DE102011120792A1

DE102011120792A1 - Verfahren zum Steuern und Steuerschaltung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102011120792A1
Application number: DE102011120792A
Authority: DE
Inventors: Stefan Horst
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-12-10
Filing date: 2011-12-10
Publication date: 2013-06-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, bei welchem die in ein Saugrohr (6) des Verbrennungsmotors (3) einzusaugende Luftmasse (L) gesteuert wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: – Bilden eines Istwertes (LI) für die einzusaugende Luftmasse (L) aus Parametersignalen; – Setzen eines oberen Grenzwertes (LG) für die einzusaugende Luftmasse (L) auf den Istwert (LI) für die einzusaugende Luftmasse (L) oder einen vorgegebenen Wert, abhängig von Betriebszuständen des Verbrennungsmotors (3); – Berechnen eines Sollwertes (LS) für die einzusaugende Luftmasse (L) in Abhängigkeit eines erwarteten Drehmoments (DS); – Bilden eines Minimalwertes aus dem oberen Grenzwert (LG) für die einzusaugende Luftmasse (L) und dem Sollwert (LS) für die einzusaugende Luftmasse (L); – Einstellen der einzusaugenden Luftmasse (L) gemäß dem Minimalwert, wobei der Istwert (LI) für die einzusaugende Luftmasse (L) in Abhängigkeit von einem Gehalt von Kraftstoffadditiv-Komponenten in einem in das Saugrohr eingesaugten Kraftstoffes und einer Temperatur (T) eines Einlassventils (9) gebildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern und auf eine Steuerschaltung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges mit Hilfe derer sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Verbrennungsmotor regeln lässt, insbesondere während und kurz nach dem Start des Kraftfahrzeuges.
Eine optimale Steuerung von Verbrennungsmotoren, insbesondere während und kurz nach dem Start des Kraftfahrzeuges wirft eine Reihe von Problemen auf, beispielsweise bei der Abgasemission, der Bremsunterdruckabsicherung oder bei der Verwendung von alternativen Kraftstoffen.
Zum Reinigen der Abgase von Motoren werden Katalysatoren verwendet. Ein gebräuchlicher Katalysator ist der Dreiwegekatalysator, der das Abgas des Verbrennungsmotors von den Gasen HC, CO und NO_x reinigt. Hierbei zeigt sich das Problem, dass der Katalysator die Abgase schlecht reinigt, wenn er noch nicht auf seine Betriebstemperatur aufgeheizt ist. Um Abgasemissionen beim Starten und Warmlaufen zu reduzieren und um die bis zum Wirksamwerden eines Katalysators erforderliche Zeit zu verkürzen, kann in den ersten etwa 20 Sekunden nach dem Start der Zündzeitpunkt nach spät verstellt werden, wobei gleichzeitig das Luft-Kraftstoff-Verhältnis abgemagert wird. Diese Betriebsbedingungen werfen jedoch beachtliche Schwierigkeiten auf, da sie die Grenzen für einen stabilen Motorlauf erreichen und sogar überschreiten können und zunehmend anfällig sind für störende Faktoren wie Verschleiß und Alterung.
Um das Aufwärmen des Katalysators und dergleichen zu beschleunigen, während ein stabiler Motorlauf erhalten wird, ist es möglich, gleichzeitig zur Verzögerung der Zündzeitgebung, die Öffnung eines Drosselventils zu vergrößern, welches in einem Saugrohr des Verbrennungsmotors angeordnet ist. Falls die Öffnung des Drosselventils bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors plötzlich vergrößert wird, wird kein großer Unterdruck in dem Saugrohr an der stromabwärtigen Seite des Drosselventils erzeugt und der auf eine Bremskraftverstärkungsvorrichtung des Kraftfahrzeuges aufgebrachte Unterdruck kann nicht bis zu einem gewünschten oder erforderlichen Niveau erhöht werden und die Bremskraftverstärkungsvorrichtung eine Pedalniederdrückungskraft eines Bremspedals somit nicht in einer angemessenen Art und Weise verstärken.
Auch bei der Verwendung von alternativen Kraftstoffen, beispielsweise bei der Nutzung von Kraftstoffadditiven wie Ethanol ergeben sich, bedingt durch die Siedetemperatur des Ethanols von 78,5°C, Probleme beim Start mit tiefen Temperaturen. Dies führt bei steigendem Saugrohrdruck zu einem erhöhten Kraftstoffbedarf, was unter gewissen Umständen, beispielsweise einer verzögerten Zündzeitgebung zu einer mageren Verbrennung bis hin zu Fehlzündungen führen kann.
Aus der Druckschrift DE 10 2007 062 344 A1 ist eine Steuerschaltung für einen Verbrennungsmotor bekannt, welche dafür sorgt, dass die Stellgröße für die einzusaugende Luftmasse während des Katalysatorheizens einen oberen Grenzwert nicht übersteigt, indem ein Minimalwert aus einem Sollwert und einem oberen Grenzwert für die einzusaugende Luftmasse berechnet wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges anzugeben, mit welchem eine effektive Steuerung des Verbrennungsmotors auch bei unterschiedlichen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors sowie der Verwendung von alternativen Kraftstoffen gewährleistet wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges angegeben, bei welchem die in am Saugrohr des Verbrennungsmotors einzusaugende Luftmasse gesteuert wird. Dabei wird ein Istwert für die einzusaugende Luftmasse aus Parametersignalen gebildet und ein Sollwert für die einzusaugende Luftmasse in Abhängigkeit eines erwarteten Drehmoments berechnet. Abhängig von einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors wird weiter ein oberer Grenzwert für die einzusaugende Luftmasse auf den Istwert für die einzusaugende Luftmasse oder einen vorgegebenen Wert gesetzt und am Minimalwert aus dem oberen Grenzwert für die einzusaugende Luftmasse und dem Sollwert für die einzusaugende Luftmasse gebildet. Gemäß diesem Minimalwert für die einzusaugende Luftmasse wird anschließend die in das Saugrohr einzusaugende Luftmasse eingestellt. Zur Bildung des Istwertes für die einzusaugende Luftmasse wird hierbei weiter ein Gehalt einer Kraftstoffadditiv-Komponente in dem in das Saugrohr eingesaugten Kraftstoffes sowie die Temperatur eines Einlassventils, durch welches der Kraftstoff in Brennkammern des Verbrennungsmotors eingeführt wird, bestimmt.
Grundgedanke ist somit, die in ein Saugrohr des Verbrennungsmotors einzusaugende Luftmasse für unterschiedliche Betriebszustände des Verbrennungsmotors je nach Siedepunkt des verwendeten Kraftstoffes zu begrenzen. Dieser ist je nach Kraftstoffadditiv und/oder Kraftstoffadditivgehalt unterschiedlich. Unter Kraftstoffadditiv-Komponenten werden hierbei Zusätze im Kraftstoff von sauerstoffhaltigen, organischen Komponenten sowie Additive zur Verbesserung der Eigenschaften des Kraftstoffes verstanden, beispielsweise aus der Gruppe der Alkohole, insbesondere Ethanol. Zusatzstoffe (Additive), die in unverbleitem Kraftstoff verwendet werden, sind zum, Beispiel Antioxidantien, Korrosionsinhibitoren, Metalldeaktivatoren und Detergenzien. Der Gehalt an Kraftstoffadditiv-Komponenten im Kraftstoff kann hierbei beispielsweise manuell durch einen Fahrer über ein Eingabeelement oder mittels Sensoren erfasst werden.
Ein derartiges Verfahren hat den Vorteil, dass sichergestellt wird, dass nur soviel Luft angesaugt wird, wie erforderlich ist, um ein dem jeweiligen Betriebszustand des Verbrennungsmotors entsprechendes Drehmoment zu gewährleisten und ein dem erforderlichen Drehmoment entsprechendes, optimales Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Verbrennungsmotor sicherzustellen. Dadurch kann, unabhängig vom aktuell verwendeten Kraftstofftyp, eine ununterbrochene Leistungsbereitstellung gewährleistet werden, da die einzusaugende Luftmasse und damit die Luftzufuhr in den Motor derart festgelegt werden kann, dass der Druck im Saugrohr dem Verdampfungspunkt des aktuell verwendeten Kraftstoffs entspricht. Auch kann, durch die Begrenzung der einzusaugenden Luftmasse, ein Unterdruck im Saugrohr erhöht werden und somit stets genügend Unterdruck für eine Bremsanlage des Kraftfahrzeuges zur Verfügung gestellt werden. Da ferner die Luftzufuhr in den Verbrennungsmotor begrenzt ist, wird weniger Luft angesaugt und auch weniger Kraftstoff in den Motorraum eingespritzt. Die Menge an Kraftstoff sinkt somit, wodurch sich ein optimales Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Verbrennungsmotor gewährleisten lässt, so dass auch die Emissionen der Gase HC, CO und NO_x sinken. Dies resultiert darin, dass Emissionsregulierungsvorschriften wie beispielsweise EURO 6, ULEV oder SULEV eingehalten werden.
Hierbei bedeutet erwartetes Drehmoment, dass der Sollwert auf Basis eines eigentlichen, unbearbeiteten Drehmoment berechnet wird, welches sich bei einer optimalen Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Verbrennungsmotor ergeben würde, wenn keine zusätzliche Leistung, beispielsweise zum Katalysatorheizen aufgebracht werden muss. Somit wird sichergestellt, dass nie mehr Luft angesaugt wird, als nötig ist, um ein für den entsprechenden Betriebszustand des Verbrennungsmotors charakteristisches Drehmoment, welches sich bei einer optimalen Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches ergeben würde, aufrecht zu erhalten, wodurch eine ununterbrochene Leistungsbereitstellung gewährleistet wird. Das erwartete Drehmoment kann dabei beispielsweise durch eine Motorsteuerung bereitgestellt werden.
Dabei kann das Verfahren zur Kaltstartsteuerung des Verbrennungsmotors verwendet werden, insbesondere wenn Mittel des Katalysatorheizens ergriffen worden sind. Dabei ist es wichtig, die Luftzufuhr und somit das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Verbrennungsmotor optimal zu steuern, um auch wenn der Katalysator noch nicht auf seine Betriebstemperatur aufgeheizt ist, einen stabilen Motorlauf zu gewährleisten. Ferner verdampft Kraftstoff während des Kaltstarts, wenn der Motor auf Umgebungstemperatur oder noch nicht auf einer normalen Betriebstemperatur ist, mit einer geringeren Rate. Probleme zeigen sich hierbei auch bei der Verwendung von alternativen Kraftstoffen, beispielsweise Ethanol, welches eine höhere Temperatur benötigt um ein zündfähiges Gemisch zu bilden, als gebräuchliche Kraftstoffe. Somit gelingt es, Emission und Kraftstoffverbrauch beim Kaltstart zu reduzieren sowie die Fahreigenschaften des Kraftfahrzeuges beim Kaltstart zu verbessern.
In einer Ausführungsform ist der Schritt des Setzens eines oberen Grenzwertes für die einzusaugende Luftmasse auf den Istwert für die einzusaugende Luftmasse oder einen vorgegebenen Wert dabei abhängig von einem oder mehreren der folgenden Betriebszustände: Die einzusaugende Luftmasse wird nicht begrenzt, die einzusaugende Luftmasse wird durchgehend begrenzt, die einzusaugende Luftmasse wird begrenzt wenn sich das Fahrzeug im Leerlaufbetrieb befindet, die einzusaugende Luftmasse wird begrenzt wenn Mittel des Katalysatorheizens ergriffen wurden, oder die einzusaugende Luftmasse wird begrenzt wenn das Kraftfahrzeug sich sowohl im Leerlaufbetrieb befindet als auch Mittel des Katalysatorheizens ergriffen wurden. Durchgehend bedeutet hierbei, dass die einzusaugende Luftmasse während der gesamten Dauer des Betriebes des Verbrennungsmotors gesteuert wird. Hierdurch wird ein optimaler Betrieb des Motors insbesondere auch während allen möglichen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors während eines Kaltstarts sichergestellt. So kann durch den gesteuerten Luftdurchsatz, unabhängig vom verwendeten Kraftstofftyp, eine ununterbrochene Leistungsbereitstellung gewährleistet werden, beispielsweise die Menge an Wärme bereitgestellt werden, welche nötig ist, um den Katalysator zu heizen, und gleichzeitig verhindert werden, dass die Verbrennung in einem unruhigen Leerlauf erfolgt. Auch können hierdurch Toleranzeinflüsse eliminiert werden und durch die effiziente Katalysatorheizansteuerung deutliche Emissions- und Kraftstoffverbrauchsreduzierungen erreicht werden. Auch wird bei plötzlichen Anforderungen zur Erhöhung des Drehmoments sichergestellt, dass nur die zur Aufrechterhaltung des Drehmoments erforderliche Luftmasse eingesaugt wird, wodurch gleichzeitig sichergestellt werden kann, dass im Saugrohr des Verbrennungsmotors der Druck so klein ist, dass stets genügend Unterdruck für die Bremsanlage bereitsteht.
Weiter können die Parametersignale einen Umgebungsdruck und ein vom Verbrennungsmotor angefordertem Drehmoment umfassen. Hierbei steht angefordertes Drehmoment für das Drehmoment, mit welchem, abhängig vom aktuellen Betriebszustand des Verbrennungsmotors, das heißt der aktuellen Situation eine ununterbrochene Leistungsbereitstellung gewährleistet wird, beispielsweise wenn eine effiziente Katalysatorheizansteuerung bereitgestellt und gleichzeitig ein unruhiger Leerlauf vermieden werden soll. Durch das Berechnen des oberen Grenzwertes in Abhängigkeit des Umgebungsdrucks wird gewährleistet, dass der Saugrohrdruck des Verbrennungsmotors entsprechend dem Umgebungsdruck eingestellt werden kann. Dadurch wird stets genügend Bremsunterdruck für die Bremsanlage zur Verfügung gestellt. Durch die Berechnung nach dem angeforderten Drehmoment des Verbrennungsmotors kann weiter sichergestellt werden, dass beispielsweise im Falle des Katalysatorheizens auch hohe Drehmomente vom Motor bereitgestellt werden können und ein stabiler Motorlauf gewährleistet wird.
In einer Ausführungsform wird, wenn die in den Verbrennungsmotor einzusaugende Luftmasse nicht begrenzt wird, der obere Grenzwert für die einzusaugende Luftmasse auf den gespeicherten Wert gesetzt. Der gespeicherte Wert ist dabei sehr hoch gesetzt und somit stets hoher als der Sollwert für die einzusaugende Luftmasse gewählt, wodurch sichergestellt wird, dass, falls die Luftmasse nicht gesteuert werden soll, die in ein Saugrohr des Verbrennungsmotors eingesaugte Luftmasse stets derjenigen entspricht, welche vonnöten ist, um ein Drehmoment zu gewährleisten, welches sich bei optimalen, unbearbeiteten Bedingungen ergeben würde und bei welcher Leistung sowie Drehmoment, unabhängig vom aktuell verwendeten Kraftstofftyp, konstant gehalten werden.
Weiter kann, wenn die einzusaugende Luftmasse durchgehend begrenzt wird, die einzusaugende Luftmasse begrenzt wird wenn sich das Fahrzeug im Leerlaufbetrieb befindet, die einzusaugende Luftmasse begrenzt wird wenn Mittel des Katalysatorheizens ergriffen wurden, oder die einzusaugende Luftmasse begrenzt wird wenn das Kraftfahrzeug sich sowohl im Leerlaufbetrieb befindet als auch Mittel des Katalysatorheizens ergriffen wurden, der obere Grenzwert für die einzusaugende Luftmasse auf den Istwert für die einzusaugende Luftmasse gesetzt werden. Dabei ist es bekannt, die Werte für die Luftmasse abhängig von Parametern, beispielsweise dem angeforderten Drehmoment des Verbrennungsmotors aus einem Kennfeld oder einer Kennlinie zu lesen, da eine Umrechnung, beispielsweise durch einen linearen Regleransatz, meist nur unter erheblichem Aufwand, häufig aber auch gar nicht möglich ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Steuerung der einzusaugenden Luftmasse in den Verbrennungsmotor durch eine Steuerung eines Drehmoments des Verbrennungsmotors erfolgen. Dabei kann der Schritt des Bildens eines Istwertes für die einzusaugende Luftmasse weiter das Bilden einer spezifischen Luftmasse umfassen, welche anschließend in einen Istwert für das Drehmoment konvertiert wird. Weiter kann ein Kraftstoffdruck aus dem Anteil einer Kraftstoffadditiv-Komponente in dem in das Saugrohr eingesaugten Kraftstoffes und der Temperatur des Einlassventils, durch welches der Kraftstoff in Brennkammern des Verbrennungsmotors eingeführt wird, gebildet werden, anschließend ein Maximalwert für den Saugrohrdruck aus dem Kraftstoffdruck und dem Umgebungsdruck bestimmt werden und dieser Maximalwert in einen kraftstoffspezifischen Wert für das Drehmoment konvertiert werden. Der Istwert für die einzusaugende Luftmasse wird dann auf den Minimalwert aus dem Istwert für das Drehmoment und dem kraftstoffspezifischen Wert für das Drehmoment gesetzt. Weiter kann der vorgegebene Wert ein vorgegebener Wert für das Drehmoment sein, so dass der obere Grenzwert für die einzusaugende Luftmasse, abhängig von Betriebszuständen des Verbrennungsmotors auf den Minimalwert aus dem Istwert für das Drehmoment und dem kraftstoffspezifischen Wert für das Drehmoment oder den vorgegebenen Wert für das Drehmoment gesetzt wird. Der Sollwert für die einzusaugende Luftmasse kann dabei auf das erwartetet Drehmoment gesetzt werden und der Minimalwert für die einzusaugende Luftmasse sodann durch Bilden eines Minimalwertes für das Drehmoment aus dem oberen Grenzwert für die einzusaugende Luftmasse und dem Sollwert für die einzusaugende Luftmasse, das heißt dem Grenzwert für das Drehmoment und dem erwarteten Drehmoment, gewonnen werden, wobei der Minimalwert für die einzusaugende Luftmasse durch anschließendes konvertieren des Minimalwertes für das Drehmoment gebildet wird. Hierbei bedeutet erwartetes Drehmoment wiederum, dass der Sollwert auf Basis eines eigentlichen, unbearbeiteten Drehmoment berechnet wird, welches sich bei einer optimalen Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Verbrennungsmotor ergeben würde, wenn keine zusätzliche Leistung, beispielsweise zum Katalysatorheizen aufgebracht werden muss. Die in ein Saugrohr des Verbrennungsmotors einzusaugende Luftmasse kann somit gemäß dem für unterschiedliche Betriebszustände des Verbrennungsmotors charakteristischem Drehmoment begrenzt werden. Dieses hängt dabei im Wesentlichen von dem aktuellen Hubvolumen, welches abhängig von dem aktuell verwendeten Kraftstofftyp ist, und somit von der einzusaugenden Luftmasse beziehungsweise dem Luftdurchsatz im Motor ab, weshalb die Luftzufuhr derart festgelegt werden kann, dass der Druck im Saugrohr dem Verdampfungspunkt des aktuell verwendeten Kraftstoffs entspricht. Auch kann dieses einfach und ohne großen Aufwand durch bereits in das Fahrzeug integrierte Sensoren ermittelt werden. Dabei ist es bekannt, die Werte für die spezifische Luftmasse abhängig von dem angeforderten Drehmoment des Verbrennungsmotors aus einem Kennfeld oder einer Kennlinie zu lesen, de eine Umrechnung, beispielsweise durch einen linearen Regleransatz, meist nur unter erheblichem Aufwand, häufig aber auch gar nicht möglich ist.
Mit der Anmeldung wird auch ein Computerprogramm angegeben, das, wenn es auf einer Recheneinheit eines Kraftfahrzeuges ausgeführt wird, die Recheneinheit anleitet, folgende Schritte auszuführen. Die Recheneinheit wird zum Bestimmen eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors angeleitet. Zudem wird die Recheneinheit angeleitet, einen Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges wie oben beschrieben zu steuern.
Optional kann das Computerprogramm auch eine Logik enthalten, durch welche, basierend auf einer Überprüfung von Parametersignalen, beispielsweise der Motortemperatur, entschieden wird, ob das Programm und somit die oben aufgeführten Schritte gestartet werden sollen.
Mit der Anmeldung wird zudem ein computerlesbares Medium angegeben, auf dem ein Computerprogramm gemäß der genannten Ausführungsform gespeichert ist.
Das Computerprogramm sowie das computerlesbare Medium weisen die bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren der Anmeldung genannten Vorteile auf, insbesondere dass die anzusaugende Luftmasse so festgelegt wird, dass der Saugrohrdruck dem optimalen Verdampfungspunkt des aktuell verwendeten Kraftstoffs entspricht, wodurch beispielsweise Emission und Kraftstoffverbrauch beim Kaltstart reduziert werden können sowie die Fahreigenschaften beim Kaltstart verbessert werden können, und durch das Steuern der anzusaugenden Luftmasse über das Drehmoment, das der Druck im Saugrohr so klein ist, dass stets genügend Unterdruck für die Bremsanlage bereitsteht.
Mit der Anmeldung wird auch eine Steuerschaltung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges angegeben. Die Steuerschaltung umfasst dabei mehrere Vorrichtungen zum Erfassen eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors, eine Luftmassenberechnungsschaltung, welche aus Parametersignalen einen Istwert für die einzusaugende Luftmasse bildet und abhängig von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors einen oberen Grenzwert für die einzusaugende Luftmasse auf den Istwert für die einzusaugende Luftmasse oder einen vorgegebenen Wert setzt, einen Luftmassenbegrenzer, welcher einen Sollwert für die einzusaugende Luftmasse angibt, einen Minimalwertbildner, welcher, abhängig von einem erwarteten Drehmoment, einen Minimalwert aus dem oberen Grenzwert für die einzusaugende Luftmasse und dem Sollwert für die einzusaugende Luftmasse angibt und ausgehend von dem Minimalwert eine Stellgröße für die in ein Saugrohr des Verbrennungsmotors einzusaugende Luftmasse bestimmt. Dabei ist die Luftmassenberechnungsschaltung derart ausgebildet, dass diese den Istwert für die einzusaugende Luftmasse auf Basis eines Gehalts an Kraftstoffadditiv-Komponenten eines in das Saugrohr eingesaugten Kraftstoffes sowie der Temperatur eines Einlassventils, durch welches der Kraftstoff in Brennkammern des Verbrennungsmotors geführt wird, bildet.
Hierbei bedeutet erwartetes Drehmoment wiederum, dass der Sollwert auf Basis eines eigentlichen, unbearbeiteten Drehmoment berechnet wird, welches sich bei einer optimales Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Verbrennungsmotor ergeben würde, wenn keine zusätzliche Leistung, beispielsweise zum Katalysatorheizen aufgebracht werden muss. Unter Kraftstoffadditiv-Komponenten werden hierbei Zusätze im Kraftstoff von sauerstoffhaltigen, organischen Komponenten sowie Additive zur Verbesserung der Eigenschaften des Kraftstoffes verstanden, beispielsweise Ethanol. Zusatzstoffe (Additive), die in unverbleitem Kraftstoff verwendet werden, sind zum, Beispiel Antioxidantien, Korrosionsinhibitoren, Metalldeaktivatoren und Detergenzien. Eine derartige Steuerschaltung hat den Vorteil, dass nur soviel Luft eingesaugt wird wie erforderlich ist, um ein dem jeweiligen Betriebszustand des Verbrennungsmotors entsprechendes Drehmoment zu gewährleisten und, abhängig vom verwendeten Kraftstofftyp, ein dem erforderlichen Drehmoment entsprechendes Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Verbrennungsmotor sicherzustellen, da einzusaugende Luftmasse und somit die Luftzufuhr im Motor derart festgelegt werden kann, dass der Saugrohrdruck dem Verdampfungspunkt des aktuell verwendeten Kraftstoffs entspricht. Auch kann, durch die Begrenzung der einzusaugenden Luftmasse, ein Unterdruck im Saugrohr erhöht werden und somit stets genügend Unterdruck für eine Bremsanlage des Kraftfahrzeuges zur Verfügung gestellt werden. Da ferner die Luftzufuhr in den Verbrennungsmotor begrenzt ist, wird weniger Luft angesaugt und auch weniger Kraftstoff in den Motorraum eingespritzt. Die Menge an Kraftstoff sinkt somit, wodurch sich ein optimales Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Verbrennungsmotor gewährleisten lässt, so dass auch die Emissionen der Gase HC, CO und NO_x sinken. Dadurch kann gewährleistet werden, dass Emissionsregulierungsvorschriften wie beispielsweise EURO 6, ULEV oder SULEV eingehalten werden. Zudem ist eine derartige Steuerschaltung kostengünstig und einfach in der Entwicklung und Herstellung, da sie sich als Weiterbildung gebräuchlicher Steuerungsschaltungen für Verbrennungsmotoren ergibt, ohne dass hierbei größere Umbauten vonnöten wären.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Vorrichtungen zum Erfassen des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors einen Leerlaufindikator, welcher angibt, ob sich das Kraftfahrzeug im Leerlaufbetrieb befindet, und einen zweiten Indikator, welcher angibt, ob Mittel des Katalysatorheizens ergriffen worden sind. Über den Leerlaufindikator wird der Steuerschaltung signalisiert, wenn der neutrale Gang eingelegt ist, sich das Fahrzeug somit im Leerlauf befindet. Über die Steuerschaltung kann dem Verbrennungsmotor nun genau soviel Luft zugeführt werden, wie nötig ist, um eine vorgegebene Leerlaufdrehzahl aufrecht zu erhalten, so dass die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem ruhigen Leerlauf erfolgt. Im zweiten Indikator wiederum wird der Steuerschaltung signalisiert, dass Mittel des Katalysatorheizens ergriffen wurden, wodurch die Steuerschaltung in der Lage ist, die Luftzufuhr in den Verbrennungsmotor gemäß einem Drehmoment, welche für eine effiziente Katalysatorheizansteuerung erforderlich ist, zu regulieren, was wiederum in deutlichen Emissions- und Kraftstoffverbrauchsreduzierungen resultiert.
Weiter kann die Steuerschaltung ein Eingabeelement, zur manuellen Eingabe und/oder Sensoren zum Messen des Gehalts an Kraftstoffadditiv-Komponenten des in das Saugrohr eingesaugten Kraftstoffes sowie einen Temperatursensor, zum Messen der Temperatur des Einlassventils umfassen und die Luftmassenberechnungsschaltung den Istwert für das Drehmoment in Abhängigkeit von einem Umgebungsdruck und einem angeforderten Drehmoment bilden. Hierbei steht angefordertes Drehmoment für das Drehmoment, mit welchem, abhängig vom aktuellen Betriebszustand des Verbrennungsmotors, das heißt der aktuellen Situation eine ununterbrochene Leistungsbereitstellung gewährleistet wird, beispielsweise wenn eine effiziente Katalysatorheizansteuerung bereitgestellt und gleichzeitig ein unruhiger Leerlauf vermieden werden soll. Durch das Berechnen des oberen Grenzwertes in Abhängigkeit des Umgebungsdrucks wird gewährleistet, dass der Saugrohrdruck des Verbrennungsmotors entsprechend dem Umgebungsdruck eingestellt werden kann. Dadurch wird stets genügend Bremsunterdruck für die Bremsanlage zur Verfügung gestellt. Durch die Berechnung nach dem angeforderten Drehmoment des Verbrennungsmotors wird sichergestellt, dass beispielsweise im Katalysatorheizen auch hohe Drehmomente von dem Verbrennungsmotor bereitgestellt werden können und ein stabiler Motorlauf gewährleistet wird. Erfasst werden kann der Wert für das erwartete Drehmoment beispielsweise über einen Motordrehzahlsensor sowie der Wert für den Umgebungsdruck von einem Umgebungsdrucksensor gemessen werden. Es sind aber auch Ausführungen möglich, in denen das Fahrzeug den Wert für den Umgebungsdruck von außen beispielsweise über Funk empfängt, Dabei kann die Luftmassenberechnungsschaltung einen Speicher, in welchem der vorgegebene Wert für die einzusaugende Luftmasse gespeichert ist, ein UND-Gatter, zum Verknüpfen der Signale der Vorrichtungen zum Erfassen des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors, sowie Schaltelemente, über welche, abhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors, der obere Grenzwert für die einzusaugende Luftmasse auf den Istwert für die einzusaugende Luftmasse oder den vorgegeben Wert gesetzt und an den Minimalwertbildner geleitet wird, umfassen. Hierbei ist der gespeicherte Wert stets sehr groß gewählt und stets größer als die in das Saugrohr des Verbrennungsmotors maximal ansaugbare Luftmasse, Die Funktion der Berechnung des oberen Grenzwertes wird dabei durch die Regelung der Schaltelemente realisiert. Realisiert werden kann dies durch einfache Schaltelemente, ohne dass hierbei aufwendige und teure Regelungsschaltungen vonnöten wären. Auch kann eine derartige Luftmassenberechnungsberechnungsschaltung einfach und kostengünstig durch Weiterentwicklung gebräuchlicher Steuerungsschaltungen für Verbrennungsmotoren entwickelt werden, ohne dass hierbei aufwendige Umbauten vonnöten wären.
Gemäß einer weitern Ausführungsform kann die Luftmassenberechnungsschaltung eine Drehmomentberechnungsschaltung umfassen, zum Steuern der einzusaugenden Luftmasse über ein Drehmoment des Verbrennungsmotors. Die Drehmomentberechnungsschaltung kann ihrerseits ein erstes Kennlinienfeld, das eine spezifische Luftmasse in Abhängigkeit des angeforderten Drehmoments sowie des Umgebungsdrucks angibt, einen ersten Konverter, zum Umwandeln der spezifischen Luftmasse in einen Istwert für das Drehmoment, ein zweites Kennlinienfeld, das einen Kraftstoffdruck aus dem Gehalt an Kraftstoffadditiv-Komponenten des in das Saugrohr eingesaugten Kraftstoffs sowie der Temperatur des Einlassventils angibt, einen Maximalwertbildner, welcher einen Maximalwert aus dem Kraftstoffdruck und dem Umgebungsdruck angibt, einen zweiten Konverter, welcher den Maximalwert aus dem Kraftstoffdruck und dem Umgebungsdruck in einen kraftstoffspezifischen wert für das Drehmoment umwandelt, sowie einen zweiten Minimalwertbildner, welcher einen Minimalwert aus dem Istwert für das Drehmoment und dem kraftstoffspezifischen Wert für das Drehmoment angibt und diesen auf den Wert für den Istwert für die einzusaugende Luftmasse setzt, umfassen. Der Speicher kann dabei ausgebildet sein, einen vorgegebenen Wert für das Drehmoment zu speichern und die Luftmassenberechnungsschaltung weiter derart ausgebildet sein, anschließend einen oberen Grenzwert für das Drehmoment aus dem Istwert für die einzusaugende Luftmasse, das heißt den Istwert für das Drehmoment und dem vorgegebenen Wert für das Drehmoment zu bilden und diesen auf den oberen Grenzwert für die einzusaugende Luftmasse zu setzen. Weiter kann der Luftmassenbegrenzer einen Drehmomentbegrenzer umfassen, welcher ausgebildet ist, den Sollwert für die einzusaugende Luftmasse auf das erwartete Drehmoment zu setzen. In dieser Ausführungsform ist der Minimalwertbildner derart ausgebildet, einen Minimalwert für das Drehmoment aus dem oberen Grenzwert für den Drehmoment aus dem oberen grenzwert für das Drehmoment und dem erwarteten Wert für das Drehmoment anzugeben und umfasst einen dritten Konverter, zum Umwandeln des Minimalwerts für das Drehmoment in den Minimalwert für die einzusaugende Luftmasse. Hierbei steht angefordertes Drehmoment für das Drehmoment, mit welchem, abhängig vom aktuellen Betriebszustand des Verbrennungsmotors, das heißt der aktuellen Situation eine ununterbrochene Leistungsbereitstellung gewährleistet wird, beispielsweise wenn eine effiziente Katalysatorheizansteuerung bereitgestellt und gleichzeitig ein unruhiger Leerlauf vermieden werden soll. Erwartetes Drehmoment bedeutet wiederum, dass der Sollwert auf Basis eines eigentlichen, unbearbeiteten Drehmoment berechnet wird, welches sich bei einer optimalen Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Verbrennungsmotor ergeben würde, wenn keine zusätzliche Leistung, beispielsweise zum Katalysatorheizen aufgebracht werden muss. Die in ein Saugrohr des Verbrennungsmotors einzusaugende Luftmasse kann somit gemäß dem für unterschiedliche Betriebszustände des Verbrennungsmotors charakteristischem Drehmoment begrenzt werden. Dieses hängt dabei im Wesentlichen von dem aktuellen Hubvolumen, welches abhängig von dem aktuell verwendeten Kraftstofftyp ist, und somit von der einzusaugenden Luftmasse beziehungsweise dem Luftdurchsatz im Motor ab, weshalb die Luftzufuhr derart festgelegt werden kann, dass der Druck im Saugrohr dem Verdampfungspunkt des aktuell verwendeten Kraftstoffs entspricht. Auch kann dieses einfach und ohne großen Aufwand durch bereits in das Fahrzeug integrierte Sensoren ermittelt werden. Dabei ist es bekannt, die Werte für die spezifische Luftmasse abhängig von dem angeforderten Drehmoment des Verbrennungsmotors aus einem Kennfeld oder einer Kennlinie zu lesen, da eine Umrechnung, beispielsweise durch einen linearen Regleransatz, meist nur unter erheblichem Aufwand, häufig aber auch gar nicht möglich ist.
Mit der Erfindung wird auch eine Baugruppe angegeben, welche eine oben beschriebene Steuerschaltung sowie einen Verbrennungsmotor, der von der Steuerschaltung angesteuert wird, umfasst. Hierdurch gelingt es Emission und Kraftstoffverbrauch, insbesondere beim Kaltstart, beispielsweise wenn Mittel des Katalysatorheizens ergriffen wurden, zu reduzieren sowie die Fahreigenschaften eines Kraftfahrzeuges, welches eine derartige Baugruppe umfasst, zu verbessern, indem die, in den Verbrennungsmotor einzusaugende Luftmasse so festgelegt wird, dass der Saugrohrdruck den optimalen Verdampfungspunkt des aktuell verwendeten Kraftstoffs entspricht. Auch kann, durch die Begrenzung der einzusaugenden Luftmasse, ein Unterdruck im Saugrohr erhöht werden und somit stets genügend Unterdruck für eine Bremsanlage des Kraftfahrzeuges zur Verfügung gestellt werden.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges sowie eine Steuerschaltung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges angegeben werden, mit Hilfe derer sich die Luftzufuhr in den Verbrennungsmotor derart steuern lässt, dass unabhängig vom aktuell verwendeten Kraftstofftyp eine ununterbrochene Leistungsbereitstellung gewährleistet ist und zudem derart festgelegt werden kann, dass der Saugrohrdruck dem Verdampfungspunkt des aktuell verwendeten Kraftstoffs entspricht. Da durch die Begrenzung der Luftzufuhr weniger Luft angesaugt wird, wird auch weniger Kraftstoff in einen Motorraum des Verbrennungsmotors eingespritzt, wodurch die Menge an Kraftstoff sinkt, wodurch sich ein optimales Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Verbrennungsgmotor einstellen lässt, so dass auch die Emissionsregulierungsvorschriften besser eingehalten werden können.
Weiter kann die Regelung der einzusaugenden Luftmasse derart erfolgen, dass der Druck im Saugrohr so klein ist, dass auch beim Kaltstart Unterdruck aufgebaut wird, welcher zum Bremsen ausreicht und somit auf teure Zusatzaggregate für die Bremsanlage verzichtet werden kann.
Auch kann unabhängig vom aktuell verwendeten Kraftstofftyp eine effiziente Katalysatorheizansteuerung gewährleistet werden, was wiederum in einer deutlichen Emissionsreduzierung und einer Kraftstoffverbrauchsreduzierung resultiert.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Baugruppe aus einer Steuerschaltung und einem Verbrennungsmotor, welcher von der Steuerschaltung angesteuert wird, gemäß einer Ausführungsform;
2 zeigt ein Prinzipschaubild einer Steuerschaltung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, gemäß einer Ausführungsform.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Baugruppe 1 aus einer Steuerschaltung 2 und einem Verbrennungsmotor 3, welcher von der Steuerschaltung 2 angesteuert wird, gemäß einer Ausführungsform.
Wie 1 zeigt umfasst die Baugruppe 1 einen Verbrennungsmotor 3 mit mehreren Zylindern 4 sowie entsprechende Brennkammern 5. Zu erkennen ist auch eine Steuerschaltung 2, welche den Verbrennungsmotor 3 ansteuert, indem sie die in ein Saugrohr 6 des Verbrennungsmotors 3 einzusaugende Luftmasse regelt.
Wie 1 weiter zeigt, wird die Luft von der Umgebung durch eine Ansaugöffnung 7 angesaugt, durch eine Drosselklappe 8 in das Saugrohr 6 geleitet und beim Öffnen eines Einlassventils 9 in die einzelnen Brennkammern 5 eingeführt. Die Luftströmung wird hierbei durch die mit Bezugszeichen 10 versehenen Pfeile symbolisiert. Durch Einspritzen von Kraftstoff wird in den jeweiligen Brennkammern 5 ein Luft-Kraftstoff-Gemisch gebildet. Durch Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches veranlasst das dieses einen Zylinderkolben 11 zu einer Auf- und Abwärtsbewegung, was wiederum eine Pleuelstange (nicht gezeigt) in Bewegung versetzt sowie eine Kurbelwelle 12 zum Drehen bringt. Die Bewegung des Zylinderkolbens 11 wird hierbei durch den mit Bezugszeichen 13 versehenen Pfeil symbolisiert.
Nach der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches wird ein Auslassventil 14 geöffnet, sodass Gas aus dem Brennraum 5 in ein Ansaugrohr 15 hin zu einem Katalysator 16 geführt werden kann.
2 zeigt ein Prinzipschaubild einer Steuerschaltung 2 für einen Verbrennungsmotor 3 eines Kraftfahrzeuges, gemäß einer Ausführungsform. Komponenten oder Bauteile mit gleicher Funktion oder Konstruktion wie in 1 werden mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht extra erörtert.
Wie 2 zeigt, umfasst die Steuerschaltung mehrere Vorrichtungen 17 zum Erfassen eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors 3, eine Luftmassenberechnungsschaltung, welche durch die, mit Bezugszeichen 18 versehene, strichlierte Linie symbolisiert wird, einen Luftmassenbegrenzer 19 sowie einen Minimalwertbildner 20. Wie zu erkennen ist, ist die Luftmassenberechnungsschaltung 18 dabei mit dem Minimalwertbildner 20 über die Signalleitung 21, sowie der Luftmassenbegrenzer 19 mit den Minimalwertbildner 20 über die Signalleitung 22 verbunden.
Zu erkennen ist auch, dass die Vorrichtungen 17 zum Erfassen des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors 3 einen Leerlaufindikator 23, zum erkennen, ob sich das Kraftfahrzeug im Leerlauf befindet, und einen zweiten Indikator 24, zum erkennen, ob Mittel des Katalysatorheizens ergriffen worden sind, umfassen. Die Daten der Indikatoren 23, 24 werden der Luftmassenberechnungsschaltung 18 über Signalleitungen 25, 26 als digitale binäre Signale zugeführt. So empfängt die Luftmassenberechnungsschaltung über die Signalleitung 25 das Leerlaufbit IS, das heißt das Ausgangssignal des Leerlaufindikators 23, welches auf Eins liegt, falls ein Fahrer des Kraftfahrzeuges nicht auf das Gaspedal drückt, und gleich Null ist, falls das Gaspedal gedrückt ist. Der zweite Indikator 24 gibt das Signal CH aus, das auf Eins gesetzt ist, wenn der Katalysator 16 geheizt werden soll und welches der Luftmassenberechnungsschaltung über die Signalleitung 26 zugeführt wird.
Wie 2 weiter zeigt, empfängt die Luftmassenberechnungsschaltung über eine Signalleitung 27 weiter den Ethanolgehalt E eines aktuell in dem Saugrohr 6 angesaugten Kraftstoffes. Dieser Wert kann beispielsweise über ein Eingabeelement manuell durch einen Fahrer des Kraftfahrzeuges eingegeben werden. Ferner können aber auch Sensoren zum Messen des Ethanolgehalts E zum Einsatz kommen. Weiter empfängt die Luftmassenberechnungsschaltung über eine Signalleitung 28 den Wert T der Temperatur eines Einlassventils, über welches der Kraftstoff in die Brennkammern 5 des Verbrennungsmotors 3 geführt wird. Dieser Wert kann dabei mittels eines Temperatursensors 29 gelesen werden. Über eine Signalleitung 74 empfängt die Luftmassenberechnungsschaltung 18 zudem einen Wert D_a für ein angefordertes Drehmoment. Hierbei steht angefordertes Drehmoment D_a für das Drehmoment, mit welchem, abhängig vom aktuellen Betriebszustand des Verbrennungsmotors 3, das heißt der aktuellen Situation eine ununterbrochene Leistungsbereitstellung gewährleistet wird, beispielsweise wenn eine effiziente Katalysatorheizansteuerung bereitgestellt und gleichzeitig ein unruhiger Leerlauf vermieden werden soll. Erfasst werden kann dieser Wert D_a über einen Motordrehzahlsensor 30. Über eine Signalleitung 31 empfängt die Luftmassenberechnungsschaltung zudem einen Wert p_a für den Umgebungsdruck, der von einem Umgebungsdrucksensor 32 gemessen werden kann. Es sind aber auch Ausführungen möglich, in denen das Fahrzeug den Wert für den Umgebungsdruck p_a von außen beispielsweise über Funk empfängt.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 2, umfasst die Luftmassenberechnungsschaltung 18 eine Drehmomentberechnungsschaltung, welche der Übersichtlichkeit wegen wiederum mit der durch Bezugszeichen 18 versehenen strichlierten Linie symbolisiert wird, und der Luftmassenbegrenzer 19 einen Drehmomentbegrenzer 33.
Wie 2 zeigt, umfasst die Drehmomentberechnungsschaltung ein erstes Kennlinienfeld 34, welches Daten über die Signalleitungen 31, 74 empfängt und eine spezifische Luftmasse I_S in Abhängigkeit des angeforderten Drehmoments D_a sowie des Umgebungsdrucks p_a angibt, einen ersten Konverter 35, zum Umwandeln der spezifische Luftmasse I_S in einen Istwert für das Drehmoment D_I, ein zweites Kennlinienfeld 36, welches Daten über die Signalleitungen 27, 28 empfängt und einen Kraftstoffdruck p_K in Abhängigkeit des Ethanolgehalts E des Kraftstoffs und der Temperatur T des Einlassventils angibt, einen Maximalwertbildner 37, der einen Maximalwert p aus dem Kraftstoffdruck p_K und dem Umgebungsdruck p_a bestimmt und diesen an einen zweiten Konverter 38 leitet, welcher den Maximalwert p in einen kraftstoffspezifischen Wert für das Drehmoment D_K umwandelt. Weiter umfasst die Drehmomentberechnungsschaltung in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen zweiten Minimalwertbildner 39, welcher einen Minimalwert für das Drehmoment D_M aus dem Istwert für das Drehmoment D_I und dem kraftstoffspezifischen Wert für das Drehmoment D_K bestimmt und diesen Minimalwert D_M auf den Wert für den Istwert für die einzusaugende Luftmasse L_I setzt. Zudem ist ein Speicher 40 vorgesehen, in dem ein vorgegebener Wert für die einzusaugende Luftmasse, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel für das Drehmoment gespeichert ist, sowie ein UND-Gatter 41, zum Verknüpfen der Signale der Vorrichtungen 17 zum Erfassen des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors 3 sowie Schaltelemente 42, über welche, abhängig von einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 3, den oberen Grenzwert für die einzusaugende Luftmasse L_G. auf den Istwert für die einzusaugende Luftmasse L_I oder den vorgegebenen Wert, das heißt im gezeigten Fall auf den Istwert für das Drehmoment D_I oder den vorgegebenen Wert für das Drehmoment gesetzt und über die Signalleitung 21 an den Minimalwertbildner 20 geleitet wird, umfasst.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfassen die Schaltelemente 42 drei Umschalter 43, 44, 45 sowie einen Mehrfachschalter 46. Die Umschalter 43, 44, 45 haben jeweils drei Eingänge 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, wobei der erste 47, 50, 53 und der dritte Eingang 49, 52, 55 wahlweise auf einen Ausgang 56, 57, 58 geschaltet werden. Ob der erste 47, 50, 53 oder der dritte Eingang 49, 52, 55 dabei gewählt wird, hängt von dem logischen Wert, welcher am zweiten Eingang 48, 51, 54 anliegt, ab. Ist dieser auf Null, wird der erste Eingang 47, 50, 53 auf den Ausgang 56, 57, 58 geschaltet, liegt er allerdings auf Eins wird der dritte Eingang 49, 52, 55 geschaltet.
Die drei Umschalter empfangen dabei an ihrem ersten Eingang 47, 50, 53 über eine Signalleitung 59 jeweils das Ausgangssignal des zweiten Minimalwertbildners 39, das heißt den Istwert für die einzusaugende Luftmasse L_I und an ihrem dritten Eingang 49, 52, 55 über eine Signalleitung 60 das Ausgangssignal des Speichers 40, der einen sehr hohen Wert gespeichert hat. Dieser Wert ist stets größer als die in das Saugrohr maximal ansaugbare Luftmasse.
Der erste Umschalter 43 empfängt an seinem zweiten Eingang 48 des Leerlaufbit IS. Der zweite Umschalter 44 wiederum empfängt an seinem zweiten Eingang 51 das digitale Signal CH, welches angibt, ob Mittel des Katalysatorheizens ergriffen wurden. Am zweiten Eingang 54 des dritten Umschalters 45 wiederum liegt das Ausgangssignal des UND-Gatters 41 an. Im Fall, dass das Fahrzeug sich nicht im Leerlauf befindet und/oder keine Mittel des Katalysatorheizens ergriffen wurden, gibt das UND-Gatter 41 dabei den Wert Null aus. Somit gibt der dritte Umschalter 45 den Ausgabewert des Speichers 40 an seinem Ausgang 58 aus. Falls sich das Fahrzeug wiederum im Leerlauf befindet und Mittel des Katalysatorsheizens ergriffen wurden, gibt das UND-Gatter 41 den Wert Eins aus, womit der dritte Umschalter das Ausgangssignal L_I, hier somit D_M des zweiten Minimalwertbildners 39 an seinem Ausgang 58 ausgibt.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist zudem ein Mehrfachschalter 46 vorgesehen. Dieser empfängt an einem ersten Eingang 61, über die Signalleitung 60 das Ausgangssignal des Speichers 40. An einem zweiten Eingang 62 empfängt der Mehrfachschalter 46 über die Signalleitung 59 das Ausgangssignal L_I des zweiten Minimalwertbildners 39, an einem dritten Eingang 63, über eine Signalleitung 64 das Ausgangssignal des ersten Umschalters 43, an einem vierten Eingang 65, über eine Signalleitung 66 das Ausgangssignal des zweiten Umschalters 44 sowie an einem fünften Eingang 67, über eine Signalleitung 68 das Ausgangssignal des dritten Umschalters 45. Je nach Betriebszustand des Verbrennungsmotors 3 wird dabei ein Eingang 61, 62, 63, 65, 67 des Mehrfachschalters 46 auf einen Ausgang 69 des Mehrfachschalters 46 geschaltet. Die Steuerung der Schaltung des Mehrfachschalters 46 kann dabei beispielsweise durch Kontrollleitungen (in 2 nicht gezeigt) erfolgen, welche unter anderem Signale IS, CH der Vorrichtungen 17 zum Erfassen des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors 3 an den Mehrfachschalter 46 leiten.
Wie 2 zeigt, gibt der Luftmassenbegrenzer 19 einen Sollwert für die einzusaugende Luftmasse L_S an. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel, in welchem der Luftmassenbegrenzer 19 einen Drehmomentbegrenzer 33 umfasst, entspricht der Sollwert für die einzusaugende Luftmasse L_S einem erwarteten Drehmoment D_S. Hierbei bedeutet erwartetes Drehmoment, dass der Sollwert auf ein eigentliches, unbearbeitetes Drehmoment gesetzt wird, welches sich bei einer optimalen Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Verbrennungsmotor 3 ergeben würde, wenn keine zusätzliche Leistung, beispielsweise zum Katalysatorheizen aufgebracht werden muss. Dieser kann beispielsweise durch eine Motorsteuerung (in 2 nicht gezeigt) zur Verfügung gestellt werden.
Wie zu erkennen ist, empfängt der Minimalwertbildner 20 über die Signalleitung 21 das Ausgangssignal L_G des Mehrfachschalters 46 und über die Signalleitung 22 das Ausgangssignal D_S des Drehmomentbegrenzers 33 für das erwartete Drehmoment des Verbrennungsmotors 3.
Im Fall, dass die einzusaugende Luftmasse L nicht begrenzt wird, gibt der Mehrfachschalter 46 an seinem Ausgang 69 das Signal seines ersten Eingangs 61 aus, was bedeutet, dass an einem ersten Eingang 70 des Minimalwertbildners 20 das Ausgangssignal des Speichers 40 anliegt, welcher einen sehr hohen Wert gespeichert hat. Da dieser stets größer als die in das Saugrohr 6 maximal ansaugbare Luftmasse und somit stets größer als das erwartete Drehmoment D_S des Verbrennungsmotors 3 gewählt ist, gibt der Minimalwertbildner 20 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel an einem Ausgang 71 das, an seinem zweiten Eingang 72 anliegende, erwartete Drehmoment D_S aus, welches anschließend in einem dritten Konverter 73 in die Stellgröße für die Luftmasse L umgewandelt wird, welche nötig ist, um dieses Drehmoment D_S aufrecht zu erhalten.
Falls die einzusaugende Luftmasse L durchgehend begrenzt wird, liegt am Ausgang 69 des Mehrfachschalters 46 das Signal seines zweiten Eingangs 62 an. Dieses entspricht dem Ausgangssignal L_I des zweiten Minimalwertbildners 39, das heißt in dem gezeigten Fall dem Signal D_M. Durchgehend bedeutet hierbei, dass die einzusaugende Luftmasse während der gesamten Dauer des Betriebes des Verbrennungsmotors gesteuert wird. In diesem Fall wird die in den Verbrennungsmotor 3 einzusaugende Luftmasse L somit stets über den Umgebungsdruck p_a und das angeforderte Drehmoment D_a gesteuert, wodurch unabhängig vom verwendeten Kraftstofftyp sichergestellt werden kann, dass im Saugrohr 6 des Verbrennungsmotors 3 der Druck so klein ist, dass stets genügend Unterdruck für eine Bremsanlage bereitsteht.
Falls die einzusaugende Luftmasse L begrenzt werden soll, wenn sich das Fahrzeug im Leerlaufbetrieb befindet, wird der dritte Eingang 63 des Mehrfachschalters 46 mit dem Ausgang 69 des Mehrfachschalters 46 gekoppelt, in dem Fall, dass die einzusaugende Luftmasse L gesteuert werden soll wenn Mittel des Katalysatorheizens ergriffen wurden, der vierte Eingang 65 des Mehrfachschalters 46 mit dessen Ausgang 69 verbunden sowie im Fall, dass die einzusaugende Luftmasse L gesteuert werden soll wenn sich das Kraftfahrzeug sowohl im Leerlaufbetrieb befindet als auch Mittel des Katalysatorheizens ergriffen wurden, der fünfte Eingang 67 des Mehrfachschalters 46 mit dem Ausgang 69 des Mehrfachschalters 46 verbunden und die einzusaugende Luftmasse L wird jeweils dementsprechend eingestellt, um ein für die jeweilige Betriebssituation charakteristisches Drehmoment aufrecht zu erhalten.
Obwohl zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Baugruppe
2: Steuerschaltung
3: Verbrennungsmotor
4: Zylinder
5: Brennkammer
6: Saugrohr
7: Ansaugöffnung
8: Drosselklappe
9: Einlassventil
10: Luftströmung
11: Zylinderkolben
12: Kurbelwelle
13: Bewegung des Zylinderkolbens
14: Auslassventil
15: Ansaugrohr
16: Katalysator
17: Vorrichtungen zum Erfassen des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors
18: Luftmassenberechnungsschaltung
19: Luftmassenbegrenzter
20: Minimalwertbildner
21, 22: Signalleitungen
23: Leerlaufindikator
24: zweiter Indikator
25, 26, 27, 28: Signalleitungen
29: Temperatursensor
30: Motordrehzahlsensor
31: Signalleitung
32: Umgebungsdrucksensor
33: Drehmomentbegrenzer
34: erstes Kennlinienfeld
35: erster Konverter
36: zweites Kennlinienfeld
37: Maximalwertbildner
38: zweiter Konverter
39: zweiter Minimalwertbildner
40: Speicher
41: UND-Gatter
42: Schaltelemente
43: erster Umschalter
44: zweiter Umschalter
45: dritter Umschalter
46: Mehrfachschalter
47: erster Eingang des ersten Umschalters
48: zweiter Eingang des ersten Umschalters
49: dritter Eingang des ersten Umschalters
50: erster Eingang des zweiten Umschalters
51: zweiter Eingang des zweiten Umschalters
52: dritter Eingang des zweiten Umschalters
53: erster Eingang des dritten Umschalters
54: zweiter Eingang des dritten Umschalters
55: dritter Eingang des dritten Umschalters
56: Ausgang des ersten Umschalters
57: Ausgang des zweiten Umschalters
58: Ausgang des dritten Umschalters
59, 60: Signalleitungen
61: erster Eingang des Mehrfachschalters
62: zweiter Eingang des Mehrfachschalters
63: dritter Eingang des Mehrfachschalters
64: Signalleitung
65: vierter Eingang des Mehrfachschalters
66: Signalleitung
67: fünfter Eingang des Mehrfachschalters
68: Signalleitung
69: Ausgang des Mehrfachschalters
70: erster Eingang des Minimalwertbildners
71: Ausgang des Minimalwertbildners
72: zweiter Eingang des Minimalwertbildners
73: dritter Konverter
74: Signalleitung
IS: Leerlaufbit
CH: Signal des zweiten Indikators
E: Ethanolgehalt
T: Temperatur Einlassventil
D_a: angefordertes Drehmoment
D_K: Kraftstoffspezifischer Wert für das Drehmoment
D_M: Minimalwert
D_S: Drehmoment
D_I: Istwert für das Drehmoment
L: Luftmasse
L_I: Istwert für die Luftmasse
L_G: oberer Grenzwert für die Luftmasse
L_S: Sollwert für die Luftmasse
I_S: spezifische Luftmasse
p_a: Umgebungsdruck
p_K: Kraftstoffdruck
P: Maximalwert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007062344 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, bei welchem die in ein Saugrohr (6) des Verbrennungsmotors (3) einzusaugende Luftmasse (L) gesteuert wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: – Bilden eines Istwertes (L_I) für die einzusaugende Luftmasse (L) aus Parametersignalen; – Setzen eines oberen Grenzwertes (L_G) für die einzusaugende Luftmasse (L) auf den Istwert (L_I) für die einzusaugende Luftmasse (L) oder einen vorgegebenen Wert, abhängig von einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors (3); – Berechnen eines Sollwertes (L_S) für die einzusaugende Luftmasse (L) in Abhängigkeit eines erwarteten Drehmoments (D_S); – Bilden eines Minimalwertes aus dem oberen Grenzwert (L_G) für die einzusaugende Luftmasse (L) und dem Sollwert (L_S) für die einzusaugende Luftmasse (L); – Einstellen der einzusaugenden Luftmasse (L) gemäß dem Minimalwert, wobei der Istwert (L_I) für die einzusaugende Luftmasse (L) in Abhängigkeit von einem Gehalt von Kraftstoffadditiv-Komponenten in einem in das Saugrohr eingesaugten Kraftstoffes und einer Temperatur (T) eines Einlassventils (9) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren zur Kaltstartsteuerung des Verbrennungsmotors (3) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der schritt des Setzens eines oberen Grenzwertes (L_G) für die einzusaugende Luftmasse (L) auf den Istwert (L_I) für die einzusaugende Luftmasse (L) oder einen vorgegebenen Wert abhängig von einem oder mehreren der folgenden Betriebszustände ist: Die einzusaugende Luftmasse (L) wird nicht begrenzt, die einzusaugende Luftmasse (L) wird durchgehend begrenzt, die einzusaugende Luftmasse (L) wird begrenzt wenn sich das Fahrzeug im Leerlaufbetrieb befindet, die einzusaugende Luftmasse (L) wird begrenzt wenn sich Mittel des Katalysatorheizens ergriffen wurden, die einzusaugende Luftmasse (L) wird begrenzt wenn sich das Kraftfahrzeug im Leerlaufbetrieb befindet und Mittel des Katalysatorheizens ergriffen wurden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Parametersignale einen vom Verbrennungsmotor (3) angeforderten Drehmoment (D_a) und einen Umgebungsdruck (p_a) umfassen.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei wenn die einzusaugende Luftmasse (L) nicht begrenzt wird, der obere Grenzwert (L) für die einzusaugende Luftmasse (L) auf den gespeicherten Wert gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei wenn die einzusaugende Luftmasse (L) durchgehend begrenzt wird, oder die einzusaugende Luftmasse (L) begrenzt wird wenn sich das Fahrzeug im Leerlaufbetrieb befindet, oder die einzusaugende Luftmasse (L) begrenzt wird wenn Mittel des Katalysatorheizens ergriffen wurden, oder die einzusaugende Luftmasse (L) begrenzt wird wenn sich das Kraftfahrzeug im Leerlaufbetrieb befindet und Mittel des Katalysatorheizens ergriffen wurden, der obere Grenzwert (L_G) für die einzusaugende Luftmasse (L) auf den Istwert (L_I) für die einzusaugende Luftmasse (L) gesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schritt des Bildens eines Istwertes (L_I) für die einzusaugende Luftmasse (L) folgende Schritte umfasst: – Bilden einer spezifischen Luftmasse (I_S) aus Parametersignalen und konvertieren der spezifischen Luftmasse (I_S) in einen Istwert (D_I) für das Drehmoment; – Bilden eines Kraftstoffdruckes (p_K) aus Gehalt an Kraftstoffadditiv-Komponenten im Kraftstoff und der Temperatur (T) des Einlassventils (9), bilden eines Maximalwerts (p) für den Saugrohrdruck aus dem Kraftstoffdruck (p_K) und dem Umgebungsdruck (p_a) und konvertieren des Maximalwertes (p) in einen kraftstoffspezifischen Wert (D_K) für das Drehmoment; – Setzen des Istwertes (L_I) für die einzusaugende Luftmasse (L) auf einen Minimalwerts (D_M) aus dem Istwert (D_I) für das Drehmoment und dem kraftstoffspezifischen Wert (D_K) für das Drehmoment; und wobei der vorgegebene Wert ein vorgegebener Wert für das Drehmoment ist, der Sollwert (L_S) für die einzusaugende Luftmasse (L) auf das erwartete Drehmoment (D_S) gesetzt wird und das Bilden des Minimalwertes für die einzusaugenden Luftmasse (L) folgende Schritte umfasst: – Bilden eines Minimalwertes für das Drehmoment aus dem oberen Grenzwert (L_G) für die einzusaugende Luftmasse (L) und dem Sollwert (L_S) für die einzusaugende Luftmasse (L); – Bilden des Minimalwertes für die einzusaugende Luftmasse (L) durch konvertieren des Minimalwertes für das Drehmoment.
Computerprogramm, das, wenn es auf einer Recheneinheit eines Kraftfahrzeuges ausgeführt wird, die Recheneinheit anleitet, folgende Schritte auszuführen: – Bestimmen eines Betriebszustandes eines Verbrennungsmotors (3) des Kraftfahrzeuges; – Steuern des Verbrennungsmotors (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Computerlesbares Medium, auf dem ein Computerprogramm gemäß Anspruch 8 gespeichert ist.
Steuerschaltung für einen Verbrennungsmotor (3) eines Kraftfahrzeuges, umfassend mehrere Vorrichtungen (17) zum Erfassen eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors (3), eine Luftmassenberechnungsschaltung (18), welche aus Parametersignalen einen Istwert (L_I) für die in den Verbrennungsmotor (3) einzusaugende Luftmasse (L) bildet und abhängig von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors (3) einen oberen Grenzwert (L_G) für die einzusaugende Luftmasse (L) auf den Istwert (L_I) für die einzusaugende Luftmasse (L) oder einen vorgegebenen Wert setzt, einen Luftmassenbegrenzer (19), welcher abhängig von einem erwarteten Drehmoment (D_S) einen Sollwert (L_S) für die einzusaugende Luftmasse (L) angibt, einen Minimalwertbildner (20), welcher einen Minimalwert aus dem oberen Grenzwert (L_G) für die einzusaugende Luftmasse (L) sowie dem Sollwert (L_S) für die einzusaugende Luftmasse (L) angibt und ausgehend von dem Minimalwert eine Stellgröße für eine in ein Saugrohr (6) des Verbrennungsmotors (3) einzusaugende Luftmasse (L) bestimmt, wobei die Luftmassenberechnungsschaltung ausgebildet ist, den Istwert (L_I) auf Basis eines Gehalts von Kraftstoffadditiv-Komponenten in einem in das Saugrohr (6) angesaugten Kraftstoffes sowie der Temperatur (T) eines Einlassventils (9) zu bilden.
Steuerschaltung nach Anspruch 10, wobei die Vorrichtungen (17) zum Erfassen des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors (3) einen Leerlaufindikator (23), welcher angibt, ob sich das Kraftfahrzeug im Leerlaufbetrieb befindet, und einen zweiten Indikator (24), welcher angibt, ob Mittel des Katalysatorheizens ergriffen worden sind, umfassen.
Steuerschaltung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Steuerschaltung ein Eingabeelement zum manuellen Eingeben und/oder Sensoren zum Messen des Gehalts von Kraftstoffadditiv-Komponenten im Kraftstoff sowie einen Temperatursensor (29) zum bestimmen der Temperatur (T) des Einlassventils (9) umfasst und die Parametersignale ein angefordertes Drehmoment (D_a) und einen Umgebungsdruck (p_a) umfassen.
Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Luftmassenberechnungsschaltung (18) einen Speicher (40), in welchem ein vorgegebener Wert für die Luftmasse gespeichert ist, ein UND-Gatter (41), zum Verknüpfen der Signale (IS, CH) der Vorrichtungen (17) zum Erfassen des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors (3) sowie Schaltelemente (42), über welche, abhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors (3), der oberen Grenzwert (L_G) für die einzusaugende Luftmasse (L) auf den Istwert (L_I) für die einzusaugende Luftmasse (L) oder den vorgegeben Wert für die einzusaugende Luftmasse (L) gesetzt und an den Minimalwertbildner (20) geleitet wird, umfasst.
Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Luftmassenberechnungsschaltung (18) eine Drehmomentberechnungsschaltung umfasst, welche ein erstes Kennlinienfeld (34), das eine spezifische Luftmasse (I_S) in Abhängigkeit des angeforderten Drehmoments (D_a) sowie des Umgebungsdrucks (p_a) angibt, einen ersten Konverter (35), zum Umwandeln der spezifische Luftmasse (I_S) in einen Istwert (D_I) für das Drehmoment, ein zweites Kennlinienfeld (36), das einen Kraftstoffdruck (p_k) aus dem Gehalt an Kraftstoffadditiv-Komponenten des in das Saugrohr (6) eingesaugten Kraftstoffes sowie der Temperatur (T) des Einlassventils (9) angibt, einen Maximalwertbildner (37), welcher einen Maximalwert (p) aus dem Kraftstoffdruck (p_K) und dem Umgebungsdruck (p_a) angibt, einen zweiten Konverter (38), welcher den Maximalwert (p) aus dem Kraftstoffdruck (p_K) und dem Umgebungsdruck (p_a) in einen kraftstoffspezifischen Wert (D_K) für das Drehmoment umwandelt, sowie einen zweiten Minimalwertbildner (39), welcher einen Minimalwert (D_M) aus dem Istwert (D_I) für das Drehmoment und dem kraftstoffspezifischen Wert (D_K) für das Drehmoment angibt, umfasst, wobei der Luftmassenbegrenzer (19) einen Drehmomentbegrenzer (33) umfasst, welcher den Sollwert (L_S) für die einzusaugende Luftmasse (L) auf ein erwartetes Drehmoment (D_S) setzt, wobei im Speicher (40) ein vor gegebener Wert für das Drehmoment gespeichert ist und die Drehmomentberechnungsschaltung ausgebildet ist, einen oberen Grenzwert aus dem Istwert (D_I) für das Drehmoment und dem vorgegebenen Wert für das Drehmoment anzugeben, und wobei der Minimalwertbildner (20), derart ausgebildet ist, einen Minimalwert für das Drehmoment aus dem oberen Grenzwert aus dem Istwert (D_I) für das Drehmoment sowie dem vorgegebenen Wert und dem erwarteten Drehmoment (D_S) anzugeben und wobei die Steuerschaltung (2) einen dritten Konverter (73) umfasst, welcher den Minimalwert für das Drehmoment in den Minimalwert für die einzusaugende Luftmasse (L) umwandelt.
Baugruppe aus einer Steuerschaltung (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 14 und einem Verbrennungsmotor (3), welcher von der Steuerschaltung (2) angesteuert wird.