Die Erfindung geht aus von einem Steuersystem für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Steuerung einer Brennkraftmaschine kann es mitunter erforderlich sein, den Zündwinkel aus der Normallage in Richtung spät zu verschieben. Eine derartige Verschiebung des Zündwinkels kommt beispielsweise im Zusammenhang mit Verfahren zur Verringerung oder Vermeidung der klopfenden Verbrennung oder Verfahren zur Antriebsschlupfreduzierung in Betracht. In der Regel erhöht sich jedoch die Abgastemperatur, wenn der Zündwinkel nach spät verschoben wird. Eine zu hohe Abgastemperatur kann zu Schäden an den Auslaßventilen oder am Abgassystem, insbesondere am Abgaskatalysator, führen. Um eine unzulässig hohe Abgastemperatur zu vermeiden, wird bei bekannten Steuersystemen das der Brennkraftmaschine zugeführte Luft/Kraftstoff-Gemisch angefettet, falls ein Schwellwert für den Zündwinkel überschritten wird. Der Grad der Anfettung wird in der Regel abhängig vom Ausmaß der Überschreitung des Schwellwerts vorgegeben.
Aus der DE 41 03 419 A1 ist ein Steuersystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, in dem bei Unterschreiten eines Schwellwertes eines vom Wirkungsgrad der Maschine abhängigen Signals eine Anfettung des Luft/Kraftstoff-Gemisches vorgenommen wird. Der Wirkungsgrad wird auf der Basis des Zylinderdrucks ermittelt. Die Abgastemperatur hat keinen Einfluß auf den berechneten Wirkungsgrad.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ansteigen der Abgastemperatur auf unzulässig hohe Werte zu verhindern.
Die Erfindung gemäß den Merkmalen, die im Anspruch 1 definiert sind, hat den Vorteil, daß Komponenten, die mit dem Abgas in Wärmekontakt stehen, vor einer Beschädigung durch Überhitzung geschützt werden können.
Bei einer Unterschreitung eines Schwellwerts für ein den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine mittelbar oder unmittelbar angebendes Signal wird das Luft/Kraftstoff-Gemisch angefettet. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß sich der Grad der Anfettung sehr genau an den tatsächlichen Erfordernissen orientiert und somit eine unnötig starke Anfettung vermieden wird. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Verbrauchs- und die Abgasbilanz der Brennkraftmaschine aus.
Eine besonders hohe Zuverlässigkeit der Erfindung kann insbesondere auch dadurch erreicht werden, daß eine Anfettung des Luft/Kraftstoff-Gemisches nur dann erfolgt, wenn eine oder mehrere Nebenbedingungen erfüllt sind. Als Nebenbedingungen kommen beispielsweise das Verstreichen eines Zeitintervalls seit Unterschreiten des Schwellwerts des den Wirkungsgrad angebenden Signals oder das Überschreiten eines Schwellwerts für die Abgas- oder die Katalysatortemperatur in Betracht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
Figur 1 zeigt das technische Umfeld, in dem die Erfindung eingesetzt wird. Einer Brennkraftmaschine 100 wird über einen Ansaugtrakt 102 Luft/Kraftstoff-Gemisch zugeführt und die Abgase werden in einen Abgaskanal 104 abgegeben. Im Ansaugtrakt 102 sind - in Stromrichtung der angesaugten Luft gesehen - ein Luftmengenmesser oder Luftmassenmesser 106, beispielsweise ein Heißfilm-Luftmassenmesser, ein Temperatursensor 108 zur Erfassung der Ansauglufttemperatur, eine Drosselklappe 110 und wenigstens eine Einspritzdüse 112 angeordnet. Im Abgaskanal 104 sind - in Stromrichtung des Abgases gesehen - ein Abgassensor 114 und ein Katalysator 116 angeordnet. An der Brennkraftmaschine 100 sind ein Temperatursensor 118 zur Erfassung der Temperatur der Brennkraftmaschine und ein Drehzahlsensor 120 angebracht. Weiterhin besitzt die Brennkraftmaschine 100 beispielsweise vier Zündkerzen 122 zur Zündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Zylindern.
Die Ausgangssignale mL des Luftmengenmessers oder Luftmassenmessers 106, TAns des Temperatursensors 108, λ des Abgassensors 114, TBKM des Temperatursensors 118 und n des Drehzahlsensors 120 werden einem zentralen Steuergerät 124 über entsprechende Verbindungsleitungen zugeführt. Das Steuergerät 124 wertet die Sensorsignale aus und steuert über weitere Verbindungsleitungen die Einspritzdüse bzw. die Einspritzdüsen 112 und die Zündkerzen 122 an.
Figur 2 zeigt eine Prinzipdarstellung der Erfindung. M it Hilfe eines Kennfeldes 200, in das ein Signal für die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 100 und ein Signal für die Last tL eingespeist werden, wird ein Signal für den optimalen Zündwinkel αZOpt ermittelt. Das Signal für die Drehzahl n wird vom Drehzahlsensor 120 erzeugt. Das Signal für die Last tL wird aus dem Ausgangssignal mL des Luftmassenmessers oder Luftmengenmessers 106 ermittelt. Das Signal für den optimalen Zündwinkel αZopt wird in einen ersten Eingang eines Verknüpfungspunktes 202 und einen ersten Eingang eines weiteren Verknüpfungspunktes 204 eingespeist. In den zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 202 wird ein Signal für einen Zündwinkel-Schwellwert αZS eingespeist, das von einem Kennfeld 206 ausgegeben wird. Das Kennfeld 206 besitzt zwei Eingänge, an denen das Signal für die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 100 und das Signal für die Last tL anliegen. Der Verknüpfungspunkt 202 bildet die Differenz aus dem Signal für den optimalen Zündwinkel αZopt und dem Signal für den Zündwinkel-Schwellwert αZS und stellt sie an seinem Ausgang bereit. Der Ausgang des Verknüpfungspunktes 202 ist mit dem Eingang einer Kennlinie 208 verbunden. Die Kennlinie 208 gibt einen Schwellwert ηs für ein Signal aus, das den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 100 mittelbar oder unmittelbar angibt. ηs wird in einen ersten Eingang eines Verknüpfungspunktes 210 eingespeist. Der zweite Eingang des Verknüpfungspunktes 210 ist mit dem Ausgang einer Kennlinie 212 verbunden, an deren Eingang das Signal für die Ansauglufttemperatur TAns anliegt. Das Signal TAns wird vom Temperatursensor 108 ausgegeben. Die Kennlinie 212 ermittelt abhängig von der Ansauglufttemperatur TAns einen Korrekturwert dη für den Schwellwert ηs. Der Verknüpfungspunkt 210 addiert den Schwellwert ηs und den Korrekturwert dη und stellt den so ermittelten korrigierten Schwellwert ηSK an seinem Ausgang bereit. Der Ausgang des Verknüpfungspunktes 210 ist mit einem ersten Eingang eines Verknüpfungspunktes 214 verbunden. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 214 liegt ein Istwert ηIst des den Wirkungsgrad angebenden Signals an. Dieser Istwert ηIst wird von einer Kennlinie 216 ausgegeben, deren Eingang mit dem Ausgang des Verknüpfungspunktes 204 verbunden ist. Am ersten Eingang des Verknüpfungspunktes 204 liegt das Signal für den optimalen Zündwinkel αZOpt an und am zweiten Eingang liegt das Signal für den Zündwinkel-Istwert αZIst an, das von einem Block 218 ausgegeben wird.
Der Ausgang des Verknüpfungspunktes 214, an dem die Differenz aus dem Istwert ηIst und dem korrigierten Schwellwert ηSK anliegt, ist mit dem Eingang einer Kennlinie 220 verbunden. Die Kennlinie 220 gibt abhängig von dieser Differenz einen Anfettungsfaktor FAnf für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis aus. Dieser Anfettungsfaktor FAnf kann über einen Schalter 222 an einen ersten Eingang eines Verknüpfungspunktes 224 weitergeleitet werden. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 224 liegt ein Signal für die Einspritzzeit te an. Dieses Signal te wird im Verknüpfungspunkt 224 mit dem Anfettungsfaktor FAnf multipliziert und mit dem am Ausgang des Verknüpfungspunktes 224 bereitgestellten Signal wird letztendlich die Einspritzdüse 112 bzw. werden die Einspritzdüsen 112 angesteuert.
Der Schalter 222 kann zwischen zwei Schalterstellungen umgeschaltet werden. In einer ersten Schalterstellung I verbindet der Schalter 222 den Ausgang der Kennlinie 220 mit dem ersten Eingang des Verknüpfungspunktes 224. In einer zweiten Schalterstellung II verbindet der Schalter 222 den Ausgang eines Speichers 228 mit dem ersten Eingang des Verknüpfungspunktes 224. Im Speicher 228 ist ein fester Wert für den Anfettungsfaktor FAnf abgelegt, in der Regel der Wert 1. Gesteuert wird der Schalter 222 von einem Block 230. Der Block 230 prüft eine oder mehrere Bedingungen ab und steuert den Schalter 222 je nach Ergebnis dieser Prüfung entweder in die Schalterstellung I oder in die Schalterstellung II. Die Bedingungen sind so ausgelegt, daß eine unnötige oder unerwünschte Anfettung des Luft/Kraftstoff-Gemisches verhindert wird. In einer ersten Bedingung kann beispielsweise abgefragt werden, ob eine Zeitspanne t, seit der der Istwert ηIst kleiner ist als der korrigierte Schwellert ηSK, eine vorgebbare Zeitspanne t0 überschreitet. Mit dieser Bedingung wird sichergestellt, daß es bei einer kurzzeitigen und somit unschädlichen Wirkungsgrad-Verschlechterung - beispielsweise bei einem kurzzeitigen Zündwinkel-Eingriff - nicht zu einer Anfettung des Luft/Kraftstoff-Gemisches kommt. Als weitere Bedingungen kann abgefragt werden, ob die Abgastemperatur größer ist als eine vorgebbare Schwelle oder ob die Katalaysatortemperatur größer ist als eine vorgebbare Schwelle. Nur wenn die entsprechende Schwelle bereits überschritten ist, besteht die Gefahr einer Schädigung der Auslaßventile, des Katalysators oder anderer Komponenten des Abgassystems. Die Abgastemperatur und/oder die Katalysatortemperatur können entweder mit einem Temperaturmodell bestimmt werden oder gemessen werden.
Die Wirkungsweise der in Figur 2 dargestellten Erfindung läßt sich folgendermaßen beschreiben:
Um eine unzulässig hohe Abgastemperatur zu verhindern, wird das Luft/Kraftstoff-Gemisch gegebenenfalls angefettet, indem die Einspritzzeit te im Verknüpfungspunkt 224 mit einem Anfettungsfaktor FAnf, der einen Wert größer oder gleich 1 besitzt, multipliziert wird. Zur Ermittlung der Einspritzzeit te sind aus dem Stand der Technik eine Reihe von Verfahren bekannt, auf die hier nicht näher eingegangen wird. Es soll lediglich darauf hingewiesen werden, daß die Einspritzzeit te bereits mit Korrekturen und insbesonderre auch mit anderen Anfettungsfaktoren versehen sein kann, bevor sie in den Verknüpfungspunkt 224 eingespeist wird, beispielsweise infolge einer Warmlaufanfettung oder einer Vollastanfettung. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, daß dann eine Anfettung des Luft/Kraftstoff-Gemisches erfolgt, wenn der Istwert ηIst des den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 100 angebenden Signals den korrigierten Schwellwert ηSK unterschreitet. Diese Vorgehensweise beruht auf der Erkenntnis, daß umso mehr Wärmeenergie in das Abgas abgegeben wird, je geringer der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 100 ist. Der Vergleich zwischen dem Istwert ηIst und dem korrigierten Schwellwert ηSK findet im Verknüpfungspunkt 214 statt. Dort wird die Differenz aus den beiden Werten gebildet und in die Kennlinie 220 eingespeist. Solange die Differenz negativ ist, das heißt solange der Istwert ηIst größer ist als der korrigierte Schwellwert ηSK, liefert die Kennlinie 220 den Wert 1, das heißt der Anfettungsfaktor FAnf besitzt den Wert 1 und es findet keine Anfettung statt. Ist die Differenz jedoch positiv, so liefert die Kennlinie 220 einen Anfettungsfaktor FAnf größer als 1. Der Anfettungsfaktor FAnf kann dann beispielsweise linear mit der Differenz zunehmen. Je nach Anwendungsfall kann aber auch ein anderer funktionaler Zusammenhang zwischen FAnf und der Differenz zur Anwendung kommen.
Die Werte für ηIst und ηSK werden folgendermaßen ermittelt:
ηSK wird aus dem Schwellwert ηS ermittelt. Die Zielsetzung bei der Vorgabe des Schwellwerts ηS besteht darin, daß eine kritische Abgas- oder Katalysatortemperatur, bei deren Überschreiten es zu Schädigungen kommen kann, gerade erreicht wird, wenn bei einer gegebenen Ansauglufttemperatur TAns der Istwert ηIst gleich dem Schwellwert ηS ist. Mit Hilfe des Kennfelds 208 wird der Schwellwert ηS in Abhängigkeit von der Differenz aus dem Signal für den optimalen Zündwinkel αZopt und einem Signal für einen Zündwinkel-Schwellwert αZS ermittelt. αZopt wird in Abhängigkeit von der Last tL und der Drehzahl n aus dem Kennfeld 200 ausgelesen. αZS wird in Abhängigkeit von der Last tL und der Drehzahl n aus dem Kennfeld 206 ausgelesen. Die Differenz aus αZOpt und αZS wird im Verknüpfungspunkt 202 gebildet.
Um neben der Last und der Drehzahl auch die Ansauglufttemperatur TAns zu berücksichtigen, die ja ebenfalls die Abgastemperatur beeinflußt, wird der Schwellwert ηS im Verknüpfungspunkt 210 mit dem Korrekturwert dη verknüpft. dη wird in Abhängigkeit von der Ansauglufttemperatur TAns aus der Kennlinie 212 ausgelesen. Die Berücksichtigung der Ansauglufttemperatur TAns stellt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung dar, d. h. es sind auch Ausführungsbeispiele ohne den Verknüpfungspunkt 210 und die Kennlinie 212 vorgesehen.
Der Istwert ηIst wird mit Hilfe des Kennfeldes 216 aus der Abweichung des Signals für den Zündwinkel-Istwert αZIst vom Signal für den optimalen Zündwinkel αZOpt ermittelt. Je stärker diese beiden Signale voneinander abweichen, desto kleiner ist der Istwert ηIst. Die Differenz aus den Signalen für αZOpt und αZIst wird im Verknüpfungspunkt 204 gebildet. Wie bereits oben erwähnt, wird das Signal für αZOpt aus dem Kennfeld 200 in Abhängigkeit von der Last tL und der Drehzahl n ermittelt. Das Signal für αZIst wird vom Block 218 bereitgestellt. Wie der Block 218 das Signal αZIst im einzelnen erzeugt, ist für die Erfindung nicht relevant und wird daher nicht näher erläutert.
In Figur 3a ist ein möglicher Verlauf der Kennlinie 208 dargestellt, das heißt der Schwellwert ηS ist über der Differenz aus den Signalen für den optimalen Zündwinkel αZOpt und den Zündwinkel-Schwellwert αZS aufgetragen. Bei einer Differenz von 0 ist der Schwellwert ηS maximal und fällt mit zunehmender Differenz ab.
In Figur 3b ist ein möglicher Verlauf für die Kennlinie 216 dargestellt, das heißt der Istwert ηIst ist über der Differenz aus den Signalen für den optimalen Zündwinkel αZopt und den Zündwinkel-Istwert αZIst aufgetragen. Bei einer Differenz von 0 ist der Istwert ηIst maximal und fällt mit zunehmender Differenz ab.
Im Text zu Fig. 2 werden Verknüpfungspunkte 202, 204, 210, 214 und 224 beschrieben, die jeweils eine Verknüpfung zweier Eingangssignale zu einem Ausgangssignal durchführen. Die Verknüpfung erfolgt dabei durch Subtraktion, Addition oder Multiplikation. Als Variante können in einem Verknüpfungspunkt oder in mehreren Verknüpfungspunkten auch andere Verknüpfungsoperationen durchgeführt werden als im Text zu Fig. 2 beschrieben und es können auch andersartige Verknüpfungsoperationen, z. B. die Division, zum Einsatz kommen. Dabei ist allerdings zu beachten, daß die an der Verknüpfung beteiligten Signale und die Verknüpfungsoperation aufeinder abgestimmt sein müssen, d. h. die gespeicherten Werte, Kennlinien und Kennfelder sind bei Verwendung einer anderen Verknüpfungsoperation jeweils entsprechend auszulegen.
In einem einfachen Ausführungsbeispiel können eine oder mehrere der in Fig. 2 dargestellten Kennlinien bzw. Kennfelder jeweils durch einen vorgebbaren Wert ersetzt werden und so der Aufwand reduziert werden.
Statt den Anfettungsfaktor FAnf, wie in Fig. 2 dargestellt, aus der Kennlinie 220 auszulesen, kann er auch durch Multiplikation der Differenz aus dem korrigierten Schwellwert ηSK und dem Istwert ηIst mit einer Konstanten ermittelt werden. Ist die Differenz negativ, so wird dem Anfettungsfaktor FAnf der Wert 1 zugewiesen.