un­ nütze Luft-Kraftstoff-Verhältnisabweichung verhindert. Selbst mit Sauerstoffsensoren, die lediglich erfassen, ob oder ob nicht das momentane Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett oder mager bezüglich eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis­ ses ist, wie dies bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fall ist, kann eine Abweichung des momentanen Ist-Luft- Kraftstoff-Verhältnisses von dem Soll-Luft-Kraftstoff-Ver­ hältnis offensichtlich korrigiert werden.

Um die im Schritt 32 beschriebene Fett/Mager-Bestimmung durchzuführen, kann der erfaßte Wert mit einem Schnittpegel von beispielsweise 500 mV verglichen werden. Der Totbereich dieses Ausführungsbeispiels ist hingegen nützlich, um den fetten oder mageren Zustand gemäß dem zweiten Sauerstoff­ sensor 17 zu erfassen und um eine unnötige Erhöhung oder Verminderung der Steuermenge (der Proportionalkonstanten P) um den Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältniswert zu verhindern.

Wenn die Sauerstoffsensoren 16 und 17 das Luft-Kraftstoff- Verhältnis linear messen können, ist es möglich, die Abwei­ chung des Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welches von dem zweiten Sauerstoffsensor 17 erfaßt wird, von einem Soll- Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu ermitteln, bei dem der höchste Umwandlungswirkungsgrad des Dreiwegekatalysatorkonverters 10 erhalten wird. Die vorbestimmte kleine Größe m, um die ein Korrektursollwert gemäß dem Flußdiagramm von Fig. 4 erhöht oder erniedrigt wird, kann daher gemäß der Abweichung von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis abgeändert werden. In diesem Falle kann das Antwortverhalten weiter verbessert werden und die Breite der Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf eine vorbestimmte Breite unterdrückt werden, bei der der Speichereffekt des Dreiwegekatalysatorkonverters gezeigt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Abweichung ΔD als Parameter erhalten, der eine Differenz zwischen einer Ge­ samtheit vermindernder Korrekturwerte MRav und eine Gesamt­ heit erhöhender Korrekturwert MLav darstellt, wobei die Steuermenge für die Proportionalsteuerung erhöht oder vermindert wird, um die Abweichung ΔD nahe an den Sollwert zu bringen. Anstelle dessen kann der gleiche Effekt erhalten werden, indem ein Verhältnis der Summe der vermindernden Korrektur MRav bezogen auf die Summe der erhöhenden Korrektur MLav als Parameter verwendet wird, um den Grad der Differenz zwischen den Summen anzuzeigen und um das Verhältnis nahe an den Sollwert zu bringen.

Claims (16)

1. Verfahren zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einem Motor mit innerer Verbrennung mit einem ersten und einem zweiten Luft-Kraftstoff-Verhält­ nis-Sensor (16, 17), die oberhalb und unterhalb eines Abgasreinigungskatalysatorkonverters angeordnet und in dem Abgassystem des Motors mit innerer Verbrennung an­ geordnet sind, wobei Ausgangswerte der Luft-Kraft­ stoff-Verhältnissensoren sich in Abhängigkeit von der Konzentration einer speziellen, in dem Abgas des Motors enthaltenen Komponente ändern, und sich die Konzen­ tration in Abhängigkeit von dem Luft-Kraftstoff-Ver­ hältnis des angesaugten Luft-Kraftstoff-Gemisches des Motors ändert, mit
einem Schritt des Ausführens einer Rückkopplungssteu­ erung zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des angesaugten Luft-Kraftstoff-Gemisches für den Motor in Richtung auf ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß dem Ausgangssignal des ersten Luft-Kraftstoff-Verhält­ nissensors,
einem Schritt des veränderlichen Einstellens eines Korrektursollwertes für einen Parameter gemäß dem Aus­ gang des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (17), und
einem Schritt des veränderlichen Einstellens einer Steuergröße, für die Luft-Kraftstoff-Verhältnisrück­ kopplungssteuerung,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verfahren ferner einen Schritt (S5, S10, S13, S18) des Berechnens der Summe der mager-orientierten Steuergrößen für die Luft-Kraftstoff-Verhältnisrück­ kopplungssteuerung und der Summe der fett-orientierten Steuergrößen für die Luft-Kraftstoff-Verhältnisrück­ kopplungssteuerung aufweist,
daß der Parameter den Grad der Differenz zwischen der Summe der mager-orientierten Steuergrößen und der Summe der fett-orientierten Steuergrößen anzeigt, und
daß der Schritt des veränderlichen Einstellens der Steuergröße für die Luft-Kraftstoff-Verhältnisrück­ kopplungssteuerung den Parameter, der den Grad der Differenz zwischen der Summe der mager-orientierten Steuergrößen und der Summe der fett-orientierten Steuergrößen anzeigt, dem Korrektursollwert annähert.

2. Verfahren zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor ihre Ausgangswerte in Reaktion auf die Sauerstoffkonzentration, die in dem Abgas enthalten ist, ändern.

3. Verfahren zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft-Kraftstoff- Verhältnisrückkopplungssteuerung bezüglich der Menge des dem Motor zugeführten Kraftstoffes ausgeführt wird.

4. Verfahren zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der mager-orien­ tierten Steuergrößen und die Summe der fett-orientier­ ten Steuergrößen ermittelt werden, wenn das Ist-Luft- Kraftstoff-Verhältnis, das durch den ersten Luft-Kraft­ stoff-Verhältnissensor erfaßt wird, sich von fett nach mager oder von mager nach fett bezüglich des Soll- Luft-Kraftstoff-Verhältnisses umkehrt.

5. Verfahren zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Summen der mager- und fettorientierten Steuergrößen gewichtet und gemittelt ist.

6. Verfahren zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrektursollwert sich graduell um eine vorbestimmte Menge ändert, so daß der Ausgang des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors sich an einen Wert annähern kann, der dem gleichen Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wie derjenige für die Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungssteuerung entspricht.

7. Verfahren zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorbestimmte Totzone für Ausgangswerte des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhält­ nissensors gebildet ist, und daß der Korrektursollwert momentan unverändert bleibt, wenn der Ausgangswert des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors innerhalb der Totzone liegt.

8. Verfahren zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Korrekturwert für die Kraftstoffmenge gemäß einer Abweichung des Parameters eingestellt wird, der die Differenz zwischen den Summen der mager-orientierten und der fett-orientierten Steuer­ größen und dem Korrektursollwert anzeigt und daß die Steuergröße für die Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückkopp­ lungssteuerung gemäß dem Korrekturwert verändert wird.

9. Gerät zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung, mit einem ersten und einem zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor (16, 17), die oberhalb und unterhalb eines Abgasreini­ gungskatalysatorkonverters angeordnet sind, der in dem Abgassystem des Motors mit innerer Verbrennung angeord­ net ist, wobei sich die Ausgangswerte der Luft-Kraft­ stoff-Verhältnissensoren in Abhängigkeit von der Kon­ zentration einer speziellen, in dem Abgas des Motors enthaltenen Komponente ändern, und sich die Kon­ zentration gemäß dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des an­ gesaugten Luft-Kraftstoff-Gemisches für den Motor än­ dert, mit
einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuer­ einrichtung zum Durchführen einer Rückkopplungssteue­ rung zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer angesaugten Luft-Kraftstoff-Mischung für den Mo­ tor in Richtung eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß dem Ausgangssignal des ersten Luft-Kraft­ stoff-Verhältnissensors (17),
einer Korrektursollwerteinstelleinrichtung zum verän­ derlichen Einstellen eines Korrektursollwertes für einen Parameter gemäß dem Ausgang des zweiten Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors (17), und
einer Steuergrößeneinstelleinrichtung zum veränder­ lichen Einstellen einer Steuergröße für die Luft-Kraft­ stoff-Verhältnisrückkopplungssteuerung,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gerät eine Berechnungseinrichtung zum Berechnen der Summe der mager-orientierten Steuergrößen für die Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungssteuerung und der Summe der fett-orientierten Steuergrößen für die Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungssteuerung aufweist,
daß der Parameter den Grad der Differenz zwischen der Summe der mager-orientierten Steuergrößen und der Summe der fett-orientierten Steuergrößen anzeigt, und
daß die Steuergrößeneinstelleinrichtung zum veränder­ lichen Einstellen der Steuergröße für die Luft-Kraft­ stoff-Verhältnisrückkopplungssteuerung den Parameter, der den Grad der Differenz zwischen der Summe der mager-orientierten Steuergrößen und die Summe der fett­ orientierten Steuergrößen anzeigt, dem Korrektursoll­ wert annähert.

10. Gerät zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor ihre Ausgangswerte in Reaktion auf die Konzentration von in dem Abgas enthaltenen Sauerstoff ändern.

11. Gerät zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft-Kraftstoff-Ver­ hältnisrückkopplungssteuereinrichtung die Rückkop­ plungssteuerung der Menge des dem Motor zugeführten Kraftstoffes ausführt, um dadurch das Luft-Kraftstoff- Verhältnis der angesaugten Luft-Kraftstoff-Mischung für den Motor auf ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu steuern.

12. Gerät zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der mager-orien­ tierten Steuergrößen und die Summe der fett-orientier­ ten Steuergrößen festgestellt werden, wenn das von dem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor erfaßte Ist- Luft-Krafbstoff-Verhältnis sich von fett nach mager oder von mager nach fett bezüglich des Soll-Luft-Kraftstoff- Verhältnisses ändert.

13. Gerät zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ rechnungseinrichtung jede der Summen der mager- und fett-orientierten Steuergrößen durch eine gewichtete Mittelungsoperation erhält.

14. Gerät zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektursollwert­ einstelleinrichtung graduell den Korrektursollwert um einen vorbestimmten Betrag ändert, so daß der Aus­ gangswert des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors sich an einen Wert annähern kann, der dem gleichen Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht wie derje­ nige für die Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungs­ steuerung.

15. Gerät zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorbestimmte Totzone für Ausgangswerte des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhält­ nissensors geschaffen wird, wodurch die Korrektursoll­ werteinstelleinrichtung nicht den Korrektursollwert momentan abändert, wenn ein Ausgangswert des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors innerhalb der Totzone liegt.

16. Gerät zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors mit innerer Verbrennung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergrößeneinstell­ einrichtung einen Korrekturwert für die Steuergröße für die Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückkopplungssteuerung gemäß einer Abweichung des Parameters, der die Diffe­ renz der Summen der mager- und fett-orientierten Steu­ ergrößen anzeigt, von dem Korrektursollwert einstellt, und die Steuergröße für die Luft-Kraftstoff-Ver­ hältnisrückkopplungssteuerung gemäß dem Korrekturwert ändert.