DE4415994A1

DE4415994A1 - Steuersystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4415994A1
Application number: DE4415994A
Authority: DE
Inventors: Hong Dr Zhang
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-05-06
Filing date: 1994-05-06
Publication date: 1995-11-09
Also published as: KR100346968B1; EP0758429B1; EP0758429A1; CN1062640C; DE59505662D1; CN1146231A; JP3636723B2; JPH10500187A; KR970702963A; WO1995030827A1; US5829247A

Description

Stand der Technik

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

Bei der Steuerung einer Brennkraftmaschine kann es mitunter er forderlich sein, den Zündwinkel aus der Normallage in Richtung spät zu verschieben. Eine derartige Verschiebung des Zündwinkels kommt beispielsweise im Zusammenhang mit Verfahren zur Verringe rung oder Vermeidung der klopfenden Verbrennung oder Verfahren zur Antriebsschlupfreduzierung in Betracht. In der Regel erhöht sich jedoch die Abgastemperatur, wenn der Zündwinkel nach spät verschoben wird. Eine zu hohe Abgastemperatur kann zu Schäden an den Auslaßventilen oder am Abgassystem, insbesondere am Abgas katalysator, führen. Um eine unzulässig hohe Abgastemperatur zu vermeiden, wird bei bekannten Steuersystemen das der Brennkraft maschine zugeführte Luft/Kraftstoff-Gemisch angefettet, falls ein Schwellwert für den Zündwinkel überschritten wird. Der Grad der Anfettung wird in der Regel abhängig vom Ausmaß der Über schreitung des Schwellwerts vorgegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ansteigen der Ab gastemperatur auf unzulässig hohe Werte zu verhindern.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung hat den Vorteil, daß Komponenten, die mit dem Ab gas in Wärmekontakt stehen, vor einer Beschädigung durch Über hitzung geschützt werden können.

Bei einer Unterschreitung eines Schwellwerts für ein den Wir kungsgrad der Brennkraftmaschine mittelbar oder unmittelbar an gebendes Signal wird das Luft/Kraftstoff-Gemisch angefettet. Be sonders vorteilhaft ist dabei, daß sich der Grad der Anfettung sehr genau an den tatsächlichen Erfordernissen orientiert und somit eine unnötig starke Anfettung vermieden wird. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Verbrauchs- und die Abgasbilanz der Brennkraftmaschine aus.

Eine besonders hohe Zuverlässigkeit der Erfindung kann insbeson dere auch dadurch erreicht werden, daß eine Anfettung des Luft/Kraftstoff-Gemisches nur dann erfolgt, wenn eine oder mehrere Nebenbedingungen erfüllt sind. Als Nebenbedingungen kom men beispielsweise das Verstreichen eines Zeitintervalls seit Unterschreiten des Schwellwerts des den Wirkungsgrad angebenden Signals oder das Überschreiten eines Schwellwerts für die Abgas- oder die Katalysatortemperatur in Betracht.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dar gestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 das technische Umfeld, in dem die Erfindung eingesetzt wird,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der Erfindung und

Fig. 3 den Verlauf zweier Kennlinien, die bei der Erfindung eingesetzt werden.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt das technische Umfeld, in dem die Erfindung einge setzt wird. Einer Brennkraftmaschine 100 wird über einen Ansaug trakt 102 Luft/Kraftstoff-Gemisch zugeführt und die Abgase wer den in einen Abgaskanal 104 abgegeben. Im Ansaugtrakt 102 sind - in Stromrichtung der angesaugten Luft gesehen - ein Luftmengen messer oder Luftmassenmesser 106, beispielsweise ein Heißfilm- Luftmassenmesser, ein Temperatursensor 108 zur Erfassung der An sauglufttemperatur, eine Drosselklappe 110 und wenigstens eine Einspritzdüse 112 angeordnet. Im Abgaskanal 104 sind - in Strom richtung des Abgases gesehen - ein Abgassensor 114 und ein Kata lysator 116 angeordnet. An der Brennkraftmaschine 100 sind ein Temperatursensor 118 zur Erfassung der Temperatur der Brenn kraftmaschine und ein Drehzahlsensor 120 angebracht. Weiterhin besitzt die Brennkraftmaschine 100 beispielsweise vier Zündker zen 122 zur Zündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Zylin dern.

Die Ausgangssignale mL des Luftmengenmessers oder Luftmassenmes sers 106, TAns des Temperatursensors 108, λ des Abgassensors 114, TBKM des Temperatursensors 118 und n des Drehzahlsensors 120 werden einem zentralen Steuergerät 124 über entsprechende Verbindungsleitungen zugeführt. Das Steuergerät 124 wertet die Sensorsignale aus und steuert über weitere Verbindungsleitungen die Einspritzdüse bzw. die Einspritzdüsen 112 und die Zündkerzen 122 an.

Fig. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung der Erfindung. Mit Hilfe eines Kennfeldes 200, in das ein Signal für die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 100 und ein Signal für die Last tL einge speist werden, wird ein Signal für den optimalen Zündwinkel αZOpt ermittelt. Das Signal für die Drehzahl n wird vom Dreh zahlsensor 120 erzeugt. Das Signal für die Last tL wird aus dem Ausgangssignal mL des Luftmassenmessers oder Luftmengenmessers 106 ermittelt. Das Signal für den optimalen Zündwinkel αZOpt wird in einen ersten Eingang eines Verknüpfungspunktes 202 und einen ersten Eingang eines weiteren Verknüpfungspunktes 204 eingespeist. In den zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 202 wird ein Signal für einen Zündwinkel-Schwellwert αZS einge speist, das von einem Kennfeld 206 ausgegeben wird. Das Kennfeld 206 besitzt zwei Eingänge, an denen das Signal für die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 100 und das Signal für die Last tL an liegen. Der Verknüpfungspunkt 202 bildet die Differenz aus dem Signal für den optimalen Zündwinkel (αZOpt und dem Signal für den Zündwinkel-Schwellwert αZS und stellt sie an seinem Ausgang be reit. Der Ausgang des Verknüpfungspunktes 202 ist mit dem Ein gang einer Kennlinie 208 verbunden. Die Kennlinie 208 gibt einen Schwellwert ηS für ein Signal aus, das den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 100 mittelbar oder unmittelbar angibt. ηS wird in einen ersten Eingang eines Verknüpfungspunktes 210 ein gespeist. Der zweite Eingang des Verknüpfungspunktes 210 ist mit dem Ausgang einer Kennlinie 212 verbunden, an deren Eingang das Signal für die Ansauglufttemperatur TAns anliegt. Das Signal TAns wird vom Temperatursensor 108 ausgegeben. Die Kennlinie 212 ermittelt abhängig von der Ansauglufttemperatur TAns einen Kor rekturwert dη für den Schwellwert ηS. Der Verknüpfungspunkt 210 addiert den Schwellwert ηS und den Korrekturwert dη und stellt den so ermittelten korrigierten Schwellwert ηSK an seinem Aus gang bereit. Der Ausgang des Verknüpfungspunktes 210 ist mit ei nem ersten Eingang eines Verknüpfungspunktes 214 verbunden. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 214 liegt ein Istwert ηIst des den Wirkungsgrad angebenden Signals an. Dieser Istwert ηIst wird von einer Kennlinie 216 ausgegeben, deren Eingang mit dem Ausgang des Verknüpfungspunktes 204 verbunden ist. Am ersten Eingang des Verknüpfungspunktes 204 liegt das Signal für den op timalen Zündwinkel αZOpt an und am zweiten Eingang liegt das Signal für den Zündwinkel-Istwert αZIst an, das von einem Block 218 ausgegeben wird.

Der Ausgang des Verknüpfungspunktes 214, an dem die Differenz aus dem Istwert ηIst und dem korrigierten Schwellwert ηSK an liegt, ist mit dem Eingang einer Kennlinie 220 verbunden. Die Kennlinie 220 gibt abhängig von dieser Differenz einen Anfet tungsfaktor FAnf für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis aus. Dieser Anfettungsfaktor FAnf kann über einen Schalter 222 an einen er sten Eingang eines Verknüpfungspunktes 224 weitergeleitet wer den. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 224 liegt ein Signal für die Einspritzzeit te an. Dieses Signal te wird im Verknüpfungspunkt 224 mit dem Anfettungsfaktor FAnf multipli ziert und mit dem am Ausgang des Verknüpfungspunktes 224 bereit gestellten Signal wird letztendlich die Einspritzdüse 112 bzw. werden die Einspritzdüsen 112 angesteuert.

Der Schalter 222 kann zwischen zwei Schalterstellungen umge schaltet werden. In einer ersten Schalterstellung I verbindet der Schalter 222 den Ausgang der Kennlinie 220 mit dem ersten Eingang des Verknüpfungspunktes 224. In einer zweiten Schalter stellung II verbindet der Schalter 222 den Ausgang eines Spei chers 228 mit dem ersten Eingang des Verknüpfungspunktes 224. Im Speicher 228 ist ein fester Wert für den Anfettungsfaktor FAnf abgelegt, in der Regel der Wert 1. Gesteuert wird der Schalter 222 von einem Block 230. Der Block 230 prüft eine oder mehrere Bedingungen ab und steuert den Schalter 222 je nach Ergebnis dieser Prüfung entweder in die Schalterstellung I oder in die Schalterstellung II. Die Bedingungen sind so ausgelegt, daß eine unnötige oder unerwünschte Anfettung des Luft/Kraftstoff-Gemi sches verhindert wird. In einer ersten Bedingung kann beispiels weise abgefragt werden, ob eine Zeitspanne t, seit der der Ist wert ηIst kleiner ist als der korrigierte Schwellwert ηSK, eine vorgebbare Zeitspanne t0 überschreitet. Mit dieser Bedingung wird sichergestellt, daß es bei einer kurzzeitigen und somit un schädlichen Wirkungsgrad-Verschlechterung - beispielsweise bei einem kurzzeitigen Zündwinkel-Eingriff - nicht zu einer Anfet tung des Luft/Kraftstoff-Gemisches kommt. Als weitere Bedingun gen kann abgefragt werden, ob die Abgastemperatur größer ist als eine vorgebbare Schwelle oder ob die Katalysatortemperatur grö ßer ist als eine vorgebbare Schwelle. Nur wenn die entsprechende Schwelle bereits überschritten ist, besteht die Gefahr einer Schädigung der Auslaßventile, des Katalysators oder anderer Kom ponenten des Abgassystems. Die Abgastemperatur und/oder die Ka talysatortemperatur können entweder mit einem Temperaturmodell bestimmt werden oder gemessen werden.

Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Erfindung läßt sich folgendermaßen beschreiben:

Um eine unzulässig hohe Abgastemperatur zu verhindern, wird das Luft/Kraftstoff-Gemisch gegebenenfalls angefettet, indem die Einspritzzeit te im Verknüpfungspunkt 224 mit einem Anfettungs faktor FAnf, der einen Wert größer oder gleich 1 besitzt, multi pliziert wird. Zur Ermittlung der Einspritzzeit te sind aus dem Stand der Technik eine Reihe von Verfahren bekannt, auf die hier nicht näher eingegangen wird. Es soll lediglich darauf hingewie sen werden, daß die Einspritzzeit te bereits mit Korrekturen und insbesondere auch mit anderen Anfettungsfaktoren versehen sein kann, bevor sie in den Verknüpfungspunkt 224 eingespeist wird, beispielsweise infolge einer Warmlaufanfettung oder einer Vollastanfettung. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, daß dann eine Anfettung des Luft/Kraftstoff-Gemisches er folgt, wenn der Istwert ηIst des den Wirkungsgrad der Brenn kraftmaschine 100 angebenden Signals den korrigierten Schwell wert ηSK unterschreitet. Diese Vorgehensweise beruht auf der Er kenntnis, daß umso mehr Wärmeenergie in das Abgas abgegeben wird, je geringer der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 100 ist. Der Vergleich zwischen dem Istwert ηIst und dem korrigier ten Schwellwert ηSK findet im Verknüpfungspunkt 214 statt. Dort wird die Differenz aus den beiden Werten gebildet und in die Kennlinie 220 eingespeist. Solange die Differenz negativ ist, das heißt solange der Istwert ηIst größer ist als der korrigier te Schwellwert ηSK, liefert die Kennlinie 220 den Wert 1, das heißt der Anfettungsfaktor FAnf besitzt den Wert 1 und es findet keine Anfettung statt. Ist die Differenz jedoch positiv, so lie fert die Kennlinie 220 einen Anfettungsfaktor FAnf größer als 1. Der Anfettungsfaktor FAnf kann dann beispielsweise linear mit der Differenz zunehmen. Je nach Anwendungsfall kann aber auch ein anderer funktionaler Zusammenhang zwischen FAnf und der Dif ferenz zur Anwendung kommen.

Die Werte für ηIst und ηSK werden folgendermaßen ermittelt:

ηSK wird aus dem Schwellwert ηS ermittelt. Die Zielsetzung bei der Vorgabe des Schwellwerts ηS besteht darin, daß eine kriti sche Abgas- oder Katalysatortemperatur, bei deren Überschreiten es zu Schädigungen kommen kann, gerade erreicht wird, wenn bei einer gegebenen Ansauglufttemperatur TAns der Istwert ηIst gleich dem Schwellwert ηS ist. Mit Hilfe des Kennfelds 208 wird der Schwellwert ηS in Abhängigkeit von der Differenz aus dem Signal für den optimalen Zündwinkel αZOpt und einem Signal für einen Zündwinkel-Schwellwert αZS ermittelt. αZOpt wird in Ab hängigkeit von der Last tL und der Drehzahl n aus dem Kennfeld 200 ausgelesen. αZS wird in Abhängigkeit von der Last tL und der Drehzahl n aus dem Kennfeld 206 ausgelesen. Die Differenz aus αZOpt und αZS wird im Verknüpfungspunkt 202 gebildet.

Um neben der Last und der Drehzahl auch die Ansauglufttemperatur TAns zu berücksichtigen, die ja ebenfalls die Abgastemperatur beeinflußt, wird der Schwellwert ηS im Verknüpfungspunkt 210 mit dem Korrekturwert dη verknüpft. dη wird in Abhängigkeit von der Ansauglufttemperatur TAns aus der Kennlinie 212 ausgelesen. Die Berücksichtigung der Ansauglufttemperatur TAns stellt eine vor teilhafte Weiterbildung der Erfindung dar, d. h. es sind auch Ausführungsbeispiele ohne den Verknüpfungspunkt 210 und die Kennlinie 212 vorgesehen.

Der Istwert ηIst wird mit Hilfe des Kennfeldes 216 aus der Ab weichung des Signals für den Zündwinkel-Istwert αZIst vom Signal für den optimalen Zündwinkel αZOpt ermittelt. Je stärker diese beiden Signale voneinander abweichen, desto kleiner ist der Ist wert ηIst. Die Differenz aus den Signalen für αZOpt und αZIst wird im Verknüpfungspunkt 204 gebildet. Wie bereits oben er wähnt, wird das Signal für αZOpt aus dem Kennfeld 200 in Abhän gigkeit von der Last tL und der Drehzahl n ermittelt. Das Signal für αZIst wird vom Block 218 bereitgestellt. Wie der Block 218 das Signal αZIst im einzelnen erzeugt, ist für die Erfindung nicht relevant und wird daher nicht näher erläutert.

In Fig. 3a ist ein möglicher Verlauf der Kennlinie 208 darge stellt, das heißt der Schwellwert ηS ist über der Differenz aus den Signalen für den optimalen Zündwinkel αZOpt und den Zündwin kel-Schwellwert αZS aufgetragen. Bei einer Differenz von 0 ist der Schwellwert ηS maximal und fällt mit zunehmender Differenz ab.

In Fig. 3b ist ein möglicher Verlauf für die Kennlinie 216 dar gestellt, das heißt der Istwert ηIst ist über der Differenz aus den Signalen für den optimalen Zündwinkel αZOpt und den Zündwin kel-Istwert αZIst aufgetragen. Bei einer Differenz von 0 ist der Istwert ηIst maximal und fällt mit zunehmender Differenz ab.

Im Text zu Fig. 2 werden Verknüpfungspunkte 202, 204, 210, 214 und 224 beschrieben, die jeweils eine Verknüpfung zweier Ein gangssignale zu einem Ausgangssignal durchführen. Die Ver knüpfung erfolgt dabei durch Subtraktion, Addition oder Multi plikation. Als Variante können in einem Verknüpfungspunkt oder in mehreren Verknüpfungspunkten auch andere Verknüpfungsopera tionen durchgeführt werden als im Text zu Fig. 2 beschrieben und es können auch andersartige Verknüpfungsoperationen, z. B. die Division, zum Einsatz kommen. Dabei ist allerdings zu beachten, daß die an der Verknüpfung beteiligten Signale und die Ver knüpfungsoperation aufeinander abgestimmt sein müssen, d. h. die gespeicherten Werte, Kennlinien und Kennfelder sind bei Verwen dung einer anderen Verknüpfungsoperation jeweils entsprechend auszulegen.

In einem einfachen Ausführungsbeispiel können eine oder mehrere der in Fig. 2 dargestellten Kennlinien bzw. Kennfelder jeweils durch einen vorgebbaren Wert ersetzt werden und so der Aufwand reduziert werden.

Statt den Anfettungsfaktor FAnf, wie in Fig. 2 dargestellt, aus der Kennlinie 220 auszulesen, kann er auch durch Multiplikation der Differenz aus dem korrigierten Schwellwert ηSK und dem Ist wert ηIst mit einer Konstanten ermittelt werden. Ist die Differenz negativ, so wird dem Anfettungsfaktor FAnf der Wert 1 zugewiesen.

Claims

1. Steuersystem für eine Brennkraftmaschine (100), dadurch ge kennzeichnet, daß bei einer Unterschreitung eines Schwellwerts (ηS) eines den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine (100) mittel bar oder unmittelbar angebenden Signals das Luft/Kraftstoff-Ge misch angefettet wird.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfettung des Luft/Kraftstoff-Gemisches abhängt von der Differenz (ηS-ηIst) aus dem Schwellwert (ηS) und einem Ist wert (ηIst) des den Wirkungsgrad angebenden Signals.

3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer negativen Differenz (ηS-ηIst) keine Anfettung des Luft/Kraftstoff-Gemisches erfolgt und bei einer positiven Differenz (ηS-ηIst) mit zunehmender Differenz (ηS-ηIst) ei ne zunehmend stärkere Anfettung erfolgt.

4. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur dann eine Anfettung des Luft/Kraftstoff- Gemisches erfolgt, wenn das Zeitintervall (t) seit Unterschrei tung des Schwellwerts (ηS) des den Wirkungsgrad angebenden Signals größer ist als ein vorgebbarer Wert (t0) und/oder die Abgastemperatur größer ist als ein vorgebbarer Wert und/oder die Katalysatortemperatur größer ist als ein vorgebbarer Wert.

5. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert (ηS) des den Wirkungsgrad angebenden Signals in Abhängigkeit von der Differenz (αZOpt- αZS) aus einem Signal für einen optimalen Zündwinkel (αZOpt) und einem Signal für einen Zündwinkel-Schwellwert (αZS) aus ei ner Kennlinie (208) ermittelt wird.

6. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert (ηS) des den Wirkungsgrad angebenden Signals mit einem Korrekturwert (dη) versehen werden kann, der von der Ansauglufttemperatur (TAns) abhängt.

7. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert (ηIst) des den Wirkungsgrad an gebenden Signals in Abhängigkeit von der Differenz (αZOpt- αZIst) des Signals für den optimalen Zündwinkel (αZOpt) und ei nem Signal für einen Zündwinkel-Istwert (αIst) aus einer Kenn linie (216) ermittelt wird.

8. Steuersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß das Signal für den optimalen Zündwinkel (αZOpt) und das Signal für den Zündwinkel-Schwellwert (αZS) je weils in Abhängigkeit von der Last (tL) und der Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine (100) aus einem Kennfeld (200, 206) ermittelt werden.

9. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grad der Anfettung mittels eines Anfet tungsfaktors (FAnf) festgelegt wird, der in Abhängigkeit von der Differenz (ηS-ηIst) aus dem Schwellwert (ηS) und dem Istwert (ηIst) des den Wirkungsgrad angebenden Signals aus einer Kenn linie (220) ausgelesen wird oder berechnet wird.

10. Steuersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anfettung des Luft/Kraftstoff-Gemisches eine Einspritzzeit (te) mit dem Anfettungsfaktor (FAnf) verknüpft wird.