DE4341584A1

DE4341584A1 - Steuersystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4341584A1
Application number: DE4341584A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl Ing Schnaibel; Helmut Dipl Ing Denz; Hong Dr Zhang; Klaus Dr Boettcher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-12-07
Filing date: 1993-12-07
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 2013-12-08
Also published as: GB9424179D0; JPH07189788A; GB2284686B; SE518391C2; GB2284686A; SE9404229L; DE4341584B4; US5540204A; SE9404229D0

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Steuersystem für eine Brennkraftma schine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im SAE-Paper 92 06 41 mit dem dem Titel "Traction Control (ASR) Using Fuel-Injection Suppression - A Cost Effective Method of Engine-Torque Control" ist ein System zur Antriebsschlupfregelung, abgekürzt ASR, beschrieben. Das ASR-System dient dazu, dem Durch drehen der Räder des Fahrzeugs entgegenzuwirken, so daß eine optima le Kraftübertragung auf die Fahrbahn und somit unter anderem eine optimale Beschleunigung des Fahrzeugs ermöglicht wird. Das Drehmo ment der Brennkraftmaschine kann durch zylinderselektive Unterbre chung der Einspritzung nach vorgebbaren Ausblendmustern reduziert werden. Weiterhin kann das Drehmoment durch Verschieben des Zünd zeitpunkts in Richtung spät reduziert werden. Sowohl das Ausblenden von Zylindern als auch das Verschieben des Zündzeitpunkts kann die Temperatur eines im Abgassystem der Brennkraftmaschine angebrachten Katalysators beeinflussen. Im SAE-Paper wird allerdings ausgeführt, daß es in den gefahrenen Testzyklen nicht zu einer unzulässig hohen Katalysatortemperatur kam.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Drehmoment-Eingriffen einen zuverlässigen Schutz des Katalysators vor Übertemperatur zu gewährleisten.

Vorteile der Erfindung

Beim erfindungsgemäßen Steuersystem ist das von der Brennkraftma schine abgegebene Drehmoment durch Ausblenden der Kraftstoffein spritzung in wenigstens einen Zylinder oder durch Verschieben des Zündwinkels oder Zündzeitpunkts nach spät reduzierbar. Das Ausblen den der Kraftstoffeinspritzung erfolgt nach vorgebbaren Ausblendmu stern, die durch die Anzahl der Ausblendungen pro Kurbelwinkelinter vall charakterisiert sind. Abhängig davon, wie stark das Drehmoment reduziert werden soll, wird ein gewünschtes Ausblendmuster vorgege ben. Weiterhin wird ein Schwellwert für die Anzahl der Ausblendungen pro Kurbelwinkelintervall abhängig von wenigstens einer Betriebs kenngröße vorgegeben, um zu verhindern, daß ein Ausblendmuster zur Anwendung kommt, das zu einer unzulässig hohen Katalysatortemperatur oder zu einer unnötig hohen Abgasemission führen würde. Wenn beim gewünschten Ausblendmuster die Anzahl der Ausblendungen pro Kurbel winkelintervall den Schwellwert überschreitet, wird die Kraftstoff einspritzung gemäß dem gewünschten Ausblendmuster ausgeblendet. Wird der Schwellwert dagegen nicht überschritten, so findet keine Aus blendung der Kraftstoffeinspritzung statt. Das Drehmoment wird dann durch Verschieben des Zündwinkels oder Zündzeitpunkts nach spät re duziert. Die Erfindung hat somit den Vorteil, daß für jeden Be triebszustand das maximal vertretbare Ausblendmuster zur Verfügung steht, ohne Gefahr zu laufen, daß der Katalysator beschädigt wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Luft/Kraftstoff-Gemisch bei einer Verschiebung des Zündzeitpunkts nach spät angefettet werden kann, damit die Abgas- bzw. Katalysator temperatur den maximal zulässigen Wert nicht übersteigt.

Besonders vorteilhaft ist es, als Betriebskenngröße die mit einem Modell ermittelte oder gemessene Abgastemperatur oder Katalysator temperatur zu verwenden oder die Temperatur der Brennkraftmaschine oder eine Größe, die angibt, ob sich die Brennkraftmaschine im Warm lauf befindet. Weiterhin können als Betriebskenngröße auch die Last oder die Drehzahl verwendet werden.

Solange die Abgas- oder die Katalysatortemperatur unterhalb eines vorgebbaren Werts liegt, ist der Schwellwert für die Anzahl der Aus blendungen hoch, so daß nur Ausblendmuster mit einer hohen Anzahl von Ausblendungen zugelassen werden. Wenn die Abgas- oder Katalysa tortemperatur den vorgebbaren Wert überschreitet, werden auch Aus blendmuster mit einer niedrigen Anzahl von Ausblendungen zugelassen, d. h. der Schwellwert für die Anzahl der Ausblendungen ist niedrig. Dadurch kann die Abgas- und die Katalysatortemperatur reduziert wer den. Somit ergibt sich insgesamt der Vorteil, daß in Betriebsberei chen, in denen die Abgas- und die Katalysatortemperatur unkritisch sind, das Drehmoment hauptsächlich durch Zündwinkelverstellung redu ziert wird, so daß Einbußen im Fahrkomfort und schlechtere Abgaswer te weitgehend vermieden werden können.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine und von Komponenten, die für das erfindungsgemäße Steuersystem wesent lich sind,

Fig. 2 Ausblendmuster für die Einspritzung bei einer Vierzylin der-Brennkraftmaschine und

Fig. 3 ein Diagramm, in dem der Schwellwert S für die Anzahl der Ausblendungen pro Kurbelwinkelintervall abhängig von der Temperatur TBKM der Brennkraftmaschine dargestellt ist.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10, in deren Ansaugtrakt 11 in Strömungsrichtung hintereinander ein Luftmengenmesser bzw. Luftmas senmesser 12, eine Drosselklappe 13 sowie ein Einspritzventil pro Zylinder 14.1 bis 14.4 angeordnet sind. Im Abgaskanal 15 sind in Strömungsrichtung hintereinander eine Abgassonde 16, ein Abgastem peratur-Sensor 17 und ein Katalysator 18 mit einem Katalysatortem peratur-Sensor 19 angeordnet.

Ein Steuergerät 20 enthält unter anderem Signale vom Luftmen gen- bzw. Luftmassenmesser 12, von einem mit der Drosselklappe 13 verbundenen Positionsgeber 13.1, von einem Drehzahlsensor 21 für die Drehzahl der Brennkraftmaschine 10, vom Abgassensor 16 abhängig von der Zusammensetzung des Abgases, vom Abgastemperatur-Sensor 17, vom Katalysatortemperatur-Sensor 19 sowie von vier Raddrehzahlsensoren 22.1, 22.2, 24.1 und 24.2. Die Raddrehzahlsensoren 22.1 und 22.2 er fassen die Drehzahl der angetriebenen Räder 23.1 und 23.2. Die Rad drehzahlsensoren 24.1 und 24.2 erfassen die Drehzahl der nicht ange triebenen Räder 25.1 und 25.2. Die angetriebenen Räder 23.1 und 23.2 erhalten ihr Antriebsmoment ausgehend von der Brennkraftmaschine 10 über ein Getriebe 27 und ein Differential 28. Das Steuergerät 20 steuert die Einspritzventile 14.1 bis 14.4 an und, wie schematisch mit einer Leitung 30 dargestellt, die Zündkerzen bzw. ein vorge schaltetes Zündsteuergerät.

Das Steuergerät 20 ermittelt aus den einzelnen Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine 10 Signale zur Ansteuerung der Einspritzven tile 14.1 bis 14.4 und Signale zur Ansteuerung der nicht dargestell ten Zündkerzen. Im folgenden werden insbesondere Betriebszustände betrachtet, bei denen eine Reduzierung des von der Brennkraftma schine 10 abgegebenen Drehmoments gefordert wird. Dies ist bei spielsweise dann der Fall, wenn im Rahmen der Antriebsschlupfrege lung eine Reduzierung des Antriebsmoments erforderlich ist. Stellt das Steuergerät durch Auswertung der Signale der Raddrehzahlsensoren 22.1, 22.2, 25.1 und 25.2 fest, daß der Schlupf zu groß ist, so greift es derart in die Einspritzung und/oder Zündung ein, daß sich das Antriebsmoment verringert. Der Eingriff in die Einspritzung er folgt durch Ausblenden der Kraftstoffzumessung für einzelne Zylin der, das heißt die Einspritzventile der betreffenden Zylinder blei ben geschlossen. Das Ausblenden erfolgt abgestuft nach vorgebbaren Ausblendmustern, so daß je nach Ausmaß der angestrebten Reduzierung des Antriebsmoments eine vorgebbare Anzahl von Zylindern ausgeblen det wird.

Fig. 2 zeigt beispielhaft 9 verschiedene Ausblendmuster für die Einspritzung bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine, wobei in je der Zeile ein Ausblendmuster dargestellt ist. Jedes Ausblendmuster gibt an, welche Zylinder während eines Arbeitsspiels mit Kraftstoff versorgt werden (Symbol "*") und welche Zylinder ausgeblendet werden (Symbol "-"). Die Zylinder sind von links nach rechts in Zündreihen folge dargestellt und entsprechend ihrer geometrischen Anordnung an der Brennkraftmaschine von 1 bis 4 durchnumeriert. Zur Darstellung der im Ausführungsbeispiel verwendeten Ausblendmuster reicht ein Be reich von 2 Arbeitsspielen, d. h. 4 Kurbelwellenumdrehungen, aus. Danach wiederholen sich die Ausblendmuster.

Beim obersten Ausblendmuster der Fig. 2 werden sowohl im 1. als auch im 2. Arbeitsspiel alle Zylinder mit Kraftstoff versorgt, d. h. es findet keine Ausblendung statt. Beim 2. Ausblendmuster von oben wird Zylinder 1 im 1. Arbeitsspiel ausgeblendet und im 2. Arbeits spiel wieder mit Kraftstoff versorgt. Alle anderen Zylinder werden in beiden Arbeitsspielen mit Kraftstoff versorgt. Im 3. Ausblendmu ster wird Zylinder 1 in beiden Arbeitsspielen ausgeblendet, während die Zylinder 2, 3 und 4 in beiden Arbeitsspielen mit Kraftstoff ver sorgt werden. Ebenso wird in den folgenden Ausblendmustern jeweils 1 Zylinder zusätzlich ausgeblendet, das heißt rechnerisch pro Arbeits spiel ein halber Zylinder, bis beim untersten Ausblendmuster alle Zylinder in beiden Arbeitsspielen ausgeblendet sind.

Links neben jedem Ausblendmuster ist die Anzahl der Ausblendungen pro Arbeitsspiel angegeben. Die Anzahl der Ausblendungen pro Ar beitsspiel steigt vom obersten zum untersten Ausblendmuster in Schritten von 0.5 von einem Wert 0 auf einen Wert 4 an. Mit anderen Worten, beim obersten Ausblendmuster wird bei keinem Zylinder die Einspritzung ausgeblendet und beim untersten Ausblendmuster wird bei allen Zylindern die Einspritzung ausgeblendet. Je mehr Zylinder aus geblendet werden, desto stärker wird das von der Brennkraftmaschine 10 abgegebene Drehmoment und somit das Antriebsmoment des Kraftfahr zeugs reduziert. Somit kann abhängig von der geforderten Reduzierung des Antriebsmoments ein entsprechendes Ausblendmuster ausgewählt werden.

Wie weiter oben bereits erwähnt, kann das Antriebsmoment auch durch Verschieben des Zündzeitpunkts nach spät reduziert werden. Neben der Reduzierung des Antriebsmoments können allerdings sowohl das Ver schieben des Zündzeitpunkts als auch das Ausblenden einzelner Zylin der zu einer unerwünschten Erhöhung der Abgas- und/oder der Kataly satortemperatur führen.

Ein später Zündzeitpunkt führt zu einer späten Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches, so daß sehr heiße Abgase in den Abgaskanal abgegeben werden, d. h. es erhöht sich die Abgas- und somit auch die Katalysatortemperatur.

Durch das Ausblenden einzelner Zylinder können unverbrannter Kraft stoff und Frischluft in den Katalysator 18 gelangen und dort exotherm umgesetzt werden, was zu einer Erhöhung der Katalysatortem peratur führt. Insbesondere während des Warmlaufs der Brennkraftma schine 10, bei dem das Gemisch in der Regel angefettet wird, könnte ein Ausblendmuster mit einer sehr geringen Anzahl von ausgeblendeten Zylindern zu einer unzulässigen Erhöhung der Katalysatortemperatur führen. Dies soll durch das erfindungsgemäße System verhindert wer den. Außerdem führt das Ausblenden von Zylindern generell zu einer höheren Abgasemission. Da der Einfluß der Zylinderausblendung auf die Katalysatortemperatur von der Anzahl der ausgeblendeten Zylinder abhängt, wird erfindungsgemäß ein Schwellwert S für die Anzahl der Ausblendungen pro Arbeitsspiel oder allgemein pro Kurbelwinkelinter vall vorgegeben. Nur wenn die Anzahl der pro Arbeitsspiel ausgeblen deten Zylinder des entsprechend der angeforderten Reduzierung des Drehmoments berechneten Ausblendmusters größer ist als der Schwell wert S, wird die Zylinderausblendung zugelassen. Unterhalb des Schwellwerts S ist nur der Zündungseingriff möglich. Beim Zündungs eingriff kann das Gemisch ab einer Zündwinkel- oder Abgastemperatur schwelle angefettet werden, damit die Abgas- und die Katalysator temperatur die zulässigen Werte nicht übersteigen.

Der Schwellwert S wird abhängig von wenigstens einer Betriebskenn größe vorgegeben, um zu berücksichtigen, daß je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 der Einfluß der Zylinderausblendung auf die Katalysatortemperatur unterschiedlich groß sein kann und daß je nach Katalysatortemperatur eine unterschiedlich große Temperaturer höhung zulässig ist. In diesem Zusammenhang wichtige Betriebskenn größen sind die Temperatur TBKM der Brennkraftmaschine 10, die aus einem Modell ermittelte oder gemessene Abgas- bzw. Katalysatortem peratur, der Betriebszustand der Warmlauffunktion, das heißt ob die Warmlauffunktion aktiv ist oder nicht, die Last und die Drehzahl. Der Schwellwert S kann von einer oder von mehreren dieser Betriebs kenngrößen abhängen.

Bei einer hohen Abgas- oder Katalysatortemperatur wird der Schwell wert S beispielsweise niedrig sein, so daß nur die Ausblendmuster mit einer sehr geringen Anzahl von Ausblendungen verboten werden, da diese Ausblendmuster zu einer Überschreitung der maximal zulässigen Katalysatortemperatur führen könnten. Die Ausblendmuster mit einer mittleren oder großen Anzahl von Ausblendmustern führen zu einer Kühlung des Katalysators 18 und werden deshalb zugelassen.

Bei einer niedrigen Abgas- oder Katalysatortemperatur wird ein hoher Schwellwert S vorgegeben, damit die Reduzierung des Drehmoments in der Regel durch Zündwinkelverstellung erfolgt und somit eine Erhö hung der Abgasemission weitgehend vermieden werden kann.

Bei aktivierter Warmlauffunktion wird der Schwellwert S ebenfalls hoch sein, da im Warmlauf durch das fette Gemisch eine Ausblendung weniger Zylinder zu einer starken Erhöhung der Katalysatortemperatur führt. In der Regel wird bei niedriger Temperatur TBKM der Brenn kraftmaschine 10 die Warmlauffunktion aktiviert sein. Deshalb ist bei niedriger Temperatur TBKM der Brennkraftmaschine 10 der Schwell wert S ebenfalls hoch. Der Zusammenhang zwischen dem Schwellwert S und der Temperatur TBKM der Brennkraftmaschine 10 ist in Fig. 3 dargestellt.

In Fig. 3 ist der Schwellwert S für die Anzahl der pro Arbeitsspiel ausgeblendeten Zylinder in Abhängigkeit von der Temperatur TBKM der Brennkraftmaschine 10 dargestellt. Oberhalb der dargestellten Kurve ist die Zylinderausblendung erlaubt, unterhalb der Kurve verboten.

Unterhalb der Kurve ist jedoch ein Zündungseingriff erlaubt. Bei sehr niedriger Temperatur TBKM der Brennkraftmaschine 10 muß infolge des hohen Schwellwerts S auch eine vergleichsweise starke Reduzie rung des Drehmoments allein durch den Zündungseingriff durchgeführt werden. Folglich muß der Zündzeitpunkt sehr stark nach spät verscho ben werden, was an sich zu einer starken Erhöhung der Abgastempera tur führen würde. Bei kalter Brennkraftmaschine 10 ist dies aber nicht sehr problematisch, da die Abgastemperatur infolge der noch kalten Zylinderwände ohnehin sehr niedrig ist.

Der Schwellwert S für die Zylinderausblendung wird in der Regel so vorgegeben, daß eine Ausblendung eines halben Zylinders pro Arbeits spiel, mit anderen Worten 1 Zylinder alle 2 Arbeitsspiele, grund sätzlich nicht zugelassen wird, da dies zu einer sehr starken Erhö hung der Katalysatortemperatur führen würde.

Claims

1. Steuersystem für eine Brennkraftmaschine (10), wobei

- das von der Brennkraftmaschine (10) abgegebene Drehmoment redu zierbar ist durch Ausblenden der Kraftstoffeinspritzung in wenig stens einen Zylinder oder durch Verschieben des Zündwinkels oder Zündzeitpunkts nach spät,
- das Ausblenden der Kraftstoffeinspritzung nach vorgebbaren Aus blendmustern erfolgt, die charakterisiert sind durch die Anzahl der Ausblendungen pro Kurbelwinkelintervall,
- ein gewünschtes Ausblendmuster abhängig davon, wie stark das Dreh moment reduziert werden soll, vorgegeben wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

- abhängig von wenigstens einer Betriebskenngröße ein Schwellwert (S) für die Anzahl der Ausblendungen pro Kurbelwinkelintervall vor gebbar ist,
- dann, wenn beim gewünschten Ausblendmuster die Anzahl der Aus blendungen pro Kurbelwinkelintervall den Schwellwert (S) überschrei tet, die Kraftstoffeinspritzung gemäß dem gewünschten Ausblendmuster ausgeblendet wird und
- dann, wenn beim gewünschten Ausblendmuster die Anzahl der Ausblen dungen pro Kurbelwinkelintervall den Schwellwert (S) nicht über schreitet, keine Ausblendung der Kraftstoffeinspritzung stattfindet.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn beim gewünschten Ausblendmuster die Anzahl der Ausblendungen pro Kurbelwinkelintervall den Schwellwert (S) nicht überschreitet, das Drehmoment durch Verschieben des Zündwinkels oder Zündzeitpunkts nach spät reduziert wird.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ver schieben des Zündwinkels nach spät das von der Brennkraftmaschine (10) angesaugte Luft/Kraftstoffgemisch angefettet wird.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß als Betriebskenngrößen die mit einem Modell ermittelte oder gemessene Abgastemperatur oder Katalysatortemperatur verwendet wird oder die Temperatur (TBKM) der Brennkraftmaschine (10) oder ei ne Größe, die angibt, ob sich die Brennkraftmaschine (10) im Warm lauf befindet oder die Last oder die Drehzahl.

5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß bei einer niedrigen Temperatur (TBKM) der Brennkraft maschine (10) ein hoher Schwellwert (S) und bei einer hohen Tempera tur (TBKM) der Brennkraftmaschine (10) ein niedriger Schwellwert (S) vorgegeben wird.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß bei einer niedrigen Abgastemperatur oder Katalysator temperatur ein hoher Schwellwert (S) und bei einer hohen Abgas temperatur oder Katalysatortemperatur ein niedriger Schwellwert (S) vorgegeben wird.

7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schwellwert (S) für die Anzahl der Ausblendungen pro Kurbelwinkelintervall immer größer ist als eine Ausblendung pro 4 Kurbelwellenumdrehungen.

8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet durch seinen Einsatz bei einer Antriebsschlupfregelung oder einer Einrichtung zur Begrenzung der Drehzahl der Brennkraftma schine (10) oder einer Einrichtung zur Begrenzung der Fahrzeugge schwindigkeit oder einer Einrichtung zum Schutz oder zur Steuerung des Getriebes (27).