DE4415994A1 - Steuersystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Steuersystem für eine BrennkraftmaschineInfo
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Description
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.
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.
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.
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 (10)
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.
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