DE60115303T2

DE60115303T2 - Steuersystem für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60115303T2
Application number: DE60115303T
Authority: DE
Inventors: Hideaki Yokohama city Kobayashi; Osamu Ayase city Matsuno; Masatomo Yokohama city Kakuyama
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2021-02-22
Also published as: JP3675282B2; EP1128043A3; US6446429B2; JP2001234784A; EP1128043A2; US20010025485A1; EP1128043B1; DE60115303D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung für einen Motor für das Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem zu einem Motor Kraftstoffgemisch.
Zur Maximierung der Leistung eines Drei-Wege-Katalysators, der toxische Komponenten, z. B. Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx) aus dem Motorabgas entfernt, ist es notwendig, die Sauerstoffkonzentration der Gasumgebung des Katalysators zu der des verbrannten Gases, das durch die Verbrennung von Kraftstoffgemische eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erzeugt wird, gleich zu halten.
Der Katalysator hat die Funktion Sauerstoff in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration in einem katalytischen Wandler, der den Katalysator aufbewahrt, derart zu speichern oder freizusetzen, dass die Gasumgebung des Katalysators bei einer Sauerstoffkonzentration entsprechend des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beibehalten wird. Um die Sauerstoff-Speicher-/Freigabefunktion des Katalysators zu maximieren wird es bevorzugt, das der Ziel-Wert der Katalysator-Sauerstoffspeichermenge auf die Hälfte der Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators festgelegt wird und dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Kraftstoffgemischs, das zu dem Motor zugeführt wird, gesteuert wird, um die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators bei dem Ziel-Wert beizubehalten.
Das Patent Nr. 5, 842, 340 der Vereinigten Staaten zeigt ein Berechnungsverfahren der Sauerstoffspeichermenge des Katalysators. Dieses Verfahren schätzt die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators durch die Analysen eines Ausgangssignales der stromauf und stromab des katalytischen Wandlers vorgesehenen Sauerstoffsensoren ab.
Es ist auch eine Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Kraftstoffgemisches, das zu dem Motor zugeführt wird, gezeigt, so dass die Sauerstoffspeichermenge mit dem Ziel-Wert übereinstimmt.
Ein ähnliches Verfahren ist auch in der Tokkai Hei 5-195842, veröffentlicht durch das Japanische Patentbüro in 1993 und in der Tokkai Hei 7-259602, veröffentlicht durch das Japanische Patentbüro in 1995, gezeigt.
Das vorerwähnte Verfahren zeigt einen Universal-Abgas-Sauerstoffsensor, der einen breiten Bereich der Sauerstoffkonzentrationen für die Sauerstoffsensoren, die stromauf des katalytischen Wandlers vorgesehen sind, erfassen kann. Der Universal-Abgas-Sauerstoffsensor hat eine Tendenz, sich infolge des Aussetzens mit hohen Abgastemperaturen im Verlaufe der Zeit zu verschlechtern. Überdies können sich Fehler beim Erfassen der Sauerstoffkonzentrationen infolge der qualitativen Steuerprobleme während der Herstellung der Sensoren ergeben.
Solche Verschlechterungs- oder Herstellungsfehler führen zu einer Reduzierung der Berechnungsgenauigkeit der Sauerstoffspeichermenge des Drei-Wege-Katalysators, die zu einer Reduzierung der Abgasreinigungsleistung des Katalysators führt.
Aus dem Stand der Technik-Dokument US 5, 337, 555 ist ein Fehlererfassungssystem für ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuersystem für einen Motor bekannt. Der Motor weist einen Auslasskanal und einen katalytischen Wandler auf, der in dem Ausfasskanal angeordnet ist, um das Abgas zu reinigen. Der katalytische Wandler nimmt einen Katalysator auf, der Sauerstoff speichert, wenn eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas höher als eine vorbestimmte Konzentration ist und gibt Sauerstoff frei, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas niedriger als eine vorbestimmte Konzentration ist. Ein erster oder stromaufwärtiger Luft-zu-Kraftstoff-Sensor, der eine Sauerstoffkonzentration in dem Auslasskanal erfasst, ist stromauf des katalytischen Wandlers positioniert und ein zweiter oder stromabwärtiger Luft-zu-Kraftstoff-Sensor, der die Sauerstoffkonzentration in dem Auslasskanal erfasst, ist stromab des katalytischen Wandler vorgesehen. Ein Kraftstoffeinspritzer, der Kraftstoff zu dem Motor zuführt, wird in Übereinstimmung mit dem Signal des stromaufwärtigen Luft-zu-Kraftstoff-Sensor gesteuert, wobei das Ausgangssignal des Sensors in Anbetracht des Ausgangssignals des stromabwärtigen Luft-zu-Kraftstoff-Sensor korrigiert wird.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Luft-zu-Kraftstoff-Steuerung für einen Motor und ein Verfahren für das Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Gemischs, das zu einem Motor zugeführt wird, zu schaffen, wobei die jeweilige Steuerung mit hoher Genauigkeit und hoher Reinigungsleistung des Katalysators gesteuert werden kann.
Entsprechend des Vorrichtungsaspektes der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Luft-Kraftstoff-Steuerung für einen Motor gelöst, die die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 hat. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
Entsprechend des Verfahrensaspektes der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren für das Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, zugeführt zu einem Motor, das die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 6, 7 hat, gelöst.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung mittels bevorzugte Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen dargestellt und erläutert. In den Zeichnungen, wobei:
1 ein schematisches Diagramm des Aufbaus einer Luft-kraftstoff-Verhältnissteuerung für einen Motor entsprechend des Anspruches 1 ist,
die 2A und 2B Ablaufdiagramme sind, die ein Ausgangskorrekturprogramm für einen Universal-Abgas-Sauerstoffsensor sind, das durch die Steuereinheit entsprechend des Ausführungsbeispieles ausgeführt wird,
die 3A – 3D Zeitablaufdiagramme sind, die die Ausgangssignalkorrektur des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors entsprechend eines Ausführungsbeispieles zeigt, wenn eine Sauerstoffkonzentration stromab des Katalysators niedrig ist,
die 4A – 4D zu den 3A – 3D ähnlich sind, aber die Ausgangssignalkorrektur zeigen, wenn die Sauerstoffkonzentration stromab des Katalysators hoch ist,
5 ein Ablaufdiagramm ist, das das Berechnungsprogramm zeigt, das durch die Steuereinheit an einer schnellen Komponente der Sauerstoffspeichermenge ausgeführt wird,
6 ein Ablaufdiagramm ist, das einen Berechnungsablauf zeigt, der durch die Steuereinheit an einer langsamen Komponente der Sauerstoffspeichermenge ausgeführt wird,
7 ein Ablaufdiagramm ist, das einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerablauf zeigt, der durch die Steuereinheit ausgeführt wird.
Bezugnehmend auf die 1 der Zeichnungen ist ein katalytischer Wandler 3 auf halben Wege entlang eines Auslasskanales 2 eines Motors 1 für Kraftfahrzeuge vorgesehen. In dem Auslasskanal 2 ist ein universeller Abgas-Sauerstoffsensor 4 stromauf des katalytischen Wandlers 3 vorgesehen und ein Sauerstoffsensor 5 ist stromab des katalytischen Wandlers 3 vorgesehen.
Eine Steuereinheit 6 steuert ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Kraftstoffgemischs, das zu dem Motor 1 zugeführt wird, auf der Grundlage des Ausgangssignales dieser Sensoren.
Eine Drossel 8, die eine Atmungsluftmenge des Motors 1 regelt, ist in dem Einlasskanal 7 des Motors 1 vorgesehen.
Ein Drei-Wege-Katalysator ist in dem katalytischen Wandler 3 gespeichert. Der Drei-Wege-Katalysator zeigt eine maximale Umwandlungswirksamkeit von NOx, HC und CO, wenn die Gasumgebung des Katalysators eine stöchiometrische Sauerstoffkonzentration hat.
Eine stöchiometrische Sauerstoffkonzentration ist die Sauerstoffkonzentration des Abgases, das durch die Verbrennung des Kraftstoffgemischs des stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Motor erzeugt wird. Wenn das Kraftstoffgemisch mager ist, wird die Sauerstoffkonzentration des Abgases höher als die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration sein. Wenn das Kraftstoffgemisch fett ist, wird die Sauerstoffkonzentration niedriger als die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration sein. In der folgenden Beschreibung bedeutet der Gebrauch des Ausdruckes „mager" in Bezug auf ein Ausgangssignal des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 und des Sauerstoffsensors 5, dass die Sauerstoffkonzentration des Abgases höher als die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration ist. Umgekehrt bedeutet der Gebrauch des Ausdrucks „fett", dass die Sauerstoffkonzentration des Abgases niedriger als die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration ist.
Der Drei-wege-Katalysator hat einen Überzug aus einem Edelmetall, z, B. Platin auf einem Substrat. Ein Sauerstoffspeicherndes Material, z. B. Zer, ist auch auf dem Substrat angeordnet und gestattet in Abhängigkeit zu einer Sauerstoffkonzentration des Abgases von dem Motor 1 Sauerstoff zu speichern oder freizugeben.
Der universelle Abgas-Sauerstoffsensor 4, vorgesehen stromauf des katalytischen Wandlers 3, ist ein Sensor, der ein Spannungssignal proportional zu der Sauerstoffkonzentration des Abgases ausgibt. Der Sauerstoffsensor 5, der stromab des katalytischen Wandlers 3 vorgesehen ist, ist ein bekannter Sensor, der Zirkon und Titan verwendet.
Umgekehrt zu dem Universal-Abgas-Sauerstoffsensor 4 gibt der Sauerstoffsensor 5 ein hohes Spannungssignal aus, wenn die Sauerstoffkonzentration niedriger als die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration ist und gibt ein niedriges Spannungssignal aus, wenn die Sauerstoffkonzentration niedriger als die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration ist. Er hat auch die Neigung das Spannungssignal schnell um die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration zu variieren.
Ein Luftströmungsmesser 9, der eine Einlassluftmenge misst, geregelt durch die Drossel 8, ist in dem Einlasskanal 7 des Motors 1 vorgesehen. Ein Temperatursensor 10, der die Temperatur des Motorkühlwassers erfasst, ist in dem Motor 1 montiert, um die Betriebsbedingung des Motors 1 zu erfassen. Ein Temperatursensor 11 ist in dem katalytischen Wandler 3 montiert, um die Temperatur TCAT des Drei-Wege-Katalysators zu erfassen.
Die Ausgangssignale der Sensoren 4, 5, 9, 10, 11 werden in die Steuereinheit 6 eingegeben. Die Steuereinheit 6 weist einen Mikrorechner auf, versehen mit einem zentralen Recheneinheit (CPU), einen Nur-Lesespeicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) und eine Eingangs-/Ausgangsschnittstelle (I/O-Schnittstelle).
Die Steuereinheit 6 berechnet eine Sauerstoffspeichermenge des Drei-Wege-Katalysators des katalytischen Wandlers 3 auf der Grundlage eines Ausgangssignales von dem Luftströmungsmesser 9 und des Universal-Abgas-Sauerstoffsensor 4. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird rückgekoppelt gesteuert, so dass die Sauerstoffspeichermenge mit dem Ziel-Wert übereinstimmt. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird durch Erhöhen oder Vermindern der Kraftstoffeinspritzmenge eines Kraftstoffeinspritzers 12, der in dem Motor 1 vorgesehen ist, gesteuert.
Wenn die Sauerstoffspeichermenge geringer als ein Ziel-Wert während der Steuerung ist, erhöht die Steuereinheit 6 die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators durch vermindern der Kraftstoffeinspritzmenge, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Kraftstoffgemischs mager zu machen. Umgekehrt, wenn die Sauerstoffspeichermenge höher als ein Ziel-Wert ist, vermindert die Steuereinheit 6 die Sauerstofffreigabemenge des Katalysators durch Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Kraftstoffgemischs fett zu machen.
Die Sauerstoffspeichermenge des Drei-Wege-Katalysators wird wie folgt berechnet. Es ist möglich ein Sauerstoffüberschußverhältnis in Bezug auf die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration in dem Abgas aus der Sauerstoffkonzentration des Abgases stromauf des Katalysators, erfasst durch den Universal-Abgas-Sauerstoffsensor 4, zu berechnen. Wenn die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration erhalten wird, um den Wert von Null zu erhalten, hat ein Sauerstoffüberschußverhältnis einen positiven Wert, wenn es einen Überschu0 an Sauerstoff gibt, und hat einen negativen Wert, wenn es einen Mangel an Sauerstoff gibt.
Eine Sauerstoffmenge, absorbiert durch den Drei-Wege-Katalysator in einer Zeiteinheit oder eine Sauerstoffmenge, freigegeben durch den Drei-Wege-Katalysator in einer Zeiteinheit, kann aus dem Sauerstoffüberschußverhältnis und der Einlassluftmenge berechnet werden.
Wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5, vorgesehen stromab des katalytischen Wandlers 3, eine niedrige Spannung hat, erreicht die Sauerstoffspeichermenge des Drei-Wege-Katalysators eine Sättigung oder einen maximalen wert. Wenn die Sauerstoffspeichermenge die Sättigung erreicht, kann der Drei-Wege-Katalysator keinen weiteren Sauerstoff speichern und die Überschussmenge von Sauerstoff wird aus dem katalytischen Wandler 3 abgegeben.
In diesem Zustand wird einmal die Sauerstoffkonzentration des Abgases, das von dem Motor 1 abgegeben wird, niedriger als die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration, die Sauerstoffspeichermenge des Drei-Wege-Katalysators beginnt sich von dem maximalwert zu vermindern.
Wenn andererseits das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 eine hohe Spannung hat, ist die Sauerstoffspeichermenge des Drei-Wege-Katalysators Null. Wenn die Sauerstoffspeichermenge Null ist, kann der Drei-Wege-Katalysator keinen Sauerstoff freigeben und das Abgas mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration wird von dem katalytischen Wandler 3 freigesetzt.
In diesem Zustand wird einmal die Sauerstoffkonzentration des Abgases, abgegeben von dem Motor 1, höher als die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration, die Sauerstoffspeichermenge des Drei-Wege-Katalysators beginnt sich von Null zu erhöhen.
Das Erhöhungs- oder Verminderungsverhältnis der Sauerstoffspeichermenge während des oben genannten Vorganges verändert sich in Bezug auf das Sauerstoffüberschußverhältnis des Abgases.
Wenn folglich einer bestimmten Betriebsbedingung genügt wird, ist es möglich, die Sauerstoffspeichermenge des Drei-Wege-Katalysators in einer Zeiteinheit auf der Grundlage einer momentanen Sauerstoffspeichermenge des Drei-Wege-Katalysators zu berechnen.
Vorausgesetzt dass die Sauerstoffspeicherkapazität des Drei-Wege-Katalysators auf der Grundlage eines Versuchs bestimmt worden ist, wird die Sauerstoffspeicher-/Freigabefunktion des Drei-Wege-Katalysators durch Festlegen, z. B. durch eine Ziel-Sauerstoffspeichermenge bei einer Hälfte der Sauerstoffspeicherkapazität optimiert. Die Steuereinheit 6 steuert das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zu dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffgemischs, so dass die Sauerstoffspeichermenge des Drei-Wege-Katalysators, die während des oben genannten Vorgangs berechnet worden ist, mit dem Ziel-Wert übereinstimmt. Dieses Steuerprogramm gestattet die Gasumgebung des Drei-Wege-Katalysators bei einer stöchiometrische Sauerstoffkonzentration beizubehalten.
Die Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Kraftstoffgemischs, um mit dem stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis übereinzustimmen, ist aus dem Stand der Technik bei der Lambda-Steuerung bekannt.
Die Steuereinheit 6 genügt den Verbrennungscharakteristika, die durch den Motor in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen gefordert werden, und steuert die Sauerstoffspeichermenge auf den Ziel-Wert durch Einleiten einer Korrektur auf der Grundlage der Abweichung der momentanen Sauerstoffspeichermenge des Drei-Wege-Katalysators aus dem Ziel-Wert in der Lambda-Steuerung.
Zusätzlich zu der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung, wie bereits oben beschrieben, bestimmt die Steuereinheit, ob oder nicht das Ausgangssignal des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 normal ist. Selbst wenn sich das Ausgangssignal auf einen mageren oder fetten Wert verschoben hat, wird die Abweichung von dem Ziel-Wert durch Korrigieren des Ausgangssignales des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 verhindert.
Da die Sauerstoffspeichermenge des Drei-Wege-Katalysators in die Richtung des Ziel-Wertes normal gesteuert wird, selbst wenn es einen bestimmten Schwankungsgrad in der Sauerstoffkonzentration stromauf des Katalysators gibt, wird die Sauerstoffkonzentration stromab des Katalysators in der Nähe der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration infolge der Sauerstoffspeicher-/Freigabefunktion des Drei-Wege-Katalysators beibehalten.
Wenn es jedoch eine Abweichung in dem Ausgangssignal des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 gibt, ist die Sauerstoffspeichermenge des Drei-Wege-Katalysators mit dem Ziel-Wert nicht deckungsgleich. Wenn z. B. das Ausgangssignal des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 eine Sauerstoffkonzentration zeigt, die niedriger als die tatsächliche Sauerstoffkonzentration ist, korrigiert die Steuereinheit 6 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Kraftstoffgemischs in die Richtung zu dem mageren Wert. Wenn dieser Zustand andauert wird die Sauerstoffspeichermenge des Drei-Wege-Katalysators 3 die Sättigung erreichen.
Somit wird die Sauerstoffkonzentration stromab des katalytischen Wandlers 3 zwischen der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration und der Überschuss-Sauerstoffkonzentration periodisch schwanken. Die Steuereinheit 6 bestimmt, dass das Ausgangssignal des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 in die Richtung einer niedrigen Sauerstoffkonzentration auf der Grundlage dieses Phänomens schwankt und führt eine Korrektur in Bezug auf den Ausgangsspannungswert des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4, wenn dieser höher als die Ausgangsspannung ist, aus. Eine Abweichung wird auf der Grundlage eines ähnlichen Vorgangs zu dem oben beschriebenen ausgeführt, wenn das Ausgangssignal des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 eine höhere Sauerstoffkonzertration als die tatsächliche Sauerstoffkonzentration zeigt, und eine Korrek tur wird in Bezug auf den Ausgangsspannungswert des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4, wenn dieser niedriger als die Ausgangsspannung ist, ausgeführt.
In Bezug auf die 2A und 2B wird das Ausgangs-Korrekturprogramm des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4, das durch die Steuereinheit 6 ausgeführt wird, beschrieben. Dieses Programm wird z. B. in einem Intervall von 10 ms ausgeführt.
In einem Schritt S1 steuert die Steuereinheit 6 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Kraftstoffgemischs, das zu dem Motor 1 zugeführt wird, durch das oben beschriebene Verfahren auf der Grundlage des Ausgangssignales des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4, so dass die Sauerstoffspeichermenge des Drei-Wege-Katalysators mit dem Ziel-Wert übereinstimmt. Dies bedeutet, ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird in Abhängigkeit von der Abweichung der momentanen Sauerstoffspeichermenge des Drei-Wege-Katalysators aus dem Ziel-Wert bestimmt und die Kraftstoffeinspritzmenge des Motors 1 wird auf der Grundlage des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gesteuert.
Dann wird es in einem Schritt S2 bestimmt, ob die Kraftstoffabschaltung ausgeführt worden ist. Wenn die Kraftstoffabschaltung ausgeführt worden ist, wird das Programm unmittelbar beendet.
Wenn die Kraftstoffabschaltung nicht ausgeführt worden ist, geht das Programm zu einem Schritt S3 weiter und eine Sauerstoffüberschuss-/-defizitmenge des Abgases wird auf der Grundlage des Ausgangssignales des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 durch das folgende Verfahren gespeichert.
Zuerst wird ein Sauerstoff-Überschussverhältnis des Abgases auf der Grundlage des Ausgangssignales des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 berechnet. Eine Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge in einer Zeiteinheit wird aus dem Sauerstoff-Überschussverhältnis, der Einlassluftmenge und dem Sauerstoffteildruck in der Atmosphäre berechnet. Die Zeiteinheit kann zu dem Ausführungsintervall des Programm gleich gesetzt werden. Der Teildruck des Sauerstoffs in der Atmosphäre ist ein feststehender Wert. Somit ist es nicht erforderlich den Teildruck zu messen. Andererseits wird sich, selbst wenn das Sauerstoff-Überschussverhältnis dasselbe ist, die Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge entsprechend der Veränderung der Einlassluftmenge verändern. Die so berechnete Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge in der Zeiteinheit wird dann bei jeder Gelegenheit, wenn das Programm ausgeführt wird, gespeichert.
In dem Schritt S3 werden die Einlassluftmengen pro Zeiteinheit ebenfalls gespeichert. Als Zeiteinheit soll hier auch die genommen werden, die das Ausführungsintervall des Programms ist.
Als nächstes wird es in einem Schritt S4 bestimmt, ob oder nicht das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 in dem bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzent ration ist. Der Bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration ist der Bereich zwischen einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert, der um die stöchiometrische Sauerstoffkonzentration festgelegt wird. Wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 in dem bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration ist, wird es verstanden, dass die Sauerstoffspeicherungs- oder -freigabemenge des Drei-Wege-Katalysators keine Grenze erreicht hat. Mit anderen Worten, der Bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration ist der Bereich der Schwankungen in der Sauerstoffkonzentration in einem Bereich, wo die Sauerstoffspeicherungs-/-freigabefunktion des Drei-Wege-Katalysators in Funktion ist. In der folgenden Beschreibung ist ein Bereich, in dem die Sauerstoffkonzentration höher als in dem bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration ist, auf einen Bereich vom Überschuss bezogen, und ein Bereich, in dem die Sauerstoffkonzentration niedriger als der Bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration ist, wird als ein Defizitbereich bezeichnet.
In dem Schritt S4, wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 in dem Bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration ist, bestimmt in den Schritten S5 – S8 das Programm in welcher Weise sich das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 verändert.
Zuerst wird es in dem Schritt S5 bestimmt, ob oder nicht das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 von dem Bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration in den Bereich vom Überschuss ansteigt. Wenn das Ausgangssignal von dem Bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration in den Bereich vom Überschuss ansteigt, bestimmt das Programm in dem Schritt S6, ob oder nicht das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 aus dem Bereich vom Überschuss bei der vorhergehenden Gelegenheit eingetreten ist, wenn das Signal in den Bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration eingetreten ist.
Wenn das Ergebnis der Bestimmung zustimmend ist, wird es verstanden, das die Sauerstoffkonzentration des Abgases, das aus dem katalytischen Wandler 3 herausströmt, sich in der Abfolge des Bereich vom Überschusses, dem Bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration, des Bereich vom Überschusses ändert.
Während der Lambda-Steuerung sollte sich das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 um den Bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration verändern. Wenn das Ausgangssignal dazu neigt, sich von dem Bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration zu nur einem von dem Bereich vom Überschuss oder dem Defizitbereich zu ändern, wird es verstanden, dass die Sauerstoffkonzentration, die von dem Universal-Abgas-Sauerstoffsensor 4 erfasst wird, sich von dem tatsächlichen wert verändert.
Wenn somit beide Bestimmungen in dem Schritt S5 oder in dem Schritt S6 zustimmend sind, wird es bestimmt, dass der universelle Abgas-Sauerstoffsensors 4 die Tendenz hat, eine übermäßig große Sauerstoffkonzentration zu erfassen.
Wenn die Bestimmung in dem Schritt S5 negativ ist, wird es in dem Schritt S7 bestimmt, dass sich das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 von der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration in den Defizitbereich vermindert hat. Wenn das Bestimmungsergebnis zustimmend ist, geht der Ablauf zu dem schritt S8 weiter und bestimmt, ob oder nicht das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 in den Defizitbereich bei der vorhergehenden Gelegenheit eingetreten ist, wenn das in den Bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration eingetreten ist.
Wenn das Ergebnis dieser Bestimmung zustimmend ist bedeutet dies, dass die Sauerstoffkonzentration des Abgases, das aus dem katalytischen Wandler 3 strömt, sich in der Abfolge des Defizitbereiches, des Bereiches der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration und des Defizitbereiches verändert. In diesem Fall wird es bestimmt, dass der universelle Abgas-Sauerstoffsensors 4 die Tendenz hat eine übermäßig kleine Sauerstoffkonzentration zu erfassen.
Wenn das Bestimmungsergebnis in dem Schritt S6 oder in dem Schritt S8 zustimmend ist, das bedeutet, wenn die Veränderung der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, das aus dem katalytischen Wandler 3 strömt, eine der oben genannten Abfolgen anzeigt, geht das Programm zu einem Schritt S9.
Wenn im Gegensatz dazu die Veränderung der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, das aus dem katalytischen Wandler 3 strömt, keine der oben genannten Abfolge anzeigt, wird das Programm ohne weitere Stufen fortzusetzen beendet.
In dem Schritt S9 wird die Verschiebungsmenge des Ausgangssignales des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 berechnet.
Zu diesem Zweck wird ein durchschnittliches Sauerstoff-Überschussverhältnis durch Dividieren der Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge, die in dem Schritt S3 gespeichert wurde, durch die Einlassluftmenge, die in dem Schritt S3 gespeichert wurde, berechnet. Die Verschiebungsmenge wird dann durch die folgende Gleichung berechnet. Verschiebungsmenge = { 14,7 / (1 – durchschnittliches Sauerstoff-Überschussverhältnis)} – 14,7
Wenn das durchschnittliche Sauerstoff-Überschussverhältnis einen positiven Wert einnimmt, ist die Verschiebungsmenge positiv, und wenn das durchschnittliche Sauerstoff-Überschussverhältnis einen negativen Wert einnimmt ist die Verschiebungsmenge negativ.
In einem nächsten Schritt S10 wird das Ausgangssignal des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 durch die berechneten Verschiebungsmenge korrigiert und in dem Speicher gespeichert, so dass das korrigierte Ausgangssignal während der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung verwendet werden kann, d. h., in dem Schritt S1 wird bei der nächsten Gelegenheit das Programm ausgeführt.
Der Absolutwert des durchschnittlichen Sauerstoff-Überschussverhältnisses erhöht sich, wenn sich die Abweichung des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht. Folglich ist der Verschiebungsvertrag auf der Grundlage des Sauerstoff-Überschussverhältnisses ein wert, der einer enge Entsprechung zu der tatsächlichen Verschiebungsmenge des Ausgangssignales des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 entspricht. Somit gestattet die Korrektur in einer kurzen Zeit die tatsächliche Sauerstoffspeichermenge in die Zielmenge umzuwandeln.
In einem nächsten Schritt S11 wird es bestimmt, ob oder nicht die Verschiebungsmenge, der in dem Schritt S9 berechnet wird, größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Der vorbestimmte Wert wird z. B. für den Wert bestimmt, bei dem die toxischen Komponenten in dem Abgas 1, 5 mal größer als in dem Fall werden, bei dem die Verschiebungsmenge Null ist.
Wenn die Verschiebungsmenge größer als der vorbestimmte Wert ist, wird es bestimmt, dass es in dem Universal-Abgas-Sauerstoffsensor 4 eine Fehlfunktion gibt. Eine Fahrzeugwarnvorrichtung wird von der Fehlfunktion informiert. Wenn der Absolutwert der Verschiebungsmenge den vorbestimmten Wert erreicht, zeigt es, dass sich der Universal-Abgas-Sauerstoffsensor 4 verschlechtert hat und eine stabile Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung schwierig ist. In diesem Fall wird, da die Verschlechterung nicht nur durch eine Korrektur kompensiert werden kann, ein Warnsignal erzeugt, um anzuzeigen, das der Sensor 4 ersetzt werden sollte. Nach dem Verarbeiten in dem Schritt S11 geht der Ablauf zu einem Schritt S12 weiter.
In dem Schritt S12 werden die Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge und die Einlassluftmenge, die jeweils in dem Schritt S3 gespeichert wurden, beide geklärt und auf einen Wert von Null festgelegt und das Programm wird beendet.
Mit anderen Worten, diese werte werden nur dann auf Null gestellt, wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 eine Veränderung zu dem Bereich vom Überschuss von dem stöchiometrischen Bereich zeigt, nachdem es eine Veränderung von dem Bereich vom Überschuss zu dem stöchiometrischen Bereich gegeben hat, oder wenn es eine Veränderung zu dem Defizitbereich von dem stöchiometrischen Bereich zeigt, nachdem es eine Veränderung von dem Defizitbereich zu dem stöchiometrischen Bereich gegeben hat.
Nunmehr wird in Bezug auf die 3A – 3D und die 4A – 4D die Korrektur des Ausgangssignals des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 durch das oben vorgestellte Programm beschrieben.
Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zu dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffgemischs wird durch die Steuereinheit 6 auf der Grundlage der durch den Universal-Abgas-Sauerstoffsensor 4 erfassten Sauerstoffkonzentration zurückgekoppelt gesteuert. Somit wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb eines feststehenden Bereiches um das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert.
Während dieser Steuerung verbleibt das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 stromab des katalytischen Wandlers 3 in dem bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration durch die Wirkung der Sauerstoff-Speicherungs-/Freigabefunktion des Drei-Wege-Katalysators.
Wenn das Ausgangssignal des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 in einer Richtung abweicht, dass das Ausgangssignal eine übermäßige Sauerstoffkonzentration infolge der Verschlechterung des Sensors oder infolge von Herstellungsfehlern zeigt, bestimmt die Steuereinheit 6, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Kraftstoffgemischs übermäßig mager ist und steuert dementsprechend das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zu dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffgemischs in die Richtung auf fett. Demzufolge wird das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis angereichert und der Drei-Wege-Katalysator gibt den gespeicherten Sauerstoff frei, um die angereicherte Gasumgebung zu kompensieren. Die Sauerstofffreigabefunktion des Katalysators hat jedoch ihre Grenze und wenn die Freigabemenge die Grenze erreicht, verändert sich das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5, wie in der 3A gezeigt, in den Defizitbereich. Dies wird angenommen eine Zeit t1 zu sein. Die Steuereinheit 6 startet die Speicherung der Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge und die Speicherung der Einlassluftmenge durch das ausführen des Programms der 2A und 2B, nachdem der Katalysator nach dem Motorstart aktiviert worden ist. Nach der Zeit t1 verbleibt das Ausgangssignal 5 in dem Defizitbereich bis zu einer Zeit t2. In diesem Bereich setzen sich, da die Bestimmungen in dem Schritt S5 und dem Schritt S7 beide negativ sind, wenn das Programm ausgeführt wird, die Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge und die Einlassluftmenge fort gespeichert zu werden.
Zu der Zeit t2 betritt das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 aus dem Defizitbereich wieder den Bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration, aber die Speicherung der Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge und der Einlassluftmenge setzt sich als ein Ergebnis der Bestimmung in dem Schritt S4, der zustimmend ist, fort. Als ein Ergebnis erhöht sich die gespeicherte Einlassluftmenge, aber die gespeicherte Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge verändert sich nicht wesentlich, weil die Gasumgebung des Katalysators in dem Bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration ist. Bei einer Zeit t3 betritt das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 wieder den Defizitbereich aus dem bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration und das Bestimmungsergebnis von sowohl dem Schritt S7, als auch dem Schritt S8 in dem Ablaufdiagramm wird zustimmend. Als ein Ergebnis wird in dem Schritt S9 eine Verschiebungsmenge als ein durchschnittliches Sauerstoffkonzentrationsverhältnis aus den gespeicherten Werten berechnet. Somit wird, wie in der 3d gezeigt, die Korrektur des Ausgangssignals des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 auf der Grundlage der Verschiebungsmenge ausgeführt. Zu derselben Zeit werden die gespeicherte Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge und die gespeicherte Einlassluftmenge in dem Schritt S12 jeweils auf Null zurückgesetzt und die Speicherung der Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge und der Einlassluftmenge wird bei der nächsten Gelegenheit wieder fortgesetzt, wenn das Programm ausgeführt wird.
Zu einer Zeit t4, kehrt jedes Mal das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 wieder in den Bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration zurück, aber die Speicherung der Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge und der Einlassluftmenge setzt sich, wie in dem Fall der Zeit t2, fort. Wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 zu einer Zeit t5 wieder den Defizitbereich betritt, wird das Bestimmungsergebnis von sowohl dem Schritt S7, als auch dem schritt s8 in dem Ablaufdiagramm zustimmend, und eine Korrektur des Ausgangssignals des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 wird, wie in der 3D gezeigt, unter Verwenden der Verschiebungsmenge, die auf der Grundlage der gespeicherten werte wieder berechnet wurden, wieder ausgeführt. Auf diese Weise wird die Korrektur des Ausgangssignals des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 ausgeführt, bis das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 in den Bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration konvergiert.
Wenn andererseits das Ausgangssignal des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 in eine Richtung abweicht, dass das Ausgangssignal einen ungenügende Sauerstoffkonzentration infolge der Verschlechterung des Sensors oder infolge von Herstellungsfehlern zeigt, bestimmt die Steuereinheit 6, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Kraftstoffgemischs übermäßig fett ist und steuert das Luft-Kraftstoff-Verhältnis dementsprechend mager. Demzufolge wird das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf magere Werte verändert, und der Drei-Wege-Katalysator speichert Sauerstoff, um die magere Gasumgebung zu kompensieren. Jedoch hat die Sauerstoffspeicherungsfunktion des Drei-Wege-Katalysators ihre Grenze und wenn die Sauerstoffspeichermenge die Grenze erreicht verändert sich das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 in den Bereich vom Überschuss, wie in der 4A gezeigt. Dies wird angenommen, die Zeit t1 zu sein. In diesem Fall startet auch die Steuereinheit 6 die Speicherung der Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge und die Speicherung der Einlassluftmenge durch das Ausführen des Programms der 2A und 2B, nachdem die Aktivierung des Drei-Wege-Katalysators nach dem Start erfolgte. Nach der Zeit t1 verbleibt das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 in dem Bereich vom Überschuss bis zu einer Zeit t2. In diesem Bereich wird, da die Bestimmungen in dem Schritt S5 und dem Schritt S7 beide negativ sind, das Programm ausgeführt, wobei die Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge und die Einlassluftmenge fortfahren gespeichert zu werden.
Zu der Zeit t2 betritt das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 aus dem Bereich vom Überschuss wieder den Bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration, aber die Speicherung der Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge und der Einlassluftmenge setzt sich als ein Ergebnis der Bestimmung in dem Schritt S4, der zustimmend ist, fort. Als ein Ergebnis erhöht sich die gespeichert Einlassluftmenge, aber die gespeichert Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge verändert sich nicht wesentlich, weil die Gasumgebung des Drei-Wege-Katalysators in dem Bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration. Zu einer Zeit t3, wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 wieder den Bereich vom Überschuss aus dem Bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration erreicht, und das Bestimmungsergebnis von sowohl dem Schritt S5, als auch dem Schritt S6 in dem Ablaufdiagramm wird zustimmend. Als ein Ergebnis wird in dem Schritt S9 eine Verschiebemenge als das durchschnittliche Verhältnis der Sauerstoffkonzentration aus den gespeicherten Werten berechnet. Somit wird, wie in der 4D gezeigt, die Korrektur des Ausgangssignales des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 auf der Grundlage der Verschiebungsmenge ausgeführt. Zu derselben zeit werden die gespeicherte Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge und die gespeicherte Einlassluftmenge in dem Schritt S12 jeweils auf Null zurückgesetzt und die Speicherung der Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge und der Lufteinlassmenge wird bei der nächsten Gelegenheit fortgesetzt, wenn das Programm ausgeführt wird. Zu der Zeit t4 kehrt das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 wieder in den Bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration zurück, aber die Speicherung der Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge und der Einlassluftmenge setzt sich, wie zu der Zeit t2, fort. Wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 wieder in den Bereich vom Überschuss zu einer Zeit t5 kommt, wird das Bestimmungsergebnis von sowohl dem Schritt S5, als auch dem Schritt S6 in dem Ablaufdiagramm zustimmend, und die Wieder-Korrektur des Ausgangssignals des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 wird, wie in der 4D gezeigt, unter Verwendung der Verschiebemenge, die auf der Grundlage der gespeicherten Werte wiederberechnet wurde, wieder ausgeführt. Auf diese Weise wird das Ausgangssignal des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 ausgeführt, bis das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 5 in den bereich der stöchiometrischen Sauerstoffkonzentration konvergiert.
Der Absolutwert des durchschnittlichen Überschussverhältnisses erhöht sich, wie sich die Verschiebemenge des Ausgangssignales des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 erhöht. Somit konvergiert das Ausgangssignal des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 auf einen geeigneten Wert in einer kurzen Zeit durch das entsprechende Ausgangssignal des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 in Abhängigkeit zu dem durchschnittlichen Sauerstoff-Überschussverhältnis. Da die Steuereinheit 6 die Überschuss-Defizit-Sauerstoffmenge auf der Grundlage des korrigierten Ausgangssignales des Universal-Abgas-Sauerstoffsensors 4 berechnet und die Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses derart ausführt, dass die Sauerstoffspeichermenge des Drei-Wege-Katalysators mit dem Ziel-wert übereinstimmt, wird die Gasumgebung des Drei-Wege-Katalysators präzis gesteuert und die Leistung des Drei-Wege-Katalysators wird maximiert.
Als nächstes wird die Berechnung der Sauerstoffspeichermenge des Drei-Wege-Katalysators, die durch die Steuereinheit 6 ausgeführt wird, um die Sauerstoffspeichermenge des Drei-Wege-Katalysators zu steuern, beschrieben.
Die Sauerstoffspeicherung durch den Drei-Wege-Katalysator kann klassifiziert werden in Sauerstoff, der schnell durch das Edelmetall, das auf das Substrat überzogen ist, absorbiert wird, und Sauerstoff, der durch ein Speichermaterial, z. B. Zer, das auch auf das Substrat überzogen wird, langsam absorbiert wird. Folglich ist es beim Berechnen der Sauerstoffspeichermenge des Drei-Wege-Katalysators möglich, die Genauigkeit der Berechnung durch separates Berechnen der Sauerstoffspeichermenge infolge dieser zwei Arten der Sauerstoffspeicherung zu erhöhen.
Nunmehr in Bezug auf die 5 und auf die 6 wird das Berechnungsprogramm, das durch die Steuereinheit 6 ausgeführt wird, beschrieben.
5 zeigt ein Berechnungsprogramm für die Sauerstoffspeichermenge HO2 durch das Edelmetall in dem Katalysator und 6 zeigt ein Berechnungsprogramm für die Sauerstoffspeichermenge LO2 durch das Sauerstoffspeichermaterial. Beide Programme werden z. B. in einem Intervall von 10 ms ausgeführt.
In dem in der 5 gezeigten Programm wird eine Sauerstoffspeichermenge HO2 durch das Edelmetall auf der Grundlage eines Sauerstofffreigabeverhältnisses A des Edelmetalls und einer Einheit Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge O2/N des Abgases, das in den katalytischen Wandlers 3 strömt, berechnet. Die Einheit Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge O2/N ist die Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge während des Programmausführungsintervalls, das in den Schritten S3 in der 2a berechnet wurde. Das Edelmetall absorbiert den gesamten Überschusssauerstoff in dem Bereich der Sauerstoffspeicherkapazität in einer Überschuss-Sauerstoffumgebung. Andererseits ist das Freigabeen von Sauerstoff in einer Umgebung mit Fehlbetrag nur bei Verhältnissen möglich, die niedriger als die während der Speicherung sind. Das Sauerstofffreigabeverhältnis A ist das Verhältnis des Sauerstoffspeicherverhältnisses des Edelmetalls. Das Sauerstofffreigabeverhältnis ein positiver Wert, der nicht größer als eins ist.
Zuerst wird es in einem Schritt S31 aus der Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge O2/N bestimmt, ob die momentane Gasumgebung in einem Speicherzustand oder Freigabezustand ist. Wenn die Einheit Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge O2/N größer als Null ist, ist die Gasumgebung in einem Speicherzustand, in dem des Katalysator Sauerstoff speichert. Wenn die Einheit der Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge O2/N kleiner als Null ist, ist die Gasumgebung in einem Freigabezustand, in dem der Katalysator Sauerstoff freigibt.
Wenn die Einheit Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge O2/N größer als Null ist, geht das Programm zu einem Schritt S32 weiter und die Sauerstoffspeichermenge HO2 des Edelmetalls wird aus der Gleichung (1) berechnet. HO2 = HO2z + O2/N (1)
Wobei HO2z die Speichermenge von Edelmetall ist, berechnet bei der vorhergehenden Gelegenheit, wenn das Programm ausgeführt wird.
Wenn die Einheit Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge O2/N nicht größer als Null ist, geht das Programm zu einem Schritt S33 und die Sauerstoffspeichermenge HO2 des Edelmetalls wird aus der Gleichung (2) berechnet. HO2 = HO2z + O2/N·A (2)
Wobei A das Sauerstofffreigabeverhältnis des Edelmetalls ist.
Als nächstes wird es in dem Schritt S34 bestimmt, ob oder nicht die berechnete Sauerstoffspeichermenge HO2 des Edelmetalls größer als oder gleich zu einem zulässigen Maximalwert HO2max ist. Wenn die Sauerstoffspeichermenge HO2 den zulässigen Maximalwert HO2max überschreitet, wird eine Überschussmenge OVERFLOW die den zulässigen Maximaalwert HO2max überschreitet, erzeugt. In diesem Fall wird in einem Schritt S36 die Sauerstoffspeichermenge HO2 des Edelmetalls zu dem zulässigen Maximalwert Ho2max gleich festgelegt und das Programm wird nach dem Berechnen der Überschussmenge OVERFLOW durch die Gleichung (3) beendet.
OVERFLOW = HO2·HO2max (3)
In dem schritt S34 geht, wenn die Sauerstoffspeichermenge des Edelmetalls den zulässigen Maximalwert Ho2max nicht überschreitet, das Programm zu einem Schritt S35 weiter und es wird bestimmt, ob oder nicht die Sauerstoffspeichermenge HO2 des Edelmetalls größer als ein zulässigen Minimalwert Ho2min ist. Wenn die Sauerstoffspeichermenge HO2 nicht größer als der zulässige Minimalwert Ho2min ist, zeigt es, dass im Wesentlichen der gesamte gespeichert Sauerstoff in dem Edelmetall freigegeben worden ist, und die Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge einen negativen Wert hat. Dies bedeutet, die Gasumgebung des Katalysators hat einen Mangel an Sauerstoff. In diesem Fall wird in einem schritt S37 die Sauerstoffspeichermenge HO2 zu dem zulässigen Minimalwert Ho2min gleich gesetzt und das Programm wird nach dem Berechnen des Mangels der Freigabemenge als ein negative Überschussmenge OVERFLOW aus der Gleichung (4) berechnet.
OVERFLOW = HO2·HO2min (4)
Wenn die Sauerstoffspeichermenge HO2 des Edelmetalls zwischen dem zulässigen Maximalwert Ho2max und dem zulässigen Minimalwert Ho2min ist, wird die Einheit Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge O2/N des Abgases, das in den katalytischen Wandler 3 strömt, durch das Sauerstoffspeicher- oder -freigabefunktion des Edelmetalls kompensiert. In diesem Fall wird in Überschussmenge OVERFLOW einem Schritt S38 die auf Null festgelegt und das Programm wird abgeschlossen.
Das Sauerstoffspeichermaterial speichert oder gibt die durch das oben vorgestellte Programm berechnete Überschussmenge OVERFLOW frei.
Nunmehr wird in Bezug auf die 6 ein Berechnungsprogramm der Sauerstoffspeichermenge des Sauerstoffspeichermaterials beschrieben.
Dieses Programm verwendet die in dem in 5 gezeigten Programm berechnete Überschussmenge OVERFLOW.
Zuerst wird in einem Schritt S41 eine Sauerstoffspeichermenge LO2 des Sauerstoffmaterials aus der Gleichung (5) berechnet.
LO2 = LO2z + OVERFLOW·B (5)
Wobei LO2z = der vorhergehende Wert für LO2 ist und
B = das Sauerstoffspeicherungs-/-freigabeverhältnis des Sauerstoffspeichermaterials ist.
Das Sauerstoffabsorptions-/-freigabeverhältnis B vom Sauerstoffspeichermaterial drückt das Sauerstoffspeicherverhältnis und das Sauerstofffreigabeverhältnis des Sauerstoffspeichermaterials aus, wenn das Sauerstoffspeicherverhältnis des Edelmetalls verwendet wird, um den Wert von eins zu haben. Das Sauerstoffspeicherungs-/-freigabeverhältnis 8 wird auf einen positiven Wert, nicht größer als eins, festgelegt. Das Sauerstoffspeicherverhältnis und das Sauerstoffsfreigabeverhältnis des Sauerstoffspeichermaterials sind nicht streng dasselbe. Überdies variieren sie infolge des Sauerstoffspeichermenge LO2 des Sauerstoffspeichermaterials oder der Katalysatortemperatur TCAT. Somit können das Sauerstoffspeicherverhältnis und das Sauerstofffreigabeverhältnis des Sauerstoffspeichermaterials als eine Variable festgelegt werden.
Wenn die Überschussmenge OVERFLOW positiv ist, ist der Sauerstoff in der Katalysatorgasumgebung im Überschuss. Das Sauerstoffspeicherungs-/-freigabeverhältnis B des Sauerstoffspeichermaterials wird zu dieser zeit auf einen wert festgelegt, der sich erhöht, wenn sich z. B. LO2 des Sauerstoffspeichermaterials vermindert. Wenn andererseits die Überschussmenge OVERFLOW einen negativen Wert hat, gibt es einen Mangel in der Katalysatorgasumgebung. Somit wird das Sauerstoffspeicherungs-/-freigabeverhältnis B des Sauerstoffspeichermaterials zu der Zeit auf einen Wert festgelegt, der sich z. B. erhöht, wenn sich die Katalysatortemperatur TCAT erhöht, oder wenn sich die Sauerstoffspeichermenge LO2 des Sauerstoffspeichermaterials erhöht.
Dies bedeutet, die Sauerstoffspeichermenge LO2 des Sauerstoffspeichermaterials oder die Katalysatortemperatur TCAT beeinflusst das Sauerstoffspeicherverhältnis in derselben Weise. In diesem Ausführungsbeispiel ist dies der Grund, warum das Sauerstoffspeicherverhältnis und das Sauerstofffreigabeverhältnis auf denselben Wert B festgelegt werden.
In einem Schritt S42 wird die berechnete Sauerstoffspeichermenge LO2 des Sauerstoffspeichermaterials mit dem zulässigen Maximalwert LO2max verglichen. Wenn die Sauerstoffspeichermenge LO2 größer als oder gleich zu dem zulässigen Ma ximalwert LO2max ist, geht das Programm zu einem Schritt S44 weiter. In dem Schritt S44 wird die Sauerstoffspeichermenge LO2 zu dem zulässigen Maximalwert LO2max gleich gesetzt und eine Defizit-Sauerstoffmenge O2out wird aus der Gleichung (6) berechnet und das Programm wird beendet. O2out = LO2·LO2max(6)
In dem Schritt S42 wird, wenn die Sauerstoffspeichermenge LO2 niedriger als der zulässige Maximalwert LO2max ist, die berechnete Sauerstoffspeichermenge LO2 des Sauerstoffspeichermaterials mit dem zulässigen Minimalwert LO2min verglichen, wobei das Programm zu einem Schritt S45 weitergeht. In dem Schritt S45 wird die Sauerstoffspeichermenge LO2 zu dem zulässigen Minimalwert LO2min gleichgesetzt und das Programm wird beendet. Wenn die Sauerstoffspeichermenge LO2 größer als der zulässige Minimalwert LO2min ist, wird das Programm ohne weitere Schritte auszuführen beendet.
Die Steuereinheit 6 führt die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung des zu dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffgemischs unter Verwendung der oben berechneten Sauerstoffspeichermenge des Katalysators aus. 7 zeigt ein Programm für dies Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung, das durch die Steuereinheit 6 ausgeführt wird. Dieses Programm entspricht dem Vorgang von Schritt S1 in der 2A.
In einem Schritt S51 wird die momentane Sauerstoffspeichermenge HO2 des Edelmetalls, die durch das Programm von 5 berechnet wurde, gelesen.
In einem Schritt S52 werden eine Abweichung ΔHO2 und ein Ziel-Wert TGHO2 berechnet. Der Ziel-Wert TGHO2 der Sauerstoffspeichermenge des Edelmetalls z. B. auf die Hälfte des zulässigen Maximalwertes HO2max festgelegt.
In einem Schritt S53 wird die berechnete Abweichung ΔHO2 in ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Äquivalentwert umgewandelt und ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis T-A/F des Motors 1 wird auf der Grundlage des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Äquivalentwertes festgelegt.
In einem Schritt S54 gibt die Steuereinheit 6 ein Kraftstoffeinspritzsignal aus, das dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis T-A/F in dem Kraftstoffeinspritzer 12 entspricht. Entsprechend dieses Programms wird, wenn die Sauerstoffspeichermenge HO2 des Edelmetalls nicht einen Ziel-Wert erreicht das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zu dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffgemischs auf mager festgelegt, um die Sauerstoffspeichermenge zu erhöhen. Wenn die Sauerstoffspeichermenge HO2 den Ziel-Wert überschreitet, wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Kraftstoffgemischs auf fett festgelegt, um die Sauerstoffspeichermenge zu vermindern. Die Kraftstoffeinspritzmenge des Einspritzers 12 wird dann auf der Grundlage des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bestimmt.
Es sollte beachtet werden, dass nur die Sauerstoffspeichermenge HO2 des Edelmetalls durch dieses Programm gesteuert wird. Der Grund, warum die Sauerstoffspeichermenge LO2 des Sauerstoffspeichermaterials nicht in die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung einbezogen wird, ist der, dass die Sauerstoffspeichermenge LO2 des Sauerstoffspeichermaterials nicht auf solch eine Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung empfänglich ist. Jedoch entsprechend der Forschung durch die Erfinder beeinträchtigt die Sauerstoffspeichermenge LO2 von dem Sauerstoffspeichermaterial das Sauerstofffreigabeverhältnis A, die für die Berechnung der Sauerstoffspeichermenge HO2 des Edelmetalls angewandt wird, wenn es Sauerstoff freigibt. Es wird demzufolge bevorzugt, den Wert des Sauerstofffreigabeverhältnisses A in Abhängigkeit von der Sauerstoffspeichermenge LO2 des Sauerstoffspeichermaterials zu variieren. Das Programm für das Berechnen der Sauerstoffspeichermenge LO2 des Sauerstoffspeichermaterials, gezeigt in der 6, wird für diesen Zweck ausgeführt.

Claims

Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung für einen Motor (1), wobei der Motor (1) einen Einlasskanal (7) aufweist, der Luft in den Motor (1) einlässt, einen Auslasskanal (2), einen katalytischen Wandler (3), angeordnet in dem Auslasskanal (2), um das Abgas zu reinigen, wobei der katalytische Wandler (3) einen Katalysator unterbringt, der Sauerstoff speichert, wenn eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas höher als eine vorbestimmte Konzentration ist und Sauerstoff freigibt, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas niedriger als die vorbestimmte Konzentration ist, und einen Kraftstoffeinspritzer (12), der den Kraftstoff zu dem Motor (1) zuführt, wobei die Steuerung aufweist eine erste Sensoreinrichtung (4) für das Erfassen einer Sauerstoffkonzentration in dem Auslasskanal (2) stromauf des katalytischen Wandlers (3) und Ausgeben eines entsprechenden Signals; eine zweite Sensoreinrchtung (5) für das Erfassen einer Sauerstoffkonzentration in dem Auslasskanal (2) stromab des katalytischen Wandlers (2) und Ausgeben eines entsprechenden Signales; eine dritte Sensoreinrichtung (8) für das Erfassen einer Ansaugluftmenge des Einlasskanales (7); einen Mikroprozessor (6), programmiert um eine Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzers zu berechnen, um zu veranlassen, dass ein Ausgangssignal der ersten Sensoreinrichtung (4), mit einem Wert, der einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, übereinstimmt; Berechnen einer Sauerstoffspeichermenge des Katalysators auf der Grundlage des Ausgangssignales der ersten Sensoreinrichtung(4); Korrigieren einer Kraftstoffeinspritzmenge, um zu veranlassen, dass die Sauerstoffspeichermenge, mit dem vorbestimmten Zielwert übereinstimmt; und Steuern des Kraftstoffeinspritzers (12), um eine korrigierte Kraftstoffeinspritzmenge einzuspritzen; Bestimmen, ob ein Ausgangssignal der zweiten Sensoreinrichtung (5) periodisch zwischen einem stöchiometrischen Bereich und einem spezifischen Bereich außerhalb des stöchiometrischen Bereiches schwankt, wobei der stöchiometrische Bereich als ein Bereich um den Wert definiert ist, der dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht; Berechnen eines Überschussvehältnisses von Sauerstoff in dem Abgas in dem Auslasskanal (2) stromauf des Wandlers (3) in Bezug auf den Wert, der dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Sauerstoffkonzentration, erfasst durch den ersten Sauerstoffsensor (4), entspricht; Berechnen einer Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge des Abgases, das in den Wandler (3) aus der Einlassluftmenge und dem Überschussverhältnis strömt; Speichern von jeweils der Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge und der Einlassluftmenge in dem spezifischen Bereich, wenn das Ausgangssignal der zweiten Sensoreinrichtung (5) zwischen dem stöchiometrischen Bereich und dem spezifischen Bereich periodisch schwankend ist; Berechnen eines durchschnittlichen Sauerstoff-Überschussverhältnisses in dem spezifischen Bereich durch Dividieren einer gespeicherten Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge durch eine gespeicherte Einlassluftmenge; und Korrigieren des Ausgangssignales der ersten Sensoreinrichtung (4) auf der Grundlage des durchschnittlichen Sauerstoff-Überschussverhältnisses.
Luft-Kraftstoffsteuerung nach Anspruch 1, wobei der Mikroprozessor (6) außerdem programmiert ist zu bestimmen, ob der Motor (1) in einem Kraftstoff-Abschaltzustand ist, in dem der Kraftstoffeinsprizer (12) keinen Kraftstoff (S2) einsprizt, oder nicht; und Verhindern, dass eine Korrektur der Sauerstoffkonzentration, erfasst durch den ersten Sauerstoffsensor (4) ausgeführt wird, wenn der Motor (1) in dem Kraftstoff-Abschaltzustand (S4) ist.
Luft-Kraftstoffsteuerung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Mikroprozessor (6) außerdem programmiert ist zu bestimmen, dass der erste Sauerstoffsensor (4) eine Fehlfunktion aufweist, wenn ein Absolutwert eines Korrekturwertes der Sauerstoffkonzentration, erfasst durch den ersten Sauerstoffsensor (4), größer als ein vorbestimmter Wert (S11) ist.
Luft-Kraftstoffsteuerung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Sauerstoffsensor (4) einen Universal-Abgas-Sauerstoffsensor (4) aufweist, der ein Spannungssignal proportional zu einer Sauerstoffkonzentration des Abgases ausgibt.
Luft-Kraftstoffsteuerung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Katalysator ein Edelmetall aufweist, das Sauerstoff schnell speichert oder freisetzt, und ein Sauerstoffspeichermaterial, das Sauerstoff langsam speichert oder freisetzt, und der Mikroprozessor (6) außerdem programmiert ist, eine Sauerstoffspeichermenge des Edelmetalls und eine Sauerstoffspeichermenge des Sauerstoffspeichermateriales auf der Grundlage einer Sauerstoffkonzentration, erfasst durch den ersten Sauerstoffsensor (S31 – S38, S41 – S45) separat zu berechnen.
Verfahren zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Kraftstoffgemisches, zugeführt zu einem Motor (1), wobei der Motor (1) aufweist einen Einlasskanal (7), der Luft in den Motor (1) einlässt, einen Auslasskanal (2), einen katalytischen Wandler (3), angeordnet in dem Auslasskanal (2), um das Abgas zu reinigen, wobei der katalytische Wandler (3) einen Katalysator unterbringt, der Sauerstoff speichert, wenn eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas höher als eine vorbestimmte Konzentration ist und Sauerstoff frei gibt, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas niedriger als eine vorbestimmte Konzentration ist, einen Kraftstoffeinspritzer (12), der Kraftstoff zu dem Motor (1) zuführt, einen ersten Sauerstoffsensor (4), der eine Sauerstoffkonzentration in dem Auslasskanal (2) stromauf des katalytischen Wandlers (3) erfasst und ein entsprechendes Signal ausgibt, und einen zweiten Sauerstoffsensor (5), der eine Sauerstoffkonzentration in dem Auslasskanal (2) stromab des katalytischen Wandlers (3 erfasst und ein entsprechendes Signal ausgibt, wobei das Verfahren aufweist Berechnen einer Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzers, um ein Ausgangssignal der ersten Sensoreinrichtung (4) zu veranlassen, mit einem Wert entsprechend eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses übereinzustimmen; Korrigieren einer Kraftstoffeinspritzmenge, um die Sauerstoffspeichermenge zu veranlassen, mit einem vorbestimmten Ziel-Wert übereinzustimmen; und Steuern des Kraftstoffeinspritzers (12), um eine korrigierte Kraftstoffeinspritzmenge einzuspritzen; und Bestimmen, ob ein Ausgangssignal der zweiten Sensoreinrichtung (5) periodisch zwischen einem stöchiometrischen Bereich und einem spezifischen Bereich, der außerhalb des stöchiometrischen Bereiches ist, schwankt, wobei der stöchiometrische Bereich als ein Bereich um den Wert definiert ist, der dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht; Berechnen eines Überschussverhältnisses von Sauerstoff in dem Abgas in dem Auslasskanal (2) stromauf des Wandlers (3) in bezug auf den Wert, der dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Sauerstoffkonzentration, erfasst durch den ersten Sauerstoffsensor (4), entspricht; Berechnen einer Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge von Abgas, die in den Wandler (3) von der Einlassluftmenge strömt und des Überschussverhältnisses; jeweiliges Speichern der Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge und der Einlassluftmenge in dem spezifischen Bereich, wenn das Ausgangssignal der zweiten Sensoreinrichtung (5) zwischen dem stöchiometrischen Bereich und dem spezifischen Bereich periodisch schwankend ist; Berechnen eines durchschnittlichen Sauerstoff-Überschussverhältnisses in dem spezifischen Bereich durch Dividieren einer gespeicherten Überschuss-/Defizit-Sauerstoffmenge durch eine gespeicherte Luftmenge; und Korrigieren des Ausgangssignales der ersten Sensoreinrichtung (4) auf der Grundlage des durchschnittlichen Sauerstoff-Überschussverhältnisses.