DE4435420C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine.

Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 42 39 711 A bekannt. Dort ist ein Motorsteue­ rungssystem vorgestellt, welchem von einer weiteren Steuer­ einheit, beispielsweise einem Antriebsschlupfregelsystem, ein Sollmotormoment zugeführt wird, welches von der Motor­ steuereinheit durch Korrektur des Zündwinkels und durch Aus­ blenden einzelner Einspritzungen bereitgestellt wird.

Zur Verbesserung des Betriebsverhaltens der Brennkraftma­ schine insbesondere in Bezug auf Schadstoffemissionen werden im Zusammenhang mit der elektronischen Steuerung einer Brennkraftmaschine Zusatzfunktionen realisiert, welche durch Zufuhr zusätzlicher Betriebsmittelmengen eine Absenkung der Schadstoffemissionen zur Folge haben. Beispiele für derar­ tige Zusatzfunktionen sind Abgasrückführ- und sogenannte Tankentlüftungssysteme. Derartige Steuersysteme sind dem Fachmann beispielsweise aus "Bosch, Kraftfahrtechnische Ta­ schenbuch, 21. Aufl., 1991, Seiten 470 bis 471" bekannt.

Die Ausblendung einzelner Einspritzungen, das heißt die Un­ terbrechung der Kraftstoffzufuhr zu einzelnen Zylindern, und die Korrektur des Zündwinkels im Antriebsschlupfregelfall gemäß dem eingangs genannten Stand der Technik stellt einen weitreichenden Eingriff in die Brennkraftmaschinensteuerung dar, welcher in Verbindung mit wenigstens einer der oben be­ schriebenen Zusatzfunktionen in Einzelfällen ungewollte Aus­ wirkungen auf die Schadstoffemission haben kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, mit deren Hilfe der drehmomentenmindernde Eingriff in die Brenn­ kraftmaschinensteuerung insbesondere im Antriebsschlupfre­ gelfall durch Ausblenden von Einspritzungen und Korrektur des Zündwinkels und die beschriebenen Zusatzfunktionen mit Blick auf eine möglichst geringe Schadstoffemission koordi­ niert werden können, ohne auf die vorteilhaften Wirkungen dieser Zusatzfunktionen zu verzichten.

Dies wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprü­ che erreicht.

Die JP-A 58-8436 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reduzieren des Motordrehmoments. Das Motordrehmoment wird durch Ausblenden einzelner Einspritzungen reduziert. Zur Momen­ tenreduzierung wird abhängig von der Größe der Reduzierung zu­ nächst die Turboladung unterbrochen und dann die Kraftstoffver­ sorgung zu einzelnen Zylindern unterbrochen.

Die JP-A 1-130018 zeigt ebenfalls ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Reduzierung des Drehmoments einer Brennkraftmaschi­ ne. Die Reduzierung des Motordrehmoments erfolgt dabei durch Ausblenden einzelner Einspritzungen. Anhand der Motordrehzahl wird der Übergang von einer Beschleunigung in eine Verzögerung der Brennkraftmaschine erkannt und bei erkanntem Übergang in die Verzögerung die Momentenreduzierung aufgehoben, d. h. die ausgeblendeten Zylinder wieder eingesetzt.

Die JP-A 3-246334 zeigt ein Verfahren zur Reduzierung des Motor­ drehmoments durch Ausblenden einzelner Einspritzungen mit spezi­ eller Zylinderauswahl.

Maßnahmen im Sinne einer Schadstoffminderung bei gleichzeitiger größtmöglicher Aufrechterhaltung der vorteilhaften Wirkungen der wenigstens einen Zusatzfunktion werden im Stand der Technik nicht gezeigt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise hat den Vorteil, daß bei einem drehmomentenmindernden Eingriff durch Ausblenden ein­ zelner Einspritzungen und Zündwinkelkorrektur Zusatzfunktio­ nen zur Verringerung der Schadstoffemission mit diesem Ein­ griff derart koordiniert werden, daß eine Erhöhung der Schadstoffemission im wesentlichen vermieden wird.

Besonders vorteilhaft dabei ist, daß auf die vorteilhaften Wirkungen dieser Zusatzfunktionen nicht verzichtet werden muß.

Ferner ist vorteilhaft, daß eine Abschaltung dieser Zusatz­ funktionen nur bei einem drehmomentenmindernden Eingriff über die Ausblendung von Einspritzungen vorgenommen wird, während bei einem drehmomentenmindernden Eingriff nur über die Korrektur des Zündwinkels die Funktion dieser Zusatz­ funktionen aufrechterhalten bleibt. Dies hat den Vorteil, daß insbesondere bei nur kurzem Antriebsschlupfregelein­ griff, der nur über die Zündwinkelkorrektur realisiert wer­ den kann, beispielsweise beim Anfahrvorgang, auf die Ab­ schaltung der Zusatzfunktionen verzichtet werden kann.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängi­ gen Ansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Übersichtsblockschaltbild eines Steuersystems für eine Brennkraftmaschine, während in den

Fig. 2 bis 4 Flußdiagramme dargestellt sind, welche die Realisierung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise als Rechnerprogramm skizzieren.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt ein Übersichtsblockschaltbild eines Steuer­ systems für eine Brennkraftmaschine am Beispiel eines ein­ zelnen Zylinders. Es wird ein Ansaugtrakt 10 der Brennkraft­ maschine, in dem eine Drosselklappe 12 angeordnet ist, sowie ein Auslaßtrakt 14 gezeigt. In den Ansaugtrakt zwischen Drosselklappe 12 und Einlaßventil 16 münden eine Abgasrück­ führleitung 18 sowie eine Tankentlüftungsleitung 20. Ferner ist ein Einspritzventil 22 gezeigt, welches Kraftstoff in den Brennraum 24 des Zylinders einspritzt. In den Brennraum 24 ragt ferner eine Zündkerze 26 zur Zündung des vom Kolben 28 angesaugten Gemisches. Die Verbrennungsgase werden vom Kolben 28 über das Auslaßventil 30 in den Auslaßtrakt 14 ge­ drückt, von dem die Abgasrückführleitung 18 abzweigt. In die Abgasrückführleitung 18 ist ein elektromagnetisches Ventil 32 eingefügt, welches über eine Leitung 34 von einer Motor­ steuereinheit 36 angesteuert wird. Diese steuert ferner über die Leitung 38 die Zündkerze 26 und über die Leitung 40 das Einspritzventil 22. Ferner steuert die Motorsteuereinheit 36 über eine Leitung 42 ein weiteres elektromagnetischen Ventil 44, welches in die Tankentlüftungsleitung 20 eingefügt ist. Die Tankentlüftungsleitung 20 führt dabei die Verdampfungs­ gase aus dem Tankbehälter 46 des Kraftfahrzeugs. Der Motor­ steuereinheit 36 werden über die Eingangsleitungen 48 bis 50 von Meßeinrichtungen 52 bis 54 Betriebsgrößen der Brenn­ kraftmaschine und des Kraftfahrzeugs wie Motordrehzahl, Mo­ tortemperatur, Motorlast (Saugrohrdruck, Luftmasse oder Luftmenge), Batteriespannung, Fahrgeschwindigkeit, etc. zu­ geführt. Ferner weist die Motorsteuereinheit 36 eine Ein­ gangsleitung 56 auf, welche sie mit einer weiteren Steuer­ einheit 58 verbindet. Diese stellt im bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel eine Steuereinheit für eine Antriebsschlupfre­ gelung (ASR) dar, welcher wenigstens die Leitungen 60 bis 62 von Meßfühlern 64 bis 66 zur Erfassung der Drehzahlen der Räder des Kraftfahrzeugs zugeführt sind.

Aus Übersichtlichkeitsgründen wurde in Fig. 1 auf eine Vielzahl von weiteren Komponenten, wie beispielsweise der in Verbindung mit einer Tankentlüftungsfunktion eingesetzte Ak­ tivkohlefilter verzichtet.

Die Motorsteuereinheit 36 bestimmt in bekannter Weise die zuzumessende Kraftstoffmenge und den einzustellenden Zünd­ winkel aus Kennfeldern wenigstens auf der Basis der Motor­ drehzahl sowie der Motorlast, wobei eine zylinderindividuel­ le Kraftstoffeinspritzung Verwendung findet, das heißt die einzuspritzende Kraftstoffmenge für jeden Zylinder einzeln und aktuell berechnet wird. Ferner steuert die Motorsteuer­ einheit 36 zur Absenkung der Stickoxidemissionen das Abgas­ rückführventil an, und bestimmt so die Menge des zum Luft- Kraftstoff-Gemisch zuzumischenden verbrannten Abgases, wo­ durch die Verbrennungsspitzentemperatur gesenkt werden kann. Die Ansteuerung des Abgasrückführventils findet dabei bei den bekannten Systemen in Abhängigkeit von Motordrehzahl, Motorlast und Motortemperatur statt und erfolgt in einem be­ vorzugten Ausführungsbeispiel durch ein impulsweitenmodu­ liertes Signal im Rahmen eines Stellungsregelkreises. Die Abgasrückführung ist dabei insbesondere im Teillastbereich aktiv, während im Leerlauf die Abgasrückführung abgeschaltet bzw. die Durchflußmenge eingestellt wird, weil dort die Laufunruhe zu stark ansteigt bzw. der Restgasanteil aufgrund der Ventilüberschneidung schon relativ groß ist.

Desweiteren steuert die Motorsteuereinheit 36 das Tankent­ lüftungsventil 44 an, mit dessen Hilfe die Verdampfungspro­ dukte des Kraftstoffs im Kraftstofftank in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine und somit der Verbrennung zugeführt werden. Auch hier wird die Durchflußmenge durch getaktetes Ansteuern des Tankentlüftungsventils 44 in Abhängigkeit von einem angepaßten Kennfeld mit den Parametern Motorlast und Motordrehzahl gesteuert. Die Tankentlüftung wird bei zu gro­ ßer Laufunruhe abgeschaltet bzw. die Durchflußmenge auf Null reduziert.

Die Steuereinheit 58 stellt anhand der zugeführten Drehzahl­ signale die Durchdrehneigung wenigstens eines Antriebsrades fest und bestimmt dann das von der Brennkraftmaschine abzu­ gebende Motormoment, welches so bemessen ist, daß ein vorbe­ stimmter Schlupfwert an den Antriebsrädern des Kraftfahr­ zeugs eingehalten wird. Das Sollmotormoment wird dann über die Leitung 56 der Steuereinheit 36 zugeführt, welche auf­ grund der bekannten Berechnungsvorgänge das Sollmotormoment durch Zündwinkelkorrektur und/oder Ausblenden einzelner Ein­ spritzungen bereitstellt. In einem bevorzugten Ausführungs­ beispiel soll der drehmomentmindernde Eingriff nur im An­ triebsschlupfregelfall durchgeführt werden. In diesem Aus­ führungsbeispiel wird über die Leitung 56 eine entsprechende Marke ("ASR aktiv") gesendet.

Im Antriebsschlupfregelbetrieb, wenn die Motorsteuereinheit 36 das Motordrehmoment zur Einstellung des Schlupfes an den Antriebsrädern beeinflußt, wird die Abgasrückführrate bei Ausblenden einzelner Einspritzungen durch die zusätzliche Luft im Auslaßtrakt, die von dem nicht zündenden Zylinder stammt, verfälscht. Dies würde infolge des zu hohen Luftan­ teils zu einer Verfälschung des Luftverhältnisses sowie möglicherweise sogar zu einem unrunden Motorlauf führen. Ebenso wird bei Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr zu einzelnen Zylindern im Antriebsschlupfregelbetrieb durch eine weiterlaufende Tankentlüftungsfunktion der Kraftstoffanteil bei den nicht befeuernden Zylindern, das heißt den abgeschalteten Zylindern, unverbrannt in den Auslaßtrakt geschoben, so daß auch hier eine Erhöhung der Schadstoffemission die Folge sein würde.

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, die Funktionen der Ab­ gasrückführung und der Tankentlüftung im Antriebsschlupfre­ gelbetrieb bei Ausblenden einzelner Einspritzungen zwangs­ weise abzuschalten bzw. die Durchflußmenge Null einzustel­ len, während bei einer Reduzierung des Motormoments durch einen ausschließlichen Zündwinkeleingriff unter Befeuerung aller Zylinder im Antriebsschlupfregelbetrieb die beiden Funktionen aktiv bleiben. Dadurch werden die negativen Aus­ wirkungen vermieden und gleichzeitig die vorteilhaften Wir­ kungen dieser Zusatzfunktionen beibehalten.

Neben der Antriebsschlupfregelung kann durch Zündwinkelkor­ rektur und Einspritzausblendung eine Drehzahlbegrenzung und/oder eine Fahrgeschwindigkeitsbegrenzung und/oder die Verwendung dieser Maßnahmen in Verbindung mit der Kraft­ stoffabschaltung im Schiebebetrieb realisiert werden, bei denen entsprechend die Maßnahmen bezüglich der Zusatzfunk­ tionen gelten.

Ist bei einem Steuersystem lediglich Abgasrückführung oder Tankentlüftung vorgesehen, wird die entsprechende Maßnahme einzeln angewendet.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen Flußdiagramme, welche die Reali­ sierung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise als Rechnerpro­ gramm skizzieren. Nach Start des Programmteils in Fig. 2 zu vorgegebenen Zeitpunkten oder zu vorgegebenen Kurbelwellen­ winkeln wird in einem ersten Schritt 200 der von der Steuer­ einheit 58 ermittelte Sollmomentenwert Msoll sowie die Marke für den aktiven ASR-Betrieb eingelesen. Im auf den Schritt 200 folgenden Schritt 202 wird in bekannter Weise im ASR-Be­ trieb die Zahl der auszublendenden Zylinder und die Zündwin­ kelkorrektur bestimmt. Die dabei vorzunehmenden Strategien sind im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben. Im darauffolgenden Abfrageschritt 204 wird überprüft, ob diese Bestimmung eine ausschließliche Zündwinkelkorrektur zur Be­ reitstellung des Sollmotormoments ergeben hat. Ist die Zahl der auszublendenden Zylinder 0 und wird nur eine Zündwinkel­ korrektur durchgeführt, so wird im Schritt 206 eine Marke auf den Wert 0 gesetzt, während im gegenteiligen Fall, wenn wenigstens ein Zylinder ausgeblendet wird, gemäß Schritt 208 die Marke auf den Wert 1 gesetzt wird. Danach wird gemäß Schritt 210 die Zündwinkelkorrektur und ggf. die Information über die auszublendenden Zylinder ausgegeben und der Pro­ grammteil beendet und zu gegebener Zeit wiederholt.

In Fig. 3 ist der Programmteil zur Steuerung der Abgasrück­ führung beschrieben. Nach Aufruf des Programmteils zu vorge­ gebenen Zeitpunkten wird anhand der eingelesenen Marke in einem ersten Programmschritt 300 überprüft, ob die Antriebs­ schlupfregelung aktiv ist. Ist dies nicht der Fall, wird im Schritt 302 der Abgasrückführbetrieb in bekannter Weise auf der Basis von Motordrehzahl, Motorlast und Motortemperatur durchgeführt, darauf der Programmteil beendet und zu gegebe­ ner Zeit wiederholt. Ist die Antriebsschlupfregelung aktiv, wird im darauffolgenden Schritt 304 die Marke auf den Wert 1 überprüft. Findet also ein Motoreingriff unter Ausblendung von Einspritzungen statt (Marke = 1), so wird im Schritt 306 die Abgasrückführung ausgeschaltet, d. h. die Ausgabe bzw. die Bildung des entsprechenden Steuersignals gestoppt und/oder die Abgasrückführrate auf den Wert 0 gesetzt und das Ventil geschlossen. Danach wird der Programmteil beendet und zu gegebener Zeit wiederholt. Wurde im Schritt 304 fest­ gestellt, daß trotz aktiver Antriebsschlupfregelung die Marke nicht den Wert 1 aufweist und somit lediglich ein Zündwinkelkorrektureingriff zur Reduzierung des Moments durchgeführt wird, so wird mit Schritt 302 und dem Normalbe­ trieb der Abgasrückführung fortgefahren.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Abgasrückführung bei Zündwinkeleingriff nur in be­ stimmten Betriebsbereichen aktiv bleibt. Wird bei hohen Drehzahlen (z. B. < 4000 Umdr./min) oder Lasten (z. B. Dros­ selklappenstellungen < 75%) eine große Abgasrückführrate eingestellt, so besteht bei einer Zündwinkelkorrektur nach "spät" die Gefahr von Aussetzern. Daher ist es vorteilhaft, bei einem ausschließlichen Zündwinkeleingriff zur Momenten­ reduzierung die Abgasrückführung in diesem Betriebsbereich entsprechende Schritt 306 abzuschalten. Zu zu diesem Zweck kann in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Schritt 308 vorgesehen sein, in dem anhand von Motordrehzahl und/oder Motorlast überprüft wird, ob ein Betriebsbereich vorliegt, in dem die Abgasrückführung auch bei ausschließli­ chem Zündwinkeleingriff abzuschalten ist. Ist dies der Fall, wird mit Schritt 306, im gegenteiligen Fall mit Schritt 302 fortgefahren.

Entsprechende Maßnahmen werden gemäß Fig. 4 in Verbindung mit der Tankentlüftungsfunktion vorgenommen. Nach Aufruf des Programmteils zu vorgegebenen Zeitpunkten wird auch hier ge­ mäß Schritt 400 überprüft, ob der Antriebsschlupfregelfall aufgetreten ist. Ist dies nicht der Fall, wird gemäß Schritt 402 der Tankentlüftungsbetrieb abhängig von Motordrehzahl und Motorlast wie bekannt durchgeführt und der Programmteil beendet. Ist die Antriebsschlupfregelung aktiv, wird im Schritt 404 überprüft, ob die Marke auf 1 gesetzt wurde, das heißt, ob eine Momentenreduzierung durch Zylinderausblendung stattfindet. Ist dies der Fall, wird gemäß Schritt 406 die Tankentlüftungsfunktion abgeschaltet, d. h. die Ausgabe bzw. die Bildung des entsprechenden Steuersignals gestoppt und/oder die Durchflußrate auf 0 gesenkt und das Ventil ge­ schlossen. Danach wird der Programmteil beendet und zu gege­ bener Zeit wiederholt. Wurde im Schritt 404 festgestellt, daß die Marke nicht den Wert 1 aufweist und somit eine Mo­ mentenreduzierung ausschließlich durch Zündwinkeleingriffe vorgenommen wird, wird mit Schritt 402 und der normalen Durchführung der Tankentlüftungsfunktion fortgefahren.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei zur Reduzierung des Drehmoments der Brennkraftmaschine einzelne Ein­ spritzungen ausgeblendet sowie der Zündwinkel korrigiert wird, wobei wenigstens eine Zusatzfunktion vorgesehen ist, die durch Zufuhr von neben Luftzufuhr und Kraftstoffeinspritzung zusätzli­ chen Betriebsmittelmengen das Luft-/Kraftstoff-Gemisch beein­ flußt, dadurch gekennzeichnet, daß diese wenigstens eine Zusatz­ funktion zwangsweise abgeschaltet wird, wenn eine Momentenredu­ zierung durch Ausblenden einzelner Einspritzungen aktiv ist, während die wenigstens eine Zusatzfunktion weitergeführt wird, wenn eine Momentenreduzierung ausschließlich durch Korrektur des Zündwinkels unter Befeuerung aller Zylinder aktiv ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Zusatzfunktion Abgasrückführung und/oder Tankentlüftung ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drehmomentenreduzierung der Brennkraftmaschine zur Regelung des Antriebsschlupfes dient.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß aufgrund einer Sollmomentenvorgabe die Zahl der auszublendenden Einspritzungen und die Korrek­ tur des Zündwinkels bestimmt wird und bei einer Zahl der auszublendenden Einspritzungen größer 0 die wenigstens eine Zusatzfunktion abgeschaltet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abschaltung der wenigstens ei­ nen Zusatzfunktion durch Stoppen der Ausgabe oder Bildung des entsprechenden Steuersignals oder durch Einstellen der Durchflußmenge Null bzw. durch Vorgabe eines entsprechenden Einstellwerts erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß bei ausschließlicher Zündwinkel­ korrektur zur Antriebsschlupfregelung der Normalbetrieb der wenigstens einen Zusatzfunktion aufrechterhalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Drehmomentenreduzierung durch Zündwinkelkor­ rektur bei hohen Drehzahlen und/oder Lasten die Abgasrück­ führung abgeschaltet wird.

8. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, mit einer Steuereinheit, welche zur Drehmomentenreduzierung einzelne Ein­ spritzungen ausblendet und den Zündwinkel korrigiert, mit Mit­ teln zur Durchführung von wenigstens einer Zusatzfunktion, die durch Zufuhr von neben Luftzufuhr und Kraftstoffeinspritzung zu­ sätzlichen Betriebsmittelmengen das Luft-/Kraftstoff-Gemisch be­ einflußt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit Mittel umfaßt, welche die wenigstens eine Zusatzfunktion abschalten, wenn eine Drehmomentenreduzierung durch Ausblenden einzelner Einspritzungen aktiv ist, die jedoch die wenigstens eine Zusatz­ funktion weiterführen, wenn eine Drehmomentenreduzierung durch Zündwinkelkorrektur unter Befeuerung aller Zylinder aktiv ist.