DE4416611A1 - 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 gemäß den Oberbegrif­ fen der unabhängigen Patentansprüche.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine ist aus der DE-OS 38 08 696 (US-Patent 5 014 668) bekannt. Dort wird die Brennkraftmaschine im un­ teren und mittleren Lastbereich mit Luftüberschuß, das heißt mit einem mageren Luft-/Kraftstoffgemisch (λ < 1) betrie­ ben. Überschreitet das Fahrpedalstellungssignal einen vorge­ gebenen Stellungsschwellwert im oberen Lastbereich, wird ei­ ne Drosselklappe, das heißt die Luftzufuhr zur Brennkraftma­ schine, derart verstellt, daß im wesentlichen ein stöchiome­ trisches Gemisch (λ = 1) erhalten wird. Durch diese Maßnah­ men können im Teillastbereich die Vorteile eines mit mageren Gemisch betriebenen Motors genutzt werden, ohne daß im obe­ ren Lastbereich Leistungseinbußen hingenommen werden müssen. Damit wird insgesamt eine geringere Schadstoffemission und ein geringerer Kraftstoffverbrauch erreicht. Die Verstellung der Drosselklappe, um vom Betrieb mit mageren in einen Be­ trieb mit stöchiometrischem Gemisch oder umgekehrt zu gelan­ gen, wird allmählich innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne vorgenommen, um Drehmomentensprünge auszuschließen. Durch den allmählichen Übergang können hohe Schadstoffbelastungen im Abgas entstehen, so daß eine allmähliche Verstellung der Drosselklappe in einigen Betriebszuständen ungünstige Folgen haben kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, nach denen der Übergang vom mageren in den stöchiometrischen Betrieb und umgekehrt unter Verringerung der Schadstoffemis­ sion und unter Vermeidung von Drehmomentensprüngen erfolgt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche erreicht.

Ergänzend ist es Ziel der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, anzugeben, unter welchen Bedingungen ein Wechsel der Be­ triebsart geeignet erscheint, d. h. z. B. in welchen Betriebs­ zustände die eine oder andere Betriebsart zu wählen und auf­ grund welcher Signale bzw. Signalverläufe der Übergang er­ kannt wird.

Ferner wird beim bekannten Stand der Technik die Steuerung der Drosselklappe in allen Betriebsbereichen auf elektri­ schem Wege vorgenommen, das heißt es wird ein sogenanntes elektronisches Gaspedalsystem eingesetzt. Ein derartiges Steuersystem ist sehr umfangreich, so daß der Aufwand und die Kosten zur Realisierung der Steuerung der Brennkraftma­ schine aufwendig sein kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist daher vorgese­ hen, ein Steuersystem für eine Brennkraftmaschine für einen Magerbetrieb in ersten Betriebszuständen und einem stöchio­ metrischen Betrieb in zweiten Betriebszuständen vorzusehen, welches weniger aufwendig ist und dennoch einen genügenden Einfluß auf die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine für einen befriedigenden Übergang vom Magerbereich in den stöchiome­ trischen Bereich aufweist.

Durch den Gegenstand der Patentansprüche wird ein Steuerver­ fahren bzw. eine Steuervorrichtung bereitgestellt, welche die obengenannten Forderungen erfüllt.

Aus der DE-41 11 078 A1 ist zur Traktionskontrolle neben der vom Fahrer auf mechanischem Wege betätigbaren Hauptdrossel­ klappe im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine eine zweite, elektrisch von ihrer voll geöffneten bis zu ihrer geschlos­ senen Stellung betätigbare Drosselklappe vorgesehen. Diese ist in der Regel in voll geöffneter Stellung und wird bei Schlupf an den Antriebsrädern des Fahrzeugs zur Reduzierung der Leistung der Brennkraftmaschine in Richtung Schließen betätigt.

Vorteile der Erfindung

Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird ein Steuer­ system für eine Brennkraftmaschine bereitgestellt, welches einen Übergang von einer Betriebsart mit magerer Gemischzu­ sammensetzung in ersten Betriebszuständen zu einer Betriebs­ art mit stöchiometrische Gemischzusammensetzung in zweiten Betriebszuständen ohne Drehmomentensprung und erhöhte Schad­ stoffemission gewährleistet.

Besonders vorteilhaft ist, daß durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise ein Betrieb der Brennkraftmaschine mit mage­ rer Gemischzusammensetzung in großen Lastbereichen ermög­ licht wird, bei erhöhtem Leistungsbedarf, z. B. in der Be­ schleunigungsphase, beim instationären Betrieb oder im obe­ ren Lastbereich der Brennkraftmaschine, eine komfortable schnelle Umschaltung auf einen stöchiometrische Gemischzu­ sammensetzung erfolgt, während bei verringertem Leistungsbe­ darf ein entsprechender Übergang in die Betriebsart mit ma­ gerem Gemisch erfolgt.

Ferner wird in vorteilhafter Weise eine Möglichkeit zum Ein­ griff. In die Luftzufuhr zur Realisierung der erfindungsgema­ ßen Vorgehensweise angegeben, welche ohne großen Aufwand be­ reitgestellt werden kann und zur Realisierung des Übergangs die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine in ausreichendem Aus­ maß beeinflußt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Ansprüchen.

Zeichnung

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

Fig. 1 ein Übersichtsblockschaltbild einer Steuerung für eine Brennkraftmaschine, bei welcher die erfindungsgemäße Vorgehensweise realisiert ist.

Fig. 2 zeigt ein Übersichts­ blockschaltbild der Steuereinheit zur Realisierung der er­ findungsgemäßen Vorgehensweise, während in

Fig. 3 typische Zeitverläufe geeigneter Betriebsgrößen der Brennkraftmaschi­ ne bzw. des Kraftfahrzeugs dargestellt sind.

Fig. 4 schließlich zeigt ein Flußdiagramm als Beispiel einer Reali­ sierung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise als Rechnerpro­ gramm.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In Fig. 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine dargestellt, bei welcher die erfindungsgemäße Vorgehensweise realisiert ist. Die Brennkraftmaschine 10 verfügt dabei über ein Luftansaugsystem 12 und ein Abgassystem 14. Im Luftansaug­ system 12 ist eine erste Drosselklappe 16 angeordnet, welche über eine mechanische Verbindung 18 mit einem vom Fahrer be­ tätigbaren Bedienelement 20, einem Fahrpedal, in Verbindung steht. Das Fahrpedal 20 bzw. die Drosselklappe selbst ist dabei in bekannter Weise mittels einer Feder gegen seine Ruheposition vorgespannt. Ferner ist im Ansaugsystem eine zweite Drosselklappe 22 angebracht, welche über eine mecha­ nische Verbindung 24 mit einem elektrischen Motor 26 verbun­ den ist. Über eine Feder 28 ist die Drosselklappe 22 in ihre voll geöffnete Stellung vorgespannt. Ferner sind ein oder mehrere Einspritzventile 30 für die Kraftstoffzumessung vor­ gesehen. Eine Steuereinheit 32 empfängt von einem die Luft­ zufuhr zur Brennkraftmaschine bestimmenden Sensor 34 (Luftmengen-, -massen-, Druck- oder Drosselklappenstellungs­ sensor) über eine Leitung 36 ein Maß für die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine. Die Drosselklappe 16 ist über eine mechanische Verbindung 38 mit einem Stellungssensor 40 zur Erfassung der Stellung der Drosselklappe 16 verbunden, des­ sen Ausgangsleitung 42 auf die Steuereinheit 32 führt. Auch die Drosselklappe 22 ist über eine mechanische Verbindung 44 mit einem Drosselklappenstellungssensor 46 verbunden, dessen Ausgangsleitung 48 auf die Steuereinheit 32 führt. Die Stel­ lungssensoren sind dabei im bevorzugten Ausführungsbeispiel Potentiometer. Ferner verfügt die Brennkraftmaschine über einen Drehzahlsensor 50, der über eine Leitung 52 mit der Steuereinheit 32 verbunden ist. Im Abgassystem 14 der Brenn­ kraftmaschine ist wenigstens ein Abgassensor 54 vorgesehen, welcher über eine Leitung 56 mit der Steuereinheit 32 ver­ bunden ist. Ferner weist die Steuereinheit 32 weitere Ein­ gangsleitungen 58 bis 60 auf, welche sie mit Meßeinrichtun­ gen 62 bis 64 für weitere Betriebsgrößen von Brennkraftma­ schine und/oder Fahrzeug verbindet. Als Ausgangsleitung weist die Steuereinheit 32 die Leitung 66 auf, welche sie mit dem wenigstens einen Einspritzventil 30 zur Steuerung der Kraftstoffzumessung verbindet. Ferner ist eine Ausgangs­ leitung 68 vorgesehen, welche auf den elektrischen Motor 26 zur Betätigung der Drosselklappe 22 führt. Neben der Beein­ flussung der Kraftstoffzumessung und der Drosselklappe 22 ist eine aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellte Beeinflussung des Zündwinkels sowie ggf. eine Regelung der Leerlaufstellung der Drosselklappe 16 vorgesehen.

Neben der oben dargestellten elektrisch betätigbaren Zusatz­ klappe zur mechanisch betätigbaren Hauptdrosselklappe ist in einem anderen vorteilhaften, aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel ein sogenanntes elektronisches Gaspedalsystem vorgesehen, bei welchen eine einzige Drosselklappe elektrisch abhängig von der Stellung des Fahrpedals eingestellt wird. Dabei die Drosselklappe 16 über eine mechanische Verbindung mit einem elektrischen Stellmotor verbunden, welcher über eine Ansteuerleitung von der Steuereinheit 32 betätigt wird. Über den Stellungsgeber 40 und die Leitung 42 wird der Steuereinheit 32 ein Signal für die Stellung der Drosselklappe zugeführt. Die Elemente 68, 26, 24, 22, 28, 44, 46, 48 aus Fig. 1 entfallen.

Neben der Zusatzdrosselklappe oder der elektrischen Haupt­ drosselklappe sind in anderen vorteilhaften Ausführungen Einzeldrosselklappen vorgesehen, welche die Luftzufuhr zu einzelnen Zylindern beeinflussen oder es können Drosselklap­ pen zur sogenannten Kanalabschaltung vorgesehen sein, welche die Luftzufuhr zu einer vorgegebenen Anzahl von Zylindern beeinflussen. Neben der elektrischen Betätigung der Drossel­ klappe hat es sich in anderen Ausführungsbeispielen als vor­ teilhaft erwiesen, die Drosselklappe auf hydraulischem oder pneumatischem Wege zu betätigen.

Die Steuereinheit 32 bildet in Abhängigkeit der über die Leitung 52 zugeführten Motordrehzahl und der über die Lei­ tung 36 zugeführten Luftmasse aus einem Kennfeld in bekann­ ter Weise ein Lastsignal, welches, zumindest durch eine Ab­ gasregelung korrigiert, den Einspritzimpuls für das Ein­ spritzventil 30 darstellt. Der Einspritzimpuls wird über die Leitung 66 ausgegeben. Bei der Abgasregelung handelt es sich dabei um eine λ-Regelung, wobei eine Abgassonde 54 Verwen­ dung findet, welche nicht nur im stöchiometrischen Bereich sondern auch im mageren Bereich bis zu λ = 1,6 ein auswert­ bares Signal abgibt. Vorzugsweise zeigt die Abgassonde 54 im wesentlichen lineares Verhalten. Das Kraftstoffzumeßsystem ist dabei derart eingestellt, daß die Brennkraftmaschine zu­ mindest im stationären Betrieb im unteren und mittleren Teillastbereich mit Luftüberschuß betrieben wird, bei dem λ vorzugsweise einen Wert im Bereich von 1,5 aufweist. Im in­ stationären Betrieb, wenn der Fahrer beschleunigt bzw. im oberen Teillast- oder Vollastbereich, wenn die Leistungsan­ forderung an die Brennkraftmaschine hoch ist, wird vom Ma­ gerbetrieb auf einen Betrieb mit stöchiometrischem Gemisch (λ = 1) umgeschaltet. Der Wechsel der Betriebsart erfolgt ge­ mäß der erfindungsgemäßen Vorgehensweise dadurch, daß die Kraftstoffeinspritzmenge konstant gehalten wird, die Abgas­ regelung vom Sollwert λm im Magerbereich auf den Sollwert λ1 oder umgekehrt umgeschaltet wird und die daraus resultie­ rende Drehmomentenänderung durch eine sprungförmige Beein­ flussung der Luftzufuhr, durch eine sprungförmige Verstel­ lung der Drosselklappe 16 oder 22 je nach Ausführung kompen­ siert wird.

In Fig. 2 ist eine Realisierung der Steuereinheit 32 zur Durchführung der beschriebenen Vorgehensweise dargestellt. Dabei sind die anhand von Fig. 1 beschriebenen Bezugszei­ chen verwendet. Die Steuereinheit 32 umfaßt eine erste Be­ rechnungseinheit bzw. ein erstes Kennfeld 200, welchem die Leitungen 52 und 36 zugeführt sind. Die Ausgangsleitung 202 der Einheit 200 führt auf eine Korrekturstufe 204, deren Ausgangsleitung die Leitung 66 darstellt. Die Korrekturstufe 204 ist über eine Leitung 206 mit einem Lambdaregler (λ-Reg­ ler) 208 verbunden, dem ein Istsignal über die Leitung 56, und ein Sollsignal über die Leitung 210 zugeführt ist. Die Leitung 210 geht von einem Schaltelement 212 aus, dem der Sollwert λ1 über die Leitung 214 und ein Sollwert λ < 1 auf der Leitung 216 zugeführt wird. Das Schaltelement 212 wird über eine Leitung 218 geschaltet, welche Ausgangsleitung ei­ ner Berechnungseinheit oder eines Kennfeldes 220 ist. Diesem werden im bevorzugten Ausführungsbeispiel die Leitung 42 (Fahrerwunsch) sowie die Leitungen 52, 36 sowie 58 bis 60 zugeführt. Die Ausgangsleitung 218 führt ferner auf eine weitere Berechnungseinheit bzw. ein weiteres Kennfeld 222, dem die Leitungen 42 und 52. Die Ausgangsleitung 224 der Einheit 222 führt auf eine Berechnungseinheit bzw. ein Kenn­ feld 226 oder alternativ auf eine Korrekturstufe 228. Dem Kennfeld 226 werden die Leitungen 42 und 52 zugeführt. Die Ausgangsleitung 230 des Kennfeldes 226 führt auf einen Stel­ lungsregler 232, dem ferner die Leitung 48, bei Verwendung eines elektronischen Gaspedalsystems die Leitung 42, zuge­ führt ist. Die Ausgangsleitung 234 des Stellungsreglers 232 führt gegebenenfalls über die Korrekturstufe 228 zur Aus­ gangsleitung 68.

Im Kennfeld 200 bildet die Steuereinheit 32 abhängig von der Motordrehzahl (Leitung 52) und dem über die Leitung 36 zuge­ führten Signal für die Luftmasse, Luftmenge, Saugrohrdruck oder die Drosselklappenstellung ein Grundlastsignal TL, wel­ ches über die Leitung 202 an die Korrekturstufe 204 abgege­ ben wird. Die Korrekturstufe 204 dient zur Korrektur des Lastsignals bzw. des Grundeinspritzsignals TL abhängig vom Ausgangssignal des λ-Reglers 208. Dieser vergleicht das Ist­ wertsignal der Abgassonde 54, die im bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel eine im wesentlichen lineare Kennlinie, in an­ deren Ausführungen einen über den gewünschten Bereich aus­ wertbaren Zusammenhang zwischen der Abgaszusammensetzung und ihrem Ausgangssignal aufweist, mit dem voreingestellten Sollwert. Der Regler 208 gibt gemäß einer vorgegebenen Re­ gelstrategie (z. B. Proportional-Integral) und zusammen mit einer beispielsweise vom Sollwert abhängigen Vorsteuerung ein Ausgangssignal auf der Leitung 206 ab, welches das Grundeinspritzsignal TL im Sinne einer Annäherung des Ist­ werts an den Sollwert korrigiert. Das korrigierte Signal bildet das Einspritzsignal ti und wird über die Leitung 66 an das oder die Einspritzventile abgegeben.

Zumindest im stationären oder quasi stationären Betrieb im unteren und mittlere Teillastbereich wird dem λ-Regler 208 über die Leitung 216 und 210 durch entsprechende Stellung des Schaltelements 212 ein Sollwert zugeführt, welcher einem mageren Luft-Kraftstoffgemisch entspricht. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dieser Sollwert 1,5. Bei instationä­ ren Betriebszuständen wie z. B. Beschleunigungen oder Verzö­ gerungen, bei bedeutenden Leistungsanforderungen z. B. im oder in der Nähe des Vollastbereichs, wird zur Verbesserung des Fahrverhaltens der Sollwert des λ-Reglers auf 1 durch Umschalten des Schaltelements 212 gesetzt. Dadurch ergibt sich ein stöchiometrisches Verhältnis zwischen Luft- und Kraftstoffmasse. Die Umschaltung wird durch die Berechnungs­ einheit 220 ausgelöst, welche die Fahrpedalstellung und ge­ gebenenfalls ergänzend die Drosselklappenstellung, das Last­ signal, die Getriebeposition und/oder die Motordrehzahl aus­ wertet, um einen Leistungswunsch des Fahrers zu erkennen und daraus die Notwendigkeit für ein Umschalten des λ-Reglers ableitet. Dies erfolgt im einfachsten Fall durch Vorgabe ei­ nes Schwellwertes für die Fahrpedalstellung in der Nähe des Vollastbereichs (z. B. bei 700 Fahrpedalstellung). Bei Über­ schreiten dieses Schwellwertes wird auf stöchiometrischen Betrieb umgeschaltet. Ebenso vorteilhaft ist die Berücksich­ tigung von Getriebeposition und Motordrehzahl oder des Last­ signals in Verbindung mit der Fahrpedal- oder Drosselklap­ penstellung dergestalt, daß eine Anforderung für ein hohes Motordrehmoment erkannt wird. Ferner kann die Berechnungs­ einheit 220 zur Erfassung instationärer Vorgänge die zeitli­ che Ableitung der Fahrpedalposition ermitteln und auswerten. Überschreitet die zeitliche Ableitung einen vorgegebenen Grenzwert, das heißt wird das Fahrpedal in Richtung Be­ schleunigung sehr schnell betätigt, so ist dies ein Zeichen zur Umschaltung auf stöchiometrischen Betrieb.

Die Umschaltung vom stöchiometrischen Betrieb in den Mager­ betrieb erfolgt bei umgekehrten Vorzeichen. Sinkt die Fahr­ pedalstellung beispielsweise unterhalb des vorgegebenen Schwellwertes, so wird auf Magerbetrieb zurückgeschaltet, ebenso wenn anhand der obengenannten Parameter erkannt wurde, daß der Brennkraftmaschine nur ein geringes Drehmo­ ment abverlangt wird, oder wenn die zeitliche Ableitung der Fahrpedalstellung nach einer gewissen Zeit nach Überschrei­ ten des Schwellwertes diesen unterschreitet.

Erkennt die Berechnungseinheit 220 einen Leistungswunsch des Fahrers, so wird das Schaltelement 212 betätigt. Der Soll­ wert der λ-Regelung wird demnach sprungförmig verändert, während die Einspritzmenge zunächst unbeeinflußt ist. Bei herkömmlichen Systemen würde eine solche Änderung des λ- Sollwertes durch entsprechende Korrektur der Einspritzzeit zu einer Drehmomentenänderung des Motors führen, die nicht erwünscht ist. Daher wird das Umschaltsignal auf der Leitung 218 sowohl dem Schaltelement 212 als auch dem Kennfeld 222 zugeführt. Durch das Umschaltsignal wird das Kennfeld 222 aktiviert und ermittelt auf der Basis der momentan vorlie­ genden Fahrpedalstellung und der Motordrehzahl entsprechend der Richtung der Umschaltung eine Drosselklappenstellung. Diese wird über die Leitungen 224 und 230 an den Stellungs­ regler abgegeben, welcher aufgrund des Drosselklappenstel­ lungswert eine Verstellung der Zusatzklappe vornimmt. Im Stellungsregler 232 wird der Sollwert mit dem Istwert der Drosselklappenstellung verglichen und ein Ausgangssignal er­ zeugt, welches die Stellung der Zusatzdrosselklappe im Sinne einer Einregelung des Sollwerts betätigt. Bei einer Umschal­ tung vom Magerbetrieb in den stöchiometrischen Betrieb be­ deutet dies eine Verstellung der Drosselklappe von ihrer vollständig geöffneten Stellung auf einen bestimmten Dros­ selklappenwinkel, während im umgekehrten Fall die Drossel­ klappe in ihre vollständig geöffnete Stellung verstellt wird.

Das Ausmaß der Verstellung der Drosselklappe ist dabei der­ art bestimmt, daß durch die Drosselklappenverstellung eine Drehmomentenänderung der Brennkraftmaschine erfolgt, die im wesentlichen die durch die Umschaltung des λ-Regler verur­ sachte Drehmomentenänderung kompensiert. Dies wird durch das Kennfeld 222 erreicht, in dem entsprechende, experimentell bestimmte Werte für das Ausmaß der Verstellung der Drossel­ klappe für jeden Betriebspunkt (bestimmt durch Fahrpedal­ stellung und Motordrehzahl) abgelegt sind. Dazu wird experi­ mentell für jeden Betriebspunkt bzw. für einzelne Stützstel­ len die durch eine bestimmte Verstellung der Drosselklappe erzeugte Änderung des Drehmoments ermittelt. Wird bei der λ-Regelung lediglich eine Umschaltung zwischen zwei fest vor­ gegebenen Sollwerten für die beiden Betriebsarten eingesetzt genügt die Ermittlung der notwendigen Drosselklappenverstel­ lung zur Kompensation der Drehmomentenänderung infolge der Umschaltung für jeden Betriebspunkt. Bei veränderlichen Sollwerten ist die Ermittlung für jeden möglichen Sollwert­ sprung bzw. für einzelne Stützstellen von Sollwertsprüngen durchzuführen. Die Ergebnis werden dann in das Kennfeld 222 eingetragen, in dem die Beträge für die Drosselklappenver­ stellung über Fahrpedalstellung und Motordrehzahl, gegebe­ nenfalls ergänzend über der λ-Änderung aufgetragen sind.

Um eine Drehmomentenkompensation beim Umschalten vom stöchiometrischen in den mageren Betrieb vorzunehmen, wird die Zusatzdrosselklappe im stöchiometrischen Betrieb abhän­ gig von Fahrpedalstellung und Motordrehzahl sowie gegebenen­ falls abhängig von dem im Magerbetrieb einzustellenden λ- Wert durch das Kennfeld 222 derart verstellt, daß die Drehmomentenänderung einer zu jedem beliebigen Zeitpunkt auftretende Umschaltung durch Verstellen der Drosselklappe in eine weiter geöffnete Stellung kompensiert wird.

Wird ein elektronisches Gaspedalsystem verwendet, ist ein Kennfeld 226 vorgesehen, welches im magerem Betrieb auf der Basis der Fahrpedalstellung und gegebenenfalls der Motor­ drehzahl eine Drosselklappensollstellung ermittelt. Der Stellungsregler 232 regelt dann über den gesamten Betriebs­ bereich die Drosselklappenstellung derart ein, daß die Ist­ drosselklappenstellung dem Sollwert entspricht. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel wird im stöchiometrischen Be­ trieb auf das Kennfeld 222 zur Steuerung der Drosselklappe umgeschaltet, welches gegenüber dem Kennfeld 226 derart festgelegt ist, daß die Differenzen in den ausgelesenen Drosselklappenstellungen gerade die durch die λ-Umschaltung erzeugte Drehmomentenänderung kompensiert.

In einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird das Kennfeld 226 nicht durch Kennfeld 222 gesteuert, sondern die Kennfeldwerte des Kennfelds 226 werden durch die aus dem Kennfeld 222 ausgelesenen Werte additiv, multiplikativ oder auf eine andere Weise korrigiert.

Ferner wird in einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbei­ spiel ausgehend vom Kennfeld 222 die Drosselklappe über die Korrekturstufe 228 direkt unabhängig vom Stellungsregler im Rahmen einer offenen Steuerung eingestellt. Dabei bilden die aus dem Kennfeld 222 ausgelesenen Werte entweder Korrektur­ werte für das Reglersausgangssignal oder ersetzen dieses.

Das vorstehende Ausführungsbeispiel schaltet zwischen zwei festen Sollwerten für λ um. In anderen Ausführungsbeispielen kann es vorteilhaft sein, im Magerbereich den Sollwert aus Schadstoffemissionsgründen zu ändern. In diesem Fall geht in das Kennfeld 222 ebenfalls der aktuelle λ-Sollwert vor und nach der Umschaltung ein, so daß dort aufgrund von Fahrpe­ dalstellung und Motordrehzahl ein Maß für die Drosselklap­ penstellungsänderung und damit ein Maß für die Drehmomenten­ kompensation gewonnen werden kann.

In Fig. 3 sind typische Signalverläufe für eine beispiel­ hafte Betriebssituation aufgezeichnet. Dabei ist waagrecht jeweils die Zeit, in Fig. 3a senkrecht der λ-Wert, in Fig. 3b die Fahrpedalstellung α, in Fig. 3c die Luftzufuhr QL, und in Fig. 3d das Drehmoment N der Brennkraftmaschine.

Bis zum Zeitpunkt t1 fahre die Brennkraftmaschine im Mager­ bereich. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Fahrpedal­ schwelle α0 wird von der Magereinstellung auf die stöchiome­ trische umgeschaltet. Dies führt gemäß Fig. 3a zu einer Än­ derung des λ-Wertes und gemäß Fig. 3c zu einer sprungförmi­ gen Reduzierung der Luftzufuhr QL. Die Drehmomentenbeiträge der λ-Änderung und der Änderung der Luftzufuhr sind so ge­ wählt, daß sie sich im wesentlichen kompensieren. Daher ist in Fig. 3d zum Zeitpunkt t1 keine Drehmomentenänderung zu erkennen. Zum Zeitpunkt t2 sinkt die Fahrpedalstellung unter den Schwellwert. Dies führt zu einer Umschaltung von der stöchiometrischen in die Magereinstellung, was zu einer sprungförmigen Änderung des λ-Sollwertes zum Zeitpunkt t2 und zu einer sprungförmigen Erhöhung der Luftzufuhr QL zum Zeitpunkt t2 gemäß Fig. 3a und 3c führt. Auch hier kompen­ sieren sich die Momentenbeiträge der beiden Veränderungen, so daß beim Momentenverlauf gemäß Fig. 3d keine oder nur ganz geringe Drehmomentenänderungen zu erkennen sind. Die Einspritzzeit ti bleibt während den Übergängen unverändert, da infolge der Zeitkonstante der λ-Regelung die Anpassung der Abgaszusammensetzung an die Veränderung des Sollwertes durch Veränderung der Luftzufuhr, das heißt durch den Sprung der Drosselklappe, vorgenommen wird. Die λ-Regelung regelt so beim Wechseln des Sollwertes lediglich kleine Änderungen aus.

In Fig. 4 ist ein Flußdiagramm als eine Realisierung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise als Rechenprogramm skizziert. Nach Start des Programmteils werden im ersten Schritt 300 die relevanten Betriebsgrößen Fahrpedalstellung α, Motordrehzahl N, Luftzufuhr QL, Getriebeübersetzung Ü, Lambdawert λ sowie Drosselklappenstellung DK eingelesen und im darauffolgenden Schritt 302 die Grundeinspritzzeit ti durch Quotientenbildung aus Luftzufuhr und Motordrehzahl be­ stimmt. Darauf folgt der Abfrageschritt 304. In diesem Ab­ frageschritt wird ermittelt, ob ein Leistungswunsch des Fah­ rers vorliegt. Dies geschieht beispielsweise durch Vergleich der Fahrpedalstellung mit einem vorgegebenen Schwellwert, durch Auswertung der zeitlichen Ableitung der Fahrpedalstel­ lung, durch kombinierte Auswertung von Fahrpedalstellung, Motordrehzahl, Motorlast und/oder Getriebeübersetzung, um einen erhöhte Drehmomentenanforderung an den Motor festzu­ stellen. Wurde ein Leistungswunsch erkannt, so wird im fol­ genden Abfrageschritt 306 überprüft, ob dieser Leistungs- Wunsch erstmalig auftrat. Wurde der Leistungswunsch erstma­ lig erkannt, so wird im Schritt 308 der λ-Sollwert auf 1 ge­ setzt und im darauffolgenden Schritt 310 der Solleinstell­ wert der Drosselklappe gemäß einem ersten Kennfeld aus Fahrapedalstellung und Motordrehzahl ermittelt. Dieses Kenn­ feld ist derart gewählt, daß beim Übergang von einem λ-Wert < 1 zum λ-Wert 1 auftretende Drehmomentensprung genau durch die entsprechende Verstellung der Drosselklappe und Reduzie­ rung der Luftzufuhr kompensiert wird. Wurde der Drosselklap­ pensollwert nach Schritt 310 ermittelt, so wird im Schritt 312 das Drosselklappenansteuersignal durch den Stellungsreg­ ler auf der Basis der Differenz zwischen Soll- und Istwert ermittelt. Im darauffolgenden Schritt 314 wird die Ein­ spritzzeit ti auf der Basis der Grundeinspritzzeit t1 und des Ausgangs des λ-Reglers ermittelt.

Wurde im Schritt 306 erkannt, daß der Leistungswunsch be­ reits in einem vorhergehenden Programmdurchlauf erkannt wurde, wird im Schritt 316 der Drosselklappensollwert auf der Basis von Fahrpedalstellung und Motordrehzahl gemäß dem ersten Kennfeld bestimmt und mit Schritt 312 und 314 fortge­ fahren.

Wird kein Leistungswunsch erkannt, so wird im Schritt 318 überprüft, ob dies erstmalig der Fall war. Ist dies der Fall, wird im Schritt 320 der λ-Sollwert auf ein Wert < 1 gesetzt und im darauffolgenden Schritt 322 der Drosselklap­ pensollwert gemäß einem zweiten Kennfeld auf der Basis von Fahrpedalstellung und Motordrehzahl bestimmt. Auch hier wird die durch die Sollwertänderung des λ-Reglers zu erwartende Drehmomentenänderung durch entsprechende Ausgestaltung des zweiten Kennfeldes im Schritt 322 kompensiert. Nach Schritt 322 folgt Schritt 324 und die Berechnung des Drosselklappen­ ansteuersignals durch den Stellungsregler. Wurde im Schritt 318 erkannt, daß "kein Leistungswunsch" wenigstens im vori­ gen Programmdurchlauf erkannt wurde, wird direkt mit Schritt 322 fortgefahren. Der Programmteil wird nach Schritt 314 be­ endet und zu gegebener Zeit wiederholt.

Fig. 3 und 4 wurde anhand eines sogenannten E-Gasystems dargestellt. Wird eine Zusatzklappe gemäß Fig. 1 verwendet, so fällt im rechten Zweig des Flußdiagramms nach Fig. 4 das zweite Kennfeld weg. Anstelle dieses Kennfeld wird die An­ steuerung für die Zusatzklappe abgeschaltet, wodurch diese unter der Wirkung der Rückstellfeder in die vollgeöffnete Stellung verstellt wird. Eine entsprechende Vorgehensweise wird bei Einzeldrosselklappen oder bei Drosselklappen zur Kanalabschaltung durchgeführt.

Claims (13)

1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine,

• - wobei über ein elektrisch betätigbares Stellelement die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine beeinflußt wird,
• - wobei die Kraftstoffzumessung zur Brennkraftmaschine gemäß den herrschenden Betriebszuständen gesteuert wird, derart, daß in wenigstens einem ersten Betriebsbereich ein mageres Luft-/Kraftstoff-Verhältnis, in wenigstens einem zweiten Be­ triebsbereich ein im wesentlichen stöchiometrisches Verhält­ nis sich ergibt, wobei zwischen den Betriebsbereichen abhän­ gig vom Fahrerwunsch umgeschaltet wird und diese Umschaltung wenigstens durch Beeinflussung des Stellelements zur Steue­ rung der Luftzufuhr erfolgt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Stellelement bei der Umschaltung sprungförmig, insbe­ sondere durch einen einzigen Sprung derart verstellt wird, daß das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment vor und nach der Umschaltung im wesentlichen gleich ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Umschaltung der Sollwert einer das Luft-/Kraftstoff- Verhältnis beeinflussenden Regelung (λ-Regelung) von einem eine magere Gemischzusammensetzung ergebenden Wert auf einen eine stöchiometrische Zusammensetzung ergebenden Wert er­ folgt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Umschaltung abhängig von der Fahrpedalstellung, von der zeitlichen Ableitung der Fahrpe­ dalstellung und/oder aufgrund einer auf der Basis von Fahr­ pedalstellung, Drehzahl und Getriebeübersetzung ermittelten Drehmomentenanforderung erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Stellelement eine Zusatzklappe im Hauptkanal des Luftansaugsystems ist oder einzelnen oder Gruppen von Zylinder zugeordnet ist und im Magerbetrieb in voll geöffneter Stellung steht, bei stöchiometrischem Be­ trieb in Richtung Schließen eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Stellelement in allen Be­ triebsbereichen abhängig vom Fahrerwunsch elektrisch einge­ stellt wird, im stöchiometrischen Betrieb gemäß einem er­ sten, im Magerbetrieb gemäß einem zweiten Kennfeld wenig­ stens abhängig von der Fahrpedalstellung eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Stellelement im Rahmen einer Lageregelung eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zur λ-Regelung eine Abgassonde mit linearer Kennlinie verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die sprungförmige Verstellung des Sollwertes der λ-Regelung und des Stellelements zur Ein­ stellung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine gleichzeitig erfolgen.

9. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine,

• - mit wenigstens einem elektrisch betätigbaren Stellelement zur Beeinflussung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine,
• - mit Mitteln zur Steuerung der Kraftstoffzumessung zur Brennkraftmaschine gemäß den herrschenden Betriebszuständen,
• - wobei in wenigstens einem ersten Betriebsbereich ein mage­ res Luft-/Kraftstoffverhältnis, in wenigstens einem zweiten Betriebsbereich ein im wesentlichen stöchiometrisches Ver­ hältnis eingestellt wird,
• - wobei ferner Mittel vorgesehen sind, die zwischen den Be­ triebsbereichen abhängig vom Fahrerwunsch umschalten,
• - diese Umschaltung wenigstens durch Beeinflussung des Stellelements zur Steuerung der Luftzufuhr erfolgt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Umschaltmittel das Stellelement sprungförmig, insbe­ sondere durch einen einzigen Sprung, derart verstellen, daß das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment vor und nach der Umschaltung im wesentlichen gleichbleibt.

10. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine,

• - mit wenigstens einem elektrisch betätigbaren und wenig­ stens einem mechanischen vom Fahrer betätigbaren Stellele­ ment zur Beeinflussung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschi­ ne,
• - mit Mitteln zur Steuerung der Kraftstoffzumessung zur Brennkraftmaschine gemäß den herrschenden Betriebszuständen,
• - wobei in wenigstens einem ersten Betriebsbereich ein mage­ res Luft-/Kraftstoffverhältnis,
• - in wenigstens einem zweiten Betriebsbereich ein im wesent­ lichen stöchiometrisches Verhältnis eingestellt wird,
• - wobei ferner Mittel vorgesehen sind, die zwischen den Be­ triebsbereichen abhängig vom Fahrerwunsch umschalten,
• - diese Umschaltung wenigstens durch Beeinflussung der Luft­ zufuhr über die Verstellung des elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigbaren Stellelements erfolgt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - das betätigbare Stellelement in Reihe zum mechanisch betä­ tigbaren Stellelement im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine angeordnet ist.