EP1045966B1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben und zur überwachung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben und zur überwachung einer brennkraftmaschine Download PDF

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EP1045966B1
EP1045966B1 EP99936349A EP99936349A EP1045966B1 EP 1045966 B1 EP1045966 B1 EP 1045966B1 EP 99936349 A EP99936349 A EP 99936349A EP 99936349 A EP99936349 A EP 99936349A EP 1045966 B1 EP1045966 B1 EP 1045966B1
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EP
European Patent Office
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internal combustion
combustion engine
operating
monitoring
torque
Prior art date
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EP99936349A
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EP1045966A1 (de
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Winfried Langer
Frank Bederna
Martin Streib
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP1045966B1 publication Critical patent/EP1045966B1/de
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    • F02D31/00—Use of speed-sensing governors to control combustion engines, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
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    • F02D41/2425—Particular ways of programming the data
    • F02D41/2429—Methods of calibrating or learning
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/2429—Methods of calibrating or learning
    • F02D41/2451—Methods of calibrating or learning characterised by what is learned or calibrated
    • F02D41/2454—Learning of the air-fuel ratio control

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for operating and monitoring an internal combustion engine.
  • FR-A 2 722 248 describes a procedure for operation an internal combustion engine known in at least one Operating condition with a lean air / fuel ratio is operated and at least one of the accelerator pedal actuation representative size and a the engine speed representative size is recorded, an optimal one Value for the air / fuel ratio is determined and with the deviation of this optimal value from the measured Air / fuel ratio value a correction the setting of the throttle valve of the internal combustion engine in In terms of regulating the measured value to the optimum Value takes place. Instructions for monitoring the operation not given.
  • This surveillance strategy offers a reliable and satisfactory one Monitoring the control of the internal combustion engine in the entire operating area. However, it is based on the measured air mass supplied to the internal combustion engine. In internal combustion engines that are at least in one operating state operated with a lean air / fuel mixture are determined from the measured air mass Torque or the determined power is not the actual one Values, so that the described monitoring only is conditionally operational.
  • a control procedure for a direct injected Gasoline engine is out of the DE-A 196 31 986 known.
  • This internal combustion engine is in essentially in two different operating modes, the Shift operation and homogeneous operation, controlled.
  • fuel is injected during the intake phase and throttled the internal combustion engine, in shift operation is injected into the compression phase and the Internal combustion engine operated without throttling.
  • a target torque value the one to be injected Fuel mass is implemented. Also going out a target throttle valve angle from this fuel mass to adjust the air supply to the internal combustion engine determined in the sense of setting a predetermined target value for the exhaust gas composition.
  • the latter does not apply for shift operation in which the internal combustion engine is not throttled, i.e. with the throttle valve open.
  • Homogeneous operation takes place at least in the area of higher loads instead of shift operation in the lower area Loads or in the partial load range. Activities for function monitoring of the control system are mentioned in the Publication not described.
  • the solution according to the invention allows an effective and satisfactory monitoring of the control of an internal combustion engine, the at least in some operating conditions is operated with a lean air / fuel mixture.
  • the fresh air supply is adjusted so that when an injection would take place with stoichiometric mixture composition would give a torque which does not lead to an impermissible vehicle reaction.
  • FIG. 1 shows a control device for controlling an internal combustion engine
  • FIG. 2 an embodiment the solution according to the invention as the flow diagram is preferred
  • Embodiment of an internal combustion engine with gasoline direct injection is outlined. How this solution works is illustrated in Figure 3 using timing diagrams.
  • a control unit 10 which as Elements at least one input circuit 12, at least one Microcomputer 14, an output circuit 16 and this one connecting communication system 18 includes.
  • the input circuit 12 are input lines supplied via the signals supplied by corresponding measuring devices which represent company sizes or from which company sizes are derivable.
  • FIG Input line 20 which the control unit with a measuring device 22 which connects a the degree of actuation ⁇ representing the accelerator pedal size.
  • an input line 24 is provided, which is from a Measuring device 26 originates and via which the engine speed NMOT representative size is supplied.
  • an input line 28 to the control unit 10 Measuring device 30, which is the supplied air mass HFM representing signal.
  • An input line 32 leads from a measuring device 34 a size that the current IGES translation in the drive train corresponds. Further input lines 36 to 40 are provided, the operating variables representative signals from measuring devices Bring 42 to 46. Examples of such company sizes, the use in the control of the internal combustion engine find, are temperature variables, the position of the throttle valve angle, etc. Go to control the internal combustion engine in the embodiment shown in Figure 1 by the Output circuit 16 output lines 48 to 52 for control of the injection valves 54 and an output line 56 to control the throttle valve adjustable by electric motor 58 out. In addition, at least not shown Lines are provided to control the ignition.
  • the Fuel and air supply according to a predetermined Air / fuel ratio controlled.
  • the latter can be lean be or during operation depending on the operating situation between a fat, an almost stoichiometric or change a lean attitude.
  • a torque setpoint is formed, which in a value for the fuel mass to be injected is implemented.
  • the conversion is done, for example taking into account the engine speed and the respective current operating mode.
  • Switching between homogeneous and Shift operation takes place, for example, depending on the load condition the internal combustion engine. So the internal combustion engine e.g. with higher load in homogeneous operation, with low load, also operated at idle and at partial load in shift operation. In homogeneous operation it depends on the calculated Fuel mass taking into account the current operating status the internal combustion engine a target throttle valve angle calculated, depending on the electromotive adjustable throttle valve and thus the air supply is set to the internal combustion engine.
  • control unit described in Figure 1 is used depending on the embodiment for the control of an intake manifold injection engine, the lean is operated, or to control a Engines with direct petrol injection.
  • the satisfactory functionality is in lean operation the comparison for monitoring the Function of the control of the internal combustion engine is not guaranteed.
  • monitoring of the control function is provided, at least in a particular Operating state only an operation with stoichiometric or almost stoichiometric or with a rich air / fuel ratio or with limited fresh air supply. This allows the torque and power monitoring mentioned at the beginning satisfactory in this operating state be performed.
  • the at least one operating state is an operating state, in which the accelerator pedal is almost released, especially his position falls below a predetermined threshold and the engine speed exceeds a limit. Then only at least one of the operating modes shown above authorized. If deviations e.g. by virtue of If the torque monitoring is recognized, error measures are initiated. The speed is below the limit and / or the accelerator pedal position above the threshold operation with a lean air / fuel ratio is permitted. Monitoring by torque comparison takes place not instead.
  • the engine speed is above a threshold value (e.g. 1500 rev / min), the Fuel supply switched off (overrun cut-off).
  • a threshold value e.g. 1500 rev / min
  • the Fuel supply switched off overrun cut-off
  • the Throttle valve and thus the fresh air supply set so that there is an engine torque in the range of the idle torque would, if instead of the fuel cut-off e.g. as a result of a fault condition to the fresh air quantity or mass stoichiometric fuel quantity or mass injected would.
  • the throttle valve position is over a corresponding speed-dependent characteristic curve is set.
  • the known moment or performance comparison based on one from one measured, representing the fresh air quantity or mass Signal calculated comparison value instead. exceeds the comparison value the maximum allowable, the Power supply for the electrically controlled throttle valve switched off and / or the fuel supply is interrupted.
  • a maximum engine speed For example, 1500 rev / min. exceeds the actual speed this maximum speed becomes the fuel supply switched off to the internal combustion engine until the engine speed drops below the maximum speed again. On increased rail pressure cannot have a negative impact, are undesired operating situations in this operating phase effectively avoided.
  • a maximum speed is not only in idle mode, i.e. with the accelerator pedal released, specified, but in the entire accelerator pedal position range. There is a characteristic curve filed in which the maximum speed depends on the degree of actuation the accelerator pedal is read out. exceeds the actual speed is the maximum speed depending on the degree of actuation, the fuel supply is switched off as shown above.
  • ⁇ stoichiometric operation
  • the Torque comparison known from the prior art mentioned at the outset carried out.
  • the fuel mass does not have to be taken into account are recognized so that possible error states and unwanted operating situations in this operating state be effectively avoided.
  • torque monitoring is a corresponding monitoring of the performance of the internal combustion engine carried out.
  • FIG. 1 A preferred embodiment for an internal combustion engine with gasoline direct injection is based on the flow chart a computer program is outlined in FIG. A corresponding one Program results from the application of the described Solution for intake manifold injectors.
  • the program is started at specified time intervals.
  • the necessary operating parameters such as degree of actuation ⁇ , engine speed NMOT, Gear ratio IGES and, if applicable, catalyst temperature TKAT read.
  • the degree of actuation checked with a limit value, whether the accelerator pedal is in neutral (LL). If this is not the case, the program is ended and the initiated next time.
  • step 108 the permissible torque MZUL as well as on the basis of air mass and other farm sizes the current actual torque MIST is determined.
  • Step 110 becomes the actual torque with the maximum allowable Moment compared. If the actual torque exceeds the maximum permissible torque, an error reaction becomes step 112 initiated, for example, the fuel supply is switched off and / or the electrically controllable throttle valve is de-energized connected. This is then reset by a device returned to their rest position. Exceeds that If the maximum torque is not the moment, the program will as ended after step 112 and at the next time performed again.
  • Step 104 has indicated that the fuel cut would be carried out above the limit speed so in step 114 the current engine speed NMOT with compared to the predetermined limit value N0. Exceeds the Engine speed this limit value, according to step 116 Fuel supply switched off. Furthermore, as described above the fresh air supply is limited. Then the program as in the case of a no answer in step 104 or continued with step 110.
  • the mode of operation is like known in the context of torque or performance comparison checked so that the program shown in Figure 2 only when operating in shifts, i.e. when injected into the Compression phase is run through.
  • Figure 3 The embodiment described in Figure 2 is in Figure 3 using an exemplary operating situation with the help illustrated by time diagrams.
  • Figure 3a shows the Course of the degree of actuation ⁇ over time
  • Figure 3b the engine speed NMOT or the limit value N0 of the engine speed
  • Figure 3c the course of the maximum allowable torque MZUL and the actual torque MIST.
  • Figure 3d the Operating state Switch off the fuel supply using a bivalent signal over time.
  • FIG. 3b shows how the engine speed changes NMOT (solid line) according to the driver specification (see Figure 3a) changed.
  • NMOT solid line
  • N0 dashed line
  • Exceeds at time T1 the engine speed is the limit value (see FIG. 3b), at time T2, the limit is again undershot. Therefore, between the times T1 and T2 according to FIG. 3d the fuel supply is switched off. The course is in FIG.

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben und zur Überwachung einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei welchem in wenigstens einem Betriebszustand mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis betrieben wird, wobei wenigstens eine den Fahrpedalbetätigungsgrad repräsentierende Grösse und eine die Motordrehzahl repräsentierende Grösse erfasst wird und in wenigstens einem Betriebszustand nur ein Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem näherungsweisen stöchiometrischen oder fetten Gemisch und/oder nur ein Betrieb mit begrenzter Luftzufuhr zulässig ist und der Betrieb auf Basis wenigstens einer Betriebsgrösse der Brennkraftmaschine überwacht wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben und zur Überwachung einer Brennkraftmaschine.
Aus der FR-A 2 722 248 ist eine Vorgehensweise zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, die in wenigstens einem Betriebszustand mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis betrieben wird und wobei wenigstens eine die Fahrpedalbetätigungsgrad repräsentierende Größe und eine die Motordrehzahl repräsentierende Größe erfasst wird, daraus ein optimaler Wert für das Luft-/Kraftstoffverhältnis ermittelt wird und mit der Abweichung dieses optimalen Wertes vom gemessenen Wert des Luft-/Kraftstoffverhältnisses eine Korrektur der Einstellung der Drosselklappe der Brennkraftmaschine im Sinne einer Regelung des gemessenen Wertes an den optimalen Wert stattfindet. Hinweise zur Überwachung des Betriebs werden nicht gegeben.
Aus der DE-A 195 36 038 (US-Patent 5 692 472) wird die Überwachung der Steuerung einer herkömmlichen Brennkraftmaschine auf Drehmomentenbasis dargestellt. Dort wird wenigstens auf der Basis der Fahrpedalstellung ein maximal zulässiges Drehmoment oder eine maximal zulässige Leistung ermittelt. Ferner wird das aktuelle Drehmoment bzw. die aktuelle Leistung der Brennkraftmaschine abhängig von Motordrehzahl, Zündwinkeleinstellung und Last (Luftmasse, etc.) berechnet. Zur Überwachung wird der maximal zulässige Wert mit dem berechneten aktuellen Wert verglichen. Fehlerreaktionsmaßnahmen werden eingeleitet, wenn der aktuelle Wert den maximal zulässigen überschreitet. Die Fehlerreaktionsmaßnahmen bestehen in einer Leistungsbeschränkung, zum Beispiel in einer Abschaltung der Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine, bis der aktuelle Wert den maximal zulässigen wieder unterschreitet.
Diese Überwachungsstrategie bietet eine zuverlässige und zufriedenstellende Überwachung der Steuerung der Brennkraftmaschine im gesamten Betriebsbereich. Die basiert allerdings auf der gemessenen der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse. Bei Brennkraftmaschinen, die zumindest in einem Betriebszustand mit magerem Luft-/Kraftstoff-Gemisch betrieben werden, entspricht das aus der gemessenen Luftmasse ermittelte Drehmoment bzw. die ermittelte Leistung nicht den tatsächlichen Werten, so daß die beschriebene Überwachung nur bedingt einsatzfähig ist.
Dies gilt vor allem für Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung, da dort im Schichtbetrieb die erfaßte Luftmasse und der eingestellte Zündwinkel zur Berechnung des aktuellen Drehmoments nicht ausreichend ist. Die nicht meßbare, eingespritzte Kraftstoffmasse besitzt hier wie bei allen mager betriebenen Motoren einen starken Einfluß auf das Drehmoment, der durch die Vorgehensweise im Stand der Technik nicht berücksichtigt werden kann. Insbesondere die Kraftstoffmasse kann aber durch Fehlereinflüsse wie ein zu hoher Raildruck oder ein zu langsam schließendes Einspritzventil zu hoch sein, so daß ein zu hohes Drehmoment auftreten kann und somit ungewollte Betriebszustände der Brennkraftmaschine sich ergeben können.
Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen zur Überwachung der Steuerung einer Brennkraftmaschine anzugeben, die zumindest in einigen Betriebszuständen mit einem mageren Luft-/Kraftstoffgemisch betrieben wird.
Dies wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.
Eine Vorgehensweise zur Steuerung für eine direkteingespritzte Benzinbrennkraftmaschine ist aus der DE-A 196 31 986 bekannt. Diese Brennkraftmaschine wird im wesentlichen in zwei unterschiedlichen Betriebsarten, dem Schichtbetrieb und einem Homogenbetrieb, gesteuert. Im Homogenbetrieb wird Kraftstoff während der Ansaugphase eingespritzt und die Brennkraftmaschine gedrosselt, im Schichtbetrieb wird in die Verdichtungsphase eingespritzt und die Brennkraftmaschine ungedrosselt betrieben.
Im Homogenbetrieb wird zumindest aus der Stellung eines Fahrpedals ein Sollmomentenwert bestimmt, der in eine einzuspritzende Kraftstoffmasse umgesetzt wird. Ferner wird ausgehend von dieser Kraftstoffmasse ein Solldrosselklappenwinkel zur Einstellung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine bestimmt im Sinne einer Einstellung eines vorgegebenen Sollwertes für die Abgaszusammensetzung. Letzteres gilt nicht für den Schichtbetrieb, in dem die Brennkraftmaschine ungedrosselt, d.h. mit geöffneter Drosselklappe, betrieben wird. Der Homogenbetrieb findet zumindest im Bereich höherer Lasten statt, während der Schichtbetrieb im Bereich niederer Lasten bzw. im Teillastbereich Anwendung findet. Maßnahmen zur Funktionsüberwachung des Steuersystems werden in der genannten Veröffentlichung nicht beschrieben.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt eine wirkungsvolle und zufriedenstellende Überwachung der Steuerung einer Brennkraftmaschine, die zumindest in einigen Betriebszuständen mit einem mageren Luft-/Kraftstoffgemisch betrieben wird.
Besondere Vorteile zeigen sich bei der Überwachung der Funktion der Steuerung von Brennkraftmaschinen mit Benzindirekteinspritzung.
Von besonderem Vorteil ist, daß beim Betrieb der Brennkraftmaschine mit magerem Gemisch abhängig von der Fahrpedalstellung eine maximal zulässige Drehzahl abgeleitet wird, oberhalb derer die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine begrenzt wird. Dies erfolgt vorzugsweise durch Schließen der Drosselklappe.
Von besonderem Vorteil ist, daß lediglich bei losgelassenem Fahrpedal, d.h. bei Pedalstellung Leerlauf, eine Maximaldrehzahl vorgegeben wird, oberhalb derer die Luftzufuhr begrenzt wird. Dadurch wird zumindest ein besonders kritischer Betriebszustand durch eine genaue und sichere Fehlererkennung abgedeckt, so daß es in diesem Betriebszustand zu keiner ungewollten Betriebssituationen kommt.
Dadurch wird sichergestellt, daß bei abgeschaltetem Kraftstoff z.B. durch ein undichtes Einspritzventil weiterhin zu einem zündfähigen Gemisch kommt, das Drehmoment bzw. die Leistung nicht unzulässig hoch wird. In vorteilhafter Weise wird die Frischluftzufuhr so eingestellt, daß wenn eine Einspritzung erfolgen würde, sich bei stöchiometrischer Gemischzusammensetzung ein Drehmoment ergeben würde, welches zu keine unzulässigen Fahrzeugreaktion führt.
Von besonderem Vorteil ist ergänzend oder alternativ zur obigen Lösung das Umschalten auf stöchiometrischen oder fetten Betrieb, wobei dann auf das aus dem Stand der Technik bekannte Überwachungsverfahren zurückgegriffen wird. In vorteilhafter Weise wird dies durchgeführt, wenn das Fahrpedal losgelassen ist. Auch hier es vorteilhaft, wenn die zugeführte Frischluftmenge durch Steuerung der Drosselklappe abhängig von Fahrervorgabe und Drehzahl so eingestellt wird, daß sich ein Leerlaufmoment ergibt. Überschreitet dann das aktuell berechnete Moment oder die aktuell berechnete Leistung, so wird dieser Fehler erkannt und Gegenmaßnahmen eingeleitet.
In besonders vorteilhafter Weise wird bei losgelassenem Pedal die Maximaldrehzahl zur Überwachung herangezogen und die Frischluftmenge begrenzt, wobei entweder gleichzeitig SCKraftstoffzufuhr abgeschaltet wird oder in besonderen Betriebszuständen, in denen z.B. ein Abschalten oberhalb der Drehzahl beispielsweise aufgrund eines heißen Katalysators oder aus Komfortgründen z.B. im ersten Gang nicht stattfinden kann, der stöchiometrische Betrieb eingeleitet wird. In beiden Fällen wird auf das bekannte Überwachungsverfahren basierend auf der ermittelten Luftzufuhr zurückgegriffen.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt Figur 1 eine Steuereinrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, während in Figur 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung als Flußdiagramm am bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung skizziert ist. Die Wirkungsweise dieser Lösung ist in Figur 3 anhand von Zeitdiagrammen verdeutlicht.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In Figur 1 ist eine Steuereinheit 10 dargestellt, welche als Elemente zumindest eine Eingangsschaltung 12, wenigstens einen Mikrocomputer 14, eine Ausgangsschaltung 16 und ein diese verbindendes Kommunikationssystem 18 umfaßt. Der Eingangsschaltung 12 werden Eingangsleitungen zugeführt, über die von entsprechenden Meßeinrichtungen Signale zugeführt werden, die Betriebsgrößen repräsentieren oder aus denen Betriebsgrößen ableitbar sind. In Bezug auf die nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Lösung sind in Figur 1 eine Eingangsleitung 20 dargestellt, welche die Steuereinheit mit einer Meßeinrichtung 22 verbindet, die ein den Betätigungsgrad β des Fahrpedals repräsentierende Größe ermittelt. Ferner ist eine Eingangsleitung 24 vorgesehen, die von einer Meßeinrichtung 26 stammt und über die ein die Motordrehzahl NMOT repräsentierende Größe zugeführt wird. Ferner verbindet eine Eingangsleitung 28 die Steuereinheit 10 mit einer Meßeinrichtung 30, welche ein die zugeführte Luftmasse HFM repräsentierendes Signal abgibt. Eine Eingangsleitung 32 führt von einer Meßeinrichtung 34 eine Größe zu, die der aktuellen Übersetzung IGES im Antriebsstrang entspricht. Ferner sind Eingangsleitungen 36 bis 40 vorgesehen, die Betriebsgrößen repräsentierende Signale von Meßeinrichtungen 42 bis 46 herbeiführen. Beispiele für derartige Betriebsgrößen, die bei der Steuerung der Brennkraftmaschine Verwendung finden, sind Temperaturgrößen, die Stellung des Drosselklappenwinkels, etc. Zur Steuerung der Brennkraftmaschine gehen in dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel von der Ausgangsschaltung 16 Ausgangsleitungen 48 bis 52 zur Steuerung der Einspritzventile 54 sowie eine Ausgangsleitung 56 zur Steuerung der elektromotorisch verstellbaren Drosselklappe 58 aus. Daneben sind zumindest nicht dargestellte Leitungen zur Steuerung der Zündung vorgesehen.
Auf der Basis des Betätigungsgrads β des Fahrpedals wird die Kraftstoff- und Luftzufuhr nach Maßgabe eines vorbestimmten Luft-/Kraftstoffverhältnisses gesteuert. Letzteres kann mager sein oder während des Betriebs je nach Betriebssituation sich zwischen einer fetten, einer nahezu stöchiometrischen oder einer mageren Einstellung verändern.
Bei der Steuerung von Motoren mit Benzindirekteinspritzung gemäß dem eingangs genannten Stand der Technik wird auf der Basis des Betätigungsgrads β ein Momentensollwert gebildet, welcher in einen Wert für die einzuspritzende Kraftstoffmasse umgesetzt wird. Die Umrechnung erfolgt beispielsweise unter Berücksichtigung der Motordrehzahl und des jeweilig aktuellen Betriebsart. Die Umschaltung zwischen Homogen- und Schichtbetrieb erfolgt beispielsweise abhängig vom Lastzustand der Brennkraftmaschine. So wird die Brennkraftmaschine z.B. bei höherer Last im Homogenbetrieb, bei niedriger Last, auch im Leerlauf und bei Teillast im Schichtbetrieb betrieben. Im Homogenbetrieb wird abhängig von der berechneten Kraftstoffmasse unter Berücksichtigung des aktuellen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine ein Solldrosselklappenwinkel berechnet, in dessen Abhängigkeit die elektromotorisch verstellbare Drosselklappe und damit die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine eingestellt wird. Dabei wird ein vorgegebener Sollwerte für das Luft-Kraftstoffverhältnis berücksichtigt. Im Schichtbetrieb arbeitet die Brennkraftmaschine ungedrosselt, d.h. mit magerer Gemischzusammensetzung. Eine Einstellung der Drosselklappe findet nicht statt. Umschaltstrategien zwischen den beiden Betriebszuständen sind z.B. aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt.
Die in Figur 1 beschriebene Steuereinheit dient je nach Ausführungsbeispiel für die Steuerung eines Saugrohreinspritzermotors, der mager betrieben wird, oder zur Steuerung eines Motors mit Benzindirekteinspritzung.
Im Magerbetrieb ist die zufriedenstellende Funktionsfähigkeit der eingangs genannten Vergleich zur Überwachung der Funktion der Steuerung des Brennkraftmaschine nicht gewährleistet. Um dennoch auch diesen Steuerungskonzepten eine zufriedenstellende Überwachung der Steuerungsfunktion bereitzustellen, ist vorgesehen, wenigstens in einem bestimmten Betriebszustand nur einen Betrieb mit stöchiometrischem bzw. nahezu stöchiometrischem oder mit fettem Luft-/Kraftstoffverhältnis oder mit begrenzter Frischluftzufuhr zuzulassen. Dadurch kann die eingangs genannte Momenten- bzw. Leistungsüberwachung in diesem Betriebszustand zufriedenstellend durchgeführt werden.
Der wenigstens eine Betriebszustand ist ein Betriebszustand, in dem das Fahrpedal nahezu losgelassen ist, insbesondere seine Stellung einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet und die Motordrehzahl einen Grenzwert überschreitet. Dann wird nur wenigstens eine der oben dargestellten Betriebsarten zugelassen. Werden Abweichungen z.B. aufgrund der Momentenüberwachung erkannt, werden Fehlermaßnahmen eingeleitet. Ist die Drehzahl unterhalb des Grenzwertes und/oder die Fahrpedalstellung oberhalb des Schwellenwerts ist der Betrieb mit magerem Luft-/Kraftstoffverhältnis zugelassen. Eine Überwachung durch Momentenvergleich findet nicht statt.
Ist im bestimmten Betriebszustand die Motordrehzahl oberhalb eines Schwellenwerts (z.B. 1500 Umdr./min), so wird die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet (Schubabschaltung). Gleichzeitig beim Betrieb mit begrenzter Frischluftzufuhr wird die Drosselklappe und damit die Frischluftzufuhr so eingestellt, daß sich ein Motormoment im Bereich des Leerlaufmoments ergeben würde, wenn anstelle der Schubabschaltung z.B. infolge eines Fehlerzustandes eine zur Frischluftmenge bzw. -masse stöchiometrische Kraftstoffmenge bzw. -masse eingespritzt würde. Beispielsweise wird die Drosselklappenstellung über eine entsprechende drehzahlabhängige Kennlinie eingestellt.
Dies gilt auch, wenn die Brennkraftmaschine mit einem stöchiometrischem bzw. nahezu stöchiometrischem oder mit einem fettem Luft-/Kraftstoffverhältnis betrieben wird. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn die Schubabschaltung z.B. aus Abgasgründen nicht erlaubt ist, also Kraftstoff eingespritzt wird. Auch hier wird die Frischluftmenge bzw. -masse und damit die Kraftstoffmenge bzw. -masse derart begrenzt, daß sich ein im Bereich des Leerlaufmoments liegender Momentenwert ergibt. Ist die Drehzahl unterhalb des Schwellenwerts, übernimmt der Leerlaufregler die Momentensteuerung.
Während des Betriebs mit stöchiometrischem bzw. nahezu stöchiometrischem oder mit fettem Luft-/Kraftstoffverhältnis oder mit begrenzter Frischluftzufuhr findet der bekannte Momenten- bzw. Leistungsvergleich auf der Basis eines aus einem gemessenen, die Frischluftmenge bzw. -masse repräsentierenden Signals berechneten Vergleichswert statt. Überschreitet der Vergleichwert den maximal zulässigen, wird die Stromzufuhr für die elektrisch gesteuerte Drosselklappe abgeschaltet und/oder die Kraftstoffzufuhr unterbrochen.
Wird die Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung betrieben, wird im Schichtbetrieb zur Fehlererkennung in einem ersten Ausführungsbeispiel überprüft, ob das Fahrpedal sich in Leerlaufstellung befindet, d.h. vollständig losgelassen ist. In diesem Betriebszustand wird eine Maximalmotordrehzahl, beispielsweise 1500 Umdr./min vorgegeben. Überschreitet die Istdrehzahl diese Maximaldrehzahl wird die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine abgeschaltet, bis die Motordrehzahl wieder unter die Maximaldrehzahl absinkt. Ein erhöhter Raildruck kann sich daher nicht negativ auswirken, ungewollte Betriebssituationen in dieser Betriebsphase sind wirksam vermieden. In einem ergänzenden Ausführungsbeispiel wird eine Maximaldrehzahl nicht nur im Betriebszustand Leerlauf, d.h. bei losgelassenem Fahrpedal, vorgegeben, sondern im gesamten Fahrpedalstellungsbereich. Dabei ist eine Kennlinie abgelegt, in der die Maximaldrehzahl abhängig vom Betätigungsgrad des Fahrpedals ausgelesen wird. Überschreitet die Istdrehzahl die vom Betätigungsgrad abhängige Maximaldrehzahl, wird die Kraftstoffzufuhr wie oben dargestellt abgeschaltet.
Alternativ wird in wenigstens einem Betriebszustand bei Schichtbetrieb, zumindest, wenn sich das Fahrpedal in Leerlaufstellung befindet, auf stöchiometrischen Betrieb umgeschaltet (λ = 1). In diesem Betriebszustand wird dann der aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannte Momentenvergleich durchgeführt. Die Kraftstoffmasse muß nicht berücksichtigt werden, so daß mögliche Fehlerzustände erkannt und ungewollte Betriebssituationen in diesem Betriebszustand wirksam vermieden werden. Anstelle einer Momentenüberwachung wird eine entsprechende Überwachung der Leistung der Brennkraftmaschine durchgeführt.
Ferner können diese beiden Maßnahmen kombiniert werden. Dabei wird bei Schichtbetrieb zunächst der Maximaldrehzahlvergleich durchgeführt. In Betriebszuständen, in denen eine Kraftstoffabschaltung oberhalb der vorgegebenen Motordrehzahl nicht durchgeführt wird, beispielsweise in Betriebszuständen, in denen die Motordrehzahl aufgrund eines heißen Katalysators überschritten werden muß oder aus Komfortgründen, wie beispielsweise im ersten Gang, nicht durchgeführt wird, wird auf λ=1-Betrieb umgeschaltet. In diesen speziellen Betriebssituationen wird dann der oben genannte Momenten- oder Leistungsvergleich zur Fehlerüberwachung eingesetzt.
Ergebnis ist somit eine zufriedenstellende Überwachung einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung, wobei im Homogenbetrieb die aus dem Stand der Technik bekannte Momenten- bzw. Leistungsüberwachung durchgeführt wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung ist anhand des Flußdiagramms in Figur 2 ein Rechnerprogramm skizziert. Ein entsprechendes Programm ergibt sich bei der Anwendung der beschriebenen Lösung bei Saugrohreinspritzern.
Das Programm wird in vorgegebenen Zeitintervallen gestartet. Im ersten Schritt 100 werden die notwendigen Betriebsgrößen wie beispielsweise Betätigungsgrad β, Motordrehzahl NMOT, Getriebeübersetzung IGES und ggf. Katalysatortemperatur TKAT eingelesen. Im darauffolgenden Schritt 102 wird durch Vergleich des Betätigungsgrades mit einem Grenzwert überprüft, ob sich das Fahrpedal in Leerlaufstellung (LL) befindet. Ist dies nicht der Fall, wird das Programm beendet und zum nächsten Zeitpunkt eingeleitet.
Ist dies der Fall, so wird gemäß Schritt 104 überprüft, ob eine Kraftstoffabschaltung oberhalb der bei Leerlaufstellung des Fahrpedals vorgegebenen Maximaldrehzahl nicht durchgeführt werden würde. Dies wird z.B. anhand der Getriebeübersetzung und/oder der Katalysatortemperatur ermittelt. Ist die Katalysatortemperatur hoch und/oder weist die Getriebeübersetzung auf einen eingelegten ersten Gang hin, wird die Abschaltung nicht durchgeführt. In diesem Fall wird gemäß Schritt 106 auf stöchiometrischen Betrieb (λ=1-Betrieb) umgeschaltet bzw. der bereits eingeleitete stöchiometrische Betrieb weitergeführt. Ferner wird zumindest für Motordrehzahl oberhalb des Leerlaufbereichs die Frischluftzufuhr begrenzt, inden die Drosselklappe entsprechend gesteuert wird. Dadurch wird eine Einstellung der Drosselklappe und damit der Frischluftzufuhr sichergestellt, die zu einem Leerlaufmoment führt. Kann dies in fehlerhafter Weise nicht erfolgen oder wurde der stöchiometrische Betrieb nicht oder nicht vollständig eingeleitet, wird ein wie nachfolgend beschrieben ein Fehler erkannt. Anstelle einer nahezu stöchiometrischen Einstellung kann auch eine fette Einstellung des Gemischs erfolgen. Daraufhin wird im Schritt 108 wie bekannt auf der Basis des Betätigungsgrades des Fahrpedals sowie ggf. weiterer Betriebsgrößen das zulässige Drehmoment MZUL sowie auf der Basis der Luftmasse und weiteren Betriebsgrößen das aktuelle Istmoment MIST bestimmt. Im nächsten Schritt 110 wird das Istmoment mit dem maximal zulässigen Moment verglichen. Überschreitet das Istmoment das maximal zulässige Moment, wird gemäß Schritt 112 eine Fehlerreaktion eingeleitet, beispielsweise die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet und/oder die elektrisch steuerbare Drosselklappe stromlos geschaltet. Diese wird dann durch eine Rückstelleinrichtung in ihre Ruheposition zurückgeführt. Überschreitet das Istmoment das maximal zulässige Moment nicht, wird das Programm wie nach Schritt 112 beendet und zum nächsten Zeitpunkt erneut durchgeführt.
Hat Schritt 104 ergeben, daß die Abschaltung der Kraftstoffzufuhr oberhalb der Grenzdrehzahl durchgeführt werden würde, so wird im Schritt 114 die aktuelle Motordrehzahl NMOT mit dem vorgegebenen Grenzwert N0 verglichen. Überschreitet die Motordrehzahl diesen Grenzwert, wird gemäß Schritt 116 die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet. Ferner wird wie oben beschrieben die Frischluftzufuhr begrenzt. Danach das Programm wie im Falle einer Nein-Antwort im Schritt 104 beendet oder mit Schritt 110 fortgeführt.
In einem anderen Ausführungsbeispiel wird im Schritt 106 nicht λ=1-Betrieb, sondern ein Betrieb mit einem anderen vorgegebenen λ-Wert durchgeführt, wobei bei der Istmomentenberechnung die Abweichung des λ-Werts von 1 berücksichtigt wird.
Im Homogenbetrieb, in dem die Kraftstoffmasse während der Ansaugphase eingespritzt wird, wird die Funktionsweise wie bekannt im Rahmen des Momenten- oder Leistungsvergleichs überprüft, so daß das in Figur 2 dargestellte Programm nur bei Betrieb im Schichtbetrieb, d.h. bei Einspritzung in die Verdichtungsphase durchlaufen wird.
Das in Figur 2 beschriebene Ausführungsbeispiel ist in Figur 3 anhand einer beispielhaften Betriebssituation mit Hilfe von Zeitdiagrammen verdeutlicht. Figur 3a zeigt dabei den Verlauf des Betätigungsgrades β über der Zeit, Figur 3b den der Motordrehzahl NMOT bzw. des Grenzwertes N0 der Motordrehzahl, Figur 3c den Verlauf des maximal zulässigen Moments MZUL sowie des Istmoments MIST. In Figur 3d ist der Betriebszustand Abschalten der Kraftstoffzufuhr anhand eines zweiwertigen Signals über der Zeit dargestellt.
Zunächst sei das Fahrpedal betätigt. Bis zum Zeitpunkt T0 (vgl. Figur 3a) läßt der Fahrer das Pedal los, so daß ab dem Zeitpunkt T0 für die restliche Zeit des dargestellten Betriebszustandes das Fahrpedal sich in Leerlaufstellung befindet. Die Brennkraftmaschine wird im Schichtbetrieb betrieben. In Figur 3b ist dargestellt, wie sich die Motordrehzahl NMOT (durchgezogene Linie) entsprechend der Fahrervorgabe (vgl. Figur 3a) verändert. Zum Zeitpunkt T0 ist die Leerlaufdrehzahl erreicht. Es wird die Grenzdrehzahl N0 (gestrichelte Linie) vorgegeben. Zum Zeitpunkt T1 überschreitet die Motordrehzahl den Grenzwert (vgl. Figur 3b), zum Zeitpunkt T2 wird der Grenzwert wieder unterschritten. Daher wird zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 gemäß Figur 3d die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet. In Figur 3c ist der Verlauf des maximal zulässigen Moments (gestrichelte Linie) und des aktuellen Istmoments (durchgezogene Linie) dargestellt. Vor dem Zeitpunkt T0 verläuft das Istmoment und das maximal zulässige Moment im wesentlichen entsprechend der Fahrervorgabe β. Ab dem Zeitpunkt T0 wird das für den Leerlaufzustand ein maximal zulässiges Moment vorgegeben. Zu den Zeitpunkten T1 und T2 wird die Überprüfung anhand des Motordrehzahlverlaufes durchgeführt. Nach dem Zeitpunkt T2 wird auf stöchiometrischen Betrieb umgeschaltet. Dies bedeutet, daß in diesem Fall die Überwachung auf der Basis der Momentensignale stattfindet. Überschreitet das Istmoment also zum Zeitpunkt T3 das maximal zulässige Moment und unterschreitet es dieses Moment zum Zeitpunkt T4, so wird zwischen den Zeitpunkten T3 und T4 die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet (vgl. Figur 3d). Zur Verdeutlichung ist der Motordrehzahlverlauf und der Istmomentenverlauf deutlich voneinander getrennt aufgezeichnet. In der zweiten Betriebsphase führt daher ein Überschreiten der Grenzdrehzahl durch die Motordrehzahl nicht zu einer Kraftstoffabschaltung, sondern lediglich die Überschreitung des maximal zulässigen Moments durch das Istmoment zum Zeitpunkt T3.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Betreiben und zur Überwachung einer Brennkraftmaschine, die in wenigstens einem Betriebsbereich mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis betrieben wird, wobei wenigstens eine den Fahrpedalbetätigungsgrad repräsentierende Größe und eine die Motordrehzahl repräsentierende Größe erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Betriebszustand in dem Betriebsbereich, in dem die Brennkraftmaschine mit magerem Luft-/Kraftstoffverhältnis betrieben wird, ein Betrieb der Brennkraftmaschine nur mit einem näherungsweise stöchiometrischen oder fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis und/oder mit begrenzter Luftzufuhr zulässig ist und eine Überwachung des Betriebs der Brennkraftmaschine auf der Basis wenigstens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine durchgeführt wird, wenn ein solcher Betrieb der Brennkraftmaschine erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Betrieb mit einem näherungsweisen stöchiometrischen oder fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis die Luftzufuhr so eingestellt wird, daß sich ein Drehmoment oder eine Leistung im Bereich des Leerlaufwerts sich ergibt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Betrieb mit begrenzter Luftzufuhr und abgeschalteter Kraftstoffzufuhr die Luftzufuhr derart eingestellt wird, daß sich ein Motormoment bzw. eine Motorleistung im Bereich des Leerlaufwerts ergeben würde, wenn eine zur Luftzufuhr in etwa stöchiometrische Kraftstoffmenge eingespritzt würde.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Betriebszustand abhängig von Fahrpedalbetätigungsgrad und Motordrehzahl bestimmt wird, insbesondere dann vorliegt, wenn bei einem Fahrpedalbetätigungsgrad unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts, vorzugsweise nahe der Leerlaufstellung, eine Motordrehzahl oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts vorliegt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem wenigstens einen Betriebszustand ein maximal zulässiges Drehmoment oder eine maximal zulässige Leistung berechnet wird, dieser Wert mit einem Vergleichswert verglichen wird und ein Fehler erkannt wird, wenn der Vergleichswert den zulässigen Wert überschreitet.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichswert aus wenigstens einem die aktuelle Luftzufuhr repräsentierenden Signal berechnet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei erkanntem Fehler die Stromzufuhr zu einer elektrisch betätigten Drosselklappe unterbrochen wird und/oder die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird.
  8. Vorrichtung zum Betreiben und zur Überwachung einer Brennkraftmaschine, die in wenigstens einem Betriebsbereich mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis betrieben wird, mit einer Steuereinheit, die wenigstens eine den Fahrpedalbetätigungsgrad repräsentierende Größe und eine die Motordrehzahl repräsentierende Größe erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem Betriebszustand in dem Betriebsbereich, in dem die Brennkraftmaschine mit magerem Luft-/Kraftstoffverhältnis betrieben wird, ein Betrieb der Brennkraftmaschine nur mit einem näherungsweise stöchiometrischen oder fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis und/oder mit begrenzter Luftzufuhr zulässig ist und die Steuereinheit Mittel zur Überwachung des Betriebs der Brennkraftmaschine auf der Basis wenigstens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine aufweist, die die Überwachung durchführen, wenn ein solcher Betrieb der Brennkraftmaschine erfolgt.
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