DE3943682C2

DE3943682C2 - Device for controlling the air/fuel ratio of an air/fuel mixture fed to an internal combustion engine with catalytic convertor

Info

Publication number: DE3943682C2
Application number: DE3943682A
Authority: DE
Inventors: Akira Takahashi; Masashi Chino; Tohru Hashimoto; Mitsuhiro Miyake; Minoru Nishida; Hideaki Katashiba
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1988-11-01
Filing date: 1989-10-31
Publication date: 1995-04-27
Anticipated expiration: 2009-11-01

Abstract

A device for controlling the air/fuel ratio of an air/fuel mixture which is fed to an internal combustion engine with catalytic convertor is disclosed, a comparison decision signal of a comparator (20) which compares the air/fuel ratio parameter with a reference level from a reference voltage source (21) being fed to a proportional amplifier (23A). The output of the proportional amplifier (23A) leads to the first input of an adder (25) whose second input is connected to the output of an oscillation signal transmitter (24A). An operating state detector (70) determines the operating state of the internal combustion engine and identifies an output signal on the basis of which the frequency of the oscillation signal generator (24A) is changed. The period of the oscillation signal is shorter here than an inversion half period of the comparison decision signal and the level of the oscillation signal oscillates upwards and downwards around a central level of a signal provided by an integrator (22). A control signal for adjusting the air/fuel mixture is available at the output of the previously mentioned adder (25). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines einer Brennkraftmaschine mit Katalysator zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for controlling the Air-fuel ratio of an internal combustion engine air-fuel mixture supplied with a catalyst the preamble of claim 1.

Zum Zweck der Optimierung des Wirkungsgrades des Katalysator- Rhodiums (des sog. Ternärkatalysators) das drei Schadstoff komponenten effektiv entfernt (d. h. CO, HC und NO_x), die im Abgas einer Brennkraftmaschine enthalten sind, muß das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des den Zylinder der Maschine zugeführ ten Abgases auf oder nahe dem theoretischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis gehalten werden. Ohne Rücksicht darauf, ob das Kraftstoffzufuhrsystem der Maschine einen konventionellen Vergaser oder eine Einspritzvorrichtung verwendet, wird daher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in die Katalysator-Rhodium verwendende Maschine gelangenden Luft-Kraftstoff-Gemischs ge regelt, um den Wirkungsgrad des Katalysators zu optimieren, und zwar durch Rückführungsregelung auf der Basis des Aus gangswerts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors (des soge nannten O₂ bzw. Sauerstoffsensors, der nach dem galvani schen Prinzip aufgrund der Sauerstoffkonzentration funktio niert), der im Abgassystem der Maschine angeordnet ist.For the purpose of optimizing the efficiency of the catalyst rhodium (the so-called ternary catalyst) which effectively removes the three pollutant components (ie CO, HC and NO _x ) which are contained in the exhaust gas of an internal combustion engine, the air-fuel ratio of the cylinder Exhaust gas supplied to the engine is kept at or near the theoretical air-fuel ratio. Regardless of whether the engine fuel delivery system uses a conventional carburetor or an injector, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture entering the catalyst rhodium is therefore controlled to optimize the efficiency of the catalyst. by feedback control based on the initial value of an air-fuel ratio sensor (the so-called O₂ or oxygen sensor, which works according to the galvanic principle due to the oxygen concentration), which is arranged in the exhaust system of the machine.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 der Zeichnungen sei kurz das konventionelle Rückführungsregelungsverfahren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Anwendung eines Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors erläutert; das Verfahren ist z. B. in der JP-OS 52-48 738 oder der JP-Patentveröffentli chung 62-12 379 beschrieben. Fig. 10 zeigt die Wellenformen der Signale des Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelsystems für den Fall, daß die Drehzahl (U/min) der Maschine relativ nied rig ist; Fig. 11 zeigt dagegen die entsprechenden Wellenfor men für den Fall, daß die Drehzahl der Maschine relativ hoch ist. Die Fig. 10(a) und 11(a) zeigen die Wellenform des Aus gangssignals des Sauerstoffsensors, der eine der O₂-Konzen tration des Abgases entsprechende Ausgangsspannung erzeugt; andererseits zeigen die Fig. 10(b) und 11(b) die Wellenfor men der Luft-Kraftstoff-Verhältnissignale, die durch Ver gleich der Spannungssignale der Fig. 10(a) bzw. 11(a) mit einer Bezugsspannung von 0,5 V und anschließenden Wellenfor men der resultierenden Vergleichssignale erhalten werden; das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird durch Proportional-Integral bzw. PI-Regelung eingestellt, wie die Luft-Kraftstoff-Ver hältnisregelsignale der Fig. 10(c) und 11(c) zeigen, die aus den Luft-Kraftstoff-Verhältnissignalen der Fig. 10(b) bzw. 11(b) gebildet sind. . Referring to Figures 10 and 11 of the drawings, the conventional feedback control method is short of the air-fuel ratio be explained using an air-fuel ratio sensor; the procedure is e.g. B. in JP-OS 52-48 738 or JP patent publication 62-12 379 described. Fig. 10 shows the waveforms of the signals of the air-fuel ratio control system in the event that the engine speed (rpm) is relatively low rig; Fig. 11 shows the corresponding Wellenfor men in the event that the speed of the machine is relatively high. (A) 11 (a) show the waveform of the off-crossing signal of the oxygen sensor, the concentration of a O₂-concentrator produces the Fig 10 and the exhaust gas corresponding output voltage. on the other hand, Figs. 10 (b) and 11 (b) show the waveforms of the air-fuel ratio signals obtained by comparing the voltage signals of Figs. 10 (a) and 11 (a) with a reference voltage of 0.5, respectively V and subsequent waveforms of the resulting comparison signals are obtained; the air-fuel ratio is set by proportional integral or PI control, as the air-fuel ratio control signals of FIGS . 10 (c) and 11 (c) show, which are derived from the air-fuel ratio signals of FIG . 10 (b) and 11 (b) are formed.

Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine wird durch das Rückführungsregelverfahren auf der Basis der Signale der Fig. 10 und 11 wie folgt eingestellt:The engine air-fuel ratio is set by the feedback control method based on the signals of Figs. 10 and 11 as follows:

Der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor nimmt die O₂-Konzentra tion im Abgas der Maschine auf; das Ausgangssignal des Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors wird dazu genützt zu bestimmen, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Ver brennungsgemischs in der Verbrennungskammer der Maschine kleiner oder größer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Ver hältnis ist, das üblicherweise bei ca. 14,7 liegt. (Der Zu stand, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner als das theoretische Verhältnis ist, wird als fetter Zustand bezeich net, wogegen der Zustand, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhält nis größer als das theoretische Verhältnis ist, als magerer Zustand bezeichnet wird.) Die der Maschine zugeführte Kraft stoffmenge oder das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ wird auf der Basis des resultierenden Vergleichsentscheidungssignals geregelt, dessen Wellenformen in den Fig. 10(b) und 11(b) gezeigt sind; diese Rückführungsregelung des Luft-Kraftstoff verhältnisses wird wie folgt durchgeführt: Unter Bezugnahme auf Fig. 10 sei der Fall angenommen, daß die Drehzahl Ne der Maschine niedrig ist. Wenn die Wellenform des Vergleichssi gnals nach Fig. 10(b), das aus dem Ausgangssignal des Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors entsprechend Fig. 10(a) gebil det ist, vom mageren zum fetten Zustand invertiert wird, springt das Rückführungsregelsignal von Fig. 10(c) mit einer Verzögerungsdauer D in Richtung der mageren Seite um, und zwar um einen Sprungbetrag B als dem proportionalen Rückfüh rungsbetrag; danach wird, bis das Luft-Kraftstoff-Verhältnis signal (d. h. das Vergleichssignal) von Fig. 10(b) vom fetten in den mageren Zustand invertiert wird, das Luft-Kraftstoff- Verhältnissignal mit einem negativen konstanten Multiplikator integriert, um so das Rückführungsregelsignal von Fig. 10(c) zu erhalten, das linear in Richtung der mageren Seite mit ei ner konstanten negativen Flanke C abnimmt; wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Vergleichssignal von Fig. 10(b) vom fetten in den mageren Zustand invertiert wird, springt das Regelsignal von Fig. 10(c) sofort um einen Betrag B in Rich tung der fetten Seite; und nach dieser Invertierung wird, bis das Luft-Kraftstoff-Verhältnissignal wiederum vom mageren zum fetten Zustand invertiert wird, das Regelsignal von Fig. 10(d) durch Integration des Luft-Kraftstoff-Verhältnissignals von Fig. 10(b) in Richtung zur fetten Seite erhalten unter Bildung der Rückführungsregelsignal-Wellenform mit positiver Flanke C. Die obigen Operationen werden wiederholt unter Er halt der Wellenform von Fig. 10(c) aus derjenigen von Fig. 10(b).The air-fuel ratio sensor records the O₂ concentration in the exhaust gas of the engine; the output signal of the air-fuel ratio sensor is used to determine whether the air-fuel ratio of the air-fuel combustion mixture in the combustion chamber of the engine is smaller or larger than the theoretical air-fuel ratio, which is usually at 14.7. (The state in which the air-fuel ratio is smaller than the theoretical ratio is called the rich state, whereas the state in which the air-fuel ratio is greater than the theoretical ratio is called the lean state ) The amount of fuel supplied to the engine or the air-fuel ratio λ is controlled based on the resultant comparison decision signal, the waveforms of which are shown in Figs. 10 (b) and 11 (b); this air-fuel ratio feedback control is performed as follows: with reference to Fig. 10, assume that the engine speed Ne is low. If the waveform of the Vergleichssi gnals to Fig. 10 (b) which is from the output signal of the air-fuel ratio sensor corresponding to FIG. 10 (a) gebil det, is inverted from the lean to the rich state, the feedback control signal bounces Fig. 10 (c) with a delay period D toward the lean side by a jump amount B as the proportional return amount; thereafter, until the air-fuel ratio signal (ie, the comparison signal) of FIG. 10 (b) is inverted from the rich to the lean state, the air-fuel ratio signal is integrated with a negative constant multiplier so as to obtain the feedback control signal from Fig. 10 (c) to obtain, which decreases linearly in the direction of the lean side with a constant negative edge C; when the air-fuel ratio comparison signal of FIG. 10 (b) is inverted from the rich to the lean state, the control signal of FIG. 10 (c) immediately jumps by an amount B in the direction of the rich side; and after this inversion, until the air-fuel ratio signal is again inverted from the lean to the rich state, the control signal of Fig. 10 (d) is integrated toward the rich by integrating the air-fuel ratio signal of Fig. 10 (b) Side obtained to form the positive-edge feedback control signal waveform C. The above operations are repeated, obtaining the waveform of Fig. 10 (c) from that of Fig. 10 (b).

Das Regelverfahren während des Hochdrehzahlbetriebs der Ma schine gleicht demjenigen während des Niedrigdrehzahlbe triebs: Fig. 11(b) zeigt die Wellenform des aus dem Aus gangssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors gebildeten Luft-Kraftstoff-Verhältnissignals bei hoher Drehzahl Ne der Maschine; die Wellenform des entsprechenden Rückführungsre gelsignals ist in Fig. 11(c) gezeigt.The control method during the high-speed operation of the engine is the same as that during the low-speed operation: Fig. 11 (b) shows the waveform of the air-fuel ratio signal formed from the output signal of the air-fuel ratio sensor at high engine speed Ne; the waveform of the corresponding feedback control signal is shown in Fig. 11 (c).

Übrigens ist die Verzögerungsdauer D bei dem obigen Regelvor gang zum Zweck des Ausgleichs der Detektieransprechverzöge rung des Ausgangssignals des Luft-Kraftstoff-Verhältnissen sors vorgesehen, wobei diese Detektierverzögerung zu Zeit punkten erfolgt, zu denen die Umgebungsatmosphäre um den Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor herum vom mageren zum fetten bzw. vom fetten zum mageren Zustand umgekehrt wird. Es ist zu beachten, daß die Längen der Verzögerungsdauer D zur besseren Erläuterung länger als die wahren Werte angegeben sind.Incidentally, the delay period D is given in the above rule gear for the purpose of compensating for the detection response delays tion of the output signal of the air-fuel ratio sors provided, this detection delay to time points to which the ambient atmosphere around the Air-fuel ratio sensor around from lean to rich or is reversed from the fat to the lean state. It's closed note that the lengths of the delay D for better Explanation longer than the true values are given.

Durch das obige Regelverfahren wird das mittlere Luft-Kraft stoff-Verhältnis auf das theoretische Luft-Kraftstoff-Ver hältnis geregelt, so daß die Abgasreinigungsfunktion des Ka talysator-Rhodiums optimiert wird.Through the above control procedure, the mean air force substance ratio to the theoretical air-fuel ratio ratio regulated so that the exhaust gas purification function of the Ka Talysator rhodium is optimized.

Das obige Regelverfahren weist jedoch folgende Nachteile auf. Wie aus den Fig. 10 und 11 hervorgeht, sind sowohl die Regel periode T als auch die Rückführungsregelsignal-Schwingungsam plitude A klein, wenn die Maschine im Hochdrehzahl- und Hoch lastbereich arbeitet; andererseits werden sowohl T als auch A größer, wenn die Maschine im Niedrigdrehzahl- und Nied riglastbereich läuft. Dies ist darauf zurückzuführen, daß verschiedene Übertragungsverzögerungsfaktoren (die im Nied rigdrehzahl- und Niedriglastbereich größere Werte annehmen) zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Umkehrung des geregelten (wahren) Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erfolgt, und dem Zeit punkt, zu dem das Ausgangssignal des im Abgassystem der Ma schine angeordneten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors inver tiert wird, existieren; es dauert also einige Zeit, bis das in den Verbrennungsraum eingeleitete Luft-Kraftstoff-Gemisch dort verbrannt und daraus ausgelassen ist, um den Abgaskrüm mer zu erreichen, an dem der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor angeordnet ist. Wenn die Übertragungsverzögerung groß ist, wie im Fall des Niedrigdrehzahlbetriebs entsprechend Fig. 10(c), tritt die Erscheinung auf, daß bei der Umkehrung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Vergleichssignals von Fig. 10(b) von der fetten zur mageren oder von der mageren zur fetten Seite der Pegel des Regelsignals nicht mit einem Sprungbetrag B in Richtung der fetten Seite invertiert wird; er wird erst nach einer Integration des Vergleichssignals während einer gewissen Zeit invertiert. Dadurch nimmt die Regelperiode T weiter zu aufgrund der Verzögerungszeit zwischen dem Zeit punkt der Umkehrung des Ausgangssignals des Luft-Kraftstoff- Verhältnissensors und dem Zeitpunkt der Umkehrung des Rück führungsregelsignals (oder der Umkehrung der Stellgröße), wo durch die Regelsignalschwingungsamplitude A weiter zunimmt. Infolgedessen kann das resultierende Schwingen (Pendeln) der Maschine während der Leerlaufperiode usw. zu einem unangeneh men Gefühl für den Fahrer des Kraftfahrzeugs führen.However, the above control method has the following disadvantages. As can be seen from FIGS . 10 and 11, both the control period T and the feedback control signal Schwingungsam plitude A are small when the machine is working in the high speed and high load range; on the other hand, both T and A become larger when the machine is running in the low speed and low load range. This is due to the fact that various transmission delay factors (which assume larger values in the low speed and low load range) between the point in time at which the regulated (true) air-fuel ratio is reversed and the point in time at which the output signal of the Air-fuel ratio sensor arranged in the exhaust system of the machine is inverted exist; it therefore takes some time until the air-fuel mixture introduced into the combustion chamber is burned there and is exhausted from it in order to reach the exhaust manifold at which the air-fuel ratio sensor is arranged. When the transmission delay is large as in the case of the low speed operation shown in Fig. 10 (c), there occurs the phenomenon that when the air-fuel ratio comparison signal of Fig. 10 (b) is reversed from rich to lean or from the lean to the rich side the level of the control signal is not inverted with a jump amount B in the direction of the rich side; it is only inverted for a certain time after the comparison signal has been integrated. Thereby, the control period T continues to increase due to the delay time between the time of reversing the output signal of the air-fuel ratio sensor and the time of reversing the feedback control signal (or reversing the manipulated variable), where the control signal oscillation amplitude A increases further. As a result, the resultant swinging (swinging) of the engine during the idle period, etc., can make the driver of the motor vehicle feel uncomfortable.

Ein weiterer Nachteil ist folgender: Da die Wellenformen des Rückführungsregelsignals bei den Umkehrungen von der mageren zur fetten oder von der fetten zur mageren Seite je nachdem, ob die Maschine im Niedrig- oder im Hochdrehzahlbereich läuft, verschieden sind, wird die Verteilung oder Streuung der Werte der Detektieransprechverzögerung des Luft-Kraft stoff-Verhältnissensors selbst, die bei den Umkehrungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors stattfinden, um geringe Be träge verlagert; dadurch wird die Verzögerungszeitdauer D von Fig. 10 (die zum Zweck des Ausgleichs eines vorbestimmten Pe gels der Detektieransprechverzögerung vorgesehen ist) unter bestimmten Betriebsbedingungen der Maschine ungeeignet; daher weicht das geregelte Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom theoreti schen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ab, wodurch die Abgasreini gungs-Charakteristiken des Katalysator-Rhodiums verschlech tert werden.Another disadvantage is as follows: since the waveforms of the feedback control signal in the reversals from the lean to the rich or from the rich to the lean side differ depending on whether the machine is running in the low or high speed range, the distribution or spread of the values becomes the detection response delay of the air-fuel ratio sensor itself, which takes place during the reversals of the air-fuel ratio sensor, is shifted by small amounts; this makes the delay period D of FIG. 10 (which is provided for the purpose of compensating for a predetermined level of the detection response delay) unsuitable under certain operating conditions of the machine; therefore, the regulated air-fuel ratio deviates from the theoretical air-fuel ratio, whereby the exhaust gas cleaning characteristics of the catalyst rhodium are deteriorated.

Ein weiteres Problem der konventionellen Rückführungsregelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist folgendes: Durch die Streuung der Sauerstoffsensor-Eigenschaften oder ihre zeitli chen Änderungen ist es schwierig, ständig die optimale Reini gungswirkung zu realisieren, die mit jedem Katalysator-Rho dium erzielbar sind; es wird somit erforderlich, ein Kataly sator-Rhodium einzusetzen, das eine außerordentlich hohe Ka pazität hat, um so eine gewisse Abweichung auszugleichen.Another problem with the conventional return scheme of the air-fuel ratio is as follows: Through the Scattering of the oxygen sensor properties or their temporal changes, it is difficult to keep the optimal cleaning realizing effect with each catalyst Rho dium are achievable; it therefore becomes necessary to make a catalyze sator rhodium, which has an extraordinarily high Ka capacity to compensate for a certain deviation.

Aus der DE 30 29 321 A1 ist eine Anordnung zum Regeln des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses mit dem Ziel der Minimierung des Schadstoffausstoßes und der Optimierung der Wirkung eines Abgas-Katalysators bekannt. From DE 30 29 321 A1 an arrangement for regulating the Air-fuel ratio with the aim of minimization of pollutant emissions and the optimization of the effect of a Exhaust gas catalyst known.

Bei dieser Anordnung wird zur Verbesserung der Regelwirkung die Beschleunigung einer Brennkraftmaschine durch Auswertung der Betriebsparameter der Drosselklappe eines Vergasers er faßt. Im konkreten Fall wird die Winkelbeschleunigung der Drosselklappe über eine elektronische Schaltung ermittelt. Das hierbei erzeugte Signal kompensiert die bei starker Be schleunigung auftretende Verzögerung eines Regelgrößen-Mit telwertes.This arrangement is used to improve the control effect the acceleration of an internal combustion engine by evaluation the operating parameters of the throttle valve of a carburetor sums up. In the specific case, the angular acceleration of the Throttle valve determined via an electronic circuit. The signal generated here compensates for the strong Be acceleration occurring deceleration of a controlled variable Mit tel values.

Das Winkelbeschleunigungssignal der Drosselklappe wird außer dem einem Impulsgenerator zugeführt, dessen Frequenz sich auf der Basis der ermittelten Winkelbeschleunigung ändert. Über einen Addierer wird der kompensierte Regelgrößen-Mittelwert unter dem Einfluß des Impulsgenerators in eine Impulsreihe mit veränderbarer Folgefrequenz während des Beschleunigungs vorganges umgewandelt.The throttle valve's angular acceleration signal is excluded which is fed to a pulse generator whose frequency is based on the basis of the determined angular acceleration changes. over the compensated controlled variable mean becomes an adder under the influence of the pulse generator into a pulse series with changeable repetition frequency during acceleration process converted.

Hierdurch kann zwar die Ansprechempfindlichkeit der Regelan ordnung erhöht werden, jedoch nur im Falle der Beschleuni gung. Geänderte Betriebsverhältnisse, wie z. B. die Temperatur der Brennkraftmaschine oder der anhaltende Betrieb bei einer höheren oder niedrigeren Drehzahl werden nicht berücksich tigt, so daß die Wirkung des Katalysators nicht im gewünsch ten Umfang optimierbar ist.As a result, the responsiveness of the rule can order can be increased, but only in the case of acceleration supply. Changed operating conditions, such as B. the temperature the internal combustion engine or continued operation at one higher or lower speed will not be considered Tigt, so that the effect of the catalyst is not in the desired th scope can be optimized.

Durch die fehlende Rückkopplung des Ausgangssignals des Im pulsgenerators auf die Schaltung zur Bestimmung der Winkelbe schleunigung der Drosselklappe ergibt sich außerdem dann eine fehlerhafte veränderte Impulsfolgefrequenz, wenn nach zu großer Öffnung der Drosselklappe diese anschließend schnell geschlossen oder der Öffnungswinkel erheblich verkleinert wird. Auch in diesem Fall arbeitet die Regelanordnung nicht zufriedenstellend. Due to the lack of feedback of the output signal of the Im pulse generator on the circuit for determining the Winkelbe acceleration of the throttle valve then also results in a incorrect pulse repetition frequency, if after too large opening of the throttle valve then quickly closed or the opening angle significantly reduced becomes. In this case too, the control arrangement does not work satisfactory.

Im übrigen bezieht sich die vorstehend zitierte Druckschrift auf die Regelung des Luft-Kraftstoffmischungsverhältnisses in einer Brennkraftmaschine, welche zur Gemischaufbereitung einen Vergaser aufweist. Es ist eine bekannte Tatsache, daß hierbei die Gemischaufbereitung selbst einer gewissen Träg heit unterliegt, so daß auch an eine entsprechende Regel einrichtung keine Anforderungen zu stellen sind, die einen bezogen auf die Phase der Gemischaufbereitung schnelleren Re gelzyklus zulassen. Mit dem Einsatz von Kraftstoffeinsprit zern, welche unmittelbar und direkt in den Verbrennungsraum einmünden, erhöhen sich jedoch die Anforderungen an eine auf die Regelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses abgestellte Einrichtung erheblich, da die Gemischaufbereitung selbst eine wesentlich geringere Trägheit aufweist. For the rest, the publication cited above relates on the regulation of the air-fuel mixture ratio in an internal combustion engine which is used for mixture preparation has a carburetor. It is a known fact that here the mixture preparation itself a certain carrier Unit is subject to a corresponding rule no requirements are to be made to the facility based on the phase of the mixture preparation faster Re Allow gel cycle. With the use of fuel injection zer, which directly and directly into the combustion chamber flow, however, the requirements for one increase the regulation of the air-fuel ratio turned off Setup considerably, since the mixture preparation itself a has much lower inertia.

Aus der DE-OS 26 58 617 ist eine Emissionsregelvorrichtung bekannt, welche einen Sensor umfaßt, der in der Abgasleitung der Brennkraftmaschine angeordnet ist und der die Konzen tration einer Abgaskomponente bestimmt. Das erhaltene Aus gangssignal wird mittels eines Komparators mit einer Re ferenzspannung verglichen. Das Ausgangssignal des dortigen Komparators nimmt, je nachdem, ob das Luft-Kraftstoff-Ver hältnis über oder unter einem bestimmten Wert liegt, einen von zwei möglichen Pegeln an. Das Komparatorsignal wird dann mittels eines Proportionalverstärkers und eines Integrierers weiterverarbeitet. Deren Ausgangssignale werden addiert und zusätzlich noch mit dem Ausgangssignal eines Schwingungs signalgebers beaufschlagt. Die Frequenz der Schwingung des Schwingungssignalgebers kann drehzahlabhängig, also entspre chend einem Betriebszustand verändert werden. Es wird also demnach das Regelsignal zur Einstellung des Luft-Kraftstoff- Gemisches additiv aus den Signalen des Proportionalverstär kers, des Integrierers und des Schwingungssignalgenerators gebildet. Problematisch ist jedoch nach wie vor der Inversi onseffekt der Regeleinrichtung, der dann auftritt, wenn sich ein Übergang vom mageren zum fetten oder vom fetten zum mage ren Zustand des Kraftstoff-Luft-Gemisches bzw. des Pegels des Vergleichs-Entscheidungssignals ergibt.DE-OS 26 58 617 is an emission control device known which comprises a sensor in the exhaust pipe the internal combustion engine is arranged and the Konzen tration of an exhaust gas component determined. The extinction received output signal is by means of a comparator with a Re reference voltage compared. The output signal from there Comparator takes, depending on whether the air-fuel Ver ratio is above or below a certain value, one from two possible levels. The comparator signal is then by means of a proportional amplifier and an integrator processed further. Their output signals are added and additionally with the output signal of an oscillation signaling device. The frequency of the vibration of the Vibration signal generator can be speed-dependent, that is to say be changed according to an operating state. So it will therefore the control signal for setting the air-fuel Mixture additive from the signals of the proportional amplifier kers, the integrator and the vibration signal generator educated. However, the inverse is still problematic onseffect of the control device, which occurs when a transition from lean to fat or from fat to lean Ren condition of the fuel-air mixture or the level of Comparison decision signal results.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer ver besserten Einrichtung zur Regelung des Luft-Kraftstoff-Ver hältnisses eines einer Brennkraftmaschine mit Katalysator zu geführten Luft-Kraftstoff-Gemisches, wobei die Regelungsein richtung den Abgasreinigungs-Wirkungsgrad des Katalysators bei unterschiedlichen Drehzahlen und Lastzuständen der Brenn kraftmaschine erhöhen soll und eine Minimierung des Katalysa torvolumens ermöglicht wird.The object of the invention is therefore to provide a ver improved device for regulating the air-fuel Ver Ratios of an internal combustion engine with a catalyst led air-fuel mixture, the regulation being direction the exhaust gas purification efficiency of the catalytic converter at different speeds and load conditions of the burner engine should increase and minimize the catalytic converter door volume is made possible.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit den Merkma len der Patentansprüche 1 oder 2. The object of the invention is achieved with the features len of claims 1 or 2.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfaßt die Einrichtung ferner eine Referenzpegelmodifiziereinrichtung, die den Referenzpegel, mit dem der Luft-Kraftstoff-Verhält nisparameter im Vergleicher verglichen wird, ändert und modi fiziert, wobei die Referenzpegelmodifiziereinrichtung den Re ferenzpegel aufgrund des Ausgangssignales des Betriebszu standsdetektors für eine vorbestimmte Zeitdauer, die den Be triebszustand der Maschine nach jeder Inversion des Pegels des Vergleichsentscheidungssignals entspricht, um einen vor bestimmten Betrag im Referenzpegel in eine solche Richtung (d. h. Polarität) modifiziert, daß das Auftreten einer Inver sion (vom mageren zum fetten oder vom fetten zum mageren Zu stand) des Pegels des Vergleichsentscheidungssignals er schwert wird.According to one aspect of the invention, the Device furthermore a reference level modifying device, which is the reference level with which the air-fuel ratio nis parameters is compared in the comparator, changes and modes ficated, the reference level modifier the Re reference level due to the output signal of the plant level detector for a predetermined period of time that the Be drive state of the machine after each inversion of the level of the comparison decision signal corresponds to one before certain amount in the reference level in such a direction (i.e. polarity) modified that the occurrence of an invert sion (from lean to fat or from fat to lean zu stand) of the level of the comparison decision signal he sword.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt die Einrich tung ferner eine Signalaufbereitungseinrichtung, z. B. einen Wellenformer, welchem das Signal des Betriebszustanddetektors und das Ausgangssignals des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors zugeführt wird, wobei der Wellenformer mit dem Eingang des Vergleichers in Verbindung steht. Durch die Signalzuführung wird das Auftreten einer Inversion des Pegels des Vergleich sentscheidungssignals erschwert. Der Wellenformer unterdrückt hierbei die Hochfrequenzkomponenten für eine vorbestimmte Zeitdauer.According to a further aspect of the invention, the device comprises device also a signal processing device, for. B. one Waveformer, which the signal of the operating state detector and the output signal of the air-fuel ratio sensor is supplied, the wave former with the input of the Comparator is connected. Through the signal feed becomes the occurrence of an inversion of the level of the comparison decision signal difficult. The waveform suppresses the high-frequency components for a predetermined one Duration.

Somit können gemäß der Erfindung die folgenden vorteilhaften Wirkungen erzielt werden: Es wird möglich, die Rückführungs regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses so durchzuführen, daß der Abgasreinigungs-Wirkungsgrad des im Abgasrohr der Maschine angeordneten Katalysators optimiert wird; infolge dessen kann ein höherer Abgasreinigungs-Wirkungsgrad über einen größeren Bereich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses als im Falle der konventionellen Luft-Kraftstoff-Regelvorrichtung erreicht werden; außerdem kann das Volumen des Katalysators miminiert werden.Thus, according to the invention, the following can be advantageous Effects are achieved: it becomes possible to return regulation of the air-fuel ratio that the exhaust gas purification efficiency of the in the exhaust pipe Engine arranged catalyst is optimized; as a result which can have a higher emission control efficiency a wider range of air-fuel ratio than in the case of the conventional air-fuel control device be achieved; also the volume of the catalyst be avoided.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend mit Hilfe der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert; in den Zeichnungen zeigen:Further details of the invention are provided below Help of those shown in the accompanying drawings Exemplary embodiments explained; in the drawings show:

Fig. 1 ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer bekannten Steuerein heit zeigt; Fig. 1 is a block diagram showing the structure of a known Steuerein unit;

Fig. 2 ein Schema, das den Gesamtaufbau einer Brennkraft maschine mit einer Abgasreinigungseinrichtung zeigt; Fig. 2 is a diagram showing the overall structure of an internal combustion engine with an exhaust gas purification device;

Fig. 3 ein Funktionsschaltbild, das das Verfahren der Kraftstoffeinspritzsteuerung der Steuereinheit von Fig. 1 zeigt; Fig. 3 is a functional circuit diagram showing the fuel injection control method of the control unit of Fig. 1;

Fig. 4 Wellenformen der in der Steuereinheit von Fig. 1 erzeugten Signale; Figure 4 shows waveforms of the signals generated in the control unit of Figure 1;

Fig. 5 die Ergebnisse von Vergleichsversuchen in bezug auf den Abgasreinigungs-Wirkungsgrad; Figure 5 shows the results of comparative tests with respect to the exhaust gas purifying efficiency.

Fig. 6 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung, die jedoch den Aufbau der Steuereinheit eines Ausführungsbeispieles der Erfindung zeigt; FIG. 6 shows a representation similar to FIG. 1, but showing the structure of the control unit of an exemplary embodiment of the invention;

Fig. 7 eine der Fig. 4 ähnliche Darstellung, die jedoch die Wellenformen der Steuereinheit des Ausführungsbeispiels der Erfindung erzeugten Signale zeigt; Fig. 7 is an illustration similar to Fig. 4, but showing the waveforms generated by the control unit of the embodiment of the invention;

Fig. 8 den Aufbau der Steuereinheit eines zweiten Ausfüh rungsbeispiels der Erfindung gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung; Fig. 8 shows the structure of the control unit of a second exporting approximately of the invention according to another aspect of the invention;

Fig. 9 die Wellenformen der in der Steuereinheit des zweiten Ausführungsbeispiels nach Fig. 8 der Erfindung erzeugten Signale; Fig. 9 shows the waveforms of the signals generated in the control unit of the second embodiment of Fig. 8 of the invention;

Fig. 10 und 11 die Wellenformen von Signalen des Luft-Kraft-Ver hältnis-Regelsystems einer konventionellen Abgas einrichtung für eine Brennkraftmaschine. Fig. 10 and 11 show the waveforms of signals of the air-fuel-ratio Ver control system of a conventional exhaust gas system for an internal combustion engine.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugsziffern und -zei chen gleiche oder entsprechende Teile bzw. Signale.In the drawings, like reference numerals and numbers designate Chen identical or corresponding parts or signals.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 der Zeichnungen wird eine bekannte Steuer- bzw. Regeleinrichtung beschrieben, wo bei die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge erfolgt: Zuerst wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 der Gesamtaufbau der Brennkraftmaschine, die die Einrichtung umfaßt, beschrieben; dann wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 der Aufbau der Steuereinheit beschrieben; anschließend wird der Steuerbetrieb der Steuereinheit unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 beschrieben, wobei die Betriebsscharakteristik insbesondere unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläu tert wird, die die verschiedenen in der Steuereinheit erzeug ten Wellenformen zeigt. Schließlich werden unter Bezugnahme auf Fig. 5 die Vorteile der Reinigungseinrichtung nach der Erfindung gegenüber der konventionellen Einrichtung bespro chen.A known control device will be described with reference to Figs. 1 to 4 of the drawings, where the description is in the following order: First, with reference to Fig. 2, the overall structure of the internal combustion engine comprising the device will be described ; then the structure of the control unit will be described with reference to Fig. 1; Then, the control operation of the control unit will be described with reference to FIGS. 3 and 4, the operating characteristic being explained in particular with reference to FIG. 4, which shows the various waveforms generated in the control unit. Finally, with reference to FIG. 5, the advantages of the cleaning device according to the invention compared to the conventional device are discussed.

Fig. 2 zeigt den Gesamtaufbau einer Brennkraftmaschine mit der bekannten Einrichtung, wobei ein Mikrocomputer zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung zur Maschine vorgesehen ist. Die Brennkraftmaschine 1 ist ein Vierzylinder-Viertakt- Ottomotor der wohlbekannten Art, der in einem üblichen Kraft fahrzeug angeordnet ist; die Luft zur Verbrennung in den Zy lindern der Maschine wird durch einen Luftfilter 2, eine An saugleitung 4 und eine Drosselklappe 6 angesaugt; ein Saug luftmengensensor 3 bekannter Art zur Messung der Saugluft menge ist an der Ansaugleitung 4 vorgesehen. Im übrigen ist es möglich, anstelle des Saugluftmengensensors 3 einen An saugleitungsdrucksensor 15 zu verwenden. Als Saugluftmengen sensor 3 kann einer von verschiedenen Sensortypen wie etwa der Potentiometertyp, der Hitzdrahttyp, der Karmanwirbeltyp oder der Ultraschalltyp eingesetzt werden. Ein Sauglufttem peratursensor 5 ist ebenfalls an der Ansaugleitung 4 angeord net. Ein Kühlwassertemperatursensor 10 zur Aufnahme der Tem peratur des Kühlwassers ist allgemein vom Thermistortyp. An dererseits wird der Kraftstoff der Maschine von einem Kraft stoffzufuhrsystem (nicht gezeigt) über die Einspritzventile 8 (nachstehend als Einspritzer bezeichnet) vom elektromagneti schen Typ zugeführt, die entsprechend den jeweiligen Zylin dern der Maschine vorgesehen sind. Die Einspritzer 8 sind vom Konstanteinspritzdrucktyp, und die eingespritzte Kraftstoff menge ist daher ihrer Ventilöffnungszeit proportional. Die aus der Verbrennung resultierenden Abgase werden durch einen Krümmer 11, ein Abgasrohr 13, einen Katalysator 14 usw. zur Atmosphäre ausgeleitet. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 12 (der auch als O₂-Sensor oder λ-Sensor bezeichnet werden kann) ist im Abgasrohr 13 angeordnet und mißt die Sauerstoffkonzentration der Abgase; d. h. er nimmt die Abweichung des Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des der Maschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs vom theoreti schen Verhältnis auf und liefert eine entsprechende Ausgangs spannung, die bei ca. 1 V liegt, wenn das Ist-Verhältnis kleiner als das theoretische Verhältnis ist (d. h. wenn das der Maschine zugeführte Luft-Kraftstoff-Gemisch fett ist), und bei ca. 0,1 V liegt, wenn das Ist-Verhältnis größer als das theoretische Verhältnis ist (d. h. wenn das Gemisch mager ist). In dem Katalysator 14 ist ein sogenannter Ternärkataly sator (Katalysator-Rhodium) enthalten, der gleichzeitig die drei Schadstoffkomponenten (NO_x, CO und HC) der Abgase ent giften kann; der Katalysator 14 arbeitet mit optimalem Reini gungs-Wirkungsgrad, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des der Maschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs bei oder nahe dem theoretischen Verhältnis liegt. Ein Rotationssensor 9 nützt das Spannungssignal an der Primärseite der Zündspule als sein Rotationssynchronisiersignal zum Zweck der Erfassung der Rotation der Maschine; die Einstellung der Einspritzbe ginnzeitpunkte und die Berechnung der Maschinendrehzahl wer den auf der Basis des Ausgangssignals des Rotationssensors 9 durchgeführt. Die elektronische Steuereinheit (ECU) 7 berech net die optimale Kraftstoffeinspritzmenge auf der Basis der Ausgangssignale der jeweiligen Sensoren 3, 15, 5, 9, 10 und 12 sowie der an der Batterie 16 gemessenen Spannung und steu ert die Ventilöffnungsdauer der Einspritzer 8 entsprechend. Fig. 2 shows the overall structure of an internal combustion engine with the known device, wherein a microcomputer is provided for controlling the fuel injection to the machine. The internal combustion engine 1 is a four-cylinder four-stroke gasoline engine of the well-known type, which is arranged in a conventional motor vehicle; the air for combustion in the Zy alleviate the machine is sucked in through an air filter 2 , a suction line 4 and a throttle valve 6 ; A suction air quantity sensor 3 of a known type for measuring the suction air quantity is provided on the suction line 4 . Moreover, it is possible, instead of the 3 Saugluftmengensensors an on saugleitungsdrucksensor 15 to use. One of different sensor types such as the potentiometer type, the hot wire type, the Karman vortex type or the ultrasound type can be used as the suction air quantity sensor 3 . A Sauglufttem temperature sensor 5 is also angeord net on the suction line 4 . A cooling water temperature sensor 10 for recording the temperature of the cooling water is generally of the thermistor type. On the other hand, the fuel of the engine is supplied from a fuel supply system (not shown) via the injectors 8 (hereinafter referred to as injectors) of the electromagnetic type, which are provided in accordance with the respective cylinders of the engine. The injectors 8 are of the constant injection pressure type, and the amount of fuel injected is therefore proportional to their valve opening time. The exhaust gases resulting from the combustion are discharged to the atmosphere through a manifold 11 , an exhaust pipe 13 , a catalyst 14 , etc. An air-fuel ratio sensor 12 (which can also be referred to as an O₂ sensor or λ sensor) is arranged in the exhaust pipe 13 and measures the oxygen concentration of the exhaust gases; ie it absorbs the deviation of the actual air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the machine from the theoretical ratio and delivers a corresponding output voltage, which is approximately 1 V if the actual ratio is less than that theoretical ratio (ie when the air-fuel mixture supplied to the engine is rich), and is approximately 0.1 V when the actual ratio is greater than the theoretical ratio (ie when the mixture is lean). In the catalyst 14 , a so-called ternary catalyst (catalyst rhodium) is contained, which can simultaneously detoxify the three pollutant components (NO _x , CO and HC) of the exhaust gases; the catalytic converter 14 operates with optimum cleaning efficiency when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is at or close to the theoretical ratio. A rotation sensor 9 uses the voltage signal on the primary side of the ignition coil as its rotation synchronization signal for the purpose of detecting the rotation of the engine; the setting of the injection start times and the calculation of the engine speed are carried out on the basis of the output signal of the rotation sensor 9 . The electronic control unit (ECU) 7 calculates the optimal fuel injection quantity on the basis of the output signals of the respective sensors 3 , 15 , 5 , 9 , 10 and 12 and the voltage measured on the battery 16 and controls the valve opening duration of the injector 8 accordingly.

Fig. 1 zeigt die innere Organisation der ECU 7 zusammen mit dem zugehörigen Sensorsystem. Ein den Hauptteil der ECU 7 bildender Mikrocomputer umfaßt bekannte Elemente wie etwa einen ROM (Festwertspeicher), einen RAM (Direktzugriffs speicher), einen Mikroprozessor (CPU) und Zeitsteuerglieder; er hat somit die digitale Informationsein- und -ausgabefunk tion, die Steuer- und Rechenoperationsfunktion und die Spei cherfunktion. Fig. 1 shows the internal organization of the ECU 7 together with the associated sensor system. A microcomputer constituting the main part of the ECU 7 includes known elements such as a ROM (read only memory), a RAM (random access memory), a microprocessor (CPU) and timers; it thus has the digital information input and output function, the control and arithmetic operation function and the storage function.

Die folgenden Signale werden dem Mikrocomputer 70 über eine Eingabeschnittstelle 71 und einen A-D-Wandler (Analog-Digi tal-Wandler) 72 zugeführt: das Ausgangssignal des Saugluft temperatursensors 5, das Ausgangssignal des Kühlwassertempe ratursensors 10, das Meßsignal für die Spannung an der Batte rie 16 und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungssignal 56; ferner wird das impulsförmige Ausgangssignal des Saug luftmengensensors 3, wenn dieser vom Karman-Wirbeltyp ist, dem Eingabebaustein des Mikrocomputers 70 über eine Ein gabeschnittstelle 73 zusammen mit dem Ausgangssignal des Ro tationssensors 9 und dem Ein-Signal des Zündschlüsselschal ters 17 zugeführt.The following signals are supplied to the microcomputer 70 via an input interface 71 and an AD converter (analog-Digi tal converter) 72 : the output signal of the suction air temperature sensor 5 , the output signal of the cooling water temperature sensor 10 , the measurement signal for the voltage at the battery 16 and the air-fuel ratio feedback signal 56 ; further, the pulse-shaped output signal of the suction air quantity sensor 3 , if this is of the Karman vortex type, is fed to the input module of the microcomputer 70 via an input interface 73 together with the output signal of the rotation sensor 9 and the on signal of the ignition key switch 17 .

Wesentlich ist in der Anordnung nach Fig. 1 die Än derung der Schwingungsfrequenz des Luft-Kraftstoff-Verhält nis-Rückführungsregelsignals nach Maßgabe des Betriebszustan des der zugehörigen Brennkraftmaschine und der zusätzlichen Proportional-Integralregelung.1 is essential in the arrangement of FIG. Än the alteration of the oscillation frequency of the air-fuel behaves nis feedback control signal in accordance with the Betriebszustan of the associated internal combustion engine and the additional proportional-integral control.

Das Ausgangssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 12 wird dem invertierenden Eingang des Vergleichers 20 zuge führt, dessen nicht-invertierendem Eingang das Ausgangssignal Vref des Referenzsignalgebers 21 zugeführt wird. Das Aus gangssignal (Vergleichsbestimmungssignal) S1 des Vergleichers 20 wird dem Integrierer 22 und dem Proportionalverstärker 23A zugeführt. Der Integrierer 22 integriert das Vergleichsent scheidungssignal S1 und gibt ein integriertes Signal S2 aus. Ein Schwingungssignalgeber 24A empfängt das Ausgangssignal S2 des Integrierers 22. Der Ausgang des Proportionalverstärkers 23A führt ein Ausgangssignal S3. Dieses Signal S3 wird dem Eingang eines Addierers 25 zugeführt. Der Addierer 25 addiert demnach das Ausgangssignal S3 des Proportionalverstärkers 23A, der das Ausgangssignal S1 des Vergleichers 20 empfängt und verstärkt, und das Ausgangssignal S5 des Schwingungssi gnalgebers 24A. Das am Ausgang des Addierers 25 bereitste hende resultierende Summensignal S6 wird als das Luft-Kraft stoff-Verhältnis-Rückführungsregelsignal über die Schnitt stelle 71 und den A-D-Wandler 72 in den Mikrocomputer 70 ein gegeben.The output signal of the air-fuel ratio sensor 12 is fed to the inverting input of the comparator 20 , the non-inverting input of which the output signal Vref of the reference signal generator 21 is supplied. From the input signal (comparison determination signal) S1 of the comparator 20 is supplied to the integrator 22 and the proportional amplifier 23 A. The integrator 22 integrates the comparison decision signal S1 and outputs an integrated signal S2. A vibration signal generator 24 A receives the output signal S2 of the integrator 22 . The output of the proportional amplifier 23 A carries an output signal S3. This signal S3 is fed to the input of an adder 25 . The adder 25 accordingly adds the output signal S3 of the proportional amplifier 23 A, which receives and amplifies the output signal S1 of the comparator 20 , and the output signal S5 of the oscillation signal generator 24 A. The resulting sum signal S6 available at the output of the adder 25 is called the air Fuel ratio feedback control signal via the interface 71 and the AD converter 72 in the microcomputer 70 is given.

Der Schwingungssignalgeber 24A erzeugt ein Signal, welches um einen mittleren Pegel des vom Integrierer 22 bereitgestellten Signals auf- und abschwingt. Als Schwingungssignalgeber 24A wird ein sogenannter spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) verwendet. Die Frequenz des Ausgangssignales S5 des Oszilla tors ist aufgrund des Pegels des Frequenzsteuersignales Vfreq mit veränderlicher Länge vorgegeben. Das Frequenzsteuersignal Vfreq wird als Betriebszustandssignal aus dem Mikrocomputer 70 bereitgestellt und über einen D-A-Wandler 75 dem Schwin gungssignalgeber 24A zugeführt. Beispielsweise wird der Pegel des die Frequenz steuernden Spannungssignales Vfreq propor tional dem Wert der Maschinendrehzahl Ne geändert; er kann aber auch proportional der Saugluftmenge der Maschine auf grund des Ausgangssignals des Saugluftmengensensors 3 oder des Ansaugrohrdrucksensors 15 geändert werden. Außerdem ist es möglich, die Integrationscharakteristiken des Integrierers 22 in den beiden Richtungen zu differenzieren, in denen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des der Maschine zugeführten Luft- Kraftstoff-Gemischs fetter und magerer gemacht wird.The vibration signal generator 24 A generates a signal which oscillates up and down by a medium level of the signal provided by the integrator 22 . A so-called voltage-controlled oscillator (VCO) is used as the vibration signal generator 24 A. The frequency of the output signal S5 of the oscillator is predetermined based on the level of the frequency control signal Vfreq with a variable length. The frequency control signal Vfreq is provided as an operating state signal from the microcomputer 70 and supplied to the vibration signal generator 24 A via a DA converter 75 . For example, the level of the frequency-controlling voltage signal Vfreq is changed proportionally to the value of the engine speed Ne; but it can also be changed proportionally to the amount of suction air from the machine on the basis of the output signal of the suction air amount sensor 3 or the intake pipe pressure sensor 15 . In addition, it is possible to differentiate the integration characteristics of the integrator 22 in the two directions in which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is made richer and leaner.

Weiterhin ist ein Treiber 74 zwischen den Ausgabebausteinen des Mikrocomputers 70 und die Kraftstoffeinspritzer 8 der Brennkraftmaschine geschaltet.Furthermore, a driver 74 is connected between the output modules of the microcomputer 70 and the fuel injectors 8 of the internal combustion engine.

Die Kraftstoffeinspritzrückführungsregelung (oder die Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungsregelung) wird vom Mikro computer 70 ausgeführt, der über den Treiber 74 ein Ein spritzsteuersignal (Einspritzventilöffnungs-Treibersignal) ausgibt, das entsprechend der unten beschriebenen Methode be rechnet ist, um die vier Einspritzer 8 nacheinander für die berechnete Zeitdauer anzutreiben bzw. zu öffnen.The fuel injection feedback control (or the air-fuel ratio feedback control) is executed by the microcomputer 70 , which outputs an injection control signal (injector opening drive signal), which is calculated according to the method described below, to the four injectors 8 through the driver 74 to drive or open one after the other for the calculated period of time.

Fig. 3 zeigt eine solche Kraftstoffeinspritzsteuerung in Form eines Blockschaltbildes. Dabei führt die ECU 7 die Steuerung entsprechend einem darin gespeicherten Programm wie folgt aus: Die ECU 7 umfaßt eine Grundtreiberzeit-Bestimmungsein richtung 30, die die Grundtreiberzeit TB der Einspritzer 8 bestimmt; die Grundtreiberzeit-Bestimmungseinrichtung 30, die vom Saugluftmengensensor 3 die Saugluftmenge Q und vom Rota tionssensor 9 die Maschinendrehzahl Ne erhält, berechnet dar aus die Saugluftmenge pro Umdrehung der Maschine, Q/Ne und bestimmt auf der Basis dieser Information die Grundtreiber zeit TB. Ferner funktioniert das Programm des Mikrocomputers 70 in Form von Mittel 32-34 wie folgt: Fig. 3 shows such a fuel injection control in the form of a block diagram. Here, the ECU 7 executes the control according to a program stored therein as follows: The ECU 7 includes a basic driver time determining device 30 which determines the basic driver time TB of the injector 8 ; the basic driver time determining device 30 , which receives the suction air quantity Q from the suction air quantity sensor 3 and the machine speed Ne from the rotation sensor 9 , calculates the suction air quantity per revolution of the machine, Q / Ne and determines the basic driver time TB on the basis of this information. Furthermore, the program of the microcomputer 70 in the form of means 32-34 functions as follows:

Eine Kühlwassertemperatur-Korrektureinrichtung 31 dient der Bestimmung und Vorgabe eines Korrekturfaktors KWT entspre chend der Kühlwassertemperatur der Maschine, die aus dem Aus gangssignal des Kühlwassertemperatursensors 10 gebildet ist; eine Sauglufttemperatur-Korrektureinrichtung 32 dient der Be stimmung und Vorgabe eines Korrekturfaktors KAT entsprechend der Sauglufttemperatur, die vom Sauglufttemperatursensor 5 gemessen wird; und eine Beschleunigungserhöhungs-Korrektur einrichtung 33 dient der Bestimmung und Vorgabe eines Korrek turfaktors KAT für die Beschleunigungserhöhung des der Ma schine zugeführten Kraftstoffs entsprechend der Änderungsrate Q/Ne; eine Totzeit-Korrektureinrichtung 34 dient der Bestim mung und Vorgabe der Totzeit TD zur Korrektur der Treiberzeit nach Maßgabe der Spannung der Batterie 16. Ferner bestimmt eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrektureinrichtung 35 als Ergebnis des Rückführungsvorganges auf der Basis des Meßsi gnals vom Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 12 einen Korrek turfaktor KAF, der eine ähnliche Bedeutung wie die übrigen oben beschriebenen Korrekturfaktoren hat. A cooling water temperature correction device 31 is used to determine and specify a correction factor KWT accordingly the cooling water temperature of the machine, which is formed from the output signal of the cooling water temperature sensor 10 ; a suction air temperature correction device 32 serves to determine and prescribe a correction factor KAT corresponding to the suction air temperature measured by the suction air temperature sensor 5 ; and an acceleration increase correction device 33 is used to determine and specify a correction factor KAT for the acceleration increase of the fuel supplied to the machine in accordance with the change rate Q / Ne; a dead time correction device 34 is used for determining and specifying the dead time TD for correcting the driver time in accordance with the voltage of the battery 16 . Further, an air-fuel ratio correction means 35 determines, as a result of the feedback operation based on the measurement signal from the air-fuel ratio sensor 12, a correction factor KAF which has a similar meaning to the other correction factors described above.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 wird nun das an sich bekannte Betriebsverfahren zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältniskorrektur faktors KAF beschrieben. Fig. 4(a) zeigt die Wellenformen der dem Vergleicher 20 zugeführten Signale:The known operating method for determining the air-fuel ratio correction factor KAF will now be described with reference to FIG. 4. Fig. 4 (a) shows the waveforms of the signals supplied to the comparator 20 :

Die Vollinienkurve λ zeigt das Meßausgangssignal des Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors 12; und die Strich-Punkt-Linien kurve zeigt das Referenzsignal Vref vom Referenzsignalgeber 21, das den Vergleichsentscheidungspegel der Fett-Mager-Ent scheidung bestimmt. Der Vergleicher 20 liefert ein Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Vergleichsentscheidungssignal S1 gemäß Fig. 4(b) als Resultat der Fett-Mager-Entscheidung, und das Signal S1 wird im Integrierer 22 integriert unter Bildung des integrierten Signals S2 entsprechend einer Vollinienkurve in Fig. 4(d). Der Schwingungssignalgeber 24A erzeugt ein Schwingungssignal S5 mit Rechteckwellenform, das um den mitt leren Pegel des integrierten Signals S2 vom Integrierer 22 auf und ab schwingt; die Wellenform des Schwingungssignals 55 ist durch eine Strichlinienkurve in Fig. 4(d) bezeichnet. Die Änderung des Pegels des Spannungssignals Vfreq wird für die Frequenzsteuerung, die dem Schwingungssignalgeber 24A über den D-A-Wandler 75 vom Mikrocomputer 70 zugeführt wird, in Fig. 4(c) gezeigt; hier ist der Spannungspegel des Signals Vfreq der Maschinendrehzahl Ne, die aus dem Ausgangssignal des Rotationssen sors 9 gebildet ist, proportional. Das Additionsresultat S6 aus der Addition der beiden Signale S3 und S5 im Addierer 25 ist durch eine Vollinienkurve in Fig. 4 (e) wiedergegeben; die Strichlinienkurve in Fig. 4 (e) zeigt die Wellenform ei ner Addition der beiden Signale S2 und S3, die vom Integrie rer 22 bzw. vom Proportionalverstärker 23A ausgegeben werden.The full line curve λ shows the measurement output signal of the air-fuel ratio sensor 12 ; and the dash-dotted line curve shows the reference signal Vref from the reference signal generator 21 , which determines the comparison decision level of the fat-lean decision. The comparator 20 provides an air-fuel ratio comparison decision signal S1 as shown in FIG. 4 (b) as a result of the rich-lean decision, and the signal S1 is integrated in the integrator 22 to form the integrated signal S2 corresponding to a solid line curve in FIG. 4 (d). The vibration signal generator 24 A generates an oscillation signal S5 with a rectangular waveform which oscillates up and down around the middle level of the integrated signal S2 from the integrator 22 ; the waveform of the vibration signal 55 is indicated by a broken line curve in Fig. 4 (d). The change in the level of the voltage signal is vfreq for frequency control, which is supplied to the oscillation signal generating circuit 24A via the DA converter 75, microcomputer 70, shown in Figure 4 (c). here the voltage level of the signal Vfreq is proportional to the engine speed Ne, which is formed from the output signal of the rotation sensor 9 . The addition result S6 from the addition of the two signals S3 and S5 in the adder 25 is represented by a full line curve in FIG. 4 (e); the dashed line curve in Fig. 4 (e) shows the waveform ei ner addition of the two signals S2 and S3, which are output from the integrator 22 and the proportional amplifier 23 A.

Die Korrekturfaktoren sowie die Grundtreiberzeit werden wie bereits beschrieben bestimmt; daher kann die Einspritzdau errecheneinrichtung 36 gemäß Fig. 3, die in Form einer Rou tine in einem Steuerprogramm realisierbar ist, die Treiber zeit Tinj der Einspritzer 8 nach Maßgabe der folgenden Glei chung berechnen:The correction factors and the basic driver time are determined as already described; therefore, the Einspritzdau errecheneinrichtung 36 of Figure 3, the tine in the form of a Rou be implemented in a control program, the driving time Tinj of the injectors 8 in accordance with the following sliding deviation calculated.:

Tinj = T_B×K_WT×K_AT×K_AC×K_AF + T_D Tinj = T _B × K _WT × K _AT × K _AC × K _AF + T _D

Somit treibt der Mikrocomputer 70 die Einspritzer 8 über den Treiber 74 mit dieser Treiberzeit Tinj an; infolgedessen wer den die Ventile der vier Einspritzer 8 entsprechend den vier Zylindern der Maschine zu den richtigen Zeitpunkten betätigt und nacheinander geöffnet, und zwar synchron mit der Maschine 1 zweimal während zwei Umdrehungen der Kurbelwelle der Ma schine.Thus, the microcomputer 70 drives the injectors 8 via the driver 74 with this driver time Tinj; as a result, who actuated the valves of the four injectors 8 corresponding to the four cylinders of the machine at the right times and opened one after the other, in synchronism with the machine 1 twice during two revolutions of the crankshaft of the machine.

Der Proportionalverstärker 23A empfängt das Ausgangssignal des Vergleichers 20 und führt eine Proportionalverstärkung desselben aus, so daß dem Addierer 25 das Ausgangssignal S3 zugeführt wird. Der Addierer 25 addiert das Ausgangssignal des Proportionalverstärkers 23A und das Ausgangssignal des Schwingungssignalgebers 24A zur Erzeugung des Luft-Kraft stoff-Verhältnis-Rückführungsregelsignals, dessen Wellenform durch die Vollinienkurve S6 in Fig. 4 (e) wiedergegeben ist. Dieses das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführungsregelsignal darstellende Additionssignal S6 ist ein Spannungssignal, das dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktor KAF ent spricht; das vom Addierer 25 ausgegebene Signal S6 wird über die Schnittstelle 71 und den A-D-Wandler 72 in ein entspre chendes Digitalsignal umgewandelt und von dort in den Mikro computer 70 eingegeben.The proportional amplifier 23 A receives the output signal of the comparator 20 and carries out a proportional amplification of the same, so that the adder 25 is supplied with the output signal S3. The adder 25 adds the output signal of the proportional amplifier 23 A and the output signal of the vibration signal generator 24 A to generate the air-fuel ratio feedback control signal, the waveform of which is represented by the solid line curve S6 in Fig. 4 (e). This addition signal S6 representing the air-fuel ratio feedback control signal is a voltage signal corresponding to the air-fuel ratio correction factor KAF; the output from the adder 25 signal S6 is converted via the interface 71 and the AD converter 72 into a corre sponding digital signal and from there entered into the micro computer 70 .

Die Rückführungsregelung, deren Prinzip in der Fig. 1 und 4 dargestellt ist, erfolgt mit Analogsignalen. Es ist aber auch möglich, das Ausgangssignal des Vergleichers 20 oder des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 12 der A-D-Umwandlung in nerhalb einer Zeitdauer zu unterziehen, die ausreichend kür zer als die Ansprechzeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnis sensors 12 ist, und die anschließenden Operationen synchron mit der A-D-Umwandlung durchzuführen; dann können, obwohl der Regelvorgang in gewisser Weise diskret wird, Steueroperatio nen ähnlich denjenigen der Fig. 1 und 4 realisiert und gleiche Vorteile erzielt werden.The feedback control, the principle of which is shown in FIGS. 1 and 4, is carried out with analog signals. However, it is also possible to subject the output signal of the comparator 20 or the air-fuel ratio sensor 12 to the AD conversion within a period of time that is sufficiently shorter than the response time of the air-fuel ratio sensor 12 , and the subsequent ones Perform operations in sync with AD conversion; then, although the control process is somewhat discrete, control operations similar to those of FIGS. 1 and 4 can be realized and the same advantages can be obtained.

Mit Hilfe der in Fig. 5 dargestellten Diagramme sollen Versuchsergebnisse, die die Auswirkungen der Betriebs vorgänge der Abgasreinigungseinrichtung nach der Erfindung im Vergleich mit denjenigen konventioneller Einrichtungen zei gen, illustriert werden. Das als Katalysator 14 bei den Ver suchen eingesetzte Katalysator-Rhodium ist ein Katalysator, der heute in praktischem Einsatz ist; das Volumen des Kataly sators ist jedoch geringer als gewöhnlich.With the aid of the diagrams shown in FIG. 5, test results are to be illustrated which show the effects of the operations of the exhaust gas purification device according to the invention in comparison with those of conventional devices. The catalyst rhodium used as catalyst 14 in the search is a catalyst which is in practical use today; however, the volume of the catalyst is less than usual.

Wie die Fig. 5(a) bis 5(c) zeigen (die die Ergebnisse von Versuchen unter folgender Bedingung wiedergeben: die Drehzahl der Maschine beträgt 2000 Umdrehungen pro Minute, der Saugleitungsdruck beträgt -335 mmHg und die Saugluftmenge beträgt 13,8 Liter/Sekunde), werden die Reinigungs-Wirkungs grade, die gemäß der Erfindung erreicht werden (in Strichli nien wiedergegeben), gegenüber den konventionellen Wirkungs gradkurven (in Vollinien wiedergegeben) in einem Bereich ver bessert, in dem das mittlere Luft-Kraftstoff-Verhältnis (auf der Abszisse aufgetragen) in der Nähe des theoretischen Luft- Kraftstoff-Verhältnisses liegt, obwohl die Änderungsverläufe der Reinigungs-Wirkungsgrade verschiedene Formen annehmen, je nachdem ob die Abgas enthaltende Schadstoffkomponente HC (Fig. 5(a)), CO (Fig. 5(b)) oder NO_x (Fig. 5(c)) ist; in jedem Falle können gemäß der Erfindung höhere Reinigungs-Wir kungsgrade über einen größeren Bereich des mittleren Luft- Kraftstoff-Verhältnisses in der Nähe des theoretischen Luft- Kraftstoff-Verhältnisses erzielt werden. As shown in Figures 5 (a) to 5 (c) show (which represent the results of experiments under the following conditions. The engine speed is 2000 rpm, the Saugleitungsdruck is -335 mmHg and the intake air amount is 13.8 liters / Second), the cleaning efficiencies, which are achieved according to the invention (shown in dashed lines), compared to the conventional efficiency curves (reproduced in solid lines) in a range in which the average air-fuel ratio (on plotted on the abscissa) is close to the theoretical air-fuel ratio, although the changes in the cleaning efficiencies take various forms, depending on whether the exhaust gas-containing pollutant component HC ( FIG. 5 (a)), CO ( FIG. 5 ( b)) or NO _x ( Fig. 5 (c)); in any case, according to the invention, higher cleaning efficiencies can be achieved over a larger range of the average air-fuel ratio in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio.

Wie vorstehend beschrieben, zeigen die Versuchsergebnisse, daß die Reinigungs-Wirkungsgrade des Katalysator-Rhodiums bereits verbessert werden, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des der Maschine zugeführten Gemischs abwechselnd zu einem etwas mageren und einem etwas fetten Pegel um den mittleren Pegel des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses schwingt, an statt nahe oder auf dem theoretischen Pegel konstant gehalten zu werden. Auf der Grundlage von Meßergebnissen der Reini gungs-Wirkungsgrad-Charakteristiken eines Katalysators mit kleinem Volumen, die bei einem Versuch erhalten wurden, bei dem die Amplitude und die Periode der Schwingung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses des der Maschine zugeführten Luft- Kraftstoff-Gemischs über eine Anzahl Werte geändert wurden, wurde ferner gefunden, daß die Reinigungs-Wirkungsgrade er höht werden, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des der Ma schine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs abwechselnd zur fetten und zur mageren Seite um den mittleren Pegel des theo retischen Verhältnisses mit einer kurzen Periode von circa 1/5 bis 1/6 der Inversionshalbperiode schwingt, mit der das Entscheidungs- bzw. Vergleichssignal S1 des Vergleichers 20, das aus dem Ausgangssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnissen sors 12 gebildet ist, vom fetten zum mageren bzw. vom mageren zum fetten Pegel invertiert wird. As described above, the test results show that the cleaning efficiencies of the catalyst rhodium are already improved when the air-fuel ratio of the mixture supplied to the engine alternates between a somewhat lean and a slightly rich level around the average level of the theoretical air -Fuel ratio swings to be held at instead of near or at the theoretical level. Based on measurement results of the cleaning efficiency characteristics of a small volume catalyst obtained in an experiment in which the amplitude and period of the vibration of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine over a number of values were changed, it was also found that the cleaning efficiencies are increased if the air-fuel ratio of the engine-supplied air-fuel mixture alternately to the rich and the lean side around the average level of the theoretical Ratio with a short period of about 1/5 to 1/6 of the inversion half-cycle, with which the decision or comparison signal S1 of the comparator 20 , which is formed from the output signal of the air-fuel ratio sensor 12 , from the rich to the lean or is inverted from the lean to the fat level.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 9 wird anschließend ein erstes und ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung be schrieben, die teilweise hinsichtlich Aufbau- und Betriebsverfahren der oben beschriebenen bekannten Regeleinrichtung entsprechen bzw. dieser gleichen und die Wirkungen desselben verbessern.With reference to FIGS. 6 to 9, a first and a second embodiment of the invention will be described, some of which correspond to the known control device described above in terms of construction and operating methods or the same and improve the effects thereof.

Diese Ausführungsbeispiele sind dadurch gekennzeichnet, daß der Pegel des vom Referenzsignalgeber 21 gelieferten Refe renzsignales Vref über ein vorbestimmtes Zeitintervall ent sprechend dem Betriebszustand der Maschine nach jeder Inver sion des Pegels des Vergleichsentscheidungssignals S1 des Vergleichers 20 modifiziert wird, um die nachteiligen Auswir kungen der im Ausgangssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis sensors 12 enthaltenen Hochfrequenzkomponenten zu unterdrücken.These embodiments are characterized in that the level of the reference signal generator 21 supplied by the reference signal Vref over a predetermined time interval is modified accordingly to the operating state of the machine after each inversion of the level of the comparison decision signal S1 of the comparator 20 , to the adverse effects of the output signal of the air-fuel ratio sensor 12 contained high-frequency components to suppress.

Zunächst sei unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 das erste Ausführungsbeispiel erläutert. Der Aufbau der ECU 7 des ersten Ausführungsbeispieles nach Fig. 6 gleicht demjenigen von Fig. 1. Allerdings empfängt der Referenzsignalgeber 21 ein Ausgangssignal S1 des Vergleichers 20 und ein Signal des Mikrocomputers 70, das dem Betriebszustand der Maschine ent spricht, um so den Pegel seines Ausgangssignals Vref für ein vorbestimmtes Zeitintervall nach jeder Pegelinversion des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Vergleichsentscheidungssignals S1 zu modifizieren.First, the first embodiment will be explained with reference to FIGS. 6 and 7. The structure of the ECU 7 of the first embodiment shown in FIG. 6 is the same as that of FIG. 1. However, the reference signal generator 21 receives an output signal S1 from the comparator 20 and a signal from the microcomputer 70 which speaks to the operating state of the machine, so the level thereof Modify output signal Vref for a predetermined time interval after each level inversion of the air-fuel ratio comparison decision signal S1.

Der Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorgang sowie die Bestimmung des Korrekturfaktors KAF werden in gleicher Weise wie bei der oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 3 und 4 beschriebenen Regeleinrichtung durchgeführt.The fuel injection control process and the determination of the correction factor KAF are carried out in the same manner as in the control device described above with reference to FIGS. 1, 3 and 4.

Fig. 7 zeigt die Wellenformen der Eingangssignale des Ver gleichers 20: die wellenförmige Vollinienkurve λ0 zeigt die Wellenform des Ausgangssignals des Luft-Kraftstoff-Verhält nissensors 12, die empfangen wird, wenn das Schwingungssignal dem PI-Rückführungsregelsignal nicht über lagert ist; andererseits zeigt die schwankende Kurve λ1 die typische Wellenform des Ausgangssignals des Sensors 12, wenn das Schwingungssignal dem PI-Regelsignal überlagert ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückführungssignal S6 zu bilden; die rechteckförmige Vollinienkurve Vref zeigt die Wellenform des Referenzsignales Vref des Refe renzsignalgebers 21. Wie die Kurve Vref zeigt, modifiziert (d. h. erhöht oder senkt um einen vorbestimmten Betrag) der Referenzsignalgeber 21 den Pegel des Referenzsignales Vref über eine vorbestimmte Zeitdauer Tj nach jeder Pegelinversion des Vergleichsentscheidungssignals S1 (in Fig. 7(b) gezeigt) des Vergleichers 20 in eine solche Richtung (Polarität), in der der Pegel des Vergleichsentscheidungssignals S1 stabiler auf dem Strompegel nach der Inversion gehalten wird. Das heißt, der Referenzsignalgeber 21 modifiziert den Pegel des Referenzsignals Vref nach jeder Inversion des Vergleichsent scheidungssignals S1 über eine vorbestimmte Zeitdauer T_j zu der Polarität, die derjenigen des Strompegels des Ausgangssi gnals λ1 des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 12 entgegen gesetzt ist. Die Länge jedes Zeitintervalls Tj wird wie folgt bestimmt: Fig. 7 shows the waveforms of the input signals of the comparator 20 : the wavy solid line curve λ0 shows the waveform of the output signal of the air-fuel ratio sensor 12 which is received when the vibration signal is not superimposed on the PI feedback control signal; on the other hand, the fluctuating curve λ1 shows the typical waveform of the output signal of the sensor 12 when the vibration signal is superimposed on the PI control signal to form the air-fuel ratio feedback signal S6; the rectangular full line curve Vref shows the waveform of the reference signal Vref of the reference signal generator 21st As the curve Vref shows, the reference signal generator 21 modifies (ie increases or decreases by a predetermined amount) the level of the reference signal Vref for a predetermined time period Tj after each level inversion of the comparison decision signal S1 (shown in FIG. 7 (b)) of the comparator 20 in such a direction (polarity) in which the level of the comparison decision signal S1 is kept more stable at the current level after the inversion. That is, the reference signal generator 21 modifies the level of the reference signal Vref after each inversion of the comparison decision signal S1 over a predetermined period of time T _j to the polarity opposite to that of the current level of the output signal λ1 of the air-fuel ratio sensor 12 . The length of each time interval Tj is determined as follows:

Der Referenzsignalgeber 21 umfaßt einen digitalen Zeitbegren zungsimpulsgeber. Der Zeitbegrenzungsimpulsgeber wird zum An stiegs- und Abfallzeitpunkt (d. h. bei der Vorder- und der Hinterflanke) des Vergleichsentscheidungssignales S1 angesto ßen; danach zählt er die Anzahl Taktimpulse, die vom Mikro computer 70 übermittelt werden, um den Zählvorgang bei einer vorbestimmten Anzahl Zählvorgänge zu beenden, wodurch das obige Zeitintervall Tj gebildet wird. Die Impulserzeugungspe riode (d. h. die Impulsfolgefrequenz oder der Impulsabstand) der vom Mikrocomputer 70 übermittelten Taktimpulse ändert sich nach Maßgabe des Betriebszustandes der Maschine; wenn z. B. die Periode der Taktimpulse so ausgelegt ist, daß sie proportional zu der Erhöhung der Saugluftmenge Qa der Ma schine abnimmt, wird das Zeitintervall Tj kürzer bezogen auf den Fall, wenn die Saugluftmenge Qa ansteigt. Bei einer ande ren Ausführung ändert sich die Impulserzeugungsperiode der dem Referenzsignalgeber 21 vom Mikrocomputer 70 zugeführten Taktimpulse nach Maßgabe sowohl der Saugluftmenge Qa als auch der Maschinendrehzahl Ne; in einem solchen Fall können die Werte der Periode im ROM des Mikrocomputers 70 in Form einer zweidimensionalen Tabelle mit Qa und Ne als den Eingangsvari ablen gespeichert sein, so daß der einem bestimmten Wertesatz von Qa und Ne entsprechende Wert der Impulserzeugungsperiode nacheinander daraus ausgelesen werden kann. Alternativ kann die Periode durch eine algebraische Gleichung, die Qa und Ne als ihre beiden Variablen enthält, bestimmt werden. Ferner ist es bevorzugt, daß die Länge der Zeitdauer Tj mit ihrem Wert vorgegeben ist, der nur um einen geringen Betrag kürzer als die Inversionshalbperiode des Ausgangssignals des Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors 12 ist, das erhalten wird, wenn das Schwingungssignal dem Regelsignal nicht überlagert ist.The reference signal generator 21 comprises a digital timing limiter. The time limit pulse generator is triggered at the rise and fall time (ie at the leading and trailing edges) of the comparison decision signal S1; then it counts the number of clock pulses transmitted from the micro computer 70 to end the count at a predetermined number of counts, thereby forming the above time interval Tj. The pulse generation period (ie the pulse repetition frequency or the pulse interval) of the clock pulses transmitted by the microcomputer 70 changes in accordance with the operating state of the machine; if e.g. B. the period of the clock pulses is designed so that it decreases in proportion to the increase in the suction air quantity Qa of the machine, the time interval Tj becomes shorter in relation to the case when the suction air quantity Qa increases. In another embodiment, the pulse generation period of the clock pulses supplied to the reference signal generator 21 by the microcomputer 70 changes in accordance with both the amount of suction air Qa and the engine speed Ne; in such a case, the values of the period may be stored in the ROM of the microcomputer 70 in the form of a two-dimensional table with Qa and Ne as the input variables, so that the value of the pulse generation period corresponding to a particular set of values of Qa and Ne can be sequentially read out therefrom. Alternatively, the period can be determined by an algebraic equation that contains Qa and Ne as their two variables. It is further preferred that the length of the time period Tj is predetermined with its value which is only a short amount shorter than the inversion half period of the output signal of the air-fuel ratio sensor 12 which is obtained when the vibration signal is not superimposed on the control signal .

Die vorteilhaften Auswirkungen der obigen Modifikation des Pegels des Referenzsignals Vref sind folgende: Durch diese Modifikation kann eine stabile Einstellung des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses auch dann erreicht werden, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnissteuersignal (d. h. im vorliegenden Fall das Signal S6) um den mittleren Pegel des theoretischen Ver hältnisses gemäß der Erfindung schwingt; daher wird die Opti mierung des Reinigungs-Wirkungsgrads des Katalysator-Rhodiums durch das schwingende Steuersignal stabiler.The beneficial effects of the above modification of the Levels of the reference signal Vref are as follows: Through this Modification can be a stable setting of air force material ratio can also be achieved if the air Fuel ratio control signal (i.e. in the present case the signal S6) around the average level of the theoretical Ver ratio swings according to the invention; therefore the opti the cleaning efficiency of the catalyst rhodium more stable due to the oscillating control signal.

Wird der Pegel des Referenzsignals Vref nicht wie oben be schrieben modifiziert, kann das folgende Problem auftreten.If the level of the reference signal Vref is not as above modified, the following problem may occur.

Es sei angenommen, daß das Ausgangssignal λ1 des Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors 12 die Wellenform entsprechend der vierten Inversionsperiode (Halbperiode) in Fig. 7(a) an nimmt; dann wären die anschließenden Steuerperioden instabil. Das heißt, die Fett-Mager-Entscheidungsperioden (d. h. die Inversionshalbperioden) des Vergleichers 20 werden unregelmä ßig kurz oder lang, mit dem Ergebnis, daß die Änderungsdauer des mittleren Pegels des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses größer wird. Daher können die vorteilhaften Auswirkungen des Schwin gungssignals auf die Verbesserung des Reinigungs-Wirkungs grads des Katalysators aufgehoben werden; statt dessen kann der Reinigungs-Wirkungsgrad sogar schlechter als in dem Fall werden, in dem das Schwingungssignal nicht überlagert ist.Assume that the output signal λ1 of the air-fuel ratio sensor 12 takes the waveform corresponding to the fourth inversion period (half period) in Fig. 7 (a); then the subsequent tax periods would be unstable. That is, the rich-lean decision periods (ie, the inversion half-periods) of the comparator 20 become irregularly short or long, with the result that the duration of the change in the average level of the air-fuel ratio becomes longer. Therefore, the beneficial effects of the vibration signal on the improvement of the cleaning efficiency of the catalyst can be canceled; instead, the cleaning efficiency may become worse than when the vibration signal is not superimposed.

Es soll ferner darauf hingewiesen werden, daß die vorteilhaf ten Versuchsergebnisse, die mit Hilfe der Fig. 5 erläutert wurden, beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten werden.It should also be noted that the advantageous experimental results explained with the aid of FIG. 5 are obtained in the first and second embodiments of the invention.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 soll das zweite Aus führungsbeispiel der Erfindung beschrieben werden, das prin zipiell hinsichtlich Aufbau und Betriebsverfahren jeweils dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel entspricht bzw. diesen gleicht.With reference to FIGS. 8 and 9, the second exemplary embodiment of the invention is to be described, which corresponds in principle to the above-described first exemplary embodiment in terms of structure and operating method, or is similar to these.

Dieses Ausführungsbeispiel ist gekennzeichnet durch das Vor handensein einer Signalaufbereitungseinrichtung (d. h. eines Wellenformers 26), der zwischen dem Ausgang des Luft-Kraft stoff-Verhältnissensors 12 und einem der beiden Eingänge des Vergleichers 20 angeordnet ist. Der Wellenformer 26 unterdrückt die im Ausgangssignal des Luft-Kraftstoff- Verhältnissensors 12 enthaltenen Hochfrequenzkomponenten wäh rend eines vorbestimmten Zeitintervalls, das den Betriebszu stand der Maschine nach jeder Inversion des Pegels des Ver gleichsentscheidungssignales S1 des Vergleichers 20 ent spricht.This embodiment is characterized by the presence of a signal conditioning device (ie a wave shaper 26 ), which is arranged between the output of the air-fuel ratio sensor 12 and one of the two inputs of the comparator 20 . The wave shaper 26 suppresses the high frequency components contained in the output signal of the air-fuel ratio sensor 12 during a predetermined time interval which speaks the operating state of the machine after each inversion of the level of the comparison decision signal S1 of the comparator 20 .

Daher wird das Ausgangssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis sensors 12 von dem Wellenformer 26 während eines vorbestimm ten Zeitintervalls nach jeder Inversion des Ausgangssignales S1 des Vergleichers in solcher Weise modifiziert, daß das Auftreten der Pegelinversion des Vergleichsentscheidungssi gnals erschwert wird.Therefore, the output signal of the air-fuel ratio sensor 12 is modified by the wave shaper 26 during a predetermined time interval after each inversion of the output signal S1 of the comparator in such a manner that the level inversion of the comparison decision signal is made difficult.

Der Aufbau der ECU 7 des zweiten Ausführungsbeispieles nach Fig. 8 gleicht demjenigen von Fig. 1 mit der Ausnahme, daß zwischen dem Ausgang des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 12 und einem invertierenden Eingang des Vergleichers 20 der er wähnte Wellenformer 26 angeordnet ist. Der Wellenformer 26 empfängt das Ausgangssignal S1 des Vergleichers 20 und ein Signal vom Mikrocomputer 70, das der Zeitdauer entspricht, die aufgrund des Betriebszustandes der Maschine bestimmt ist, um so die im Ausgangssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis sensors 12 enthaltenen Hochfrequenzanteile während eines vorbestimmten Zeitintervalls nach jeder Pegelinversion des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Vergleichsentscheidungssignals S1 zu unterdrücken. Der Wellenformer 26 kann ein Tiefpaßfilter mit veränderlicher Grenzfrequenz sein. Alternativ kann er ein Tiefpaßfilter mit vorbestimmter Grenzfrequenz und kombinier tem Umschalter zum Umschalten des Signalübertragungsweges sein. Die Kraftstoffeinspritzsteuerung sowie die Bestimmung des Korrekturfaktors KAF erfolgen ähnlich wie unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 3 und 4 beschrieben. The construction of the ECU 7 of the second exemplary embodiment according to FIG. 8 is the same as that of FIG. 1 with the exception that between the output of the air-fuel ratio sensor 12 and an inverting input of the comparator 20 the wave former 26 mentioned is arranged. The wave shaper 26 receives the output signal S1 of the comparator 20 and a signal from the microcomputer 70 which corresponds to the period of time which is determined on the basis of the operating state of the engine, in order in this way the high-frequency components contained in the output signal of the air-fuel ratio sensor 12 during a predetermined time interval after each level inversion of the air-fuel ratio comparison decision signal S1. The wave former 26 can be a low-pass filter with a variable cut-off frequency. Alternatively, it can be a low-pass filter with a predetermined cut-off frequency and combined switch for switching the signal transmission path. The fuel injection control and the determination of the correction factor KAF take place in a manner similar to that described with reference to FIGS. 1, 3 and 4.

Fig. 9(a) zeigt mit der wellenförmigen Vollinienkurve λ0, die Wellenform des Ausgangssignals des Luft-Kraftstoff- Verhältnissensors 12, die in dem Fall erhalten wird, in dem das Schwingungssignal gemäß der Erfindung dem PI- Rückführungsregelsignal nicht überlagert ist; andererseits zeigt die schwankende Strichlinie in Kurve λ1 in derselben Reihe ((a)) die typische Wellenform des Ausgangssignals des Sensors 12 in dem Fall, in dem das Schwingungssignal dem PI- Regelsignal überlagert ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhält nis-Rückführungsregelsignal (d. h. das Signal S6) gemäß der Erfindung zu erhalten. Fig. 9 (a) shows, with the wavy solid line curve λ0, the waveform of the output signal of the air-fuel ratio sensor 12 obtained in the case where the vibration signal according to the invention is not superimposed on the PI feedback control signal; on the other hand, the fluctuating dashed line in curve λ1 in the same row ((a)) shows the typical waveform of the output signal of the sensor 12 in the case where the vibration signal is superimposed on the PI control signal by the air-fuel ratio feedback control signal ( ie to receive the signal S6) according to the invention.

Die mit T1, T2 und Tj bezeichneten Zeitintervalle entsprechen denjenigen, die in Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 7 erläutert wurden. Die Kurve λ2 in Fig. 9(b) zeigt die Wellenform des Ausgangssignals des Wellenformers 26. Im übri gen ist das Betriebsverfahren des zweiten Ausführungsbei spiels gleich denjenigen Beispielen, welche unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 6 beschrieben wurden.The time intervals denoted by T1, T2 and Tj correspond to those which were explained in connection with the description of FIG. 7. The curve λ2 in FIG. 9 (b) shows the waveform of the output signal of the wave shaper 26 . Otherwise, the operating method of the second embodiment is the same as those examples which have been described with reference to FIGS . 1 and 6.

Claims

1. A device for regulating the air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to an internal combustion engine with a catalyst, comprising:

- An air-fuel ratio sensor ( 12 ), which is arranged in the exhaust pipe ( 11 ) of the internal combustion engine ( 1 ) and measures an air-fuel ratio parameter from a concentration of an exhaust gas component, which is used for the air-fuel ratio of the internal combustion engine indicative of the engine ( 1 ) supplied air-fuel mixture;
- A with the air-fuel ratio sensor ( 12 ) coupled comparator ( 20 ) which compares the air-fuel ratio parameter with a reference level from a reference voltage source ( 21 ) and determines whether the air-fuel ratio is a rich or lean condition has, the comparator ( 20 ) provides a comparison decision signal S1, which assumes two levels, each denoting the rich and the lean condition of the air-fuel ratio;
- an integrator ( 22 ) coupled to the comparator ( 20 ) for integrating the comparison decision signal with predetermined integration characteristics for emitting an integrated signal;
- One with the comparator ( 20 ) connected proportional amplifier ( 23 A), the output of the proportional amplifier ( 23 A) leads to a first input of an adder ( 25 ) and the second input of the adder ( 25 ) with the output of a vibration signal generator ( 24 A) is connected, the vibration signal generator ( 24 A) continues to be supplied with the integrated signal;
- An operating state detector ( 70 ), which was the operating state of the internal combustion engine ( 1 ) and provides a corresponding output signal and, on the basis of this output signal, the frequency of the oscillation signal generator ( 24 A) in accordance with the detection signal from the operating state detector ( 70 ) Operating state of the machine changes, wherein a period of the oscillation signal is kept shorter than an inversion half period of the comparison decision signal; and
- A control signal present at the output of the adder ( 25 ) for setting the air-fuel mixture,

characterized by a reference level modifier coupled to the operating condition detector ( 70 ) which determines the reference level with which the air-fuel ratio parameter in the comparator ( 20 ) is compared as a function of the output signal of the operating condition detector ( 70 ) for a predetermined period of time corresponding to the operating condition the machine speaks after each inversion of the level of the comparison decision signal, modified by a predetermined amount in the reference level in such a direction that the occurrence of an inversion of the level of the comparison decision signal is made difficult.

2. A device for regulating the air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to an internal combustion engine with a catalyst, comprising:

characterized by a signal conditioning device ( 26 ) which, depending on the output signal of the operating state detector ( 70 ), outputs the air-fuel ratio sensor ( 12 ) to the comparator ( 20 ) for a predetermined period of time which corresponds to the operating state of the engine after an inversion of the level of the Comparison decision signal corresponds, modified in such a way that the occurrence of an inversion of the level of the comparison decision signal is made more difficult.

3. Device according to claim 2, characterized in that the signal processing device comprises a wave former ( 26 ) which is arranged between the output of the air-fuel ratio sensor ( 12 ) and an input of the comparator ( 20 ).