Verfahren zur Steuerung des Schubbetriebes einer Brennkraftmaschine

Abstract

 Beim Übergang vom Betriebszustand Schub nach Schubabschaltung und umgekehrt wird die Einspritzung nicht abrupt aus- bzw. eingeschaltet, sondern selektiv die Einspritzung für einzelne Zylinder nach in einem Speicher abgelegten Ausblendmustern ab- bzw. zugeschaltet. Dadurch ergeben sich weiche Übergänge und es treten keine Drehmomentsprünge auf.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Schubbetriebes einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

[0002] Dieses Verfahren dient insbesondere zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr zu einer Brennkraftmaschine vor und nach dem Schubbetrieb.

[0003] Aus Gründen der immer vordringlicher werdenden Einsparung an Kraftstoff und zur Verringerung der Schadstoffemission ist es bei der Steuerung von modernen Brennkraftmaschinen bekannt, den Kraftstoff im Schubbetrieb zu reduzieren oder ganz abzuschalten.

[0004] In der Regel wird von Schubbetrieb dann gesprochen, wenn bei geschlossener Drosselklappe die Drehzahl der Brennkraftmaschine einen bestimmten, vorgegebenen Wert übersteigt. Auf Schubbetrieb kann aber auch dann erkannt werden, wenn die Drosselklappe nicht völlig geschlossen ist, sondern unter einen vorgegebenen Öffnungswinkel fällt und die Drehzahl über demjenigen Wert liegt, der sich im Normalfall bei der jeweiligen Fahrpedalstellung einstellen würde.

[0005] Da beim Übergang von Schubbetrieb nach Schubabschaltung (Schubabschneiden) und umgekehrt im allgemeinen ein Drehmomentensprung auftritt, der sich u.U. im Fahrzeug als Ruck bemerkbar macht, ist es üblich, hierbei den Zündwinkel in Richtung "spät" zu verstellen, um das Drehmoment zu reduzieren. Gleichzeitig wird ein Stellglied (Leerlauffüllungssteller), das die Verbrennungsluft bei geschlossener Drosselklappe dosiert, auf eine Position verstellt, die nur einen kleinen Luftdurchsatz erlaubt.

[0006] Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß der Zündwinkel nicht immer auf für den gewünschten Drehmomentabbau nötigen Wert in Richtung "spät" verstellt werden kann und auch der Leerlauffüllungssteller nicht immer auf genügend kleinen Luftdurchsatz geschlossen werden kann, ohne dabei das Saugrohr zu stark zu evakuieren oder ein Absterben der Brennkraftmaschine befürchten zu müssen.

[0007] Die Folge davon ist, daß beim Übergang zwischen den Betriebsarten Schub nach Schubabschalten die Brennkraftmaschine oft noch so viel Drehmoment abgibt, daß das plötzliche Unterbinden der Kraftstoffzufuhr zu einem Momentensprung führt.

[0008] Andererseits wird beim umgekehrten Fall, nämlich beim Übergang von Schubabschaltung in Schubbetrieb oder in Teillast dann, wenn die Drosselklappe aus ihrer geschlossenen Stellung heraus geöffnet wird, der Zündwinkel beim Einsetzen der Kraftstoffeinspritzung sprunghaft in Richtung "spät" verstellt und anschließend mit Hilfe einer Rampenfunktion auf den für normalen Motorbetrieb vorgesehenen Zündwinkel verstellt.

[0009] Aus der DE-PS 28 01 790 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Steuern der Kraftstoffzufuhr zu Beginn und nach Ende des Schubbetriebes bekannt, mit denen das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine während der genannten Übergänge verbessert werden kann. Geht dabei das Fahrpedal in seine Nullstellung zurück, dann gelangt auch die Drosselklappe in ihre Leerlaufposition, was bei einer Drehzahl oberhalb eines bestimmten Schwellwerts den Beginn eines Schubbetriebes signalisiert. Es folgt eine gewisse Zeitspanne, während der die Kraftstoffzufuhr aufrechterhalten wird und im Anschluß daran wird die Kraftstoffzufuhr nach einer vorgegebenen Funktion verringert, um anschließend abrupt abgeschaltet zu werden. Nach Ende des Schubbetriebes erfolgt zuerst ein sprunghafter Anstieg der Kraftstoffzumessung auf einen Wert, bei dem sich ein zündfähiges Gemisch ergibt, das daraus resultierende Drehmoment jedoch noch nicht allzu groß ist. Nach der sprunghaft einsetzenden Kraftstoffzumessung wird dann ebenfalls nach einer wählbaren Funktion die Kraftstoffzufuhr auf den Normalwert herangeführt.

[0010] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sich auf einfache Weise weiche Drehmomentübergänge von Schubbetrieb nach Schubabschalten und umgekehrt realisieren lassen.

[0011] Die Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.

[0012] Durch selektives Unterdrücken von Einspritzimpulsen für einzelne Zylinder nach vorgegebenen Ausblendmustern ist es möglich, den Drehmomentsprung beim Übergang von Schubbetrieb nach Schubabschaltung erheblich zu reduzieren, da sich hierbei das Drehmoment langsam abbaut.
Auch der Wiedereinsetzruck bei Schubende kann durch das sukzessive Einschalten der Einspritzung für die Zylinder vermieden werden. Neben erhöhtem Fahrkomfort ist durch diese Maßnahmen das Fahrzeug auch in Grenzbereichen des Schiebebetriebes sicherer zu handhaben.

[0013] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine, bei der das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird,

Figur 2 ein Flußdiagramm zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr während des Übergangs von Teillast nach Schubabschaltung,

Figur 3 mögliche Ausblendmuster für eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine und

Figur 4 eine Abfolge ausgewählter Ausblendmuster für den Betriebsübergang nach Figur 2.

[0014] Bei dem in Figur 1 in vereinfachter Form dargestellten Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine sind nur diejenigen Teile gezeigt, die für das Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendig sind. Mit dem Bezugszeichen 10 ist eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern Z1 bis Z4 bezeichnet. Jedem dieser Zylinder ist ein Einspritzventil EV1 bis EV4 zugeordnet, die Kraftstoff in vorgegebener Sequenz in einzelne Ansaugrohre der jeweiligen Zylinder einspritzen (sequentielle Kraftstoffeinspritzung). Die Einspritzventile sind Teile eines nicht gezeigten Kraftstoffkreislaufs, der in an sich bekannter Weise aus einem Kraftstofftank, einem Druckregler, einer Kraftstoffpumpe, einem Kraftstoffilter und entsprechenden Leitungen besteht. Die Verbrennungsluft enthält die Brennkraftmaschine 10 über ein Luftfilter 11, einem Ansaugkanal 12 und einem Drosselklappen-Block 13. Dieser Drosselklappen-Block 13 enthält eine Drosselklappe, einen Drosselklappen-Schalter und/oder einen Drosselklappen-Öffnungswinkelsensor. Zur Ermittlung der angesaugten Luftmasse ist im Ansaugkanal 12 ein Luftmassenmesser 14 vorgesehen, der entweder als Heißfilm-Luftmassenmesser oder als Hitzdraht-Luftmassenmesser realisiert sein kann. In einem Abgaskanal 15 ist zum Aussondern der in den Auspuffgasen enthaltenen Bestandteile HC, CO und NO_x ein Dreiwege-Katalysator 16 vorgesehen. Zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration im Abgas ist im Abgaskanal 15 stromaufwärts von dem Dreiwege-Katalysator 16 eine Lambda-Sonde 17 eingefügt. Ferner ist an geeigneten Stellen der Brennkraftmaschine noch ein Sensor 18 zur Erfassung der Maschinendrehzahl und ein Kühlmitteltemperatur-Sensor 19 vorhanden. Die Ausgänge der erwähnten Sensoren sowie die Eingänge der genannten Stellglieder sind über Schnittstellen mit entsprechenden Ein- und Ausgängen einer elektronischen Steuerungseinrichtung 20 verbunden.

[0015] Solche elektronischen Steuerungseinrichtungen für Brennkraftmaschinen, die neben der Kraftstoffeinspritzung auch noch eine Vielzahl weiterer Aufgaben (z.B. Zündungsregelung) übernehmen können, sind an sich bekannt, so daß im folgenden nur auf den im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung stehenden Aufbau und Wirkungsweise eingegangen wird. Kernstück der elektronischen Steuerungseinrichtung 20 ist ein Mikrocomputer, der nach einem festgelegten Programm die erforderlichen Funktionen steuert. Mit Hilfe der von den Sensoren (Luftmassenmesser 14, Drehzahlsensor 18) gelieferten und in entsprechenden Schaltungen aufbereiteten Signale wird eine Grundeinspritzzeit oder Basiseinspritzzeit berechnet und abhängig von weiteren Betriebsparametern Korrekturen dieser Basiseinspritzzeit derart durchgeführt, daß im Regelfall durch Einsatz der Lambda-Regelung ein Kraftstoff-Luftgemisch erzielt wird, daß dem stöchiometrischen Verhältnis (λ=1) entspricht.

[0016] Befindet sich die Brennkraftmaschine beispielsweise im Teillastbetrieb und der Fahrer des Fahrzeugs nimmt den Fuß vom Fahrpedal, d.h. die Drosselklappe schließt vollständig und die Drehzahl der Brennkraftmaschine liegt oberhalb eines Grenzwertes, so wird auf Schubbetrieb erkannt und die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine kann unterbunden werden.

[0017] Alternativ zu der Auswertung der Drosselklappenstellung als ein Schubkriterium kann auch die Stellung des Fahrpedals 21 herangezogen werden.

[0018] Der Verfahrensablauf für das Abschalten des Kraftstoffes im Schubbetrieb wird anhand der Figur 2 beschrieben.

[0019] In einem ersten Schritt S1 wird sowohl die Lage der Drosselklappe als auch die aktuelle Drehzahl n der Brennkraftmaschine eingelesen. Der Drosselklappen-Block 13 gemäß Figur 1 kann hierzu entweder einen Drosselklappen-Stellungssensor oder im einfachsten Fall einen Drosselklappenschalter enthalten, dessen Ausgangssignal ebenso wie das Signal des Drehzahlsensors 18 der elektronischen Steuerungseinrichtung 20 zugeführt werden. Anschließend wird im Schritt S2 abgefragt, ob die Drosselklappe geschlossen ist und die aktuelle Drehzahl n der Brennkraftmaschine über einem Grenzwert GW1 liegt. Dieser Grenzwert GW1 kann beispielsweise abhängig von der Maschinentemperatur und der Kühlmitteltemperatur in einem Kennfeld 23 eines Speichers in der elektronischen Steuerungseinrichtung 21 abgelegt sein. Ist eine der Abfragen negativ, so liegt kein Schubbetrieb vor und die Einspritzimpulse TI werden im Schritt S7 unverändert an die Einspritzventile EV1-EV4 weitergegeben. Sind beide Abfragen positiv, so wird im Schritt S3 auf Schubbetrieb erkannt und im Schritt S4 die Schubabschaltung aktiviert. Hierzu werden aus einem Speicher 22 der elektronischen Steuerungseinrichtung 20 Ausblendmuster ausgelesen, nach dessen Struktur die Einspritzimpulse TI für einzelne Zylinder Z1 bis Z4 der Brennkraftmaschine 10 im Schritt S5 selektiv unterdrückt werden.

[0020] In Figur 3 sind am Beispiel einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine die 16 möglichen Ausblendmuster A bis P dargestellt. Die Zylinder Z1 bis Z4 sind dabei in ihrer üblichen Zündfolge von links nach rechts aufgetragen. Ein ausgefülltes (schwarzes) Quadrat signalisiert dabei einen Einspritzimpuls für das dem jeweiligen Zylinder zugeordnete Einspritzventil, während ein leeres (weißes) Quadrat bedeutet, daß der Einspritzimpuls für das jeweilige Einspritzventil unterdrückt wird. Beim Ausblendmuster P werden demzufolge alle Zylinder Z1 bis Z4 mit Kraftstoff versorgt (normaler Fahrbetrieb), beim Ausblendmuster A wird die Kraftstoffzufuhr völlig unterbunden (Schubabschaltung). Zwischen diesen beiden Ausblendmustern liegen Kombinationen, bei denen entweder ein (Muster B,C,E,I), zwei (Muster D,F,G,J,K) oder drei Einspritzventile (Muster H,L,N,O) aktiviert sind. Diese Ausblendmuster werden in einem Festwertspeicher (ROM) 22 der elektronischen Steuerungseinrichtung 22 gespeichert, wobei es aus Kapazitätsgründen zweckmäßig sein kann, jeweils zwei dieser Ausblendmuster als ein Byte abzulegen. Für die möglichen Betriebszustandsübergänge der Brennkraftmaschine (Schubabschaltung ---> Leerlauf, Schubabschaltung ---> Teillast, Teillast ---> Schubabschaltung, Leerlauf ---> Schubabschaltung) werden aus den 16 möglichen Ausblendmustern bei einer Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine eine Folge von Ausblendmustern (im Ausführungsbeispiel 5 Muster) definiert und entsprechend dem jeweiligen Betriebszustandswechsel ausgelesen.

[0021] Bei einer 4-Takt-Brennkraftmaschine mit vier Zylindern bedeutet dies, daß im Abstand von einem Arbeitsspiel (720°KW-Umdrehung) die einzelnen Ausblendmuster ausgelesen werden. Für den Betriebsübergang Teillast nach Schubabschaltung, wie er anhand von Figur 2 beschrieben wurde, ist in Figur 4 eine mögliche Folge von Ausblendmustern angegeben. Ausgehend von Ausblendmuster P, gemäß dem alle 4 Zylinder Z1, Z3, Z4 und Z2 sequentiell mit Kraftstoff versorgt werden, werden nach 720°KW der Zylinder Z2, nach weiteren 720°KW zusätzlich der Zylinder Z3 abgeschaltet usw. Ist das letzte Ausblendmuster (hier Muster A) abgearbeitet, d.h. das letzte Byte ausgelesen, so ist die Übergangsfunktion ausgeführt. Im Beispiel der Schubabschaltung bleibt nach Ausführung des letzten Ausblendmusters die Einspritzung aller vier Zylinder abgeschaltet. Im Beispiel des Wiedereinsetzens, d.h. der Betriebszustandswechsel Schubabschaltung ---> Leerlauf oder Schubabschaltung ---> Teillast bleibt nach Ausführung des letzten Ausblendmusters die Einspritzung aller vier Zylinder eingeschaltet. Die Folgen von Ausblendmustern werden bei den jeweiligen Übergängen getrennt festgelegt, d.h. in dem angegebenen Beispiel eine Auswahl von fünf Ausblendmustern aus den 16 möglichen Mustern gewählt. Bei den einzelnen Übergängen können die Ausblendmuster noch nach jeweils anliegender Drehzahl, nach der Drehzahländerungsgeschwindigkeit (Drehzahlgradient) und nach dem jeweils anliegenden Drosselklappenwinkel oder dem Drosselklappengradienten unterschieden werden.

[0022] Wenn im Verlauf der Abarbeitung eines Ausblendmusters ein Motorbetriebszustandswechsel erfolgt, so wird die weitere Ausführung der vorher ausgelesenen Folge von Ausblendmustern gestoppt und das entsprechende Ausblendmuster (d.h. die Bytefolge) "rückwärts" durchlaufen. Ist z.B. gerade der Übergang nach Schubabschaltung aktiv und der Fahrer des Fahrzeugs drückt wieder das Fahrpedal, so wird die Folge von Ausblendmustern nicht zu Ende durchlaufen, sondern zurück zu dessen Anfang. In diesem Fall ist die Übergangsfunktion beendet, wenn das erste Ausblendmuster dieser Folge wieder eingelesen und als Einspritzfolge ausgeführt ist.
Der Eintritt in eine Übergangsfunktion ist nicht an eine Zylindernummer gekoppelt, d.h. das erste Ausblendmuster muß nicht zwangsläufig auch bei Zylinder Z1 beginnen. Die Folge von Ausblendmustern wird unabhängig von der Zylindernumerierung dann gestartet, wenn die Kriterien für Schuberkennung oder für Schubende erfüllt sind.

[0023] Das erfindungsgemäße Verfahren ist selbstverständlich auch für Brennkraftmaschinen mit anderer Zylinderanzahl, zum Beispiel für 6-Zylinder-Brennkraftmaschinen anwendbar.In diesem Falle ergeben sich 64 mögliche Ausblendmuster.

Ansprüche

1. Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr zu einer Brennkraftmaschine (10)

- mit mehreren Zylindern (Z1-Z4) und aufeinanderfolgenden Einspritzungen in die Zylinder in vorgegebener Folge (sequentielle Einspritzung) im Bereich des Schubbetriebes,

- wobei Betriebskenngrößen (DKW,n) der Brennkraftmaschine erfaßt werden und auf Beginn und Ende des Schubbetrieb erkannt wird, wenn diese Betriebskenngrößen bestimmte Bedingungen erfüllen,

- die Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern (Z1-Z4) bei Schubbeginn nach einer wählbaren Funktion verringert wird und bei Schubende nach einer wählbaren Funktion wieder einsetzt

dadurch gekennzeichnet,

- daß nach Erkennen des Schubbetriebes die Einspritzungen für einzelne Zylinder (Z1-Z4) nach einer vorgegebenen Reihenfolge (Ausblendmuster A-P) unterdrückt werden,

- und nach Erkennen des Schubendes die Einspritzungen für einzelne Zylinder (Z1-Z4) nach einer weiteren vorgegebenen Reihenfolge (Ausblendmuster) wieder einsetzen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die einzelnen Ausblendmuster (A-P)aus einer der Zylinderzahl (Z1-Z4)der Brennkraftmaschine entsprechenden Zahl von Bits zusammensetzen, welche die Einspritzungen und/oder die Einspritz-Unterdückungen zu den einzelnen Zylindern (Z1-Z4) pro Arbeitsspiel signalisieren.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblendmuster für die verschiedenen Betriebszustandswechsel der Brennkraftmaschine (10) getrennt festgelegt und in einem Speicher einer elektronischen Steuerungseinrichtung (20) abgelegt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblendmuster (A-P)in Abhängigkeit von der jeweils anliegenden Drehzahl (n) oder von dem Drehzahlgradienten der Brennkraftmaschine (10) festgelegt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblendmuster (A-P) in Abhängigkeit vom jeweils anliegenden Drosselklappenwinkel (DKW) oder seines Gradienten festgelegt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn während des Abarbeitens eines Ausblendmusters (A-P) ein Betriebszustandswechsel der Brennkraftmaschine (10) auftritt, das aktuelle Ausblendmuster nicht bis zu Ende ausgeführt wird, sondern nach Erkennen des Betriebszustandswechsels anschließend die Ausblendmuster rückwärts durchlaufen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abarbeitung einer Folge von Ausblendmustern (A-P) unabhängig von der Zylindernumerierung (Z1-Z2) gestartet wird, wenn die Kriterien für Schuberkennung oder für Schubende erfüllt sind.

Zeichnung