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Dokumentenidentifikation DE102006053811A1 15.11.2007
Titel Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor
Anmelder Mitsubishi Electric Corp., Tokyo, JP
Erfinder Takubo, Hideki, Tokyo, JP
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Anmeldedatum 15.11.2006
DE-Aktenzeichen 102006053811
Offenlegungstag 15.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.11.2007
IPC-Hauptklasse F02D 45/00(2006.01)A, F, I, 20061115, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F02D 41/22(2006.01)A, L, I, 20061115, B, H, DE   F02D 41/00(2006.01)A, L, I, 20061115, B, H, DE   
Zusammenfassung Eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor kann den verschlechterten Reinigungszustand eines Katalysators ohne Verzögerung nach einer Beendigung einer Reich- oder Mager-Steuerung erfassen und kann den Reinigungszustand schnell wiederherstellen. Eine Filterverarbeitungskonstante für eine Ausgabe eines stromabwärtigen O2-Sensors wird auf kleiner eingestellt, wenn eine Reich- oder Mager-Steuerung durchgeführt wird, um dadurch eine Erfassung des verschlechterten Reinigungszustands des Katalysators ohne Verzögerung zuzulassen. Nachdem die Reich- oder Mager-Steuerung beendet ist, wird ein duales O2-Steuersystem zum schnellen Wiederherstellen des Reinigungszustands verwendet. Weiterhin kann der Einfluss einer Ausgangsvariation des stromabwärtigen O2-Sensors dann, wenn der Katalysator verschlechtert ist, unterdrückt werden und kann eine Stabilität des dualen O2-Steuersystems beibehalten werden.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der auf stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seiten eines Katalysators mit Luft/Kraftstoff-Verhältnissensoren versehen ist. Die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung führt eine Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung basierend auf der Ausgabe von Luft/Kraftstoff-Verhältnissensoren auf der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite durch.

Normalerweise ist ein Dreiwegekatalysator in einem Auslassdurchgang eines Verbrennungsmotors vorgesehen, um gleichzeitig HC, CO und NOx zu reinigen, die innerhalb des Abgases enthalten sind. Mit diesem Katalysator wird die Reinigungsrate von jedem von HC, CO und NOx in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses erhöht. Demgemäß ist normalerweise ein Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators vorgesehen und erfolgt die Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung derart, dass sie in die Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gelangt. Hier wird eine Struktur erklärt werden, bei welcher Sauerstoffkonzentrationssensoren als Luft/Kraftstoff-Verhältnissensoren zum Erfassen der Konzentration von spezifischen Komponenten verwendet werden, die im Abgas enthalten sind. Hierin nachfolgend wird der Ausdruck "Sauerstoffkonzentrationssensor" "O2-Sensor" genannt werden.

Der stromaufwärtige O2-Sensor, der auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators vorgesehen ist, ist an einer Stelle im Auslasssystem positioniert, die so nahe wie möglich an der Verbrennungskammer ist, nämlich im Anschlussbereich des Auslassverteilers, der stromauf vom Katalysator ist. Jedoch ist der stromaufwärtige O2-Sensor hohen Auslasstemperaturen ausgesetzt und wird durch verschiedene Arten von giftigen bzw. toxischen Substanzen vergiftet, und somit variieren die Ausgangscharakteristiken des O2-Sensors wesentlich. Um diese Variation bezüglich der Charakteristiken zu kompensieren, sind bereits duale O2-Sensorsysteme vorgeschlagen worden, bei welchen ein stromabwärtiger O2-Sensor auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators vorgesehen ist. Bei diesen dualen O2-Sensorsystemen wird zusätzlich zum stromaufwärtigen O2-Sensor, der zum Durchführen einer ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplung verwendet wird, der stromabwärtige O2-Sensor zum Durchführen einer zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplung verwendet. Beispiele für solche Systeme sind in JP-A-63-195351 und JP-A-06-62387 offenbart.

Obwohl die Reaktionsgeschwindigkeit des stromabwärtigen O2-Sensors im Vergleich mit derjenigen des stromaufwärtigen O2-Sensors vergleichsweise niedrig ist, hat der stromabwärtige O2-Sensor die folgenden Vorteile. Der Einfluss von Wärme auf den stromabwärtigen O2-Sensor ist begrenzt, da die Auslasstemperatur auf der stromabwärtigen Seite des katalytischen Wandlers niedrig ist, und auch ein Vergiften ist niedrig, da der Katalysator die verschiedenen Arten einer toxischen Substanz abfängt. Demgemäß ist eine Variation bezüglich der Ausgangscharakteristiken des O2-Sensors klein. Zusätzlich wird auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators das Abgas gründlicher gemischt und somit kann der Reinigungszustand des auf der stromaufwärtigen Seite positionierten Katalysators stabiler erfasst werden.

Beim dualen O2-Sensorsystem wird die Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors zu einem Sollwert gesteuert, um somit zuzulassen, dass die Variation bezüglich der Ausgangscharakteristiken des stromaufwärtigen O2-Sensors durch den stromabwärtigen O2-Sensor kompensiert wird. Demgemäß kann der Reinigungszustand des Katalysators auf vorteilhafte Weise beibehalten werden.

Der Katalysator hat eine Sauerstoffspeicherkapazität, um temporäre Variationen bezüglich des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gegenüber dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu kompensieren. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, absorbiert und speichert der Katalysator Sauerstoff innerhalb des Abgases, wohingegen dann, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis reich ist, im Katalysator gespeicherter Sauerstoff freigegeben wird. Auf diese Weise hat der Katalysator einen Effekt wie eine Filterverarbeitung und werden Variationen bezüglich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der stromaufwärtigen Seite innerhalb des Katalysators einer Filterverarbeitung unterzogen, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators zu erzeugen.

Die Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators wird durch das Ausmaß an Substanz mit einer Sauerstoffspeicherkapazität bestimmt, die im Katalysator enthalten ist, wenn er hergestellt wird. Weiterhin wird der Katalysator des katalytischen Wandlers Abgas hoher Temperatur ausgesetzt. Somit wird, damit sich dieses Funktionieren des Katalysators unter den normalen erwarteten Einsatzbedingungen des Kraftfahrzeugs nicht plötzlich verschlechtert, der Katalysator derart entwickelt, dass er wärmebeständig ist. Jedoch kann es Gelegenheiten geben, wenn die Abgastemperatur während eines Einsatzes aufgrund einer Ursache, wie beispielsweise einer Fehlzündung, anormal hoch wird. In diesem Fall fällt die Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators wesentlich ab. Darüber hinaus wird sich selbst unter normalen Einsatzbedingungen dann, wenn die Laufleistung des Kraftfahrzeugs Zehnfache oder Tausendfache von Meilen erreicht, sich die Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators aufgrund einer Altersverschlechterung nach und nach reduzieren. Somit ist während der Anfangsperiode nach einer Herstellung die Filteraktion der O2-Speicherkapazität des Katalysators groß und ist die Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors vergleichsweise stabil. Wenn sich jedoch der Katalysator verschlechtert, reduziert sich auch die Filteraktion, und somit wird eine Variation bezüglich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite übertragen, was dazu führt, dass die Stabilität der Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors verschlechtert wird.

Beim dualen O2-Sensorsystem wird die Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors zum Korrigieren der Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung unter Verwendung des stromaufwärtigen O2-Sensors verwendet. Jedoch in dem Fall, in welchem sich die Stabilität der Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors aufgrund einer Verschlechterung des Katalysators verschlechtert hat, wird auch die Stabilität der Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung unter Verwendung des stromaufwärtigen O2-Sensors beeinträchtigt. Um diese Schwierigkeit anzusprechen, ist eine Struktur vorgeschlagen worden, wie beispielsweise diejenige, die in JP-A-06-50204 offenbart ist, bei welcher die Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors einer Filterverarbeitung unterzogen wird. Nach einer Filterverarbeitung wird die Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors zum Korrigieren der Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung unter Verwendung des stromaufwärtigen O2-Sensors verwendet. Die Zeitkonstante der Filterverarbeitung wird so eingestellt, dass eine Variation bezüglich der Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors nach einer Verschlechterung des Katalysators kompensiert werden kann. Demgemäß ändert sich die Stabilität der Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung selbst nach einer Verschlechterung des Katalysators nicht.

Jedoch gibt es Zeiten, zu welchen das stromaufwärtige Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager oder reich gemacht wird, wie beispielsweise bei einer Steuerung einer Kraftstofftrennung, einer Reich-Steuerung zu Zeiten einer hohen Belastung oder eine Mager-Steuerung zum Verbessern eines Kraftstoffverbrauchs. Zu solchen Zeiten erreicht die Menge an Sauerstoff im Katalysator die obere/untere Grenze der Sauerstoffspeicherkapazität und kann die Atmosphäre des Katalysators nicht auf dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis beibehalten werden, wodurch eine Reinigungsfähigkeit wesentlich abfällt. Somit muss die Atmosphäre der Katalysatoren, nachdem eine Mager-Steuerung oder eine Reich-Steuerung beendet ist, so schnell wie möglich zum stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zurückgebracht werden, um eine Reinigungsfähigkeit wiederherzustellen. Jedoch gibt es bei bekannten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtungen, bei welchen die Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung unter Verwendung der einer Filterverarbeitung unterzogenen Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors durchgeführt wird, eine Verzögerung beim Erfassen des Reinigungszustands des Katalysators, was zu einer Verzögerung beim Wiederherstellen einer Reinigungsfähigkeit führt.

Die Erfindung zielt darauf ab, die obigen Probleme anzusprechen, und es ist eine Aufgabe von ihr, eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen, die einen verschlechterten Reinigungszustand eines Katalysators ohne Verzögerung erfassen kann und die den Reinigungszustand schnell wieder herstellen kann, nachdem eine Reich- oder eine Mager-Steuerung beendet ist. Dies wird durch derartiges Einstellen einer Filterverarbeitungskonstanten für eine Ausgabe des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors erreicht, dass sie dann kleiner ist, wenn eine Reich- oder eine Mager-Steuerung durchgeführt wird.

Die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der Erfindung enthält einen Katalysator, einen stromaufwärtigen und einen stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor, eine erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit, eine Filterverarbeitungseinheit, eine zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit und eine Filterkonstanten-Änderungseinheit. Der Katalysator ist in einem Auslasssystem des Verbrennungsmotors angeordnet und reinigt Abgas. Der stromaufwärtige und der stromabwärtige Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor sind jeweils zur stromaufwärtigen Seite und zur stromabwärtigen Seite des Katalysators angeordnet und erfassen das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases. Die erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit verwendet einen Ausgangswert des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors zum Einstellen des zum Verbrennungsmotor zugeführten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Die Filterverarbeitungseinheit führt eine Filterverarbeitung durch, so dass eine Variation bezüglich eines Ausgangswerts des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors unterdrückt wird. Die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit stellt eine Steuerkonstante der ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit unter Verwendung des der Filterverarbeitung unterzogenen Werts des Ausgangswerts des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors ein. Die Filterkonstanten-Änderungseinheit ändert eine Filterkonstante der Filterverarbeitungseinheit so, dass die Unterdrückung der Filterverarbeitung reduziert wird und der Filtereffekt auf kleiner eingestellt wird. Die Filterkonstanten-Änderungseinheit ändert die Filterkonstante, wenn das zum Verbrennungsmotor zugeführte Luft/Kraftstoff-Verhältnis derart gesteuert wird, dass es reich oder mager ist, und dann nicht, wenn das zum Verbrennungsmotor zugeführte Luft/Kraftstoff-Verhältnis derart gesteuert wird, dass die Atmosphäre des Katalysators in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ist.

Gemäß der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor der Erfindung wird die Filterverarbeitungskonstante der Ausgabe des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors auf kleiner eingestellt, d.h. der Unterdrückungseffekt der Filterverarbeitung wird reduziert und der Filtereffekt wird auf kleiner eingestellt, wenn eine Reich- oder Mager-Steuerung durchgeführt wird. Als Ergebnis kann der verschlechterte Reinigungszustand des Katalysators ohne Verzögerung erfasst werden und kann, nachdem eine Reich- oder Mager-Steuerung beendet ist, der Reinigungszustand des Katalysators schnell wiederhergestellt werden. Weiterhin kann der Einfluss einer Variation bezüglich der Ausgabe des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors, wenn der Katalysator verschlechtert ist, unterdrückt werden, und kann eine Stabilität des dualen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuersystems beibehalten werden.

Das Vorangehende und andere Objekte, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung klarer werden, wenn sie in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird.

Es folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnungen.

1 ist ein funktionelles Blockdiagramm, das die Grundkonfiguration einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;

2 zeigt die Ausgangscharakteristiken eines Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors (O2-Sensors);

3 zeigt die Konfiguration der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

4 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb einer ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplung erklärt;

5 ist ein Zeitdiagramm, das eine ergänzende Erklärung des im Ablaufdiagramm der 4 gezeigten Betriebs zur Verfügung stellt;

6 ist ein Kennliniendiagramm, das ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis erklärt, das sich gemäß Betriebs- bzw. Laufzuständen ändert;

7 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb einer Filterverarbeitungseinheit erklärt;

8 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb einer Filterkonstanten-Änderungseinheit erklärt;

9 ist ein Kennliniendiagramm, das einen Filterfaktor erklärt, der eine Filterkonstante ist, die sich bei normalen Zeiten gemäß Betriebs- bzw. Laufzuständen ändert;

10 ist ein Kennliniendiagramm, das eine Filterzeitkonstante erklärt, die eine Filterkonstante ist, die sich zu normalen Zeiten gemäß Betriebs- bzw. Laufzuständen ändert;

11 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Berechnung eines stromaufwärtigen durchschnittlichen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses einer zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit erklärt;

12 ist ein Kennliniendiagramm, das eine ergänzende Erklärung der 11 zur Verfügung stellt;

13 ist ein Kennliniendiagramm, das eine ergänzende Erklärung der 11 zur Verfügung stellt;

14 ist ein Kennliniendiagramm, das eine ergänzende Erklärung der 11 zur Verfügung stellt;

15 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Berechnung eines Wandlers der zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit erklärt;

16 ist ein Zeitdiagramm für eine bekannte Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung, wenn ein nicht verschlechterter Katalysator verwendet wird;

17 ist ein Zeitdiagramm für eine Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung des ersten Ausführungsbeispiels, wenn ein nicht verschlechterter Katalysator verwendet wird;

18 ist ein Zeitdiagramm für die bekannte Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung, wenn ein verschlechterter Katalysator verwendet wird; und

19 ist ein Zeitdiagramm für die Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung des ersten Ausführungsbeispiels, wenn ein verschlechterter Katalysator verwendet wird.

Es folgt eine detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele.

Erstes Ausführungsbeispiel

3 zeigt die Konfiguration einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In der Figur ist ein Luftstrom-Messgerät 3 in einem Einlassdurchgang 2 eines Verbrennungsmotorkörpers 1 angeordnet. Das Luftstrom-Messgerät 3 misst direkt die Einlassluftmenge und hat einen eingebauten heißen Draht und erzeugt ein Ausgangssignal einer analogen Spannung, das proportional zur Einlassluftmenge ist. Das Ausgangssignal wird zu einem A/D-Wandler 101 mit eingebautem Multiplexer zugeführt, der in einer Steuerschaltung 10 enthalten ist. Ein Verteiler 4 ist mit einem Kurbelwinkelsensor 5 und einem Kurbelwinkelsensor 6 versehen. Der Kurbelwinkelsensor 5 erzeugt ein Pulssignal, das eine Erfassung einer Referenzposition anzeigt, wenn die Welle des Verteilers 4 bei einer Stelle ist, die beispielsweise einem Kurbelwinkel von jeweils 720 Grad entspricht. Der Kurbelwinkelsensor 6 erzeugt ein Pulssignal, das eine Erfassung einer Referenzposition anzeigt, wenn die Welle des Verteilers 4 bei einer Stelle ist, die einem Kurbelwinkel von jeweils 30 Grad entspricht. Die Pulssignale der Kurbelwinkelsensoren 5, 6 werden zu einer Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 102 der Steuerschaltung 110zugeführt und die Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 6 wird auch zu einem Unterbrechungsanschluss einer CPU 103 zugeführt.

Der Einlassdurchgang 2 ist auch mit Kraftstoffeinspritzventilen 7 zum Zuführen von unter Druck gesetztem Kraftstoff von dem Kraftstoffzufuhrsystem zu Einlasstoren jedes Zylinders versehen. Ein Kühlmitteltemperatursensor 9, der die Temperatur eines Kühlmittels erfasst, ist in einer Wasserhülle 8 eines Zylinderblocks des Motorkörpers 1 vorgesehen. Der Kühlmitteltemperatursensor 9 erzeugt ein elektrisches Signal einer analogen Spannung gemäß einer Temperatur THW des Kühlmittels. Diese Ausgabe wird auch zum A/D-Wandler 101 zugeführt. Ein katalytischer Wandler 12 ist im Auslasssystem stromab von einem Auslassverteiler 11 vorgesehen. Der katalytische Wandler 12 bietet einen Dreiwegekatalysator, der die drei gefährlichen Komponenten gleichzeitig reinigt, die im Abgas enthalten sind, nämlich HC, CO und NOx.

Ein erster O2-Sensor (ein stromaufwärtiger Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor) 13 ist im Abgasverteiler 11 angeordnet und ist spezifischer zur stromaufwärtigen Seite des katalytischen Wandlers 12 angeordnet. Ein zweiter O2-Sensor (ein stromabwärtiger Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor) 15 ist in einem Auslassdurchgang 14 zur stromabwärtigen Seite des katalytischen Wandlers 12 angeordnet. Die O2-Sensoren 13, 15 erzeugen elektrische Signale gemäß dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases. Spezifischer erzeugen die O2-Sensoren 13, 15 unterschiedliche Ausgangsspannungen gemäß dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und diese Ausgangsspannungen werden zum A/D-Wandler 101 der Steuerschaltung 10 zugeführt. Die Steuerschaltung 10 ist beispielsweise aus einem Mikrocomputer konfiguriert und erhält, zusätzlich zum A/D-Wandler 101, zur Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 102 und zur CPU 103 einen ROM 104, einen RAM 105, einen Sicherungs-RAM 106 und einen Taktgenerator 107.

Wenn die Steuerschaltung 10 eine Kraftstoffzufuhrmenge Qfuel berechnet, was hierin nachfolgend beschrieben wird, treiben Treiberschaltungen 108, 109, 110 die Kraftstoffeinspritzventile an und wird eine Kraftstoffmenge, die gemäß der Kraftstoffzufuhrmenge Qfuel ist, in jede Verbrennungskammer injiziert. Es ist zu beachten, dass eine Unterbrechung der CPU 103 dann auftritt, wenn beispielsweise: eine A/D-Wandlung des A/D-Wandlers 101 beendet wird; die Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 102 ein Pulssignal vom Kurbelwinkelsensor 6 empfängt; oder ein Unterbrechungssignal vom Taktgenerator 107 empfangen wird. Einlassluftmengendaten Q vom Luftstrom-Messgerät 3 und Kühlmitteltemperaturdaten THW werden durch eine A/D-Wandler-Routine geholt, die in vorbestimmten Zeitintervallen durchgeführt wird. Die Einlassluftmengendaten Q und die Kühlmitteltemperaturdaten THW werden in einem vorbestimmten Bereich des RAM 105 gespeichert und werden in einem jeweiligen vorbestimmten Zeitintervall aktualisiert. Weiterhin werden Drehgeschwindigkeitsdaten bzw. Drehwinkeldaten Ne durch eine Unterbrechung berechnet, die bei jeweils 30 Grad (Kurbelwinkel) des Kurbelwinkelsensors 6 ausgeführt wird. Die Drehwinkeldaten Ne werden in einem vorbestimmten Bereich des RAM 105 gespeichert.

4 zeigt eine Routine einer ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit (entsprechend einer ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit 0103 in der Routine der 1), die einen Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturfaktor FAF basierend auf der Ausgabe des stromaufwärtigen O2-Sensors 13 berechnet. Die Routine wird in vorbestimmten Zeitintervallen, wie beispielsweise alle 5 ms, durchgeführt. 2 ist ein Ausgangskennliniendiagramm für die Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors (O2-Sensors), das das Luft/Kraftstoff-Verhältnis über der horizontalen Achse und die Ausgabe des O2-Sensor [V] über der vertikalen Achse zeigt. Es ist zu beachten, dass 1 ein funktionelles Blockdiagramm ist, das die Grundkonfiguration der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. In einem Schritt 401 wird eine Ausgabe V1 des stromaufwärtigen Sauerstoff-(O2-)Sensors 13 einer A/D-Wandlung unterzogen und geholt. In einem Schritt 402 wird bestimmt, ob ein Zustand einer geschlossenen Schleife (einer Rückkopplung) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des stromaufwärtigen O2-Sensors 13 erfüllt ist. Beispielsweise wird der Zustand einer geschlossenen Schleife nicht in irgendeinem der folgenden Fälle erfüllt sein: wenn es einen Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerzustand gibt, der ein anderer als eine theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung ist (z.B. während eines Startens des Motors, während einer Reich-Steuerung, wenn eine Kühlmitteltemperatur niedrig ist, während einer Reich-Steuerung zum Erhöhen einer Leistung bei hohen Lasten, während einer Mager-Steuerung zum Verbessern eines Kraftstoffverbrauchs, während einer Mager-Steuerung nach einem Starten, während eines Trennens von Kraftstoff); wenn der stromaufwärtige O2-Sensor 13 nicht aktiviert ist; oder wenn der stromaufwärtige O2-Sensor 13 zerstört ist. Jedoch ist in anderen Fällen der Zustand einer geschlossenen Schleife erfüllt.

Wenn der Zustand einer geschlossenen Schleife nicht erfüllt ist, geht die Routine weiter zu einem Schritt 433 und wird der Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturfaktor FAF auf 1,0 eingestellt. Es ist zu beachten, dass in diesem Fall FAF auf den Wert direkt vor einer Beendigung der Steuerung in einer geschlossenen Schleife oder auf einen gelernten Wert (einen Wert im Sicherungs-RAM) eingestellt werden kann. In einem Schritt 434 wird ein Verzögerungszähler CDLY auf 0 rückgesetzt. In einem Schritt 435 wird bestimmt, ob V1 gleich einer Referenzspannung VR1 oder kleiner als diese ist. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist (V1 ≦ VR1), geht die Routine weiter zu einem Schritt 436, in welchem ein Vorverzögerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisflag F0 auf 0 (mager) eingestellt wird. Dann wird in einem Schritt 437 ein Nachverzögerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisflag F1 auf 0 (mager) eingestellt. Andererseits geht die Routine dann, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis reich ist (V1 > VR1), zu einem Schritt 438, in welchem das Vorverzögerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisflag F0 auf 1 (reich) eingestellt wird. Dann wird in einem Schritt 439 das Nachverzögerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisflag F1 auf 1 (reich) eingestellt. In den Schritten 434 bis 439 werden die Anfangswerte für dann eingestellt, wenn der Zustand einer geschlossenen Schleife nicht erfüllt ist. Wenn andererseits der Zustand einer geschlossenen Schleife erfüllt ist, geht die Routine weiter zu einem Schritt 403.

Im Schritt 403 wird bestimmt, ob V1 gleich der Referenzspannung VR1, wie beispielsweise 0,45 V, oder kleiner als diese ist (siehe 2). Anders ausgedrückt, wird bestimmt, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Vergleich mit der Referenzspannung VR1 reich oder mager ist. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist (V1 ≦ VR1), geht die Routine weiter zu einem Schritt 404, in welchem bestimmt wird, ob der Verzögerungszähler CDLY gleich einem maximalen Wert TDR oder größer als dieser ist. Wenn CDLY ≧ TDR gilt, wird der Verzögerungszähler CDLY in einem Schritt 405 auf 0 eingestellt. Dann wird in einem Schritt 406 das Vorverzögerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisflag F0 auf 0 (mager) eingestellt und geht die Routine weiter zu einem Schritt 416. In dem Schritt 404 geht die Routine dann, wenn CDLY < TDR gilt, weiter zu einem Schritt 407, in welchem bestimmt wird, ob das Vorverzögerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisflag F0 0 (mager) ist oder nicht. Wenn F0 = 0 gilt, wird 1 von dem Verzögerungszähler CDLY in einem Schritt 408 subtrahiert. Wenn F0 ≠ 0 gilt, wird in einem Schritt 409 1 zum Verzögerungszähler CDLY addiert und geht die Routine weiter zu einem Schritt 416.

Wenn andererseits im Schritt 403 das Luft/Kraftstoff-Verhältnis reich (V1 > VR1) ist, geht die Routine weiter zu einem Schritt 410, in welchem bestimmt wird, ob der Verzögerungszähler CDLY gleich einem minimalen Wert -TDL oder kleiner als dieser ist. Wenn CDLY ≤ -TDL gilt, wird der Verzögerungszähler CDLY in einem Schritt 411 auf 0 eingestellt. Dann wird in einem Schritt 412 das Vorverzögerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisflag F0 auf 1 (reich) eingestellt und geht die Routine weiter zum Schritt 416. Wenn CDLY > -TDL gilt, wird in Schritt 413 bestimmt, ob das Vorverzögerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisflag F0 auf 0 (mager) eingestellt ist. Wenn F0 = 0 gilt, geht die Routine weiter zu einem Schritt 414, in welchem 1 vom Verzögerungszähler CDLY subtrahiert wird. Wenn F0 ≠ 0 gilt, geht die Routine weiter zu einem schritt 415, in welchem 1 zum Verzögerungszähler CDLY addiert wird, und dann geht die Routine weiter zum Schritt 416.

Die Schritte 416, 417 schützen den Verzögerungszähler CDLY unter Verwendung des minimalen Werts -TDL. Wenn der Verzögerungszähler CDLY den minimalen Wert -TDL erreicht, wird das Nachverzögerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisflag F1 im Schritt 418 auf 0 (mager) eingestellt. Es ist zu beachten, dass der minimale Wert -TDL eine magere Zeitverzögerung ist, die als negativer Wert definiert ist. Diese magere Zeitverzögerung hält die Bestimmung, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis reich ist, selbst dann, wenn die Ausgabe des stromaufwärtigen O2-Sensors sich von reich zu mager ändert. Die Schritte 419, 420 schützen den Verzögerungszähler CDLY unter Verwendung des maximalen Werts TDR. Wenn der Verzögerungszähler CDLY den maximalen Wert TDR erreicht, wird das Nachverzögerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisflag F1 im Schritt 421 auf 1 (reich) eingestellt.

Es ist zu beachten, dass der maximale Wert TDR eine reiche Zeitverzögerung ist, die als positiver Wert definiert ist. Diese reiche Zeitverzögerung hält die Bestimmung, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist, selbst dann, wenn die Ausgabe des stromaufwärtigen O2-Sensors 13 sich von mager zu reich ändert.

In einem Schritt 422 wird bestimmt, ob das Vorzeichen des Nachverzögerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisflags F1 umgeschaltet hat, nämlich ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis sich seit der Verzögerungsverarbeitung umgeschaltet hat. Wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet hat, geht die Routine weiter zu einem Schritt 423, in welchem basierend auf dem Wert des Nachverzögerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisflags F1 bestimmt wird, ob es ein Schalten von reich zu mager oder ein Schalten von mager zu reich gegeben hat. Wenn das Schalten von reich zu mager erfolgt, geht die Routine weiter zu einem Schritt 424, in welchem FAF in einem Sprung erhöht wird, nämlich FAF ← FAF + RSR. Wenn andererseits das Schalten von mager zu reich erfolgt, geht die Routine weiter zu einem Schritt 425, in welchem FAF in einem Sprung erniedrigt wird, nämlich FAF ← FAF – RSL. Anders ausgedrückt wird eine Sprungverarbeitung durchgeführt.

Wenn das Vorzeichen des Nachverzögerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisflags F1 im Schritt 426 nicht umgeschaltet hat, wird in Schritten 426, 427, 428 eine integrale Verarbeitung durchgeführt. Anders ausgedrückt wird im Schritt 426 bestimmt, ob F1 = 0 gilt, und wenn F = 0 (mager) gilt, geht die Routine weiter zum Schritt 427, in welchem FAF auf FAF ← FAF + KIR eingestellt wird. Wenn andererseits F1 = 1 (reich) gilt, geht die Routine weiter zum Schritt 428, in welchem FAF auf FAF ← FRF + KIL eingestellt wird. Hier werden die Integrationskonstanten KIR, KIL derart eingestellt, dass sie im Vergleich mit den Sprungkonstanten RSR, RSL ausreichend klein sind. Anders ausgedrückt gilt KIR(KIL) < RSR(RSL). Demgemäß wird im Schritt 427 die Kraftstoffeinspritzmenge nach und nach erhöht, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist (F1 = 0), und wird im Schritt 428 die Kraftstoffeinspritzmenge nach und nach erniedrigt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis reich ist (F1 = 1).

Der Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturfaktor FAF, der in den Schritten 424, 425, 427, 428 berechnet ist, wird in den Schritten 429, 430 durch einen minimalen Wert, wie beispielsweise 0,8, geschützt. Weiterhin wird der Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturfaktor FAF in den Schritten 431, 432 durch einen maximalen Wert, wie beispielsweise 1,2, geschützt. Demgemäß wird dann, wenn der Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturfaktor FAF aus irgendeinem Grund zu groß oder zu klein wird, verhindert, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors derart gesteuert wird, dass es überreich oder übermager wird, und zwar als Ergebnis von diesen Werten. Der auf die oben beschriebene Weise berechnete FAF Wird im RAM 105 gespeichert, und dann wird die Routine im Schritt 440 beendet.

5 ist ein Zeitdiagramm, das eine ergänzende Erklärung des im Ablaufdiagramm der 4 gezeigten Betriebs zur Verfügung stellt. Die Ausgabe (A) des stromaufwärtigen O2-Sensors 13 wird als Basis zum Erhalten eines Vergleichsergebnissignals verwendet, das das Ergebnis der Reich/Mager-Bestimmung anzeigt, wie es in 5(B) gezeigt ist. Wenn das Vergleichsergebnissignal von (B) erhalten wird, ändert sich das Vorverzögerungsverarbeitungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnissignal (entsprechend dem Flag F0) zu reich oder mager, wie es in 5(C) gezeigt ist. Der Verzögerungszähler CDLY, wie er in 5(D) gezeigt ist, erhöht sich dann, wenn das Vorverzögerungsverarbeitungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnissignal F0 reich ist, und erniedrigt sich dann, wenn das Vorverzögerungsverarbeitungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnissignal F0 mager ist. Als Ergebnis wird, wie es in 5(E) gezeigt ist, das einer Verzögerungsverarbeitung unterzogene Luft/Kraftstoff-Verhältnissignal (entsprechend dem Flag F1) gebildet. Beispielsweise wird selbst dann, wenn das Vergleichsergebnissignal zur Zeit t1 von mager zu reich umschaltet, das einer Verzögerungsverarbeitung unterzogene Luft/Kraftstoff-Verhältnissignal F1 als mager gehalten, bis die reiche Zeitverzögerung TDR verstrichen ist. Dann schaltet das Luft/Kraftstoff-Verhältnissignal F1 zur Zeit t2 auf reich. Zur Zeit t3 wird selbst dann, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnissignal A/F von reich zu mager schaltet, das Nachverzögerungsverarbeitungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnissignal F1 als reich gehalten, bis eine Zeit entsprechend der mageren Zeitverzögerung (TDL) verstrichen ist. Dann schaltet das Luft/Kraftstoff-Verhältnissignal F1 zur Zeit t4 auf mager.

Jedoch schaltet, nachdem die reiche Verzögerungsverarbeitung begonnen hat, selbst dann, wenn das Vergleichsergebnissignal in einer kürzeren Zeit als der reichen Zeitverzögerung TDR schaltet, wie es durch die Zeiten t5, t6, t7 gezeigt ist, während der Verzögerungsverarbeitung (von der Zeit t5 bis zu t8), bis dann, wenn der Verzögerungszähler CDLY die reiche Zeitverzögerung TDR erreicht, das Vorverzögerungsverarbeitungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnissignal F0 nicht. Anders ausgedrückt ist das Vorverzögerungsverarbeitungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnissignal F0 stabiler als das Vergleichsergebnis, da es nicht durch Übergangsvariationen bezüglich des Vergleichsergebnisses beeinflusst wird. Auf diese Weise wird der in 5(F) gezeigte Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturfaktor FAF basierend auf dem Nachverzögerungsverarbeitungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnissignal F1 und dem Vorverzögerungsverarbeitungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnissignal F0 erhalten, die durch eine Verzögerungsverarbeitung stabilisiert sind.

Die zum Motor 1 zugeführte Kraftstoffzufuhrmenge Qfuel wird gemäß dem Kraftstoffkorrekturfaktor FAF basierend auf der folgenden Gleichung eingestellt, wodurch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors 1 gesteuert wird. Qfuell = Qfuel0 × FAF wobei Qfuel0 die Grundkraftstoffmenge ist, die basierend auf der folgenden Gleichung berechnet wird: Qfuel0 = Qacyl/Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis wobei Qacyl die zum Motor 1 zugeführte Kraftstoffmenge ist, die basierend auf der durch das Luftstrom-Messgerät 3 erfassten Einlassluftmenge qa berechnet ist.

Das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, das unter Verwendung einer 2-dimensionalen Karte gebildet ist, die in 6 gezeigt ist, wobei die Motordrehzahl über der horizontalen Achse gezeigt ist und die Last über der vertikalen Achse gezeigt ist.

Eine Leistungsfähigkeit der stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung ist die Bedingung zur Verwendung der zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit. Demgemäß kann das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein stromaufwärtiges durchschnittliches Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt werden, das durch die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplung berechnet und auf eine Weise einer Vorwärtskopplung gesteuert wird. Durch Annehmen dieser Konfiguration kann die Verfolgungsverzögerung der Rückkopplung verbessert werden, wenn sich der Sollwert ändert, und kann der Kraftstoffkorrekturfaktor FAF in der Nähe um 1,0 gehalten werden. Darüber hinaus wird der Kraftstoff korrekturfaktor FAF als Basis zum Durchführen einer Lernsteuerung verwendet, die eine Alterung und Produktionsvariationen der in der ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplung verwendeten strukturellen Elemente kompensieren kann. Demgemäß wird bis zu dem Ausmaß, dass der unter Verwendung der Vorwärtskopplungskorrektur erhaltene Kraftstoffkorrekturfaktor stabil ist, die Genauigkeit der Lernsteuerung verbessert. Darüber hinaus kann die Einlassluftmenge qa gemäß der Ausgabe eines Drucksensors berechnet werden, der stromab von einer Drosselklappe im Einlassdurchgang 2 angeordnet ist, und einer Motor-Drehgeschwindigkeit oder des Drosselklappenöffnungsausmaßes und der Motordrehgeschwindigkeit.

7 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb einer Filterverarbeitungseinheit 0101 (siehe 1) einer Ausgabe V2 des zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors 15 zeigt, der oben beschrieben ist. Die Berechnung wird in vorbestimmten Zeitintervallen, wie beispielsweise alle 50 ms, durchgeführt. In einem Schritt 701 wird die Ausgabe V2 des stromabwärtigen O2-Sensors 15 einer A/D-Wandlung unterzogen und geholt. Der stromabwärtigen O2-Sensor 15 ist, wie es in 2 gezeigt ist, ein &lgr;-Sensor mit einer Ausgangsspannung, die sich schnell zu z als unterschiedliche Werte ändert, wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Sensoratmosphäre nahe dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis ändert. Weil der stromabwärtige O2-Sensor 15 das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses extrem gut erfassen und analysieren kann, wird eine Steuergenauigkeit verbessert.

Als Nächstes geht die Routine zu einem Schritt 702, in welchem ein Filterfaktor Kf entsprechend einer Zeitkonstanten gelesen wird. Der Filterfaktor Kf wird durch eine Filterkonstanten-Änderungseinheit 0105 eingestellt, die später beschrieben wird. Als Nächstes geht die Routine weiter zu einem Schritt 703, in welchem eine Ausgabe V2flt des stromabwärtigen O2-Sensors nach einer Filterung unter Verwendung einer diskreten Verzögerungsfilterberechnung erster Ordnung abgeleitet wird, wie derjenigen der folgenden Gleichung.

wobei die Beziehung der Zeitkonstanten T und des Filterfaktors Kf unter Verwendung einer diskreten Transformation durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird. Kf = exp.(-&Dgr;T/T) wobei &Dgr;T ein Ablaufdiagramm-Verarbeitungsintervall &Dgr;T ist (in diesem Fall 50 ms).

Die obige Verarbeitung beendet die Filterbearbeitungsberechnung der Ausgabe V2 des zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors 15.

8 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Filterkonstanten-Änderungseinheit 0105 zeigt, die oben beschrieben ist. Die Berechnung wird in vorbestimmten Zeitintervallen, wie beispielsweise alle 50 ms, durchgeführt.

In einem Schritt 801 wird bestimmt, ob ein Schaltzustand für die Filterkonstante erfüllt ist. Wenn der Schaltzustand bzw. die Schaltbedingung erfüllt ist, wird eine Steuerung für ein reiches oder ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt, das nicht darauf abzielt, die Atmosphäre des Katalysators derart zu steuern, dass sie in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ist. Die Mager-Steuerung enthält Steuerungen wie eine Kraftstofftrennsteuerung, eine Mager-Steuerung zum Verbessern eines Kraftstoffverbrauchs und eine Mager-Steuerung während eines Startens eines Motors. Bei der Mager-Steuerung wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis derart gesteuert, dass es magerer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist. Die Reich-Steuerung enthält Steuerungen wie eine Reich-Steuerung zu Zeiten einer hohen Last und eine Reich-Steuerung, wenn die Kühlmitteltemperatur niedrig ist. Bei der Reich-Steuerung wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis derart gesteuert, dass es reicher als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist. Hier enthalten die Ausdrücke Mager-Steuerung und Reich-Steuerung keinen Prozess, in welchem die Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors bei der dualen O2-Steuerung zum Manipulieren des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in Richtung zu reich oder mager um das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis verwendet wird. Dies ist deshalb so, weil die duale O2-Sensorsteuerung dafür beabsichtigt ist, den Reinigungszustand des Katalysators in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses beizubehalten.

Wenn im Schritt 808 bestimmt wird, dass eine Mager-Steuerung oder eine Reich-Steuerung durchgeführt wird, geht die Routine weiter zu einem Schritt 802, in welchem der Filterfaktor Kf, der die Filterkonstante ist, auf einen kleineren Wert (eine kleinere Zeitkonstante), wie beispielsweise 0 (eine Zeitkonstante 0), eingestellt wird. Anders ausgedrückt wird eine Unterdrückung der Filterverarbeitung reduziert, wodurch der Filtereffekt auf geringer eingestellt wird. Alternativ dazu kann die Schaltbedingung (d.h. verwendet, um zu bestimmen, ob sie erfüllt ist), als eine vorbestimmte Periode während der Steuerung zu einem mageren oder einem reichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder als eine vorbestimmte Periode nach der Steuerung zu einem mageren oder einem reichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt werden. Für eine kurze Periode nach der Mager- oder Reich-Steuerung erholt sich der Reinigungszustand des Katalysators aufgrund einer Verzögerung des Steuerobjekts, die einen Übergangszustand verursacht, nicht adäquat zu einem Sollzustand. Demgemäß kann dann, wenn die Filterkonstante (der Filterfaktor Kf) während dieser kurzen Periode nach der Mager- oder Reich-Steuerung auf kleiner eingestellt ist, die Erholungsgeschwindigkeit erhöht werden, da der Reinigungszustand des Katalysators ohne Verzögerung erfasst wird. Weiterhin kann die vorbestimmte Periode als die Periode bis dahin eingestellt werden, wenn die Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors eine vorbestimmte Spannung in der Nähe eines Sollwerts VR2 erreicht. Dies ist deshalb so, weil dann, wenn die Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors die Nähe des Sollwerts erreicht, der Zustand des Katalysators sich im Wesentlichen von dem Einfluss der Übergangsoperation erholt hat. Alternativ dazu kann die vorbestimmte Periode als die Periode bis zu einem Verstreichen einer vorbestimmten Periode eingestellt werden, nachdem die Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors die vorbestimmte Spannung in der Nähe des Sollwerts VR2 erreicht. Dies ist deshalb so, weil dann, wenn der Zustand des Katalysators sich von dem Einfluss des Übergangsbetriebs erholt, die Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors manchmal überschießt und dann zu dem Sollwert VR2 konvergiert. Darüber hinaus kann die vorbestimmte Periode als die Periode bis dahin eingestellt werden, wenn eine integrierte Luftmenge nach der Mager- oder Reich-Steuerung einen vorbestimmten Wert erreicht. Dies ist deshalb so, weil die Geschwindigkeit einer Erholung des Zustands des Katalysators von dem Einfluss des Übergangsbetriebs aufgrund der O2-Speicheraktion des Katalysators proportional zu der Einlassluftmenge ist. Weiterhin gibt es eine Verzögerung bezüglich der Abgasbewegung von der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Katalysators zu dem stromabwärtigen O2-Sensor, und somit wird der Einfluss der Mager-Steuerung oder der Reich-Steuerung durch den stromabwärtigen O2-Sensor mit einer geringen Verzögerung erfasst. Somit kann die vorbestimmte Periode eingestellt werden, während diese Verzögerungsperiode berücksichtigt wird.

Darüber hinaus kann die Schaltbedingung derart eingestellt werden, dass sie dann ist, wenn die erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit 0103 oder die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit 0102 gestoppt wird. Dies ist deshalb so, weil dann, wenn die erste oder die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit gestoppt wird, der Reinigungszustand des Katalysators nicht genau auf dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis beibehalten werden kann, und somit der Zustand entweder mager oder reich sein wird. Weiterhin kann aus demselben Grund, wie er für die vorbestimmte Periode nach der Mager-Steuerung oder der Reich-Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses angegeben ist, eine vorbestimmte Periode nach einem Start, nachdem die erste oder die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit gestartet hat (nämlich eine vorbestimmte Periode nach einem Freigeben der gestoppten Periode der ersten oder der zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit), als die Schaltbedingung eingestellt werden (d.h. verwendet werden, um zu bestimmen, ob sie erfüllt ist). Weiterhin kann die vorbestimmte Periode nach einem Start eingestellt werden als: die Periode bis dahin, wenn die Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors die vorbestimmte Spannung in der Nähe des Sollwerts VR2 erreicht; oder die Periode bis zu einem Verstreichen einer vorbestimmten Periode, nachdem die Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors eine vorbestimmte Spannung in der Nähe des Sollwerts VR2 erreicht. Darüber hinaus kann die vorbestimmte Periode nach einem Start als die Periode bis dahin eingestellt werden, wenn die integrierte Luftmenge nach einem Start einen vorbestimmten Wert erreicht.

Wenn die Filterverstärkungs-Schaltbedingung im Schritt 801 nicht erfüllt ist, geht die Routine weiter zu einem Schritt 803. Im Schritt 803 wird der Filterfaktor Kf, der eine von Filterkonstanten ist, unter Verwendung der Abbildungstabelle KFMAP (einer normalen Filterkonstanten-Einstellkarte), die in 9 gezeigt ist, eingestellt, die Voreinstellwerte für alle separaten Zonen enthält, die gemäß dem Laufzustand unterteilt sind (in diesem Fall der Motordrehzahl und der Last). Der Wert der Zone entsprechend den gegenwärtigen Laufzuständen wird gelesen und als der Filterfaktor Kf eingestellt.

Die Filterzeitkonstante, die eine von Filterkonstanten ist, wird auf einen Wert eingestellt, der eine Variation bezüglich der Ausgabe des zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors in dem Fall kompensieren kann, in welchem sich der Katalysator verschlechtert, und eine Variation bezüglich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplung zur stromabwärtigen Seite des Katalysators übertragen wird. Demgemäß basiert eine Einstellung auf dem Rückkoppelzyklus der ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplung. Jedoch deshalb, weil sich der Rückkoppelzyklus in Abhängigkeit von den Laufzuständen ändert, wurde ein Bewertungstest zum Bilden von normalen Filterzeitkonstanten [sek] verwendet, die gemäß den Laufzuständen sind, wie es in 10 gezeigt ist. Diese normalen Filterzeitkonstanten werden in die Filterkonstanten (Filterfaktoren) umgewandelt, die in 9 gezeigt sind, und im ROM 104 des Mikrocomputers gespeichert. Die Filterzeitkonstanten-Änderungsverarbeitungsberechnung wird mit der oben Verarbeitung beendet.

Als Nächstes wird die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit 0102 des stromabwärtigen O2-Sensors 15 beschrieben werden. JP-A-63-195351 offenbart ein System, bei welchem die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit 0102 zum variablen Ändern der Sprunggrößen RSR, RSL, der Integrationskonstanten KIR, KIL und der Zeitverzögerungen TDR, TDL, die Steuerkonstanten der ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit 0103 sind, und der Referenzspannung VR1 der Ausgangsspannung V1 des stromaufwärtigen O2-Sensors 13 gemäß der Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors 15 verwendet wird.

Wenn beispielsweise die reiche Sprunggröße RSR größer gemacht wird, kann das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis reicher gemacht werden, oder wenn die magere Sprunggröße RSL kleiner gemacht wird, kann das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis reicher gemacht werden. Alternativ dazu kann dann, wenn die magere Sprunggröße RSL größer gemacht wird, das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer gemacht werden, oder selbst dann, wenn die reiche Sprunggröße RSR kleiner gemacht wird, kann das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer gemacht werden. Demgemäß kann das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch Korrigieren der reichen Sprunggröße RSR und der mageren Sprunggröße RSL gemäß der Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors 15 gesteuert werden.

Zusätzlich kann dann, wenn die reiche Integrationskonstante KIR größer gemacht wird, das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis reicher gemacht werden oder selbst dann, wenn die magere Integrationskonstante KIL kleiner gemacht wird, kann das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis reicher gemacht werden. Alternativ dazu kann dann, wenn die magere Integrationskonstante KIL größer gemacht wird, das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer gemacht werden, oder selbst dann, wenn die reiche Integrationskonstante KIR kleiner gemacht wird, kann das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer gemacht werden. Somit kann das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch Korrigieren der reichen Integrationskonstante KIR und der mageren Integrationskonstante KIL gemäß der Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors 15 gesteuert werden.

Wenn die reiche Zeitverzögerung TDR derart eingestellt ist, dass sie größer als die magere Verzögerungszeit (-TDL) ist, kann das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis reicher gemacht werden. Wenn andererseits die magere Zeitverzögerung (-TDL) derart eingestellt ist, dass sie größer als die reiche Zeitverzögerung (TDR) ist, dann kann das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer gemacht werden. Somit kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch Korrigieren der Zeitverzögerungen TDR, TDL gemäß der Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors 15 gesteuert werden. Weiterhin kann dann, wenn die Referenzspannung VR1 größer gemacht wird, das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis reicher gemacht werden, und kann dann, wenn die Referenzspannung VR1 kleiner gemacht wird, das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer gemacht werden. Somit kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch Korrigieren der Referenzspannung VR1 gemäß der Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors 15 gesteuert werden. Auf diese Weise kann das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der stromaufwärtigen Seite durch Korrigieren der oben beschriebenen Steuerkonstanten (die "erste Steuerkonstante" genannt werden) gemäß der Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors gesteuert werden. Weiterhin kann eine Steuerbarkeit des durchschnittlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durch gleichzeitiges Manipulieren von zwei oder mehreren der Zeitverzögerungen, der Sprunggrößen, der integralen Verstärkungen und der Referenzspannung, die die erste Steuerkonstante sind, verbessert werden.

Zusätzlich kann, um Fehler zu eliminieren, die aus einer Manipulation von zwei oder mehreren ersten Steuerkonstanten resultieren, wie es die Erfinder vorschlagen, und um eine Flexibilität positiv zu nutzen, die Manipulation der ersten Steuerkonstante unter Verwendung des durchschnittlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemanagt werden. Spezifischer kann ein Wandler in der zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplung vorgesehen sein. Mit dieser Konfiguration kann ein durchschnittliches Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter Verwendung der zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplung unter Verwendung der Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors 15 berechnet werden und kann dann die Manipulationsgröße der ersten Steuerkonstanten aus dem durchschnittlichen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis berechnet werden. Wenn zwei oder mehrere erste Steuerkonstanten manipuliert werden, kann die Manipulationsrichtung des durchschnittlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, nämlich reich oder mager, durch eine nichtlineare Interaktion gemanagt werden. Jedoch ist ein Management der Manipulationsgröße problematisch, und somit kann das Verhalten der zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplung instabil werden. Jedoch kann diese Schwierigkeit durch Einstellen der ersten Steuerkonstanten gemäß einem Managementindex für das durchschnittliche Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis eliminiert werden.

Weiterhin haben die jeweiligen ersten Steuerkonstanten verschiedene Vorteile und Nachteile unter dem Gesichtspunkt eines Steuerns des durchschnittlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (beispielsweise einer Genauigkeit einer Steuerung des durchschnittlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und eines Manipulationsbereichs oder eines Steuerzyklus und einer Amplitude eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, etc.). Wenn jedoch die jeweiligen ersten Steuerkonstanten präzis gemäß der Arbeitsstelle des durchschnittlichen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eingestellt werden, ist es möglich, die meisten von allen dieser vorteile zu erreichen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein System mit dualem O2-Sensor beschrieben werden, das mit einem Wandler versehen ist und bei welchem das durchschnittliche Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß der Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors berechnet wird und die ersten Steuerkonstanten aus dem durchschnittlichen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis berechnet werden.

11 zeigt eine Berechnungsroutine für ein stromaufwärtiges durchschnittliches Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, die ein durchschnittliches Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis stromauf vom Katalysator basierend auf der Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors 15 in der zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit 0102 berechnet. Die Routine wird in vorbestimmten Zeitintervallen, wie beispielsweise alle 5 ms, durchgeführt. Zuerst wird in einem schritt 1101 die Ausgangsinformation des stromabwärtigen O2-Sensors 15 gelesen. In diesem Fall wird die Ausgabe V2flt des stromabwärtigen O2-Sensors nach einer Filterverarbeitung verwendet. Dann wird in einem Schritt 1102 bestimmt, ob der Zustand einer geschlossenen Schleife des stromabwärtigen O2-Sensors 15 erfüllt ist.

Beispielsweise wird die Bedingung einer geschlossenen Schleife in irgendeinem der folgenden Fälle nicht erfüllt sein: wenn es einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerzustand gibt, der ein anderer als die theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung ist (z.B. während eines Startens des Motors, während einer Reich-Steuerung, wenn die Kühlmitteltemperatur niedrig ist, während einer Reich-Steuerung zum Erhöhen einer Leistung bei hohen Lasten, während einer Mager-Steuerung zum Verbessern eines Kraftstoffverbrauchs, während einer Mager-Steuerung nach einem Starten, während einer Kraftstofftrennung); wenn der stromabwärtige O2-Sensor 15 nicht aktiviert ist; oder wenn der stromabwärtige O2-Sensor 15 zerstört ist. Jedoch ist in anderen Fällen die Bedingung einer geschlossenen Schleife erfüllt. Es ist zu beachten, dass die Bestimmung diesbezüglich, ob der O2-Sensor aktiviert oder nicht aktiviert ist, darauf basiert, ob eine vorbestimmte Zeit seit einem Starten verstrichen ist, oder ob der Ausgangspegel des O2-Sensors einmal eine vorbestimmte Spannung gekreuzt hat.

Wenn die Bedingung einer geschlossenen Schleife nicht erfüllt ist, wird in einem Schritt 1115 ein durchschnittliches Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFAVEobj auf einen Anfangswert AFAVEO + integraler Wert AFI eingestellt und wird die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppelberechnungsverarbeitung beendet. Beispielsweise gilt AFAVE0 = 14,53 und wird der integrale Wert AFI, der der Wert direkt vor einer Beendigung der Steuerung in einer geschlossenen Schleife ist, im Sicherungs-RAM gespeichert. Der Anfangswert AFVAE0 und der integrale Wert AFI werden für jede Laufzone, die gemäß einem jeweiligen Laufzustand, wie beispielsweise der Drehzahl, der Last und der Kühlmitteltemperatur, aufgeteilt ist, gespeichert. Diese Einstellwerte sind die Sicherungs-RAM-Werte.

Wenn die Bedingung einer geschlossenen Schleife erfüllt ist, wird in einem Schritt 1103 ein zweiter Sollwert VR2 eingestellt, der als Sollwert der Ausgabe V2 des stromabwärtigen O2-Sensors 15 fungiert. Der Sollwert VR2 wird auf den vorbestimmten Ausgangswert des stromabwärtigen O2-Sensors 15 eingestellt, und zwar beispielsweise in der Nähe von 0,45 V, der dem Reinigungsbereich des Katalysators in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses entspricht. Dieser Sollwert VR2 kann auf eine höhere Spannung eingestellt werden, bei welcher die NOx-Reinigungsrate des Katalysators erhöht wird, wie beispielsweise in der Nähe von 0,75 V, oder auf eine niedrigere Spannung, bei welcher die CO-, HC-Reinigungsrate erhöht wird, wie beispielsweise in der Nähe von 0,2 V. Weiterhin kann die Spannung gemäß den Laufzuständen, etc. geändert werden. Wenn der Sollwert VR2 gemäß den Laufzuständen geändert wird, kann eine Glättungsverarbeitung, wie beispielsweise eine Filterverarbeitung mit einer Verzögerung erster Ordnung, auch zum Glätten von Variationen bezüglich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt werden, die durch stufenartige Variationen zur Zeit eines Änderns des Sollwerts VR2 verursacht werden.

In einem Schritt 1104 wird eine Abweichung &Dgr;V2 zwischen dem zweiten Sollwert VR2 und der Ausgabe V2flt des stromaufwärtigen O2-Sensors 15 nach einer Filterung berechnet als: &Dgr;V2 = VR2 – V2flt

In Schritten 1105 bis 1111 wird eine Verarbeitung einer proportionalen integralen Regelung durchgeführt, bei welcher eine proportionale Berechnung (die hierin nachfolgend "P" genannt wird) und eine integrale Berechnung (die hierin nachfolgend "I" genannt wird) gemäß der Abweichung &Dgr;V2 durchgeführt. Eine Ausgabe wird eingestellt, die die Abweichung eliminiert. Wenn beispielsweise die Ausgabe V2des stromabwärtigen O2-Sensors kleiner als der zweite Sollwert VR2 ist (mager, wird das stromaufwärtige durchschnittliche Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFAVEobj auf reich eingestellt, um dadurch eine Rückkehr zum zweiten Sollwert zu verursachen.

Das durchschnittliche Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis der stromaufwärtigen Seite des Katalysators, nämlich AFAVEobj, wird unter Verwendung eines normalen PI-Reglers berechnet. AFAVEobj = AFAVEO + &Sgr;{Ki2(&Dgr;V2)} + Kp2(&Dgr;V2) wobei Ki2 eine integrale Verstärkung ist und Kp2 eine proportionale Verstärkung ist. AFAVE0 ist der zuvor beschriebene Anfangswert und ist ein Wert, der dem für einen jeweiligen Laufzustand eingestellten stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht. AFAVE0 wird beispielsweise auf 14,53 eingestellt. Die integrale Berechnung ist eine vergleichsweise langsame Operation zum Erzeugen einer Ausgabe durch Integrieren der Abweichung und hat auch den Effekt eines Eliminierens von irgendeiner stetigen Abweichung der Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors, die durch eine charakteristische Variation des stromaufwärtigen O2-Sensors 13 verursacht ist.

Weiterhin erhöht sich, wenn die integrale Verstärkung Ki2 auf größer eingestellt ist, der Absolutwert der Manipulationsgröße &Sgr;{Ki2(&Dgr;V2)} und wird somit der Steuereffekt erhöht. Wenn er jedoch zu groß wird, wird eine Phasenverzögerung groß, wodurch das Steuersystem instabil wird und ein Jagen bzw. Nachlaufen auftritt. Demgemäß ist es wesentlich, eine Verstärkung geeignet einzustellen. Darüber hinaus ist die proportionale Berechnung äußerst reaktiv und erzeugt eine Ausgabe, die proportional zur Abweichung ist. Somit hat die proportionale Berechnung den Effekt einer schnellen Erholung für die Abweichung. Wenn die proportionale Verstärkung Kp2 auf größer eingestellt ist, wird der Absolutwert der Manipulationsgröße Kp2 × &Dgr;V2 größer und wird die Rückkehrgeschwindigkeit schneller. Wenn sie jedoch zu groß wird, wird das Steuersystem instabil und tritt ein Hinterherjagen auf. Demgemäß ist es wesentlich, eine Verstärkung geeignet einzustellen.

Somit wird in dem Schritt 1105 bestimmt, ob eine Aktualisierungsbedingung für den integralen Wert erfüllt ist. Wenn die Aktualisierungsbedingung erfüllt ist, ist es nicht eine Zeit eines Übergangslaufens oder eine Zeit innerhalb einer vorbestimmten Periode nach einem Übergangslaufen bzw. Übergangsbetrieb. Zu Zeiten eines Übergangsbetriebs ist das stromaufwärtige Luft/Kraftstoff-Verhältnis äußerst instabil und ist auch das stromabwärtige Luft/Kraftstoff-Verhältnis instabil. Wenn eine integrale Berechnung in solchen Zuständen durchgeführt wird, wird ein unrichtiger integraler Wert berechnet werden. Da die integrale Berechnung eine vergleichsweise langsame Operation ist, wird der unrichtige Wert für eine kurze Zeit nach der Übergangsoperation bleiben, wodurch eine Steuerleistungsfähigkeit beeinträchtigt werden wird. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, wird eine Aktualisierung der integralen Berechnung während einer Übergangsoperation temporär gestoppt und wird der integrale Wert gehalten. Demgemäß kann eine fehlerhafte integrale Berechnung vermieden werden.

Weiterhin wird deshalb, weil eine Verzögerung bezüglich des Steuerobjekts einen Einfluss für eine kurze Zeit, nachdem eine Übergangsoperation beendet ist, hat, eine Aktualisierung für eine vorbestimmte Periode nach einer Übergangsoperation ebenso verhindert bzw. abgehalten. Insbesondere deshalb, weil eine Verzögerung des Katalysators groß ist, wird die vorbestimmte Periode nach einer Übergangsoperation vorteilhaft als Periode bis dahin eingestellt, wenn die integrierte Luftmenge nach einer Übergangsoperation einen vorbestimmten Wert erreicht. Dies ist deshalb so, weil die Geschwindigkeit einer Erholung des Zustands des Katalysators von dem Einfluss der Übergangsoperation aufgrund der O2-Speicheraktion des Katalysators proportional zur Einlassluftmenge ist.

Beispiele für eine Übergangsoperation enthalten eine schnelle Beschleunigung oder ein schnelles Abbremsen, eine Kraftstofftrennung, eine Reich-Steuerung, eine Mager-Steuerung, ein Stoppen der zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit, ein Stoppen der ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit, eine erzwungene Variation des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für eine Fehlerdiagnose, ein erzwungenes Antreiben des Stellglieds für eine Fehlerdiagnose, plötzliche Änderungen beim Einführen eines verdampfenden Gases. Eine plötzliche Beschleunigung oder ein plötzliches Abbremsen können basierend darauf bestimmt werden, ob beispielsweise eine Änderungsgröße des Drosselklappenöffnungsausmaßes pro Einheitszeit gleich einer vorbestimmten geänderten Größe oder größer als diese ist, oder ob eine Änderungsgröße der Einlassluftmenge pro Einheitszeit gleich einer vorbestimmten Änderungsgröße oder größer als diese ist. Weiterhin kann eine plötzliche Änderung bezüglich des Einführens von Verdampfungsgas basierend auf einer Änderungsgröße pro Einheitszeit bezüglich des Öffnungsausmaßes des Ventils bestimmt werden, das ein Verdampfungsgas einführt. Weiterhin kann zusätzlich zu der obigen Aktualisierungsbedingung eine Konfiguration angenommen werden, bei welcher die Aktualisierungsbedingung jedes Mal dann erfüllt ist, wenn die Steuerroutine für eine vorbestimmte Anzahl von Malen durchgeführt ist. In diesem Fall kann die Geschwindigkeit der integralen Berechnung durch die eingestellte Anzahl von Durchführungen eingestellt werden, wodurch derselbe Effekt wie beim Einstellen der integralen Verstärkung erreicht werden kann.

Im Schritt 1105 geht die Routine dann, wenn die Aktualisierungsbedingung für den integralen Wert erfüllt ist, weiter zum Schritt 1106, in welchem der integrale Wert aktualisiert wird. AFI = AFI + Ki2(&Dgr;V2)

AFI ist der integrale Berechnungswert, der im Sicherungs-RAM für eine jeweilige Lauf- bzw. Betriebsbedingung gespeichert wird; und Ki2(&Dgr;V2) ist eine Aktualisierungsgröße. Eine vorbestimmte Verstärkung kann zum einfachen Einstellen von Ki2(&Dgr;V) = Ki2 × &Dgr;V2 verwendet werden. Weiterhin kann eine Einzeldimensions-Abbildung, wie diejenige, die in 12 gezeigt ist, zum Durchführen einer Einstellung einer variablen Verstärkung verwendet werden, bei welcher eine Aktualisierungsgröße gemäß &Dgr;V2 eingestellt wird. Darüber hinaus ändert sich eine Variation der durch den integralen Berechnungswert korrigierten Charakteristiken des stromaufwärtigen O2-Sensors in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen, wie einer Abgastemperatur, eines Abgasdrucks, etc. Somit wird der Sicherungs-RAM, der für einen jeweiligen Betriebszustand eingestellt ist, im Voraus für den integralen Berechnungswert AFI zur Verfügung gestellt, und wird der Sicherungs-RAM, der für eine jeweilige Änderung bezüglich eines Betriebszustands aktualisiert ist, nämlich den integralen Wert AFI, umgeschaltet. Weiterhin macht es ein Speichern des integralen berechneten Werts AFI im Sicherungs-RAM möglich, eine Verschlechterung bezüglich einer Steuerleistung, die durch Rücksetzen des integralen berechneten Werts jedes Mal dann, wenn der Motor stoppt und erneut startet, zu verhindern.

Darüber hinaus kann ein Einstellen der integralen Verstärkung Ki2 ebenso gemäß den Betriebszuständen geändert werden. Als Ergebnis eines Annehmens dieser Konfiguration ist es möglich, ein Einstellen gemäß einer Änderung bezüglich der Ansprechverzögerung des Steuerobjekts durchzuführen, die sich in Abhängigkeit von Betriebszuständen ändert, oder ein Einstellen durchzuführen, das unterschiedliche Eigenschaften eines jeweiligen Fahrzustands (einer Fahrbarkeit bzw. Antriebsfähigkeit, et.) berücksichtigt. Insbesondere ist eine Variation einer Ansprechverzögerung vom stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufgrund der O2-Speicheraktion des Katalysators und einer Abgas-Transferverzögerung proportional zur Einlassluftmenge. Demgemäß kann der Absolutwert der integralen Verstärkung proportional zur Einlassluftmenge eingestellt werden. In 13 zeigt die durchgezogene Linie eine Einstellung an, wenn die Einlassluftmenge hoch ist, zeigt die gestrichelte Linie eine Einstellung an, wenn die Einlassluftmenge moderat ist, und zeigt die strichpunktierte Linie eine Einstellung an, wenn die Einlassluftmenge niedrig ist. Weiterhin kann anstelle eines Erhöhens/Erniedrigens des Absolutwerts der integralen Verstärkung der Aktualisierungszyklus erhöht/erniedrigt werden, um denselben Effekt zu erreichen. Ein Erhöhen/Erniedrigen des Aktualisierungszyklus kann durch Verwenden einer Konfiguration erreicht werden, bei welcher der integrale Wert jedes Mal dann aktualisiert wird, wenn die Steuerroutine eine vorbestimmte Anzahl von Malen durchgeführt wird, und dann die eingestellte vorbestimmte Anzahl von Malen erhöht/erniedrigt wird. Wenn andererseits der integrale Aktualisierungszustand nicht erfüllt ist, geht die Routine weiter zum Schritt 1107, ohne dass der integrale Wert aktualisiert wird. AFI = AFI Die Routine geht weiter zum Schritt 1108, in welchem eine Ober/Unter-Grenzverarbeitung des integralen Werts AFI durchgeführt wird. AFImin < AFI < AFImax

Da der Bereich einer charakteristischen Variation des stromaufwärtigen O2-Sensors 13 im Voraus identifiziert werden kann, werden geeignete Grenzwerte eingestellt, die eine Korrektur des Variationsbereichs zulassen. Eine Leistungsfähigkeit dieser Verarbeitung macht es möglich, eine exzessive Manipulation des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu verhindern und eine Verschlechterung bezüglich einer Fahrbarkeit bzw. Antriebsfähigkeit, etc. zu verhindern. Obere/untere Grenzwerte können für jeden Betriebszustand eingestellt werden. Weiterhin kann die Einstellung dem Bereich einer charakteristischen Variation des stromaufwärtigen O2-Sensors 13 entsprechen, die sich in Abhängigkeit von Betriebszuständen ändert, oder Grenzwerten, die unter dem Gesichtspunkt einer Fahrbarkeit erforderlich sind und die sich in Abhängigkeit von Betriebszuständert ändern.

Im Schritt 1109 wird eine proportionale Berechnungsverarbeitung durchgeführt. AFP = Kp2 (&Dgr;V2) wobei AFP der proportionale Berechnungswert ist. Ki2 (&Dgr;V2) kann einfach unter Verwendung einer vorbestimmten Verstärkung bei Kp2(&Dgr;V) = Kp2 × &Dgr;V2 eingestellt werden. Weiterhin kann eine einzeldimensionale Abbildung, wie diejenige, die in 12 gezeigt ist, zum Durchführen einer Einstellung einer variablen Verstärkung verwendet werden, wobei eine Aktualisierungsgröße gemäß &Dgr;V2 eingestellt wird.

Darüber hinaus kann, wie bei der integralen Verstärkung, eine Einstellung der proportionalen Verstärkung Kp2 auch gemäß den Betriebszuständen geändert werden. Als Ergebnis eines Annehmens dieser Konfiguration ist es möglich, ein Einstellen gemäß einer Variation bezüglich einer Ansprechverzögerung des Steuerobjekts durchzuführen, die sich in Abhängigkeit von Betriebszuständen ändert, oder ein Einstellen durchzuführen, das unterschiedliche Eigenschaften eines jeweiligen Fahrzustands (einer Fahrbarkeit, etc.) berücksichtigt. Beispielsweise kann die proportionale Verstärkung Kp2 eingestellt werden, wie es in 13 gezeigt ist, wobei die durchgezogene Linie eine Einstellung anzeigt, wenn die Einlassluftmenge hoch ist, die gestrichelte Linie eine Einstellung anzeigt, wenn die Einlassluftmenge moderat ist, und die strichpunktierte Linie eine Einstellung anzeigt, wenn die Einlassluftmenge niedrig ist.

Darüber hinaus kann dann, wenn es einen Übergangs-Betriebszustand gibt und das zuvor beschriebene Aktualisieren des integralen Werts nicht durchgeführt wird, der Absolutwert der proportionalen Verstärkung Kp2 für eine vorbestimmte Periode nach der Übergangsoperation auch größer eingestellt werden. Als Ergebnis ist es möglich, die Erholungsgeschwindigkeit des Reinigungszustands des Katalysators zu erhöhen, der sich aufgrund störender Einflüsse verschlechtert hat. Wenn der Absolutwert der proportionalen Verstärkung Kp2 für die vorbestimmte Periode nach der Übergangsoperation auf kleiner eingestellt wird, ist es möglich, zu verhindern, dass die Manipulationsgröße des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses exzessiv wird und eine Verschlechterung bezüglich einer Fahrbarkeit verursacht. Die vorbestimmte Periode nach einer Übergangsoperation kann als die Periode bis dahin eingestellt werden, wenn die integrierte Luftmenge nach einer Übergangsoperation einen vorbestimmten Wert erreicht, und zwar auf dieselbe Weise wie für die integrale Berechnung. Dies ist deshalb so, weil die Geschwindigkeit einer Erholung von dem Zustand des Katalysators von dem Einfluss der Übergangsoperation proportional zu der Einlassluftmenge ist, und zwar aufgrund der O2-Speicheraktion des Katalysators. Wenn der Absolutwert der proportionalen Verstärkung Kp2 für die vorbestimmte Periode nach der Übergangsoperation auf größer eingestellt wird, kann eine Erholung des Katalysators aus dem verschlechterten Reinigungszustand, der durch die Übergangsoperation verursacht ist, beschleunigt werden, und kann eine Verschlechterung der Fahrbarkeit während eines normalen Betriebs bzw. Laufens verhindert werden.

Als Nächstes geht die Routine weiter zu einem Schritt 1110, in welchem eine Ober/Unter-Grenzverarbeitung für den proportionalen Wert AFP durchgeführt wird. AFPmin < AFP < AFPmax

Eine Leistungsfähigkeit dieser Verarbeitung macht es möglich, eine exzessive Manipulation des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu verhindern und eine Verschlechterung bezüglich der Fahrbarkeit, etc. zu verhindern. Weiterhin können obere/untere Grenzwerte für jeden Betriebszustand eingestellt werden oder kann die Einstellung Grenzwerten entsprechen, die unter dem Gesichtspunkt einer Fahrbarkeit erforderlich sind und die sich in Abhängigkeit von Betriebszuständen ändern.

Als Nächstes geht die Routine weiter zu einem Schritt 1111, in welchem PI-Berechnungswerte summiert werden und das durchschnittliche Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis berechnet wird. AFAVEobj = AFAVEO + AFP + AFI

AFAVEO ist der Anfangswert, der für jeden Betriebszustand eingestellt ist, wie es zuvor beschrieben ist, und ist beispielsweise 14,53. AFI ist der integrale Berechnungswert, der in den Schritten 1105 bis 1108 berechnet wird, und AFP ist der proportionale Berechnungswert, der in den Schritte 1109, 1110 berechnet wird.

Die Routine geht weiter zu einem Schritt 1112, in welchem eine Ober/Unter-Grenzverarbeitung des durchschnittlichen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AFAVEobj durchgeführt wird. AFAVEobjmin < AFAVEobj < AFAVEobjmax

Eine Leistungsfähigkeit dieser Verarbeitung macht es möglich, eine exzessive Manipulation des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu verhindern und eine Verschlechterung bezüglich einer Fahrbarkeit, etc. zu verhindern. Weiterhin können obere/untere Grenzwerte für jeden Betriebszustand eingestellt werden oder kann die Einstellung Grenzwerten entsprechen, die unter dem Gesichtspunkt einer Fahrbarkeit erforderlich sind und die sich in Abhängigkeit von Betriebszuständen ändern.

Als Nächstes geht die Routine weiter zu einem Schritt 1113, in welchem bestimmt wird, ob eine Bedingung eines erzwungenen Variierens des durchschnittlichen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AFAVEobj erfüllt ist. Der Zustand einer erzwungenen Variation enthält Zeiten einer Fehlerdiagnose oder Zeiten, zu welchen die Reinigungsleistungsfähigkeit des Katalysators verbessert wird. Eine Fehlerdiagnose enthält eine Diagnose des Katalysators oder des stromabwärtigen O2-Sensors 15. Eine Diagnose kann durch Überwachen der Wellenform der Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors durchgeführt werden, wenn das durchschnittliche Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFAVEobj zwangsweise variiert wird. Ein Verbessern der Reinigungsleistungsfähigkeit des Katalysators kann durch Einstellen der Amplitude oder des Zyklus einer Variation des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators erreicht werden. Eine Bestimmung von vorbestimmten Betriebszuständen, wie der Motordrehzahl, der Last, der Kühlmitteltemperatur, der Beschleunigungs/Abbrems-Geschwindigkeit oder eines Zeitgebers, kann zum Bilden des Zustands einer zwangsweisen Variation verwendet werden.

Wenn der Zustand bzw. die Bedingung einer zwangsweisen Variation erfüllt ist, geht die Routine weiter zu einem Schritt 1114, in welchem eine Größe einer zwangsweisen Variation &Dgr;A/F zu dem durchschnittlichen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFAVEobj addiert wird. AFAVEobj = AFAVEobj + &Dgr;A/F wobei &Dgr;A/F die Amplitude einer Variation ist. &Dgr;A/F wird auf einen vorbestimmten Absolutwert eingestellt, der entweder ein positiver Wert oder ein negativer Wert ist, und der zwischen dem negativen Wert und dem positiven Wert mit einem vorbestimmten Zyklus umschaltet. Beispielsweise kann &Dgr;A/F mit dem vorbestimmten Zyklus zwischen +0,25 und -0,25 umschalten.

Wie es in 14 durch die durchgezogene Linie gezeigt ist, kann das durchschnittliche Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFAVEobj auf stufenartige Weise geändert werden. Alternativ dazu kann dem durchschnittlichen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFAVEobj eine gewählte Wellenform mit einer vorbestimmten Amplitude und einem vorbestimmten Zyklus zugeteilt werden, wie es durch die gepunktete oder die strichpunktierte Linie gezeigt ist. Die Amplitude einer Variation und der Zyklus können für jeden Betriebszustand eingestellt werden, um dadurch zuzulassen, dass eine Reinigungsleistungsfähigkeit des Katalysators in Abhängigkeit von Anforderungen erfüllt wird, die gemäß Betriebszuständen variieren, wie einer Ansprechverzögerung des Steuerobjekts oder Begrenzungen, die angesichts einer Fahrbarkeit erforderlich sind. Insbesondere dann, wenn eine Fehlerdiagnose des Katalysators durchgeführt wird, wird eine durch die O2-Speicheraktion des Katalysators veranlasste Ansprechverzögerung sehr wichtig. Diese Ansprechverzögerung ist umgekehrt proportional zur Einlassluftmenge und somit kann die Amplitude einer Variation oder der Variationszyklus derart eingestellt werden, dass sie bzw. er umgekehrt proportional in Bezug auf die Einlassluftmenge ist. Es ist zu beachten, dass dann, wenn der Zustand einer erzwungenen Variation nicht erfüllt ist, die Berechnungsroutine sofort beendet wird.

15 ist eine Berechnungsroutine des Wandlers, die die Vergleichsspannung VR1 einstellt, und die Sprunggrößen RSR, RSL, die Integrationskonstanten KIR, KIL und die Zeitverzögerungen TDR, TDL, die erste Steuerkonstanten der ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit 0103 sind, und zwar gemäß dem durchschnittlichen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis der stromaufwärtigen Seite in der zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit 0102. Die Routine wird in vorbestimmten Zeitintervallen, wie beispielsweise alle 5 ms, durchgeführt.

In einem Schritt 1501 wird die Sprunggröße RSR gemäß dem durchschnittlichen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFAVEobj berechnet. Eine Berechnung wird unter Verwendung einer eindimensionalen Abbildung durchgeführt, in welcher Einstellwerte basierend auf einem Bewertungstest oder einem Experiment, welches später beschrieben werden wird, im Voraus gebildet sind. Einstellwerte oder Abbildungs-Ausleseergebnisse werden in Reaktion auf die und entsprechend der Eingabe ausgegeben. Die eindimensionale Abbildung ist für einen jeweiligen Betriebszustand eingestellt. Die eindimensionale Abbildung wird gemäß einer Änderung bezüglich der Betriebszustände umgeschaltet, und dann wird ein Auslesen der Abbildung durchgeführt. Die Betriebszustände enthalten Zustände in Bezug auf das Reaktionsverhalten und Charakteristiken etc. der Konfiguration der ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit 0103, wie beispielsweise der Drehzahl, der Last, eines Leerlaufs, der Kühlmitteltemperatur, der Abgastemperatur, der Temperatur des stromaufwärtigen O2-Sensors 13 und eines EGR-Öffnungsmaßes. Beispielsweise können die Betriebszustände mit Betriebszonen eingestellt werden, die gemäß vorbestimmter Drehzahlen, Lasten und Kühlmitteltemperaturen aufgeteilt sind. Alternativ dazu ist es nicht wesentlich, eine einzeldimensionale Abbildung zu verwenden. Stattdessen kann eine Einheit, die die Beziehung zwischen Eingaben und Ausgaben, wie beispielsweise einen Näherungsausdruck, anzeigt, verwendet werden oder kann eine Abbildung höherer Ordnung oder ein Ausdruck höherer Ordnung, die bzw. der eine größere Anzahl von Eingaben handhaben kann, verwendet werden.

In einem Schritt 1502 wird die Sprunggröße RSL, die gemäß dem durchschnittlichen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFAVEobj ist, unter Verwendung desselben Verfahrens berechnet, wie es im Schritt 1501 verwendet wird. Dann wird in einem Schritt 1503 die Integrationskonstante KIR, die gemäß dem durchschnittlichen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFAVEobj ist, unter Verwendung desselben Verfahrens berechnet, wie im Schritt 1501. In einem schritt 1504 wird die Integrationskonstante KIL, die gemäß dem durchschnittlichen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFAVEobj ist, unter Verwendung desselben Verfahrens wie im Schritt 1501 berechnet. In einem Schritt 1505 wird die Zeitverzögerung TDR, die gemäß dem durchschnittlichen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFAVEobj ist, unter Verwendung desselben Verfahrens wie im Schritt 1501 berechnet. In einem Schritt 1506 wird die Zeitverzögerung TDL, die gemäß dem durchschnittlichen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFAVEobj ist, unter Verwendung desselben Verfahrens wie im Schritt 1501 berechnet. In einem Schritt 1507 wird die Vergleichsspannung VR1, die gemäß dem durchschnittlichen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFAVEobj ist, unter Verwendung desselben Verfahrens wie im Schritt 1501 berechnet, und dann wird die Steuerroutine beendet.

Auf diese Weise werden die Sprunggrößen RSR, RSL, die Integrationskonstanten KIR, KIL und die Zeitverzögerungen TDR, TDL und die Vergleichsspannung VR1, die erste Steuerkonstanten sind, jeweils gemäß dem durchschnittlichen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFAVEobj berechnet. Die jeweiligen Einstellwerte werden basierend auf Bewertungstestberechnungen oder experimentellen Werten im Voraus gebildet, so dass das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der stromaufwärtigen Seite des aktuellen Katalysators das durchschnittliche Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFAVEobj wird, das die Eingabe ist. Weiterhin kann durch Ändern der Einstellwerte der ersten Steuerkonstante in Abhängigkeit von den Betriebszuständen ein Einstellen erreicht werden, das das durchschnittliche Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und das aktuelle durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis ungeachtet der Betriebszustände ausrichtet.

Als Nächstes werden die 16 bis 19 dazu verwendet werden, das Verhalten der Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung des ersten Ausführungsbeispiels im Vergleich mit einer bekannten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung zu erklären. Die 16 und 17 zeigen Beispiele, bei welchen nicht verschlechterte Katalysatoren verwendet werden, und die 18 und 19 zeigen Beispiele, bei welchen verschlechterte Katalysatoren verwendet werden.

16 ist ein Zeitdiagramm für die bekannte Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung, wenn ein nicht verschlechterter Katalysator verwendet wird. Zwischen den Zeiten t21 und t22 wird eine Kraftstofftrennsteuerung durchgeführt und wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis so gesteuert, dass es deutlich mager wird. Demgemäß wird Sauerstoff im Katalysator gespeichert. Wenn die obere Grenze der Speicherkapazität des Katalysators erreicht ist, kann die Atmosphäre des Katalysators nicht mehr in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses beibehalten werden. Somit weicht die Ausgabe V2 des stromabwärtigen O2-Sensors wesentlich von dem Sollwert VR2 zur mageren Seite ab.

Da die Ausgabe V2 des stromabwärtigen O2-Sensors einer Filterverarbeitung unterzogen wird, wird die Ausgabe V2flt des stromabwärtigen O2-Sensors nach einer Filterverarbeitung, wie es durch die strichpunktierte Linie gezeigt ist, im Vergleich mit der plötzlichen Änderung bezüglich des stromabwärtigen O2-Sensors V2 signifikant verzögert. Das stromaufwärtige durchschnittliche Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFobj wird durch die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplung gemäß der Ausgabe V2flt des stromabwärtigen O2-Sensors nach einer Filterverarbeitung berechnet. Demgemäß schaltet das stromaufwärtige durchschnittliche Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht sofort nach der Kraftstofftrennung zur reichen Seite um. Als Ergebnis gibt es eine Verzögerung bezüglich der Erholungsperiode des Katalysatorzustands von einem mageren Zustand mit einer reduzierten Reinigungsfähigkeit, der durch die Kraftstofftrennung verursacht ist, zu einem Zustand mit einer hohen Reinigungsfähigkeit in der Nähe des stödeinchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (Zeit t24).

Andererseits ist die 17 ein Zeitdiagramm für die Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung des ersten Ausführungsbeispiels, wenn ein nicht verschlechterter Katalysator verwendet wird. Nachdem die Kraftstofftrennung stattfindet, wird die Filterkonstante Kf auf kleiner eingestellt (wird die Zeitkonstante auf kleiner eingestellt) und somit kann der Katalysatorzustand, der aufgrund der Kraftstofftrennung mager geworden ist, ohne Verzögerung nach dem Ende der Kraftstofftrennung (t22) unter Verwendung der Ausgabe V2flt nach einer Filterverarbeitung der Ausgabe V2 des stromabwärtigen O2-Sensors erfasst werden. Die Ausgabe V2 des stromabwärtigen O2-Sensors wird einer Filterverarbeitung unterzogen, aber die Ausgabe V2flt des stromabwärtigen O2-Sensors nach einer Filterverarbeitung folgt der plötzlichen Änderung bezüglich der Ausgabe V2 des stromabwärtigen O2-Sensors ohne Verzögerung, wie es durch die strichpunktierte Linie gezeigt ist. Da das stromaufwärtige durchschnittliche Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFobj durch die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplung gemäß der Ausgabe V2flt des stromabwärtigen O2-Sensors nach einer Filterverarbeitung berechnet wird, kann das stromaufwärtige durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis ohne Verzögerung nach der Kraftstofftrennung zur reichen Seite gesteuert werden. Demgemäß wird die Erholungsperiode des Katalysatorzustands von einem mageren zum stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Vergleich mit dem Beispiel der bekannten Technologie beschleunigt und tritt zur Zeit r anstelle der Zeit 24 auf.

18 ist ein Zeitdiagramm für die Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung der bekannten Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung, wenn ein verschlechterter Katalysator verwendet wird. Die Sauerstoffspeichermöglichkeit des Katalysators hat sich auf im Wesentlichen Null verschlechtert, und das stromaufwärtige Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird ohne irgendeine Änderung zur stromabwärtigen Seite weitergegeben. Somit sind die Ausgaben der Ausgabe V1 des stromaufwärtigen O2-Sensors und der Ausgabe V2 des stromabwärtigen O2-Sensors im Wesentlichen dieselben. Die Ausgabe V2 des stromabwärtigen O2-Sensors wird einer Filterverarbeitung unterzogen, wie es durch die strichpunktierte Linie gezeigt ist. Somit werden große Variationen bezüglich des unter Verwendung des Werts nach einer Filterverarbeitung berechneten stromaufwärtigen durchschnittlichen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AFobj unterdrückt (anders ausgedrückt, werden Variationen kleiner gemacht), wodurch das Steuersystem davon abgehalten wird, instabil zu werden. Nachdem die Kraftstofftrennsteuerung von einer Zeit t31 zu einer Zeit t32 beendet ist, erholt sich die Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors von dem mageren Zustand ohne Verzögerung, und somit gibt es keine Rückkehrverzögerung wie bei dem nicht verschlechterten Katalysator.

Andererseits ist die 19 ein Zeitdiagramm für die Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung des ersten Ausführungsbeispiels, wenn ein verschlechterter Katalysator verwendet wird. Eine Kraftstofftrennsteuerung wird von einer Zeit t31 bis zu einer Zeit t32 durchgeführt und die Filterkonstante Kf wird auf kleiner eingestellt (die Zeitkonstante wird auf kleiner eingestellt). Nach der Kraftstofftrennung wird die Ausgabe V2flt des stromabwärtigen O2-Sensors nach einer Filterung ein magerer Wert. Somit wird das stromaufwärtige durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach der Kraftstofftrennung zur reichen Seite gesteuert, erholt sich aber die Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors von dem mageren Zustand ohne Verzögerung und wird in einer kurzen Periode überreich. Jedoch deshalb, weil eine Erholung schnell erfolgt, gibt es keine wesentliche Verschlechterung bezüglich des Reinigungszustand des Katalysators. Weiterhin ist das Ausmaß einer Verschlechterung deshalb nicht problematisch, weil der Katalysator verschlechtert ist und der Reinigungszustand des Katalysators normalerweise schlecht ist.

Auf diese Weise kann die Konstante für die Filterverarbeitung der Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors während einer Reich- oder Mager-Steuerung auf kleiner eingestellt werden, um zuzulassen, dass ein verschlechterter Reinigungszustand des Katalysators ohne Verzögerung erfasst wird. Weiterhin kann eine Erholung des Reinigungszustands schnell erreicht werden, nachdem eine Reich- oder Mager-Steuerung beendet ist. Zusätzlich kann, wie bei der bekannten Technologie, der Einfluss einer Variation bezüglich der Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors dann, wenn der Katalysator verschlechtert ist, unterdrückt werden und kann die Stabilität des Systems mit dualer O2-Steuerung beibehalten werden.

Zweites Ausführungsbeispiel

Es ist ausreichend, wenn der stromabwärtige O2-Sensor ein Sensor ist, der den Reinigungszustand des stromaufwärtigen Katalysators erfassen kann. Da ein Sensor für ein lineares Luft/Kraftstoff-Verhältnis, ein NOx-Sensor, ein HC-Sensor, ein CO-Sensor oder ähnliches auch den Reinigungszustand des Katalysators steuern kann, können dieselben Effekte wie oben erreicht werden, wenn solche Sensoren verwendet werden. Der stromaufwärtige O2-Sensor kann ein linearer O2-Sensor sein, der lineare Ausgangskennlinien in Bezug auf Änderungen bezüglich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses hat. In diesem Fall können deshalb, weil das stromaufwärtige Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf eine gleiche Weise zu einem &lgr;-O2-Sensor gesteuert werden kann, können dieselben Effekte wie oben erreicht werden. Die oben beschriebene zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit ist aus einer proportionalen Berechnung und einer integralen Berechnung konfiguriert. Jedoch selbst dann, wenn die Konfiguration auch eine differentielle Berechnung enthält, kann die Rückkopplung durchgeführt werden und können dieselben Effekte wie oben erreicht werden.

Die oben beschriebene zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit ist so konfiguriert, dass das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter Verwendung der proportionalen Berechnung und der integralen Berechnung basierend auf dem zweiten Sollwert VR2 und der Ausgangsinformation des stromabwärtigen O2-Sensors berechnet wird. Jedoch können auch andere Rückkopplungen, wie beispielsweise eine Zustandsrückkopplung basierend auf einer modernen Steuerungs- bzw. Regelungstheorie, eine Gleitmodensteuerung, ein Beobachter, eine adaptive Steuerung oder eine H∞-Steuerung zum Berechnen des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses aus dem zweiten Sollwert VR2 und der Ausgabe V2 des stromabwärtigen O2-Sensors verwendet werden. Wenn eine solche Konfiguration angenommen wird, kann der Reinigungszustand des Katalysators gesteuert werden und somit können dieselben Effekte wie oben erreicht werden.

Die oben beschriebene Filterverarbeitung der Ausgabe des stromabwärtigen O2-Sensors verwendet einen Verzögerungsprozess erster Ordnung. Jedoch können andere Typen einer Verarbeitung mit einem Filtereffekt, wie beispielsweise ein Filter höherer Ordnung, wie ein Bandpassfilter oder ein Tiefpassfilter, verwendet werden. Durch Ändern der Konstanten, die den Filtereffekt von solchen Filtern erhöhen und erniedrigen, können dieselben Effekte wie oben erreicht werden. Weiterhin ist es ausreichend, wenn eine Glättungsverarbeitung für die Verzögerung verwendet wird. Wenn beispielsweise ein Totzeitprozess verwendet wird, kann die Totzeit erhöht oder erniedrigt werden, oder wenn alternativ dazu ein Bewegungsdurchschnittsprozess verwendet wird, kann die Abtastzahl des Durchschnittsbildungsprozesses erhöht oder erniedrigt werden. Durch Annehmen von solchen Konfigurationen können dieselbe Effekte wie oben erreicht werden.

Während die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben worden sind, ist es zu verstehen, dass diese Offenbarungen zum Zwecke einer Darstellung dienen und dass verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen aufgezeigt ist.


Anspruch[de]
Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die folgendes aufweist:

einen in einem Auslasssystem des Verbrennungsmotors (1) angeordneten Katalysator (12), der Abgas reinigt;

einen stromaufwärtigen und einen stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor (13, 15), die jeweils auf einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen des Katalysators (12) angeordnet sind, wobei der stromaufwärtige und der stromabwärtige Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor (13, 15) das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases erfasst;

eine erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit (0103), die das zum Verbrennungsmotor (1) zugeführte Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter Verwendung eines Ausgangswerts des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors (13) einstellt;

eine Filterverarbeitungseinheit (0101), die eine Filterverarbeitung durchführt, so dass eine Variation bezüglich eines Ausgangswerts des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors (15) unterdrückt wird; und

eine zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit (0102), die eine Steuerkonstante der ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit (0103) unter Verwendung des einer Filterverarbeitung unterzogenen Werts des Ausgangswerts des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors (15) einstellt;

dadurch gekennzeichnet, dass

die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung weiterhin folgendes aufweist:

eine Filterkonstanten-Änderungseinheit (0105), die eine Filterkonstante der Filterverarbeitungseinheit (0101) ändert, um eine Unterdrückung der Filterverarbeitung zu reduzieren und um einen Filtereffekt auf kleiner einzustellen, wenn das zum Verbrennungsmotor (1) zugeführte Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter Verwendung einer Reich- oder Mager-Steuerung derart gesteuert wird, dass es reich oder mager ist, und nicht, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis derart gesteuert wird, dass die Atmosphäre des Katalysators (12) in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ist.
Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei eine Periode, für welche der Filtereffekt auf kleiner eingestellt wird, eingestellt wird als: eine Periode, für welche das zum Verbrennungsmotor (1) zugeführte Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter Verwendung der Reich- oder der Mager-Steuerung eher derart gesteuert wird, dass es reich oder mager ist, als dass es derart gesteuert wird, dass die Atmosphäre des Katalysators (12) in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ist; oder als eine vorbestimmte Nachbeendigungsperiode nach einer Beendigung der Reich- oder der Mager-Steuerung eingestellt wird. Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei eine Periode, für welche der Filtereffekt auf kleiner eingestellt wird, als irgendetwas von folgendem eingestellt wird: eine Periode, für welche die erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit (0103) gestoppt wird; und eine Periode, für welche die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit (0102) gestoppt wird. Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei eine Periode, für welche der Filtereffekt auf kleiner eingestellt wird, als irgendeine von folgenden eingestellt wird: eine Periode, für welche die erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit (0103) gestoppt wird und eine vorbestimmte Periode nach einem erneuten Starten der gestoppten ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit (0103); eine Periode, für welche die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit (0102) gestoppt wird und eine vorbestimmte Periode nach einem erneuten Starten der gestoppten zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppeleinheit (0102). Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 2 oder 4, wobei die vorbestimmte Nachbeendigungsperiode als Periode bis dahin eingestellt wird, bis eine vorbestimmte Zeit nach einer Beendigung der Reich- oder der Mager-Steuerung verstreicht. Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 2 oder 4, wobei die vorbestimmte Nachbeendigungsperiode als eine Periode bis dahin eingestellt wird, bis der Ausgangswert des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors (15) nach einer Beendigung der Reich- oder der Mager-Steuerung einen vorbestimmten Wert erreicht. Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 2 oder 4, wobei die vorbestimmte Nachbeendigungsperiode als eine Periode bis dahin eingestellt wird, bis eine vorbestimmte Zeit verstreicht, nachdem der Ausgangswert des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors (15) nach einer Beendigung der Reich- oder der Mager-Steuerung einen vorbestimmten Wert erreicht. Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 2 oder 4, wobei die vorbestimmte Nachbeendigungsperiode als eine Periode bis dahin eingestellt wird, bis eine integrierte Einlassluftmenge nach einer Beendigung der Reich- oder der Mager-Steuerung einen vorbestimmten Wert erreicht. Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Filtereffekt, der auf kleiner einzustellen ist, Null ist.






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