DE60315393T2

DE60315393T2 - Steuersystem für Verbrennungsmotor mit Katalysator zur Reinigung von Abgasen

Info

Publication number: DE60315393T2
Application number: DE60315393T
Authority: DE
Inventors: Yoichi Chiyoda-ku Iihoshi; Taizo Chiyoda-ku Miyazaki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2023-02-20
Also published as: EP1403480A2; EP1403480B1; EP1403480A3; DE60315393D1; JP2004116310A; US20040055283A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem für einen Verbrennungsmotor, das einen Katalysator zum Reinigen von Abgasen beinhaltet, und insbesondere eine Technologie zur schnellen Aktivierung eines Katalysators zur Reinigung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor durch Steuern eines Motorkühlsystems oder dergleichen.
STAND DER TECHNIK
Wie beispielsweise in JP-A-2000-34584 oder JP-A-2000-45843 offenbart ist, sind viele Technologien zum Hemmen der Wärmestrahlung aus einem Motor zum Kühlwasser während eines Kaltstarts bekannt, um die Zeit zum Aufwärmen des Motors zu verkürzen.
JP-A-2000-34584 offenbart beispielsweise eine derartige Technologie, dass die Zuführung von Kühlwasser nach Maßgabe der Temperatur einer Brennkammer während des Betriebs eines Motors gesteuert wird, um das Aufwärmen des Motors zu fördern, während die Temperatur der Wandfläche einer Brennkammer, die mit einer Entstehungsmenge an unverbrannten HC-Komponenten während eines Kaltstarts korreliert, entlang einer optimalen Temperaturanstiegscharakteristik angehoben wird. Insbesondere wird das Kühlwasser in einem Speichertank gehalten, wenn die Wandtemperatur T der Brennkammer während des Motorbetriebs niedriger als eine erste Referenzwandtemperatur T1 ist, aber das Kühlwasser wird in einen Kühlwassermantel des Motors verschoben, wenn sie höher als T1 ist. Nachdem die oben erwähnte Verschiebung des Kühlwasser abgeschlossen ist, wird der Umlauf des Kühlwassers gestartet.
Weiterhin offenbart JP-A-2000-45843 eine Technologie zum Verzögern des Zündzeitpunkts in einem nicht aufgewärmten Zustand, um die Ausstoßtemperatur schlagartig zu erhöhen, wobei sie eine Aktivierungstemperatur eines Katalysators zur Reinigung von Abgasen überschreitet, um auf das Fördern einer Erwärmung des Katalysators zur Reinigung der Abgase abzuzielen, um es dem Katalysator zu ermöglichen, seine Reinigungscharakteristik in einem kurzen Zeitraum vorzuweisen.
Weder eine derartige Steuertechnologie, bei der das Aufwärmen eines Motors und das Aufwärmen eines Katalysators zur Reinigung von Abgasen miteinander verbunden sind, um eine rationale Steuerung durchzuführen, noch eine derartige Technologie eines kurzzeitigen Aufwärmens eines Verbrennungsmotors, bei der die Steuerung eines Kühlwassersystems und die Verbrennungssteuerung miteinander kombiniert sind, ist je erfolgreich aufgebaut worden.
In US 3 855 975 ist eine Aufwärmvorrichtung offenbart, die zum Aufwärmen eines Verbrennungsmotors geeignet ist.
In EP 1 186 752 ist ein Ventilsteuerungssystem zum Betätigen eines Automotors beim Kaltstart offenbart. Ein System mit "negativer" Ventilüberlappung (NVO) beim Kaltstart wird beschrieben, bei dem sich das Einlassventil öffnet, nachdem sich das Auslassventil während des Kolbenansaughubs geschlossen hat, wobei ein hohes Vakuum in dem Zylinder erzeugt wird. Am Ende der NVO-Periode steigert eine erhöhte Turbulenz in dem Zylinder das Vermischen der Ladung und verbessert seine Verbrennungsstabilität.
In DE 41 42 120 ist eine Kühlwasserpumpe offenbart, wobei ein Ring in einer Öffnung zwischen einem Wasserkanal und einem Wasser pumpengehäuse positioniert ist. Basierend auf der Kühlmitteltemperatur und einer Drosselklappenöffnung wird der Pumpendurchsatz der Kühlmittelpumpe beim Kaltstarten angepasst, um die Aufwärmzeit und die Schadstoffemission mit einem früheren Erzielen einer effizienten katalytischen Umwandlung zu verringern. Die Anpassung wird durch eine Axialbewegung des Rings in der Öffnung erreicht.
US 4 005 693 betrifft ein Aufwärmsystem für Verbrennungsmotoren, das Kühlwasser zum Kühlen des Motors, einen Umlaufdurchgang für das Kühlwasser, eine Wasserpumpe zum Steuern eines Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers und einen Katalysator zum Reinigen von Abgasen aus dem Motor beinhaltet.
In JP 571 73520 ist ein System offenbart, bei dem ein Kühlwassertemperatursignal eines Motors und gleichzeitig ein Klopfvibrationssignal in eine Steuervorrichtung eingegeben werden. Falls ein Klopfen auftritt, wird die Amplitude eines Vibrationssignals einer vorgeschriebenen Frequenz über die Ausgabe einer Basisklemmschaltung vergrößert. Dann wird – unter anderem – die Drehgeschwindigkeit eines Motors für eine Wasserpumpe und somit der Umlauf des Kühlwassers erhöht. Auf diese Weise kann ein anormaler Temperaturanstieg in einem Motor verhindert werden, indem die Pumpe antizipativ so gesteuert wird, dass ihre Geschwindigkeit bei einem Klopfen im Motor erhöht wird.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuersystem für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, der das Aufwärmen des Verbrennungsmotors und das Aufwärmen des Katalysators in der Reihenfolge der Priorität während eines Kaltstarts rational steuern kann.
Zur Lösung der obigen Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung ein Steuersystem für einen Verbrennungsmotor gemäß dem Hauptanspruch bereit. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen.
Zu diesem Zweck wird ein Steuersystem für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, das einen Katalysator zum Reinigen von Abgasen aus diesem beinhaltet und das während eines Kaltstarts eine vom Verbrennungsgas zu einem Motorblock übertragene Wärme (einen Kühlverlust) und eine von dem Motorblock zum Motorkühlwasser übertragene Wärme (Wärmestrahlung zum Kühlen) steuern kann, um auf ein frühes Aufwärmen des Katalysators abzuzielen. Ferner wird ein System zum Steuern des Kühlverlusts und der Wärmestrahlung zum Kühlen bereitgestellt, so dass das Aufwärmen des Katalysators gegenüber dem Aufwärmen des Verbrennungsmotors bevorzugt ist, während der Motor und der Katalysator in kurzer Zeit aufgewärmt werden.
Die Steuerung des Kühlverlusts erfolgt beispielsweise durch Steuern des Zündzeitpunkts, während die Steuerung der Wärmestrahlung zum Kühlen durch Steuern der Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers mittels einer Wasserpumpe erfolgt. Das heißt, dass in einem derartigen Fall, dass die Temperatur des Katalysators noch nicht bis zu seiner Aktivierungstemperatur gestiegen ist, eine Verzögerungssteuerung des Zündzeitpunkts erfolgt, um den Kühlverlust zu senken, und ebenso eine Steuerung so durchgeführt wird, dass die Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers auf Null oder einen Wert gesenkt wird, der kleiner als ein normaler Wert ist, um die Wärmestrahlung zum Kühlen zu verringern.
Die oben erwähnte Steuerung wird auf der Grundlage von mindestens einer Temperatur des Motorkühlwassers oder einer Temperatur des Katalysators durchgeführt. Diese Temperaturen werden durch einen Wassertemperatursensor und/oder einen Katalysatortemperatursensor erfasst. Weiterhin kann die Temperatur des Katalysators aus einer Motorgeschwindigkeit, einer Last, einem Zündzeitpunkt, einer AGR-Menge, einer Ansaugluftmenge und/oder einer Ansauglufttemperatur, einem Abstand von dem Motor zu dem Katalysator, der Wärmekapazität (einer Anzahl von Zellen oder einem Volumen) des Katalysators und/oder dergleichen geschätzt oder berechnet werden.
Weiterhin wird ein Steuersystem zum Steuern des Motors derart vorgeschlagen, dass die Wärmestrahlung zum Kühlen während der Aktivierungssteuerung des Katalysators minimiert werden kann, bis der Katalysator aktiviert ist, während der Kühlverlust während der Aufwärmsteuerung des Motors maximiert wird, bis nach der Aktivierung des Katalysators der Motor aufgewärmt ist.
Mit der oben erwähnten Steuerung können der Motor und der Katalysator in kurzer Zeit aufgewärmt werden, wodurch es möglich ist, die durch die Abgase verursachte Umweltverschmutzung einzudämmen und die Kraftstoffersparnis zu erhöhen.
Weiterhin wird der Zündzeitpunkt gegenüber dem normalen Zeitpunkt verzögert, wenn die Katalysatortemperatur niedriger als seine Aktivierungstemperatur ist, während der Zündzeitpunkt gegenüber dem normalen Zeitpunkt beschleunigt wird, bis die Temperatur des Kühlwassers auf eine Temperatur ansteigt, bei der das Aufwärmen des Motors vollendet ist, nachdem die Katalysatortemperatur zu seiner Aktivierungstemperatur angestiegen ist.
Mit der oben erwähnten Konfiguration können nicht nur die Aktivierung des Katalysators, sondern auch das Aufwärmen des Motors gefördert werden. Weiterhin ist die Bereitstellung eines Klopfsensors zum Erfassen eines Klopfens des Verbrennungsmotors erwünscht, so dass der Zündzeitpunkt verzögert werden kann, wenn der Klopfsensor während der Zündzeitpunktsteuerung ein Klopfen erfasst. Ferner kann die Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers durch die Wasserpumpe erhöht werden, um das Aufwärmen des Verbrennungsmotors verlässlich und sicher zu fördern.
Weiterhin wird ein Steuersystem für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, das einen Turbolader zum Vorverdichten von Ansaugluft in dem Verbrennungsmotor und einen Kühlungsdurchgang zum Kühlen des Turboladers hat. Das Steuersystem beinhaltet ein Ventil zum Steuern der Fließgeschwindigkeit des durch den Kühlungsdurchgang fließenden Kühlwassers, um das Ventil so zu steuern, dass die Fließgeschwindigkeit des durch den Kühlungsdurchgang fließenden Wassers verringert wird, wenn die Temperatur des Katalysators nicht größer als seine Aktivierungstemperatur ist, wodurch es möglich ist, die Aktivierung des Katalysators zu fördern.
Ferner wird ein Steuersystem für einen Verbrennungsmotor mit einem Getriebe zur Übertragung einer Kraft von dem Verbrennungsmotor, einem Ölkühler zum Kühlen des das Getriebe schmierenden Öls und/oder einem Kühlungsdurchgang zum Kühlen des Ölkühlers bereitgestellt, das ein Absperrventil zum Absperren des Kühlungsdurchgangs umfasst, wobei das Absperrventil so gesteuert werden kann, dass es die Strömung des Kühlwassers in dem Kühlungsdurchgang stoppt, wenn die Temperatur des Katalysators nicht größer als seine Aktivierungstemperatur ist, wodurch es möglich ist, die Aktivierung des Katalysators zu fördern.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen ersichtlich.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend in Form von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen ausführlich beschrieben, wobei:
KURZE BESCHREIBUNG MEHRERER ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
1 ein Blockdiagramm der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein konzeptionelles Diagramm zum Erläutern eines Kühlverlusts und einer Wärmestrahlung zum Kühlen bei der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einer AGR-Menge und einem Kühlverlust zeigt;
4 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einem Zündzeitpunkt während einer Verbrennung durch Funkenzündung und einem Kühlverlust zeigt;
5 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einer Kraftstoffeinspritzzeit-Einstellung und einem Kühlverlust während einer Verbrennung durch Kompressionszündung zeigt;
6 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einer Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers in einem Motor und einer Wärmestrahlung zum Kühlen ist;
7 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einer Wassertemperatur des Kühlwassers in einem Motor und einer Wärmestrahlung zum Kühlen zeigt;
8 ein Steuerungsflussdiagramm für eine Temperatursteuereinrichtung ist;
9 eine Ansicht ist, die ein Motorsystem der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
10 ein Diagramm ist, das ein Steuerungsflussdiagramm bei der in 9 gezeigten Ausführungsform veranschaulicht;
11 eine Ansicht ist, die ein Beispiel für ein Zeitdiagramm bei einer Anwendung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
12 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einem gewünschten Wert der Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers und einer Wärmestrahlung zum Kühlen zeigt;
13 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einem gewünschten Wert des Zündzeitpunkts und einem Kühlverlust zeigt;
14 eine Ansicht ist, die ein Motorsystem der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
15 ein Steuerungsflussdiagramm in der in 14 gezeigten Ausführungsform ist;
16 ein Zeitdiagramm während der Ausführung der in 15 gezeigten Steuerung ist;
17 eine Ansicht ist, die ein Motorsystem der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
18 ein Steuerungsflussdiagramm eines Teils der in 17 gezeigten Ausführungsform ist; und
19 ein Zeitdiagramm während der Ausführung der in 15 gezeigten Steuerung ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben.
Bezug nehmend auf 1, welche ein Blockdiagramm ist, das ein Steuersystem für einen Verbrennungsmotor veranschaulicht, führt in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Temperatursteuereinrichtung 101 eine Temperatursteuerung des Motors und des Katalysators (der darauf abzielt, Abgase aus dem Motor zu reinigen) aus, um auf ein frühes Aufwärmen sowohl des Motors als auch des Katalysators während eines Kaltstarts des Motors abzuzielen.
Signale, die eine Temperatur des Katalysators, eine Temperatur des Kühlwassers und ein Klopfen anzeigen und die durch Sensoren erfasst werden, werden von der Temperatursteuereinrichtung 101 empfangen, die deshalb eine gewünschte Wärmestrahlung zum Kühlen und einen gewünschten Kühlverlust berechnet, um ein Motorkühlsystem zu steuern. Der Kühlverlust und die Wärmestrahlung zum Küh len werden ausführlich beschrieben, nachdem die in 1 gezeigte Konfiguration kurz erläutert worden ist.
Die gewünschte Wärmestrahlung zum Kühlen wird an eine Kühlsystemsteuereinrichtung 102 geliefert, während der gewünschte Kühlverlust an eine Motorsteuerungseinrichtung 103 zum Steuern der Verbrennung des Motors geliefert wird.
Ferner steuert die Kühlsystemsteuereinrichtung 102 eine Wasserpumpe in dem Motorkühlwasserdurchgang, ein Strömungsdurchgangsteuerventil, einen Kühler und dergleichen in Übereinstimmung mit der gewünschten Wärmestrahlung zum Kühlen, um den Wert der Wärmestrahlung zum Kühlen zu steuern. Indessen steuert die Motorsteuereinrichtung 103 Ansaug- und Ausstoßventile, ein Kraftstoffeinspritzventil, eine Zündeinheit, ein AGR-Ventil und dergleichen nach Maßgabe des gewünschten Kühlverlusts, um den Kühlverlust zu steuern.
Die Temperatursteuereinrichtung 101, die Kühlsystemsteuereinrichtung 102 und die Motorsteuereinrichtung 103 können beispielsweise durch eine Steuereinheit C gebildet sein.
Das wesentliche Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung der Steuerung des Kühlverlusts und der Wärmestrahlung zum Kühlen nach Maßgabe von mindestens entweder einer Temperatur des Katalysators oder einer Temperatur des Kühlwassers, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, sowohl die frühe Aktivierung des Katalysators als auch das frühe Aufwärmen des Verbrennungsmotors zu verwirklichen.
Nachstehend werden der Kühlverlust und die Wärmestrahlung zum Kühlen ausführlich unter Bezugnahme auf 2 erläutert, welche die Übertragung der Wärme zeigt, die von einer Brennkammer 1 in dem Motor erzeugt wird und die dann zu dem Kühlwasser 2 übertragen wird.
Der Kühlverlust bei der vorliegenden Erfindung ist ein Wärmewert, mit dem eine von dem Verbrennungsgas in der Brennkammer (Zylinder) 1 des Motors erzeugte Wärme zu einem Motorblock 3 übertragen wird. Der Kühlverlust bezieht sich auf eine gemittelte Temperatur Ta und eine Temperatur zu dem Motorblock 2 während der durch einen Kolben 4 ausgeführten Motortakte (Ansaugtakt, Kompressionstakt, Ausdehnungstakt und Ausstoßtakt) und insbesondere auf jene während eines Zeitraums vom Kompressionstakt zum Ausstoßtakt. Somit ist es klar, dass der Kühlverlust maßgeblich mit der Verbrennung zusammenhängt. Wie in 3 gezeigt, welche als Beispiel die Beziehung zwischen einem AGR (Abgasrückführungs)-Wert und dem Kühlverlust zeigt, verursacht eine Zunahme des AGR-Wertes, dass die gemittelte Temperatur Ta sinkt, da eine mögliche maximale Verbrennungstemperatur gesenkt wird. Somit kann der Kühlverlust durch Einstellen des AGR-Wertes durch die Steuerung des AGR-Ventils und der Ansaug- und Ausstoßventile gesteuert werden.
Ferner hängt die gemittelte Temperatur auch mit einem Zündzeitpunkt zusammen, und dementsprechend kann der Kühlverlust durch den Zündzeitpunkt während der Verbrennung durch Funkenzündung, wie in 4 gezeigt, gesteuert werden, und er kann durch einen Zündzeitpunkt während der Verbrennung durch Kompressionszündung (Dieselverbrennung oder Verbrennung durch Vorgemisch-Selbstzündung), wie in 5 gezeigt, gesteuert werden.
Unterdessen ist die Wärmestrahlung zum Kühlen hinsichtlich der vorliegenden Erfindung ein Wärmewert, der von dem Motorblock 3 zu dem Kühlwasser 2 übertragen wird. Die Wärmestrahlung zum Küh len hängt hauptsächlich mit einer Fließgeschwindigkeit und einer Temperatur des Kühlwassers 2 zusammen.
Bezug nehmend auf 6, welche ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers und der Wärmestrahlung zum Kühlen zeigt, weist die Beziehung zwischen der Fließgeschwindigkeit und der Wärmestrahlung zum Kühlen, wie in 6 gezeigt, vor, dass die Wärmestrahlung zum Kühlen umso größer ist, je höher die Fließgeschwindigkeit ist. Ferner ist unter Bezugnahme auf 7, welche eine Beziehung zwischen der Temperatur des Kühlwassers und der Wärmestrahlung zum Kühlen zeigt, falls die Temperatur des Motorblocks konstant ist, die Wärmestrahlung zum Kühlen umso größer, je niedriger die Temperatur des Kühlwassers ist. Somit kann die Wärmestrahlung zum Kühlen durch eine Auslassmenge der Wasserpumpe oder durch einen Kühler zum Abstrahlen einer Wärme von dem Kühlwasser in die atmosphärische Luft gesteuert werden.
Ferner ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung der Steuerung für die Wärmestrahlung zum Kühlen und den Kühlverlust nach Maßgabe einer Temperatur des Katalysators und einer Temperatur des Kühlwassers.
8 zeigt ein Flussdiagramm betreffend die Temperatursteuereinrichtung 101.
Bezug nehmend auf 8 werden bei Schritt 801 Ausgaben von einem Katalysatortemperatursensor, einem Wassertemperatursensor und dergleichen zu der Steuereinrichtung 101 übertragen.
Bei Schritt 802 wird die Katalysatortemperatur mit einer Katalysatoraktivierungstemperatur verglichen, bei der der Katalysator Abgase reinigen kann, und falls die Katalysatortemperatur nicht geringer als die Katalysatoraktivierungstemperatur ist, wird Schritt 804 ausgeführt, falls dies aber falsch ist, wird Schritt 803 ausgeführt.
Bei Schritt 803 wird eine gewünschte Wärmestrahlung zum Kühlen minimiert. Es wird hier angemerkt, dass die minimale gewünschte Wärmestrahlung zum Kühlen einem Minimalwert in einem steuerbaren Bereich entspricht. Aufgrund dieser Minimalsteuerung der Wärmestrahlung zum Kühlen wird der zu dem Kühlwasser übertragene Wärmewert verringert, während die Temperatur des Abgases erhöht wird, um ein frühes Aufwärmen des Katalysators zu ermöglichen, d. h. es ist möglich, die Temperatur des Katalysators bis zu der Aktivierungstemperatur im Vergleich zu dem herkömmlichen schnell anzuheben. Ein spezifisches Beispiel für die Minimalsteuerung der Wärmestrahlung zum Kühlen wird später beschrieben.
Bei Schritt 804 wird bestimmt, ob die Temperatur des Motorkühlwassers eine Aufwärmtemperatur erreicht, bei der der Motor effizient betrieben werden kann, wie üblich, oder nicht, und falls dies wahr ist, wird Schritt 806 ausgeführt, aber falls dies falsch ist, wird Schritt 805 ausgeführt.
Bei Schritt 805 wird der gewünschte Kühlverlust auf ein Maximum eingestellt. Im Ergebnis wird der zu dem Motorblock übertragene Wärmewert erhöht, und weiterhin kann, da die Wärmestrahlung zum Kühlen minimiert wird, der Motor im Vergleich zu einem herkömmlichen schnell aufgewärmt werden. Die Maximalsteuerung der Wärmestrahlung zum Kühlen wird später beschrieben. Es wird hier angemerkt, dass das Maximum des Kühlverlusts einem Maximalwert in einem steuerbaren Bereich entspricht.
Bei Schritt 806 wird bestimmt, ob die Wassertemperatur nicht niedriger als eine Überhitzungstemperatur ist, bei der es die Gefahr des Auftretens eines Festfressens des Motors geben würde, oder nicht, und falls dies wahr ist, wird Schritt 805 ausgeführt, aber falls dies falsch ist, wird Schritt 807 ausgeführt. Bei Schritt 807 wird eine Steuerung für einen optimalen Kraftstoffverbrauch ausgeführt, und der gewünschte Kühlverlust wird minimiert.
Es wird angemerkt, dass der gewünschte Kühlverlust in einem steuerbaren Bereich liegt und eine Position für eine optimale Funkenbeschleunigung (einen optimalen Funkenzündungszeitpunkt) angibt, wie in 4 gezeigt, falls der Kühlverlust nur durch den Funkenzündungszeitpunkt gesteuert wird. Dieser optimale Funkenzündungszeitpunkt ermöglicht es dem Motor, mit einem hohen Wirkungsgrad zu arbeiten.
Bei Schritt 808, bei dem eine Steuerung für einen anormalen Betrieb erfolgt, das heißt, die gewünschte Wärmestrahlung zum Kühlen wird maximiert, um das Kühlen des Motorblocks durch das Kühlwasser in einem maximalen Maße auszuführen, um das Auftreten eines Festfressens des Motors zu verhindern.
Unter Bezugnahme auf 9 bis 12 wird ein spezifisches Steuerungsbeispiel bei dieser Ausführungsform erläutert.
9 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration des Motors in dieser Ausführungsform zeigt.
Bei diesem Beispiel besteht ein Kühlsystem für einen Motor 5 aus einem Kühlwasserumlaufdurchgang 6, einer Wasserpumpe 7 zum Steuern der Wärmestrahlung zum Kühlen in dem Kühlsystem, einem Wassertemperatursensor 8 zum Messen einer Temperatur des Kühl wassers, einem Kühler 9 zum Abstrahlen von Wärme aus dem Kühlwasser in die atmosphärische Luft, einem Kühlerlüfter (der nicht gezeigt ist) zum Steuern der Wärmestrahlung aus dem Kühler in die atmosphärische Luft und einem Strömungsdurchgangsumschaltventil (Thermostat) 10 zum Einführen von Kühlwasser.
Weiterhin sind ein Katalysator 12 (3-Wege-Katalysator) zum Reinigen von Abgasen und ein Katalysatorsensor 13 zum Erfassen einer Temperatur des Katalysators in ein Ausströmungsrohr 11 des Motors eingebaut. Ferner ist ein Klopfsensor 14 zum Erfassen eines Klopfens des Motors vorgesehen.
Unter Bezugnahme auf ein in 10 gezeigtes Flussdiagramm wird nachstehend eine Steuerung zum frühen Aufwärmen sowohl des Katalysators 12 als auch des Motors 5 erläutert.
Bei Schritt 1001 werden Ausgaben von dem Katalysatortemperatursensor 13, dem Wassertemperatursensor 8 und dem Klopfsensor 14 gelesen.
Bei Schritt 1002 wird bestimmt, ob ein durch den Katalysatortemperatursensor 13 erfasster Wert nicht geringer als die Aktivierungstemperatur des Katalysators ist oder nicht, und falls dies wahr ist, wird Schritt 1004 ausgeführt, falls dies falsch ist, wird Schritt 1003 ausgeführt.
Bei Schritt 1003 wird die Wasserpumpe 7 gestoppt, während der Zündzeitpunkt verzögert wird, um den Katalysator 12 schnell aufzuwärmen. Wenn die Wasserpumpe 7 gestoppt ist, wird die Wärmestrahlung zum Kühlen des Kühlwassers minimal, um darauf abzuzielen, die Temperatur des Motors 5 zu erhöhen, und weiterhin wird durch die Steuerung zur Verzögerung des Zündzeitpunkts die Tempe ratur des Abgases aus dem Motor angehoben. Im Ergebnis ist es möglich, auf ein frühes Aufwärmen des Katalysators abzuzielen. Es wird angemerkt, dass die Verzögerung des Zündzeitpunkts den Kühlverlust verringern kann, wie in 4 gezeigt, aber sie kann den Kühlverlust nicht minimieren. Obwohl der Kühlverlust an einer Position minimiert ist, wo der Zündzeitpunkt optimal ist, kann aber in diesem Fall, da eine effiziente Verbrennung ausgeführt wird, die Temperatur des Abgases nicht angehoben werden, wie es durch die Verzögerungssteuerung geschieht.
Bei Schritt 1004 wird bestimmt, ob ein durch den Wassersensor 8 erfasster Wert des Motorkühlwassers die Aufwärmtemperatur des Motors 5 erreicht oder nicht, und falls dies wahr ist, wird Schritt 1006 ausgeführt, aber falls dies falsch ist, wird Schritt 1005 ausgeführt.
Bei Schritt 1005 wird zum Aufwärmen des Motors 5 der Zündzeitpunkt beschleunigt, um die Temperatur des Motorzylinders anzuheben. Zu diesem Zeitpunkt werden durch die Steuerung des Kühlsystems das Anhalten und der Betrieb der Wasserpumpe 7 wiederholt oder wird die Auslassgeschwindigkeit der Pumpe 7 auf ein Minimum gesteuert, obwohl sie betrieben wird.
Durch den Umlauf des Kühlwassers bei einer kleinen Geschwindigkeit ist es, wie oben erwähnt, möglich, das Auftreten einer thermischen Belastung im Motorblock und eines Klopfens aufgrund einer überhitzten Stelle im Motorzylinder zu verhindern.
Bei Schritt 1006 wird bestimmt, ob ein durch den Wassertemperatursensor erfasster Wert oder ein geschätzter Wert der Temperatur des Motors nicht geringer als eine Überhitzungstemperatur ist, bei der das Festfressen des Motors erwartet wird, oder nicht. Falls dies wahr ist, wird Schritt 1008 ausgeführt, aber falls dies falsch ist, wird Schritt 1007 ausgeführt. Bei Schritt 1007 wird eine Steuerung zum Minimieren des Kraftstoffverbrauchs ausgeführt. Somit wird die Zündung zu einem Zündzeitpunkt gesteuert, bei dem der Kühlverlust minimiert ist, und die Pumpe wird so gesteuert, dass die Temperatur des Kühlwassers nicht geringer als die Aufwärmtemperatur, aber nicht größer als die Überhitzungstemperatur wird, bei der das Festfressen des Motors auftritt.
Es wird angemerkt, dass eine Temperatur des Motors aus dem Kühlverlust und der Wärmestrahlung zum Kühlen geschätzt wird, und falls die Temperaturgeschichte des Motors eine Zunahme vorweist, während die Motorlast groß ist, kann eine vorausschauende Steuerung, durch welche die Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers im Voraus ansteigt, ausgeführt werden. Bei dieser vorausschauenden Steuerung wird, falls die Temperaturgeschichte des Motors eine Abnahme vorweist, während die Motorlast niedrig ist, die Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers im Voraus verringert oder kann der Umlauf des Kühlwassers in den Kühler gestoppt werden.
Bei Schritt 1008 wird eine Steuerung nach einer Überhitzung ausgeführt, das heißt, die Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers von der Pumpe 7 und die Ausgabe des Kühlers werden maximiert, um zur Vermeidung des Auftretens eines Festfressens des Motors die Wärmestrahlung zum Kühlen zu erhöhen. Weiterhin wird, falls die Temperatur nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeit, nachdem die oben erwähnte Steuerung ausgeführt worden ist, gesenkt wird, der Zündzeitpunkt verzögert, um auch den Kühlverlust zu verringern. Ferner wird, da die Überhitzung durch irgendeine Anormalität in dem Kühlsystem einschließlich des Kühlers und der Pumpe verursacht wird, eine Warnlampe angeschaltet, um das Erfordernis einer Fehlerdiagnose anzuzeigen.
Was die Fehlerdiagnose betrifft, wird, falls beispielsweise eine Wassertemperatur höher als eine Überhitzungstemperatur ist, während der Motor in Leerlaufgeschwindigkeit betrieben wird, der Kühlerlüfter betrieben, wobei er abwechselnd zu jedem vorgegebenen Zeitpunkt zwischen einer höchsten Geschwindigkeit und einer niedrigsten Geschwindigkeit (einschließlich eines Anhaltens) umgestellt wird. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Fehlerdiagnose für den Kühler nach Maßgabe einer Geschwindigkeit des Kühlerlüfters und einer Veränderung der Ausgabe des Wassertemperatursensors erfolgen. Insbesondere wird eine Korrelation zwischen der Geschwindigkeit des Kühlerlüfters und einer Veränderung der Ausgabe des Wassertemperatursensors berechnet, und falls die so berechnete Korrelation klein ist, kann bestimmt werden, dass der Kühler oder das Thermostat versagt.
In ähnlicher Weise ist es möglich, durch Umstellen der Ausgabe der Pumpe zu jedem vorgegebenen Zeitpunkt zwischen einer hohen Ausgangsleistung und einer niedrigen Ausgangsleistung eine Fehlerdiagnose der Pumpe nach Maßgabe einer Korrelation zwischen einer Veränderung der Temperatur des Kühlwassers und einer Steuerungseingabe zu der Pumpe auszuführen. Insbesondere wird eine Korrelation zwischen einer Steuerungseingabe der Pumpe und einer Veränderung der Ausgabe des Wassertemperatursensors berechnet, und falls diese Korrelation klein ist, kann bestimmt werden, dass die Pumpe versagt.
Bezug nehmend auf 11, die ein Beispiel für ein Zeitdiagramm im Fall einer Ausführung der Aufwärmsteuerung sowohl für den Katalysator als auch den Motor zeigt, wird gemäß der vorliegenden Erfindung während des Aufwärmens des Katalysators, bis die Temperatur des Katalysators seine Aktivierungstemperatur erreicht, der Zünd zeitpunkt verzögert und die Pumpe gestoppt, um die Fließgeschwindigkeit auf Null einzustellen. Während des Aufwärmens des Motors nach der Aktivierung des Katalysators wird der Zündzeitpunkt beschleunigt und, falls ein Klopfen erfasst wird, wird der Zündzeitpunkt verzögert, während die Fließgeschwindigkeit der Pumpe erhöht wird, um das Auftreten einer anormalen Verbrennung zu verhindern.
Nach der Vollendung des Aufwärmens des Motors wird die Pumpe in einem Beharrungszustand betrieben, und auch der Zündzeitpunkt wird zu einer normalen Position zurückgesetzt.
Bezug nehmend auf 12, welche Steuerungsziele der Fließgeschwindigkeit bei der Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wird das Kühlwasser blockiert, bis das Aufwärmen des Katalysators vollendet ist, um die Wärmestrahlung zum Kühlen zu minimieren, und nach Vollendung des Aufwärmens des Katalysators wird die Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers so gesteuert, dass sie so niedrig wie möglich ist, wie sie sein kann, bis das Aufwärmen des Motors vollendet ist. Nach der Vollendung des Aufwärmens des Motors wird die Fließgeschwindigkeit nach Maßgabe eines Werts der Wärmestrahlung zum Kühlen gesteuert, wodurch es möglich ist, ein frühes Aufwärmen des Katalysators und des Motors in optimaler Weise zu verwirklichen.
Weiterhin kann unter Bezugnahme auf 13, welche Steuerungsziele des Zündzeitpunkts bei der Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, durch Verzögern des Zündzeitpunkts bei ein und derselben Motorgeschwindigkeit während des Aufwärmens des Katalysators, aber durch Beschleunigen des Zündzeitpunkts bis zu einem kritischen Klopfwert während des Aufwärmens des Motors nach Vollendung des Aufwärmens des Katalysators in Bezug auf einen normalen Zündzeitpunkt nach Vollendung des Aufwärmens ein opti males frühes Aufwärmen verwirklicht werden. Das heißt, dass, falls der Zündzeitpunkt verzögert wird, eine Nachverbrennung in dem aus dem Zylinder des Motors ausgestoßenen Abgas verursacht wird, und dass dementsprechend die Temperatur des Abgases höher wird, wodurch es möglich ist, auf ein frühes Aufwärmen abzuzielen. Zu diesem Zeitpunkt ist, obwohl der Kühlverlust klein ist, er mehr oder weniger größer als jener bei dem normalen Zündzeitpunkt (effizienter Antrieb) nach Vollendung des Aufwärmens.
Unter Bezugnahme auf 14 bis 16 erfolgt nachstehend eine Erläuterung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bezug nehmend auf 14, welche die Konfiguration eines Motors bei einer zweiten Ausführungsform zeigt, ist diese Konfiguration die gleiche wie jene in 9 gezeigte, mit der Ausnahme, dass ein Turbolader 15 zum Vorverdichten der Ansaugluft in einem Ausströmungsrohr 11, ein Kühlungsdurchgang 6a zum Kühlen des Turboladers 15, ein Umgehungsdurchgang 6b, der den Kühlungsdurchgang 6a umgeht und ein Umgehungsventil 16 zum Blockieren der Strömung in dem Umgehungsströmungsdurchgang 6a vorgesehen sind.
Der Kühlungsdurchgang 6a und der Umgehungsdurchgang 6b werden durch eine Schaltsteuerung des Umgehungsventils 16 abwechselnd mit dem Motorkühlungsdurchgang 6 verbunden.
Bezug nehmend auf 15, welche ein Steuerungsflussdiagramm des Umgehungsventils 16 bei dieser Ausführungsform ist, wird bei Schritt 1501 ein Wert von dem Katalysatortemperatursensor 13 gelesen und bei Schritt 1502 wird bestimmt, ob die Temperatur des Katalysators größer als seine Aktivierungstemperatur ist oder nicht. Falls dies wahr ist, wird bei Schritt 1504 das Umgehungsventil 16 geschlossen (Voreinstellung). Falls dies indessen falsch ist, wird bei Schritt 1503 das Umgehungsventil 16 geöffnet, um das Kühlwasser, das während des Aufwärmens des Katalysators durch den Turbolader 15 fließt, umzuleiten.
Bezug nehmend auf 16, welche ein Zeitdiagramm im Falle einer Ausführung der Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, kann während des Aufwärmens des Katalysators durch Öffnen des Umgehungsventils 16 das Absinken der Temperatur des Abgases, welches verursacht wird, wenn das Abgas durch den Turbolader hindurchgeht, minimiert werden, wodurch es möglich ist, den Katalysator schnell aufzuwärmen. Es wird angemerkt, dass sogar während des Aufwärmens des Motors, falls ein Entlastungsventil zum Umleiten der Strömung des Abgases, das in eine Turboturbine strömt, geschlossen wird, keine Kühlung für den Turbolader erforderlich ist und dementsprechend das Umgehungsventil 16 geöffnet werden kann.
Bezug nehmend auf 17, welche eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, ist die Konfiguration dieser Ausführungsform die gleiche wie jene in 9 gezeigte, mit der Ausnahme, dass ein Ölkühler 18 zum Kühlen eines Getriebes 17, ein Kühlungsdurchgang 6c zum Kühlen des Ölkühlers 18 und ein Absperrventil 19 zum Blockieren des Kühlungsdurchgangs 6c vorgesehen sind.
Bezug nehmend auf 18, welche ein Steuerungsflussdiagramm des Absperrventils 19 bei dieser Ausführungsform zeigt, wird bei Schritt 1801 ein Wert von dem Katalysatortemperatursensor 13 gelesen und bei Schritt 1802 wird bestimmt, ob die Katalysatortemperatur nicht geringer als seine Aktivierungstemperatur ist oder nicht. Falls dies wahr ist, wird bei Schritt 1804 das Absperrventil 19 geöffnet, aber falls dies falsch ist, wird das Absperrventil 19 geschlossen.
Bezug nehmend auf 19, welche ein Zeitdiagramm im Fall einer Ausführung der Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wird während des Aufwärmens des Katalysators das Absperrventil 19 geschlossen, um zum Verringern der Wärmestrahlung zum Kühlen die Strömung des durch den Ölkühler 18 fließenden Kühlwassers abzusperren, und im Ergebnis steigt die Abgastemperatur an, wodurch es möglich ist, den Katalysator schnell aufzuwärmen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Steuern des Kühlsystems nach Maßgabe einer Katalysatortemperatur der Katalysator schnell aktiviert werden. Weiterhin kann bei der Kombination der Steuerung des Kühlsystems für den Motor oder dergleichen mit der Steuerung des Motors das Aufwärmen des Katalysators vor dem Aufwärmen des Motors erfolgen, während auf das Aufwärmen sowohl des Katalysators wie auch des Motors abgezielt wird. Somit ist es mit der Anwendung der vorliegenden Erfindung möglich, die Emission von Abgasen aufgrund einer frühen Aktivierung des Katalysators zu verringern und den Kraftstoffverbrauch aufgrund einer frühen Erwärmung des Verbrennungsmotors zu verbessern.
Es sollte ferner für den Fachmann klar sein, dass, obwohl die vorhergehende Beschreibung über Ausführungsformen der Erfindung erfolgte, die Erfindung nicht darauf beschränkt ist und verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne dass vom Umfang der beigefügten Ansprüche abgewichen wird.

Claims

Steuersystem für Verbrennungsmotor, das Kühlwasser (2) zum Kühlen des Motors (5), einen Umlaufdurchgang (6) für das Kühlwasser (2), eine Wasserpumpe (7) zum Steuern der Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers (6) und einen Katalysator (12) zum Reinigen von Abgasen aus dem Motor (5) beinhaltet, wobei der Kühlverlust und die Wärmestrahlung zum Kühlen in einer solchen Weise gesteuert werden, dass das Aufwärmen des Katalysators (12) vor dem Aufwärmen des Motors (5) ausgeführt wird, während bei einem Kaltstart des Motors (5) auf ein frühes Aufwärmen sowohl des Katalysators (12) als auch des Motors (5) abgezielt wird, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Temperatur des Katalysators (12) geringer als eine Aktivierungstemperatur ist, – eine Steuerung so durchgeführt wird, dass der Zündzeitpunkt gegenüber dem normalen verzögert wird und – die Wasserpumpe (7) gestoppt oder die Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers (2) so gesteuert wird, dass sie geringer als die normale ist, wenn die Temperatur des Katalysators (12) höher als die Aktivierungstemperatur ist, – eine Steuerung so durchgeführt wird, dass der Zündzeitpunkt gegenüber dem normalen beschleunigt wird, bis die Temperatur des Kühlwassers (2) eine Aufwärmtemperatur erreicht, die eine normale Betriebstemperatur des Motors (5) darstellt, und – die Wasserpumpe (7) gestoppt oder die Auslassgeschwindigkeit der Wasserpumpe (7) auf ein Minimum gesteuert wird.
Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei die Steuerung des Kühlverlusts durch Steuern eines Zündzeitpunkts ausgeführt wird und die Steuerung der Wärmestrahlung zum Kühlen durch Steuern der Fließgeschwindigkeit des Motorkühlwassers (2) mittels einer Wasserpumpe (7) ausgeführt wird, und wenn eine Temperatur des Katalysators (12) noch nicht ihre Aktivierungstemperatur erreicht hat, der Zündzeitpunkt unter Steuerung verzögert wird, um den Kühlverlust zu senken, während eine Fließgeschwindigkeit des Motorkühlwassers (2) auf Null oder weniger als eine normale Fließgeschwindigkeit eingestellt wird, um die Wärmestrahlung zum Kühlen zu verringern.
Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach irgendeinem der Ansprüche 1 und 2, wobei der Kühlverlust und die Wärmestrahlung zum Kühlen nach Maßgabe von mindestens entweder einer Temperatur des Motorkühlwassers (2) oder einer Temperatur des Katalysators (12) gesteuert werden.
Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wärmestrahlung zum Kühlen auf ein Minimum gesteuert wird, bis die Temperatur des Katalysators (12) auf die Aktivierungstemperatur ansteigt.
Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kühlverlust auf ein Maximum gesteuert wird, bis der Verbrennungsmotor (5) aufgewärmt ist, nachdem die Temperatur des Katalysators (12) die Aktivierungstemperatur erreicht.
Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Klopfsensor (14) zum Erfassen eines Klopfens des Verbrennungsmotors (5), wobei, wenn das Klopfen erfasst wird, der Zündzeitpunkt unter Steuerung verzögert und die Wasserpumpe (7) so gesteuert wird, dass die Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers (2) erhöht wird.
Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Kühlverlust durch Einstellen des AGR-Werts durch die Steuerung des AGR-Ventils und der Ansaug- und Ausstoßventile gesteuert wird.
Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei in einem Fall eines Verbrennungsmotors durch Kompressionszündung der Kühlverlust durch eine Einspritzzeiteinstellung gesteuert wird.