DE3875205T2

DE3875205T2 - Elektrische steuerung des luft-kraftstoff-verhaeltnisses fuer einen brennkraftmotor.

Info

Publication number: DE3875205T2
Application number: DE8888114203T
Authority: DE
Inventors: Toshibumi C O Japan Elect Itoh; Shimpei C O Japan Ele Nakaniwa
Original assignee: Japan Electronic Control Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1987-08-31
Filing date: 1988-08-31
Publication date: 1993-05-06
Anticipated expiration: 2008-09-01
Also published as: EP0305998A3; US4926826A; EP0305998A2; EP0305998B1; DE3875205D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung zur Verwendung in einem Motor mit innerer Verbrennung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zum Steuern des Luft- Kraftstoff-Verhältisses einer Luft-Kraftstoff-Mischung für einen Motor mit innerer Verbrennung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9.
Eine herkömmliche, elektronisch gesteuerte Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, die bei einem Motor mit innerer Verbrennung vorgesehen ist, besitzt ein elektromagnetisches Kraftstoff-Einspritzventil in einem Ansaugsystem des Motores. Einige der herkömmlichen Vorrichtungen sind durch die Anmelderin geschaffen worden, wie US-Patent 4,615,319; 4,655,188; 4,729,395 und 4,715,344 oder die EP-Anmeldungen Nr. 87308337.2; 87308336.4 und 88105981.0.
Bei diesen elektronisch gesteuerten Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen wird eine grundlegende Kraftstoff-Einspritzmenge Tp (= K x Q/N; K = konstant) aus einer angesaugten Luftflußgröße Q des Motors, die durch ein Luftdurchflußmeßgerät erfaßt wird, und einer Motordrehzahl M berechnet, die durch einen Motorumlaufdrehzahlsensor, wie einen Kurbelwinkelsensor, erfaßt wird, und ein Korrekturkoeffizient COEF wird berechnet, der verschiedene Korrekturkoeffizienten enthält, die den Motorantriebsbedingungen entsprechen, wie einer Motortemperatur, einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizienten LAMBDA und andere. Die grundlegende Kraftstoff-Einspritzgröße Tp wird gemäß dem Rechenergebnis korrigiert, um eine endgültige Kraftstoff- Einspritzmenge Ti (= Tp x COEF x LAMBDA + Ts) einzustellen. Ts bedeutet eine Korrekturgröße, die sich auf eine Schwankung einer Batteriespannung bezieht.
Ein Treiberpulssignal besitzt eine Pulsbreite, die einem elektromagnetischen Kraftstoff-Einspritzventil zu einem vorbestimmten Zeitpunkt entspricht, um eine bevorzugte Kraftstoffmenge dem Motor einzuspritzen und zuzuführen.
Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizient LAMBDA dient dazu, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Luft-Kraftstoff-Mischung, die in dem Motor eingesaugt worden ist, auf ein vorbestimmtes Sollverhältnis oder angestrebtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis (theoretisches Luft-Kraftstoff- Verhältnis) zu steuern, und der Wert des Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizienten LAMBDA wird durch die Proportional-Integral-Steuerung (PI) geändert, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stabil zu steuern. Bei diesen Systemen nach dem Stand der Technik kann eine nicht ausreichende Kovergenz des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu dem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis auftreten. Ferner kann sich ein Nachlaufen der Steuerung ereignen. Weitere Schwierigkeiten sind das mögliche Auftreten von horizontalem Rütteln des Fahrzeuges durch einen Drehmomentstoß, der die Antriebseigenschaften negativ beeinträchtigt und ein nicht ausreichendes Reinigen des Abgases hervorruft.
Die Druckschrift 16th ISATA 15/05/1987, Florence, Paper 87022 offenbart eine elektronische Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung und ein Verfahren zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Luft-Kraftstoff-Mischung für einen Motor mit innerer Verbrennung der oben genannten Art. Gemäß dem Verfahren nach dem Stand der Technik wird die Kraftstoff-Einspritzmenge auf einer Grundlage einer sogenannten Betriebssteuerungsvariablen festgesetzt, wobei die Steuerungsvariable auf der Grundlage eines proportionalen Terms in Bezug auf die Abweichung des erfaßten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von einem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis, eines Integral-Terms der Abweichung und eines Differenz-Terms davon bestimmt wird. Somit müssen diese drei Terme getrennt festgelegt werden. Deshalb können diese drei Konstanten nicht gleichzeitig eingestellt werden. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß das Anpassen des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten kompliziert ist. Ferner leidet die Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses an einer nicht ausreichenden Kovergenz.
Ausgehend von dem obigen Stand der Technik liegt der Erfindung die Zielsetzung zugrunde, eine elektrische Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung der oben genannten Art und ein Verfahren zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der oben genannten Art zu schaffen, die ein wirkungsvolleres Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses liefern, um die Konvergenz des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu dem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis zu optimieren.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Steuerungsvorrichtung gemäß dem Anspruch 1 und durch ein Verfahren zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Luft-Kraftstoff-Mischung gemäß dem Anspruch 9 gelöst.

Kurze Beschreibungen der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein funktionales Blockdiagramm, das einen ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 2 ist ein systematisches Diagramm, das Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 3 und 4 sind Flußdiagramme, die eine gemeinsame Steuerung zeigen, die bei der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm des Integrations-Steuerungsprogramms gemäß einer Ausführungsform des ersten Gesichtspunktes der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 ist ein Flußdiagramm, das das Integrations-Steuerungsprogramm gemäß einer Ausführungsform des zweiten Gesichtspunktes der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, die die Ausgangskennlinie eines O&sub2;-Sensors darstellt, der bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 8 ist ein Zeitdiagramm, das die herkömmliche Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses darstellt.
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Umwandlung durch den Dreiwege-Katalysator und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis darstellt.
Fig. 10 ist eine graphische Darstellung, die die Einflüsse des Zündzeitpunktes auf den Stoß und die NOx-Konzentration darstellt.
Fig. 11 ist ein funktionales Blockdiagramm, das einen anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 12 ist ein funktionales Blockdiagramm, das einen weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 13 ist ein Flußdiagramm, das das Rechenprogramm der Kraftstoff-Einspritzmenge gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wie in Fig. 12 gezeigt ist.
Fig. 14 bis 17 sind Diagramme, die Tabellen zeigen, die bei dem Programm verwendet werden, das in Fig. 13 gezeigt ist.
Fig. 18 ist ein Diagramm, das die Art des Einstellens des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, wie in Fig. 12 gezeigt ist.
Fig. 19 ist ein Flußdiagramm, daß das Rechenprogramm der Kraftstoffeinspritzmenge gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 20 ist ein Diagramm, das die Art des Einstellens des Rückkopplungskoeffizienten bei der herkömmlichen Technik zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Es wird auf die Fig. 2 Bezug genommen; von einem Motor 1 wird Luft von einem Luftfilter 2 durch einen Drosselkörper 3 und einen Ansaugstutzen 4 angesaugt.
Ein Drosselventil 5, das mit einem in den Zeichnungen nicht gezeigten Gaspedal zusammenarbeitet, ist in dem Drosselkörper 3 angeordnet. Ein Kraftstoff-Einspritzventil 6 als Kraftstoff-Einspritzeinrichtung ist stromaufwärts des Drosselventils 5 angeordnet. Das Kraftstoff-Einspritzventil 6 ist ein elektromagnetisches Kraftstoff-Einspritzventil, das bei Erregung eines Solenoids geöffnet und bei Enterregung des Solenoids geschlossen wird. Das Kraftstoff-Einspritzventil 6 wird nämlich durch Erregung durch ein Treiberpulssignal von einer Steuerungseinheit 14 geöffnet, wie im folgenden beschrieben wird, und durch eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Kraftstoffpumpe wird unter Druck zugeführter Kraftstoff eingespritzt und bei einem vorbestimmten Druck zugeführt, der von einem Druckregler eingestellt wird. Obgleich das Einzelpunkt-Einspritzsystem bei der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt wird, kann ein Mehrpunkt-Einspritzsystem eingesetzt werden, bei dem ein Kraftstoff-Einspritzventil für jeden Zylinder in dem Verzweigungsbereich des Ansaugkrümmers oder der Ansaugöffnung des Motors angeordnet ist.
Eine Zündkerze 7 ist in einer Brennkammer des Motors 1 angeordnet, und eine Luft-Kraftstoff-Mischung wird entzündet und verbrennt durch Funkenzündung durch die Zündkerze 7, an die über einen Verteiler 9 eine Hochspannung angelegt wird, die von einer Zündspule 8 auf der Grundlage eines Zündsignals von der Steuerungseinheit 14 erzeugt wird.
Ein Abgas wird von dem Motor 1 durch einen Abgaskrümmer 10, einem Abgasrohr 11, einen Dreiwege-Katalysator 12 und einen Auspufftopf 13 abgeführt.
Die Steuerungseinheit 14 ist mit einem Mikrocomputer versehen, der eine CPU (zentrale Recheneinheit), einen ROM (nur Festwertspeicher), einen RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) und einen A/D-Wandler (Analog/Digital-Wandler) und eine Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle umfaßt, und die Steuerungseinheit 14 erhält Eingangssignale von verschiedenen Sensoren, führt wie unten beschrieben, Rechenvorgänge aus und steuert den Betrieb des Kraftstoff-Einspritzventils 6 und den Betrieb der Zündspule 8, um den Zündzeitpunkt zu steuern.
Zu den verschiedenen Sensoren gehören ein Drosselsensor 15 vom Potentiometertyp, der an dem Drosselventil 5 angeordnet ist, um ein dem Öffnungsgrad α des Drosselventils 5 entsprechendes Spannungssignal abzugeben, und ein Leerlaufschalter 16 ist in dem Drosselsensor 15 angeordnet, so daß der Leerlaufschalter 16 eingeschaltet wird, wenn das Drosselventil 5 vollständig geschlossen ist.
Ein Kurbelwinkelsensor 17 ist in dem Verteiler 19 angeordnet, um ein Positionssignal bei allen 2º des Kurbelwinkels und ein Bezugssignal bei allen 180º des Kurbelwinkels (im Falle eines Vierzylindermotors) abzugeben. Die Umlaufzahl N des Motors kann durch Messen der Anzahl von Pulsen des Positionssignals oder der Frequenz des Bezugssignals pro Zeiteinheit berechnet werden.
Ferner sind ein Wassertemperatursensor 18 zum Erfassen der Motorkühlwassertemperatur Tw und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 19 zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit VSP angeordnet.
Diese Sensoren, wie der Drosselsensor 15 und der Kurbelwinkelsensor 17, bilden die Motorantriebszustandserfassungseinrichtung.
Ein O&sub2;-Sensor 20 ist als eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung des Abgases in dem Abgaskrümmer 10 angeordnet.
Dieser O&sub2;-Sensor 20 umfaßt beispielsweise ein Zirkonium-Rohr mit auf dessen innerer und äußerer Oberfläche gebildeten Platinelektroden, in dem eine elektromotorische Kraft gemäß dem Sauerstoffkonzentrationsverhältnis zwischen der Außenluft, die in das Innere des Zirkonium-Rohrs eingeführt wird, und dem Abgas außerhalb des Zirkonium-Rohrs erzeugt wird. Eine Platin-Katalysatorschicht, die als ein Oxidations-Katalysator wirkt, ist auf der äußeren Oberfläche der äußeren Platin-Elektrode gebildet. Dieser Platin-Katalysator koppelt O&sub2;, das in kleiner Menge bei Verbrennung einer fetten Luft- Kraftstoff-Mischung vorhanden ist, mit einer nicht verbrannten Komponente, wie CO, um die Sauerstoffkonzentration auf der Außenseite im wesentlichen auf Null zu verringern, wodurch das Sauerstoffkonzentrationsverhältnis zwischen der Außenseite und der Innenseite des Zirkonium-Rohrs erhöht und eine große elektromotorische Kraft erzeugt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform jedoch ist die Katalysator-Aktivität der Platin-Katalysatorschicht des O&sub2;-Sensors 20 abgeschwächt. Deshalb ist es unmöglich, die Sauerstoffkonzentration umgehend durch eine gleichmäßige Reaktion des Sauerstoffs geringer Konzentration auf der Außenseite des Zirkonium-Rohres mit den nicht verbrannten Komponenten auf Null zu verringern, und der Ausgangswert (elektromotorische Kraft) wird nach und nach geändert, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, wobei das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis die Grenze bildet, bei der sich die Sauerstoffkonzentration plötzlich ändert.
Wenn es keine katalysierende Wirkung des Platins gibt, da nach der Verbrennung einer fetten Luft-Kraftstoff-Mischung Sauerstoff übriggelassen worden ist, ist das Sauerstoff-Konzentrationsverhältnis zwischen der Innenseite und der Außenseite des Zirkonium-Rohrs klein und eine zufriedenstellende elektromotorische Kraft kann nicht erhalten werden. Demgemäß wird Sauerstoff geringer Konzentration von der katalysierenden Wirkung des Platins aufgebraucht, damit eine große elektromotorische Kraft erhalten wird. Jedoch wird der Anstieg der elektromotorischen Kraft durch Schwächen der Katalysatorwirkung des Platins gedämpft, und der O&sub2;-Sensor 20 mit einer Ausgangskennlinie wird somit gebildet, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Durch Verwendung dieses O&sub2;-Sensors kann nicht nur die Ein-Aus-Beurteilung, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett oder mager verglichen mit dem theoretischen Luft- Kraftstoff-Verhältnis ist, sondern auch das Erfassen der Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt werden, während das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis erfaßt wird.
Eine Batterie 21 als eine Betriebsstromquelle oder als eine Stromversorgungsspannungs-Erfassungseinrichtung ist mit der Steuerungseinheit 14 über einen Zündschalter 22 verbunden. Als Betriebsstromquelle des RAM in der Steuerungseinheit 14 ist eine Batterie 21 über eine geeignete Stromstabilisierung nicht über den Zündschlüsselschalter 22 verbunden, um die Speicherung aufrechtzuerhalten, nachdem der Zündschalter 22 ausgeschaltet worden ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform führt die CPU des in die Steuerungseinheit 14 eingebaute Mikrocomputers Rechenvorgänge gemäß Programmen (Kraftstoff-Einspritzmengen-Berechnungsprogramm, Rückkopplungssteuerungsbereichs-Beurteilungsprogramm und Integrationssteuerungs-Programm) in dem ROM durch, die in Flußdiagrammen der Fig. 3 bis 6 gezeigt sind, und steuert das Einspritzen des Kraftstoffs.
Die Funktionen der grundlegenden Kraftstoff-Einspritzmengen-Einstelleinrichtung, der Luft-Kraftstoff-Abweichungsberechnungseinrichtung, der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizienten-Einstelleinrichtung, der Kraftstoff-Einspritzmengen-Einstelleinrichtung, der Treibersignalausgangseinrichtung und der Integrationskonstanten- Einstelleinrichtung werden gemäß den oben genannten Programmen ausgeführt.
Bei dem Kraftstoff-Einspritzmengen-Berechnungsprogramm, das in Fig. 3 gezeigt ist, wird beim Schritt 1 (als "S1" in den Zeichnungen dargestellt; das gleiche gilt hier im folgenden) ein Drosselventil-Öffnungsgrad α auf der Grundlage eines Signals von dem Drosselfühler 15 und eine Motordrehzahl N, eingegeben, die auf der Grundlage eines Signals von dem Kurbelwinkelfühler 17 berechnet wird.
Beim Schritt 2 werden die Ansaugluftflußmenge Q, die dem momentanen Drosselventilöffnungsgrad α und der Motordrehzahl N entspricht, wieder aufgefunden und unter Bezug auf eine Tabelle in dem ROM eingegeben, in der die Ansaugluftflußmenge Q gespeichert ist, die gemäß α und N experimentell bestimmt wird. Beim Schritt 3 wird die grundlegende Kraftstoffeinspritzmenge Tp = K Q/N (K = eine Konstante), die der angesaugten Luftflußmenge pro Einheitsumlauf entspricht, aus der Ansaugluftflußmenge Q und der Motordrehzahl N berechnet. Der Abschnitt der Schritte 1 bis 3 entspricht der grundlegenden Kraftstoff-Einspritzmengen-Einstelleinrichtung.
Beim Schritt 4 wird der Korrekturkoeffizient COEF festgelegt, der das Änderungsverhältnis des Drosselventilöffnungsgrades α, das auf der Grundlage eines Signals von dem Drosselsensor 15 erfaßt wird, die Beschleunigungskorrektur bei der Ein-Aus-Änderung des Leerlaufschalters 16 und die Wassertemperaturkorrektur einschließt, die der Motorkühlmitteltemperatur Tw entspricht, die auf der Grundlage eines Signals von dem Wassertemperatursensor 18 erfaßt worden ist.
Beim Schritt 5 wird der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizient LAMBDA eingegeben, der durch das Integrationssteuerungsprogramm der Fig. 5 und 6 festgelegt worden ist, das unten beschrieben wird. Der Bezugswert des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizienten LAMBDA ist 1.
Beim Schritt 6 wird die Spannungskorrektur Ts auf der Grundlage des Spannungswertes der Batterie 21 festgelegt. Dies dient dazu, die Änderung der Einspritzmenge (wirksame Ventilöffnungszeit) des Kraftstoff-Einspritzventils zu korrigieren, die durch Schwankungen der Batteriespannung bewirkt wird.
Beim Schritt 7 wird die Kraftstoffeinspritzmenge Ti gemäß der Formel Ti = Tp COEF LAMBDA + Ts berechnet, und dieser Abschnitt entspricht der Kraftstoff-Einspritzmengen-Berechnungseinrichtung.
Beim Schritt 8 wird die berechnete Kraftstoff-Einspritzmenge Ti in einem Ausgaberegister gespeichert. Zu einem mit der Umdrehung des Motors (beispielsweise jede 1/2 Umdrehung) synchronen Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt wird ein Treiberpulssignal, das eine Pulsbreite Ti besitzt, dem Kraftstoff- Einspritzventil 6 zugeführt, um eine Kraftstoffeinspritzung durchzuführen.
Fig. 4 zeigt das Programm zum Beurteilen des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerungsbereiches, das im wesentlichen ausgestaltet ist, die Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einer niederen oder mittleren Drehzahl und einer niedrigen oder mittleren Last durchzuführen und die Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei hoher Drehzahl und einer großen Last anzuhalten.
Bei dem Schritt 11 wird eine Vergleichs-Tp von der Motordrehzahl N wiedergewonnen, und beim Schritt 12 wird die momentane Kraftstoffeinspritzmenge Tp (momentane Tp) mit der Vergleichs-Tp verglichen.
In dem Fall, daß die momentane Tp < Vergleichs-Tp ist, nämlich bei niederer oder mittlerer Drehzahl und einer kleinen oder mittleren Last, geht das Programm zum Schritt 13, und ein Verzögerungszeitgeber (der Zeitgeber zählt beim Empfang eines Taktsignals auf) wird zurückgesetzt. Dann geht das Programm zum Schritt 16 und eine λ cont-Flagge wird auf 1 gesetzt. Dies dient zur Durchführung der Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei niederer oder mittlerer Drehzahl und einer niederen oder mittleren Last.
In dem Fall, daß die momentane Tp > Vergleichs-Tp ist, d.h. im Prinzip bei einer hohen Drehzahl oder einer großen Last, geht das Programm zum Schritt 17, und eine λ cont-Flagge wird auf 0 gesetzt. Dies dient zum Anhalten der Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und zum unabhängigen Erreichen eines fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, um den Anstieg der Abgastemperatur zu steuern und das Blockieren des Motors oder Verbrennen das Katalysators 12 zu verhindern.
Selbst bei einer hohen Drehzahl oder einer großen Last wird beim Schritt 14 der Wert des Verzögerungszeitgebers mit einem vorbestimmten Wert verglichen, und beim Schritt 16 wird die λ cont-Flagge auf 1 gehalten, um die Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aufrecht zu erhalten, bis eine vorbestimmte Zeit von dem Punkt des Übergangs zu hoher Drehzahl oder großer Last vergangen ist. Wenn beim Schritt 15 jedoch beurteilt worden ist, daß die Motordrehzahl N einen vorbestimmten Wert (beispielsweise 3800 UpM) überschritten wird, wird die Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aus Sicherheitsgründen angehalten.
Fig. 5 zeigt das Integrationssteuerungsprogramm gemäß einer Ausführungsform des ersten Gesichtspunktes der vorliegenden Erfindung. Dieses Programm wird zu jedem vorbestimmten Zeitintervall (beispielsweise 10 ms) durchgeführt, um den Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizienten LAMBDA festzulegen. Demgemäß entspricht dieses Programm der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizienten-Einstelleinrichtung.
Beim Schritt 21 wird der Wert der λ cont-Flagge beurteilt, und wenn dieser Wert 0 ist, endet das Programm. In diesem Fall wird der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizient bei dem vorhergehenden Wert (oder dem Bezugswert 1) festgehalten und die Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird angehalten.
Wenn der Wert der λ cont-Flagge gleich 1 ist, geht das Programm zum Schritt 22, und die Ausgangsspannung V des O&sub2;-Sensors 22 wird eingegeben und diese Ausgangsspannung V des O&sub2;-Sensors wird mit der Schnittpegelspannung Vs verglichen, die dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht. Wenn beurteilt worden ist, daß V kleiner Vs und das Luft- Kraftstoff-Verhältnis magerer als das theoretische Luft- Kraftstoff-Verhältnis, d.h. das Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis, ist, geht das Programm zum Schritt 24 und der gegenwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizient LAMBDA wird auf einem Pegel festgelegt, der durch Addieren einer gewissen Integrationskonstante (Anteil I) zu dem vorhergehenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizienten LAMBDA erreicht wird. Wenn andererseits beurteilt worden ist, daß V größer als Vs und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, d.h. das Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis ist, geht das Programm zum Schritt 25, und das gegenwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird auf einem Pegel festgelegt, der durch Subtrahieren einer gewissen Integrationskonstante (Anteil I) von dem vorhergehenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizienten LAMBDA erhalten wird. Wenn beurteilt worden ist, daß V nahezu gleich Vs und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis etwa das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, endet das Programm und der vorhergehende Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizient LAMBDA wird unmittelbar verwendet.
Wenn der O&sub2;-Sensor 20, dessen Ausgang sich nach und nach mit dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Grenze ändert, verwendet wird, um den Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Rückkopplungskoeffizienten LAMBDA zu ändern und das Luft- Kraftstoff-Verhältnis zu dem theoretischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis zu steuern, kann das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch die elektromotorische Kraft von dem O&sub2;-Sensor ermittelt werden (es wird beurteilt, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im wesentlichen gleich dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist und daß selbst eine geringe Abweichung durch Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizienten LAMBDA berücksichtigt werden kann). Deshalb ist es nicht notwendig, die Ansprechkennlinie aufrecht zu erhalten, indem der Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizient durch die proportionale Steuerung (P) (vergleiche Fig. 8) geändert wird, da der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizient LAMBDA nur durch die Integralsteuerung (I) geändert werden kann.
Deshalb kann der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizient LAMBDA nach und nach geändert werden (Zunahme oder Abnahme lediglich durch die gewisse Integrationskonstante und keine Zunahme oder Abnahme durch die proportionale Steuerung), und die Breite der Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch die Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kann stabil mit dem Ergebnis verringert werden, daß die horizontale Schwingung (Stoß) des Fahrzeuges verhindert und eine gute Abgasreinigungswirkung durch den Dreiwege-Katalysator aufrecht erhalten werden kann (siehe Fig. 9).
Wenn ein wellenartiges Verhalten somit verhindert wird, wird es nicht notwendig, das wellenartige Verhalten durch nicht erforderliches Vorstellen des Zündzeitpunktes zu verhindern, und durch Verringern der Verbrennungstemperatur durch diese Verzögerung des Zündzeitpunktes kann eine Zunahme von Stickoxiden NOx gesteuert werden (siehe Fig. 10).
Das Integral-Steuerungsprogramm gemäß einer Ausführungsform des zweiten Gesichtspunktes der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm der Fig. 6 und das allgemeine Blockdiagramm der Fig. 11 beschrieben. Dieses Programm wird jedes vorbestimmte Zeitintervall (beispielsweise 10 ms) wie das Integrationssteuerungsprogramm durchgeführt, das in Fig. 5 gezeigt ist.
Beim Schritt 31 wird der Wert der λ cont-Flagge beurteilt, und wenn dieser Wert 0 ist, wird das Programm beendet. In diesem Fall wird der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizient LAMBDA bei dem vorausgehenden Wert (oder den Bezugswert 1) festgehalten und die Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird angehalten.
In dem Fall, daß der Wert der λ cont-Flagge gleich 1 ist, geht das Programm zum Schritt 32, und die Ausgangsspannung V des O&sub2;-Sensors 20 wird eingegeben, und beim Schritt 33, der eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichungsberechnungseinrichtung zeigt, wird die Abweichung ΔV durch Subtrahieren der Schnittpegelspannung Vs, die dem theoretischen Luft- Kraftstoff-Verhältnis entspricht, von der Ausgangsspannung V des O&sub2;-Sensors berechnet. Der O&sub2;-Sensor 20 bei der vorliegenden Ausführungsform besitzt nämlich eine solche Kennlinie, daß die elektromotorische Kraft nach und nach mit dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Grenze geändert wird, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Demgemäß stellt die Abweichung zwischen der Schnittpegelspannung Vs, die dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, und der elektromotorischen Kraft V die Abweichung des momentanen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem theoretischen Luft- Kraftstoff-Verhältnis dar.
Bei dem Schritt 34 wird die entsprechende Integrationskonstante (Anteil I) auf der Grundlage des Ergebnisses der Berechnung beim Schritt 33 aus einer Tabelle wiedergewonnen, in der die Integrationskonstante (Anteil I) der Integralsteuerung gemäß der Abweichung ΔV gespeichert ist. Wie es in der graphischen Darstellung in dem Flußdiagramm gezeigt ist, wird, wenn die Abweichung Δ V größer ist, ein größerer Wert für die Integrationskonstante (Anteil I) festgelegt. Demgemäß wird in dem Fall, daß das momentane Luft-Kraftstoff-Verhältnis stark von dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, d.h. dem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis, abweicht, die grundlegende Kraftstoff-Einspritzmenge Tp erhöht oder verringert und durch eine große Integrationskonstante (Anteil I) korrigiert, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgehend nahe zu dem theoretischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis zu bringen. Andererseits wird in dem Fall, daß das momentane Luft-Kraftstoff-Verhältnis nahe bei dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, eine kleine Integrationskonstante (Anteil I) angenommen, um die Steuerungsbreite zu verringern und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Nachbarschaft des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu stabilisieren.
Beim Schritt 35 wird der gegenwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizient LAMBDA durch Addieren der Integrationskonstante (Anteil I), die beim Schritt 34 wiedergewonnen worden ist, zu dem vorhergehenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizienten LAMBDA festgelegt (Subtraktion in dem Fall, bei dem der festgelegte Anteil I einen negativen Wert aufweist). Bei der vorliegenden Ausführungsform wird nämlich der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizient nur durch die Integralsteuerung verändert, und wenn das momentane Luft-Kraftstoff-Verhältnis wesentlich fetter oder magerer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, d.h. das angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis, ist, ändert sich der Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizient LAMBDA mit einem großen Gradienten, und wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis nahe kommt, ändert sich der Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Rückkopplungskorrekturkoeffizient LAMBDA mit einem kleinen Gradienten (unter Einschluß eines Gradienten von Null), wodurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird. Diese Schritte 35 und 36 stellen die Integrationskonstanten-Einstelleinrichtung dar.
Wenn der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizient LAMBDA festgelegt ist und das Luft-Kraftstoff- Verhältnis gemäß dem oben angegebenen Programm gesteuert wird, können die gleichen Wirkungen, die mit dem Integrationssteuerungsprogramm, das in Fig. 5 gezeigt ist, gemäß der Ausführungsform des ersten Gesichtspunktes der vorliegenden Erfindung erhalten werden, in ähnlicher Weise erhalten werden. Da ferner die Integrationskonstante gemäß der Abweichung zwischen der elektromotorischen Kraft von dem O&sub2;-Sensor und dem Spannungswert festgelegt wird, der dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, kann die Konvergenz zu dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht werden und das momentane Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann stabiler in der Nähe des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, d.h. des angestrebten Luft-Kraftstoff- Verhältnisses, aufrecht erhalten werden.
Wenn dem O&sub2;-Sensor 20 gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, wie es in den Fig. 1 und 11 gezeigt ist, ein Stickoxid-Reduktionsvermögen verliehen wird, wird, wenn die NOx-Stickoxid-Konzentration in dem Abgas hoch ist, das NOx hoher Konzentration reduziert, um O&sub2; zu bilden, und deshalb wird die Sauerstoffkonzentration unter Einschluß dieses durch Reduktion von NOx gebildeten Sauerstoffs erfaßt. Demgemäß wird selbst bei Verbrennung einer mageren Luft-Kraftstoff-Mischung, die von sich aus eine niedere Sauerstoff-Konzentration ergibt, wegen des Vorhandenseins von durch Reduktion gebildeten Sauerstoff die Ausgangskennlinie des O&sub2;-Sensors 20 auf einen niederen Pegel, nämlich zu der mageren Seite, verschoben, wie es in Fig. 7 gezeigt ist.
Wenn die Ausgangskennlinie des O&sub2;-Sensors 20 somit zu der mageren Seite verschoben wird, wird das Luft-Kraftstoff- Verhältnis zu einem fetteren Pegel als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert, indem die Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der elektromotorischen Kraft des O&sub2;-Sensors durchgeführt wird. Da die Konzentration des Stickoxids NOx verringert wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, kann eine Reduktion der NOx-Stickoxid-Konzentration durch diese Steuerung auf der fetten Seite erhalten werden. Wenn ferner der O&sub2;-Sensor 20 mit einem Stickoxid-Reduktionsvermögen versehen wird, so daß er eine solche Kennlinie besitzt, daß sich das Ausgangssignal nach und nach mit dem theoretischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis als Grenzwert ändert, wie es oben angegeben worden ist, kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stabil zu dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, d.h. dem angestrebten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, gesteuert werden, und die Reduktion der NOx Stickoxid-Konzentration kann wirkungsvoll erreicht werden.
Das Stickoxid-Reduktionsvermögen kann beispielsweise dadurch verliehen werden, daß eine Katalysator-Schicht gebildet wird, die einen Stickoxid reduzierenden Katalysator, wie Rhodium Rh oder Ruthenium Ru, auf der äußeren Oberfläche des Zirkonium-Rohrs enthält.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung offensichtlich ist, können gemäß der vorliegenden Erfindung das Auftreten einer horizontalen Schwingung (Stoß) eines Fahrzeuges verhindert werden und die Wirksamkeit der Reinigung des Abgases durch einen Dreiwege-Katalysator erhöht werden, da das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nach und nach durch die Rückkopplungssteuerung geändert wird und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stabil in die Nähe des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, d.h. des angestrebten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gesteuert wird. Da ferner das Auftreten eines wellenartigen Betriebsverhaltens verhindert werden kann, kann der Zündzeitpunkt mit einem solchen Maß verzögert werden, daß die Stickoxid-Konzentration einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet, und deshalb kann die Zunahme der Stickoxid- Konzentration verhindert werden.
Der andere Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird nun im folgenden beschrieben. Die Ausführungsform dieses Gesichtspunktes ist dadurch gekennzeichnet, daß der Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizient auf der Grundlage der Luft-Kraftstoff-Verhältnisabweichung von dem Schnittpegel und eines Differenzwertes der Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses festgelegt wird, wie es in Fig. 12 gezeigt ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann als Sauerstoffsensor 20 ein Sensor vom Rohrtyp verwendet werden, der ein Sauerstoff-Ionenleiter ist, der als Festelektrolyt für eine Konzentrationszelle verwendet wird, und in diesem Sauerstoff-Sensor wird eine elektromotorische Kraft erzeugt, die dem Sauerstoffkonzentrations-Verhältnis zwischen der Außenluft im Inneren des Zirkonium-Rohrs und dem Abgas auf der Außenseite des Zirkonium-Rohrs entspricht. Ein Sauerstoffsensor dieses Typs ist bekannt, bei dem eine Platin-Katalysatorschicht auf der Außenseite eines Zirkonium-Rohrs durch Vakuumniederschlag von Platin gebildet wird, das als ein Oxidations-Katalysator wirkt, wobei O&sub2;, das in einer geringen Menge bei der Verbrennung einer fetten Luftkraftstoffmischung vorhanden ist, mit einer nicht verbrannten Komponente, wie CO, gekoppelt wird, um die Sauerstoffkonzentration auf der Außenseite wesentlich auf Null zu verringern. Das oben genannte Sauerstoff-Konzentrationsverhältnis wird somit erhöht, um eine große elektromotorische Kraft zu erzeugen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform jedoch ist der Platin- Katalysator durch Glühen der Platin-Katalysatorschicht oder Erhöhen der Platin-Teilchengröße halbkatalysiert, wie es in der ungeprüften, japanischen Patentveröffentlichung Nr. 59-109853 gelehrt wird.
Demgemäß reagiert Sauerstoff geringer Konzentration auf der Außenseite des Rohres mit der nicht verbrannten Komponente in geeigneter Weise, so daß die Sauerstoff-Konzentration nicht unmittelbar auf Null verringert wird, und die elektromotorische Kraft wird nach und nach als Ganzes verändert, obgleich diese Änderung mit dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Grenze (die in Fig. 7 gezeigte Charakteristik), bei der sich die Sauerstoff-Konzentration plötzlich ändert, bewirkt wird.
Genauer gesagt wird, wenn es keine katalytische Wirkung des Platins wegen des nach der Verbrennung eines fetten Luft- Kraftstoff-Gemisches zurückgebliebenen Sauerstoffs gibt, das Sauerstoff-Konzentrationsverhältnis zwischen der Außenseite und der Innenseite des Zirkonium-Rohrs verringert, so daß eine ausreichende elektromotorische Kraft nicht erhalten werden kann. Demgemäß wird der in niederer Konzentration vorhandene Sauerstoff durch die katalytische Wirkung des Platins aufgebraucht, um eine große elektromotorische Kraft zu erhalten. Durch Abschwächen der Katalysatorwirkung wird das Ansteigen der elektromotorischen Kraft gedämpft, wodurch ein Sauerstoff-Fühler mit einer geneigten Ausgangskennlinie, die durch die durchgezogene Linie in Fig. 7 gezeigt ist, hergestellt werden kann.
Durch Verwendung dieses Sauerstoff-Fühlers kann nicht nur eine Ein-Aus-Erfassung, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter oder magerer verglichen mit dem theoretischen Luft- Kraftstoff-Verhältnis ist, sondern auch eine Erfassung eines spezifischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung führt die CPU des in die Steuerungseinheit 14 eingebrachten Mikrocomputers Berechnungsvorgänge gemäß einem Programm (Kraftstoff-Einspritzmengen-Berechnungsprogramm) in dem ROM durch, das als Flußdiagramm in Fig. 13 gezeigt ist, und steuert das Einspritzen des Kraftstoffes.
Die Funktionen, die eine Abweichungsberechnungseinrichtung und Differenzwert-Berechnungseinrichtung, eine Rückkopplungskorrekturkoeffizienten-Einstelleinrichtung einschließen, werden auch gemäß dem oben genannten Programm ausgeführt.
Die Computerverarbeitung des Mikrocomputers in der Steuerungseinheit 14 wird nun unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm der Fig. 13 beschrieben.
Dieses Kraftstoff-Einspritzmengen-Berechnungsprogramm wird synchron mit dem Drehzahl des Motors oder zu jedem vorbestimmten Zeitintervall durchgeführt.
Beim Schritt 101 werden eingegeben die Ansaugluftflußmenge Q, die auf der Grundlage des Signals von einem Luftflußmeter, das in den Zeichnungen nicht gezeigt und in dem Ansaugkrümmer angeordnet ist, erfaßt wird, die Motordrehzahl N, die auf der Grundlage des Signals von dem Kurbelwinkelfühler 17 erfaßt wird, und die Wassertemperatur Tw, die auf der Grundlage des Signals von dem Wassertemperatursensor 18 erfaßt wird. Ferner wird die Ausgangsspannung Vo2 des Sauerstoffsensors 20 eingegeben.
Beim Schritt 102 wird die grundlegende Kraftstoffeinspritzmenge Tp = K Q/N (N = eine Konstante) entsprechend der pro Drehzahl eingesaugten Luftmenge aus der Ansaugluftmenge Q und der Motordrehzahl N berechnet. Der Abschnitt dieses Schrittes 102 entspricht der grundlegenden Kraftstoff-Einspritzmengen-Einstelleinrichtung.
Beim Schritt 103 wird der Korrekturkoeffizient COEF = 1 + KTw + ... festgelegt.
Beim Schritt 104 wird beurteilt, ob die vorbestimmten Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerungsbedingungen gegeben sind. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerungsbedingungen sind derart, daß die Wassertemperatur Tw höher als ein vorbestimmter Wert ist, und der Sauerstoffsensor 16 aktiv und normal ist und der obere und untere Spitzenwert der Ausgangsspannung Vo2 beispielsweise größer als 720 mV bzw. kleiner 230 mV ist. In dem Fall, daß diese Bedingungen nicht erfüllt sind, geht das Programm zum Schritt 105, um die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerung anzuhalten, und der Rückkopplungskorrekturkoeffizient LAMBDA wird auf 1,0 als dem Bezugswert festgehalten.
In dem Fall, daß die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerungsbedingungen gegeben sind, geht das Programm zum Schritt 106 und die Ausgangsspannung Vo2 des Sauerstoff-Fühlers 20 wird unter Bezugnahme auf eine Tabelle zu einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ umgewandelt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Ausgangsspannung Vo2 des Sauerstoffsensors 20 in das Luft-Kraftstoff- Verhältnis λ für die Verarbeitung umgewandelt. Es ist aber auch möglich, die Verarbeitung durchzuführen, in dem die Ausgangsspannung Vo2 für sich als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrachtet wird.
Dann geht das Programm zum Schritt 107 und das Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis λ, daß der momentanen Motordrehzahl N und der grundlegenden Kraftstoffeinspritzmenge Tp als Parameter des Motorantriebszustandes entspricht, wird unter Zugriff auf eine Tabelle ausgelesen, in der ein Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis λ tg für jeden Motorantriebszustandsbereich entsprechend zu N und Tp bestimmt ist. Das Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis λ tg wird auf das theoretische Luft- Kraftstoff-Verhältnis in dem Bereich einer niederen oder mittleren Drehzahl und einer kleinen oder mittleren Last festgelegt, und das Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis λ tg wird bei einem fetten Wert im Bereich einer hohen Drehzahl und einer großen Last festgelegt.
Dann geht das Programm zum Schritt 108, bei dem die Abweichung (Fehlergröße) E = λ - λtg des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ von dem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis λ tg berechnet wird.
Dann geht das Programm zum Schritt 109, bei dem das vorhergehende Luft-Kraftstoff-Verhältnis λotd von dem gegenwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ subtrahiert wird und die Änderungsgröße des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses pro Umdrehung oder Zeiteinheit, d.h. der Differenzwert (Drehzahländerung) ΔE = λ - λotd des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, berechnet wird. Der Abschnitt dieses Schrittes 109 entspricht der Differenzwert-Berechnungseinrichtung. Dann geht das Programm zum Schritt 110 und die oben genannte Abweichung E und der Differenzwert Δ E werden in Stufenwerte (fuzzy-Zahlen) unter Bezugnahme auf die in den Fig. 14 und 15 gezeigten Tabellen umgewandelt.
Genauer gesagt wird die Abweichung E in einen von sieben Stufenwerten, die in Fig. 14 gezeigt sind, umgewandelt, d.h. der positive Maximalwert PB, der positive Zwischenwert PM, der positive Minimalwert PS, Null 0, der negative Minimalwert NS, der negative Zwischenwert NM und der negative Maximalwert NB. Ferner wird der Differenzwert Δ E in einen von ähnlichen sieben Stufenwerten, die in Fig. 15 gezeigt sind, umgewandelt.
Dann geht das Programm zum Schritt 111 und der Stufenwert (fuzzy-Größe U) des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten LAMBDA wird unter Bezugnahme auf eine Tabelle der Fig. 16 festgelegt, wo Stufenwerte (fuzzy-Größen U) des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten LAMBDA gemäß den entsprechenden Stufenwerten der oben genannten Abweichung E und des Differenzwertes Δ E bestimmt werden.
Bei diesem Schritt wird die sogenannte fuzzy-Beurteilung auf das Festlegen des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten angewendet, und die fuzzy-Größe U wird berechnet.
Kurz gesagt wird gemäß dieser fuzzy-Beurteilung im Hinblick auf die Wahrscheinlichkeit (fuzzy-Größe) des Vorschlags, die Betriebsgröße (Steuerungsgröße) positiv oder negativ zu der Eingangsgröße (erfaßter Wert) zu machen, die Betriebsgröße durch Gewichten dieser fuzzy-Größe festgelegt.
Als Verfahren zum Festlegen bzw. Einstellen der fuzzy-Größe kann ein kompliziertes Verfahren erwähnt werden, bei dem eine fuzzy-Größe für jeden einstufigen Unterschied und zweistufigen Unterschied der Steuerungsabweichung festgelegt wird, und die fuzzy-Größe wird theoretisch durch die jeweiligen fuzzy-Größen bestimmt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, wie es in Fig. 16 gezeigt ist, die fuzzy- Größe U gemäß einem relativ einfachen Verfahren festgelegt, bei dem der Differenzwert ΔE im Hinblick auf die Abweichung E gewichtet wird.
Genauer gesagt sollte in dem Fall, in dem der Differenzwert ΔE, der der Änderungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses entspricht, ein positiver großer Wert ist, d.h. in dem Fall, in dem die Änderung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses in die fette Richtung erfolgt, um eine übermäßige Anreicherung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch ein Darüberhinausschießen zu steuern, der Rückkopplungskorrekturkoeffizient LAMBDA verringert werden, um das Luft- Kraftstoff-Verhältnis in die magere Richtung zu steuern. In dem Fall, bei dem der Differenzwert Δ E ein positiver großer Wert ist, wenn die Abweichung E des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses von dem angestrebten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein positiver großer Wert ist, d.h. das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist, sollte der Rückkopplungskorrekturkoeffizient LAMBDA verringert werden. Wenn aber die Abweichung E ein negativer großer Wert ist, d.h. das Luft- Kraftstoff-Verhältnis mager ist, sollte der Rückkopplungskorrekturkoeffizient nicht derartig verringert werden.
Demgemäß wird die fuzzy-Größe Q derart gebildet, daß sie einer Erhöhungsfestlegung des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten LAMBDA entspricht, um den positiven Wert der fuzzy- Größe in die fette Richtung zu ändern, oder daß sie einer Verringerungsfestlegung des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten LAMBDA entspricht, um den negativen Wert der fuzzy- Größe zur mageren Richtung zu ändern, und die Größe des Absolutwertes ist so festgelegt, daß sie der Wahrscheinlichkeit der Durchführung der Zunahmefestlegung oder der Verringerungsfestlegung entspricht. In diesem Fall wird, wenn Δ E ein positiver großer Wert und E ein positiver großer Wert ist, ein negativer großer Wert für die fuzzy-Größe festgelegt, und wenn Δ E ein negativer großer Wert und E ein negativer großer Wert ist, für die fuzzy-Größe U ein positiver großer Wert festgelegt.
Wie im Falle von E und Δ E wird die fuzzy-Größe U auf einen der Werte der sieben Stufen festgelegt, d.h. von dem positiven Maximalwert PB zu dem negativen Maximalwert.
Dann geht das Programm zum Schritt 112, und der Rückkopplungskorrekturkoeffizient LAMBDA wird unter Bezugnahme auf eine Tabelle der Fig. 17 festgelegt, in der Werte des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten LAMBDA entsprechend den jeweiligen Stufenwerten der fuzzy-Größe U gespeichert sind.
Genau gesagt wird, wie es in Fig. 17 gezeigt ist, wenn die fuzzy-Größe ein positiver Wert ist und größer ist, der Rückkopplungskorrekturkoeffizient LAMBDA erhöht (beispielsweise PB T 1,10, PM T 1,05), und wenn die fuzzy-Größe U Null ist, wird LAMBDA auf 1,0 gesetzt. Wenn die fuzzy-Größe ein negativer Wert ist und größer ist, wird der Rückkopplungskorrekturkoeffizient verringert (beispielsweise NB T 0,09, NM T 0,95).
Fig. 18 zeigt die Art des Festlegens des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten LAMBDA.
Der Abschnitt der obigen Schritte 110 bis 112 entspricht der Rückkopplungskorrekturkoeffizienten-Einstelleinrichtung.
Nachdem der Rückkopplungskorrekturkoeffizient LAMBDA derart festgelegt worden ist, wird eine Spannungskorrekturgröße Ts auf der Grundlage der Batteriespannung beim Schritt 113 festgelegt. Dies dient dazu, die Änderung der Einspritzflußrate des Kraftstoff-Einspritzventils 6 zu korrigieren, die durch Schwankungen der Batteriespannung bewirkt wird.
Dann wird beim Schritt 114 die Kraftstoff-Einspritzmenge Ti gemäß der Formel Ti = Tp COEF LAMBDA + Ts berechnet. Der Abschnitt dieses Schritts 114 entspricht der Kraftstoff-Einspritzmengen-Berechnungseinrichtung.
Die derart berechnete Kraftstoff-Einspritzmenge Ti wird in einem Ausgaberegister gespeichert, und zu einem zu dem Umlauf des Motors synchronen, vorbestimmten Kraftstoffeinspritzzeitpunkt wird ein Treiberpulssignal mit einer Pulsweite der zu allerletzt festgelegten Ti an das Kraftstoff- Einspritzventil 6 ausgegeben, um die Kraftstoffeinspritzung zu bewirken.
Bei dieser Steuerung des Einspritzens des Kraftstoffes wird, da der Rückkopplungskorrekturkoeffizient LAMBDA für die Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Grundlage der Abweichung E des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem angestrebten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Differenzwert (Geschwindigkeitsänderung) Δ E des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses festgelegt werden kann, d.h., während der Zustand der Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abgeschätzt wird, die Kovergenz des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu dem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis verbessert (unerwünscht gesteuerte Abschnitte, die in Fig. 20 mit schraffierten Linien gezeigt sind, sind entfernt), und ein Nachlaufen durch unzureichende Steuerung kann verhindert werden, der Drehmomentstoß kann verringert werden, um die Antriebseigenschaft zu verbessern, und das Abgas- Reinigungsvermögen wird verbessert.
Eine Ausführungsform, bei der der Sauerstoffsensor 20 abgeändert ist, wird nun beschrieben.
In einem geneigten Sauerstoffsensor, wie in der japanischen Patentanmeldung Nr. 62-65844 vorgeschlagen ist, kann ein NOx-reduzierender Katalysator, der einen reduzierenden Katalysator, wie Rhodium (Rh) oder Ruthenium (Ru) umfaßt, der auf einen Träger aus Titan-Oxid (TiO&sub2;) oder Lantan-Oxid (La&sub2;O&sub3;) gehalten ist, auch als ein solcher verwendet werden, wie er bei der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben worden ist.
Fig. 19 zeigt das Programm zur Berechnung der Kraftstoff- Einspritzmenge, wenn der Ein-Aus-Sauerstoffsensor oder der Ein-Aus-Sauerstoffsensor, zu dem die NOx-reduzierende Katalysatorschicht hinzugefügt worden ist, verwendet wird.
Dieses Programm ist von dem vorhergehend genannten Programm dahingehend unterschiedlich, daß die Abweichung E durch Subtrahieren einer Schnittpegelspannung SL (beispielsweise 500 mV) von der Ausgangsspannung Vo2 des Sauerstoffsensors bestimmt wird und der Differenzwert Δ E bestimmt wird, indem die vorhergehende Ausgangsspannung Vo2otd von der gegenwärtigen Ausgangsspannung Vo2 subtrahiert wird.
Wie es aus der vorhergehenden Beschreibung offensichtlich ist, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Konvergenz zu dem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis erhöht werden, indem die Rückkopplungssteuerung durchgeführt wird, während die Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abgeschätzt wird, und die Fahreigenschaft kann durch Verringerung des Drehmomentstoßes verbessert werden. Ferner kann eine Verbesserung des Abgas-Reinigungsvermögens erreicht werden.

Claims

1. Elektrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsgerät zur Verwendung in einem Motor mit innerer Verbrennung, mit folgenden Merkmalen:

-einer Motorantriebszustands-Erfassungseinrichtung (A; S101) zum Erfassen des Antriebszustandes des Motors;

-einer grundlegende Kraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung (B; S102) zum Einstellen einer grundlegenden Kraftstoffeinspritzmenge (Tp) auf der Grundlage des Motorantriebszustandes, der von der Motorantriebszustands-Erfassungseinrichtung erfaßt worden ist;

-einer Sauerstoffkonzentrations-Erfassungseinrichtung (C) zum Erfassen einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas und zum Bereitstellen eines eine in den Motor eingesaugte Luft-Kraftstoff-Mischung anzeigenden Luft-Kraftstoff-Verhältnissignals; wobei die Sauerstoffkonzentrations-Erfassungseinrichtung (C) eine solche Ausgangscharakteristik aufweist, daß sich ihr Ausgangswert nach und nach mit der Sauerstoffkonzentration in der Nähe des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Luft-Kraftstoff-Mischung ändert;

-einer Abweichungsberechnungseinrichtung (I; S108) zum Berechnen einer Abweichung des erfaßten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von einem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis;

-einer Differenzwertberechnungseinrichtung (K; S109) zum Berechnen eines Differenzwertes des erfaßten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses;

-einer Rückkopplungskorrekturkoeffizienten-Einstelleinrichtung (E; S111, S112) zum Einstellen eines Rückkopplungskorrekturkoeffizienten für die Rückkopplungskorrektur der grundliegenden Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage des erfaßten Luft- Kraftstoff-Verhältnisses;

-einer Kraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung (F; S114) zum Einstellen einer Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage der grundlegenden Kraftstoffeinspritzmenge, die durch die Einstelleinrichtung für die grundlegende Kraftstoffeinspritzmenge eingestellt wurde, und des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizienten, der durch die Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizienten-Einstelleinrichtung eingestellt wurde;

-einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung (G) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Motor; und

-einer Antriebssignalausgabeeinrichtung (H) zum Ausgeben eines Antriebssignals an eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung in einer EIN-AUS-Weise, das der Kraftstoffeinspritzmenge entspricht, die durch die Kraftstoffeinspritzmenge-Einstelleinrichtung eingestellt wurde;

dadurch gekennzeichnet,

daß die Rückkopplungskorrekturkoeffizienten-Einstelleinrichtung (E; S111, S112) folgende Merkmale umfaßt:

-eine Umwandlungseinrichtung (S110) zum Umwandeln der Abweichung des erfaßten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von einem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis und des Differenzwertes des erfaßten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in entsprechende Stufenwerte (NB, ..., PB);

-eine Tabelle zum Speichern einer Vielzahl von Fuzzy- Größen (U), in der die Fuzzy-Größen wenigstens teilweise nichtlinear mit den jeweiligen Stufenwerten (NB, ..., PB) in Beziehung stehen;

-eine Einrichtung (S111) zum Erhalten der Fuzzy-Größe (U) durch Auslesen der benannten Tabelle auf der Grundlage von beiden Stufenwerten; und

-eine Einrichtung zum Bestimmen (S112) des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (LAMBDA) auf der Grundlage der Fuzzy-Größe (U).

2. Elektrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsgerät zur Verwendung in einem Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einstelleinrichtung (B; S102) für die grundlegende Kraftstoffeinspritzmenge eine grundlegende Kraftstoffeinspritzmenge (Tp) auf der Grundlage einer folgenden Formel einstellt:

Tp = K Q/N

worin Tp für die grundlegende Kraftstoffeinspritzmenge steht, K für eine Konstante steht, Q für eine in den Motor eingesaugte Luftmenge steht und N für eine Umdrehungszahl des Motors steht.

3. Elektrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsgerät zur Verwendung in einem Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Menge (Q) der in den Motor eingesaugten Luft auf der Grundlage eines Öffnungsgrades eines Drosselventils (5), das in einem Ansaugkanal (4) des Motors (1) angeordnet ist, und der Anzahl (N) der Motorumdrehungen wiedergewonnen wird, wobei beide durch die Motorantriebszustands-Erfassungseinrichtung erfaßt werden.

4. Elektrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsgerät zur Verwendung in einem Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Menge (Q) der in den Motor (1) eingesaugten Luft ein Wert ist, der der momentan eingesaugten Luftmenge entspricht und der von einem Luftflußmeßgerät als eine der Motorantriebszustands-Erfassungseinrichtung ausgegeben wird, das in einem Ansaugkanal (4) des Motors (1) angeordnet ist.

5. Elektrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsgerät zur Verwendung in einem Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Sauerstoffkonzentrations-Erfassungseinrichtung (C) ein Zirkonium-Rohr umfaßt, das auf einer inneren Oberfläche und einer äußeren Oberfläche desselben gebildete Platinelektroden besitzt und in dem eine elektromotorische Kraft gemäß dem Sauerstoffkonzentrationsverhältnis zwischen einer äußeren Luft, die in das Innere des Zirkonium-Rohrs eingeführt wird, und einem Abgas von dem Motor außerhalb des Rohrs erzeugt wird, wobei die Platinkatalysatorschicht als ein Oxidationskatalysator mit einer so abgeschwächten Oxidationsaktivität wirkt, daß der Ausgang der elektromotorischen Kraft der Sauerstoffkonzentrations-Erfassungseinrichtung nach und nach mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Bereich in der Nachbarschaft des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses geändert wird.

6. Elektrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsgerät zur Verwendung in einem Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Sauerstoffkonzentrations-Erfassungseinrichtung (C) eine Fähigkeit zum Reduzieren von Stickstoffoxiden besitzt, die in einem Abgas des Motors enthalten sind, die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas einschließlich des Sauerstoffes, der durch Reduktion der Stickstoffoxide erhalten wird, erfaßt und eine solche Ausgangscharakteristik aufweist, daß sich der Ausgangswert nach und nach mit dem Sauerstoff in einem Bereich in der Nachbarschaft des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer in den Motor eingesaugten Luft-Kraftstoff-Mischung ändert.

7. Elektrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsgerät zur Verwendung in einem Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Sauerstoffkonzentrations-Erfassungseinrichtung (C) ferner eine Stickstoffoxyd reduzierende Katalysatorschicht, wie Rhodium Rh und/oder Ruthenium Ru auf der äußeren Oberfläche des Zirkonium-Rohrs umfaßt.

8. Elektrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsgerät zur Verwendung in einem Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung eine Kraftstoffeinspritzmenge (Ti) auf der Grundlage einer folgenden Formel einstellt,

Tp = K Q/N

Ti = Tp COEF LAMBDA + Ts

worin Ti für die Kraftstoffeinspritzmenge steht, K für eine Konstante steht, Q für eine in den Motor eingesaugte Luftmenge steht, Tp für eine grundlegende Kraftstoffeinspritzmenge steht, COEF für einen Korrekturkoeffizienten steht, der durch entsprechende verschiedene Arten des Motorantriebszustandes eingestellt wird, LAMBDA für einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizienten steht und Ts für eine Korrekturgröße steht, die sich auf eine Schwankung einer Batteriespannung für den Motor bezieht.

9. Verfahren zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Luft-Kraftstoff-Mischung für einen Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung, mit folgenden Schritten:

-Erfassen (S101) des Antriebszustandes des Motors;

-Einstellen (S102) einer grundlegenden Kraftstoffeinspritzmenge (Tp) auf der Grundlage des Motorantriebszustandes;

-Erfassen einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas und Bereitstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissignals, das eine in den Motor angesaugte Luft-Kraftstoff-Mischung anzeigt, wobei sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnissignal nach und nach mit der Sauerstoffkonzentration in der Nachbarschaft des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Luft-Kraftstoff-Mischung ändert;

-Berechnen (S108) einer Abweichung (G) des erfaßten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von einem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis;

-Berechnen eines Differenzwertes (DELTA E) des erfaßten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses;

-Einstellen (S110, S111, S112) eines Rückkopplungskorrekturkoeffizienten für die Rückkopplungskorrektur der grundlegenden Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage des erfaßten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses;

-Einstellen (S114) einer Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage der grundlegenden Kraftstoffeinspritzmenge und des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturkoeffizienten;

-Einspritzen von Kraftstoff in den Motor; und

-Ausgeben eines Antriebssignals, das der Kraftstoffeinspritzmenge entspricht;

dadurch gekennzeichnet,

daß der Schritt des Einstellens des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten folgende Schritte umfaßt:

-Umwandeln (S110) der Abweichung (E) des erfaßten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von einem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis und des Differenzwertes (DELTA E) des erfaßten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in jeweilige Stufenwerte (NB, ..., PB);

-Erhalten (S111) einer Fuzzy-Größe (U) durch Auslesen einer Tabelle zum Speichern einer Vielzahl von Fuzzy-Größen (U) auf der Grundlage beider Stufenwerte, wobei die Fuzzy-Größen zumindest teilweise in nichtlinearer Beziehung zu den jeweiligen Stufenwerten (NB, ..., PB) stehen; und

-Bestimmen (S112) des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (LAMBDA) auf der Grundlage der Fuzzy-Größe (U).