DE10105507A1 - Überwachungsvorrichtung für einen magerlauffähigen Motor - Google Patents

Überwachungsvorrichtung für einen magerlauffähigen Motor

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Überwachung eines Antriebsstranges eines Fahrzeugs beschrieben, wo die Leistung des Antriebsstranges anhand des Kraftstoffs geschätzt wird, wenn der Antriebsstrang mit einem überstöchiometrischen Gemisch arbeitet, und wo die Leistung des Antriebsstranges anhand der Luft geschätzt wird, wenn der Antriebsstrang mit einem unterstöchiomentrischen Gemisch arbeitet. Die Leistung des Antriebsstranges wird dann mit einer vorgewählten Leistung voerglichen, und auf diesen Vergleich hin wird eine Reaktion initiiert.

Description

Das Gebiet der Erfindung betrifft die Überwachung elektro­ nisch gesteuerter Antriebsaggregate in Fahrzeugen.
Bei einigen Motoren wird eine elektronisch gesteuerte Dros­ selklappe zur Verbesserung der Leistung verwendet. Außerdem können Motoren auch mit Hilfe der Motorleistung bzw. der Drehmomentsteuerung gesteuert werden, wo das tatsächliche Mo­ tordrehmoment über eine Leistungseinstellvorrichtung auf ein gewünschtes Motordrehmoment gesteuert wird, wie zum Beispiel mit der elektronischen Drosselklappe, dem Zündzeitpunkt, dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder verschiedenen anderen Vor­ richtungen.
Mit Drehmomentsteuerung und elektronischen Drosselklappen ar­ beitende Motoren können auch mit einem überstöchiometrischen Gemisch arbeiten, um den Wärmewirkungsgrad des Motors zu ver­ bessern und den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu senken. Bei diesen Systemen wird der Motor mit einem überstöchiome­ trischen Gemisch und relativ ungedrosselt betrieben, wodurch die Pumparbeit des Motors herabgesetzt und der Kraftstoffwir­ kungsgrad weiter erhöht wird. Um den Bereich des Magerbe­ triebs zu vergrößern, kann mit Direkteinspritzung gearbeitet werden, wo der Kraftstoff direkt in den Motor eingespritzt wird.
Motoren können auch mit einem unterstöchiometrischen Gemisch arbeiten. Zum Beispiel kann ein unterstöchiometrischer Be­ trieb erforderlich sein, um gespeicherte Abgase herauszuspü­ len oder um ein zusätzliches Motordrehmoment zu liefern, wie auch in verschiedenen anderen Situationen.
Bei einem Verfahren zur Überwachung der Motorsteuersysteme wird festgestellt, ob das tatsächliche Motordrehmoment größer ist als ein gewünschtes Motordrehmoment. Das tatsächliche Mo­ tordrehmoment wird ermittelt anhand des Luftdurchsatzes im Motor und/oder anhand der eingespritzten Kraftstoffmenge und anhand verschiedener anderer Faktoren. Ein solches Verfahren wird beschrieben in dem US-Patent Nr. 5,692,472.
Die hier auftretenden Erfinder sehen einen Nachteil bei dem obigen Ansatz. Vor allem wenn ein solches Verfahren bei Moto­ ren verwendet wird, die sowohl mit einem überstöchiometri­ schen Gemisch als auch mit einem unterstöchiometrischen Ge­ misch arbeiten, werden je nach dem Betriebszustand unter­ schiedliche Schätzungen für das Drehmoment geliefert. Anders ausgedrückt, im Magerbetrieb ist das aus der Luftmenge ermit­ telte Motordrehmoment größer als das aus der Kraftstoffein­ spritzmenge ermittelte Motordrehmoment. Analog dazu ist beim Betrieb mit einem fetten Gemisch das aus der Kraftstoffein­ spritzmenge ermittelte Motordrehmoment größer als das aus der Luftmenge ermittelte Motordrehmoment. Das Motordrehmoment an sich kann sowohl in dem einen als auch in dem anderen Be­ triebszustand überschätzt werden. Eine solche Überschätzung kann die Überwachungsleistung herabsetzen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren zur Überwachung von Antriebssträngen bereitzustellen, die mit ei­ nem unterstöchiometrischen Gemisch, einem nahezu stöchiome­ trischen Gemisch und einem überstöchiometrischen Gemisch ar­ beiten können.
Die obige Aufgabe wird gelöst und die Nachteile früherer An­ sätze werden überwunden durch ein Verfahren zur Überwachung des Antriebsstranges eines Fahrzeugs mit einem Motor, der Luft und Kraftstoff ansaugt, wobei das Verfahren die folgen­ den Schritte umfaßt: Ermitteln einer vorgewählten Leistung des Antriebsstranges; Berechnen einer tatsächlichen Leistung des Antriebsstranges anhand der Luft, wenn der Antriebsstrang mit einem unterstöchiometrischen Gemisch arbeitet; Berechnen der tatsächlichen Leistung des Antriebsstranges anhand des Kraftstoffs, wenn der Antriebsstrang mit einem überstöchiome­ trischen Gemisch arbeitet; und Initiieren einer Reaktion, wenn die tatsächliche Leistung des Antriebsstranges größer ist als die vorgewählte Leistung des Antriebsstranges.
Durch Berechnen der Leistung des Antriebsstranges anhand der Luft im Falle eines unterstöchiometrischen Gemisches und an­ hand des Kraftstoffs im Falle eines überstöchiometrischen Ge­ misches kann man eine genaue und solide Schätzung der Lei­ stung des Antriebsstranges erhalten. Vor allem muß sowohl bei einem mageren Gemisch als auch bei einem fetten Gemisch eine relativ geringe Anzahl von Parametern berücksichtigt werden. Anders ausgedrückt, überzählige Parameter zur Modifizierung von Schätzwerten werden minimiert und man erzielt gleichzei­ tig eine solide Schätzung.
Ein Vorteil der obigen Ausgestaltung der Erfindung ist eine verbesserte Überwachung.
Ein weiterer Vorteil der obigen Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Überschätzen minimiert werden kann.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die obige Aufgabe gelöst und werden die Nachteile frühe­ rer Ansätze überwunden durch ein Überwachungssystem, das fol­ gendes umfaßt: einen Antriebsstrang mit einem Motor, der Luft und Kraftstoff ansaugt, wobei der Motor ein Direkteinspritzer ist, der sowohl im Schichtbetrieb als auch im Homogenbetrieb arbeiten kann, und wobei der Motor auch mit einem unters­ töchiometrischen Gemisch, einem überstöchiometrischen Gemisch und einem im wesentlichen nahezu stöchiometrischen Gemisch arbeiten kann; eine Antriebsstrang-Überwachungsvorrichtung zur Überwachung eines Motorsteuersystems, wobei die Überwa­ chungsvorrichtung ein vorgewähltes Drehmoment des Antriebs­ stranges ermittelt, ein tatsächliches Drehmoment des An­ triebsstranges anhand eines ersten und zweiten voneinander unabhängigen Signals für Luft berechnet, wenn der Antriebs­ strang mit einem unterstöchiometrischen Gemisch arbeitet, das tatsächliche Drehmoment des Antriebsstranges anhand eines dritten und vierten voneinander unabhängigen Signals für Kraftstoff berechnet, wenn der Antriebsstrang mit einem überstöchiometrischen Gemisch arbeitet, und eine Reaktion in­ itiiert, wenn das tatsächliche Drehmoment des Antriebsstran­ ges größer ist als das vorgewählte Drehmoment des Antriebs­ stranges.
Ein Vorteil der obigen Ausgestaltung der Erfindung ist eine verbesserte Schätzung durch eine verbesserte Überwachung. Insbesondere kann durch Bereitstellen von zwei Schätzungen des Kraftstoffs aus voneinander unabhängigen Quellen für den Betrieb mit einem mageren Gemisch und zwei Schätzungen der Luft aus voneinander unabhängigen Quellen für den Betrieb mit einem fetten Gemisch das Überschätzen minimiert werden, wäh­ rend gleichzeitig für Redundanz gesorgt wird.
Die Aufgabe und die Vorteile der hierin beanspruchten Erfin­ dung werden besser verständlich durch die Lektüre eines Bei­ spiels einer Ausführungsform, bei der die Erfindung in vor­ teilhafter Weise verwendet wird, anhand der beiliegenden Zeichnungen. Darin zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs, das verschie­ dene Bauteile im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 2 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Motorsteue­ rung, bei der die Erfindung in vorteilhafter Weise verwendet wird; und
Fig. 3-5 Blockschaltbilder von Ausführungsformen, bei denen die Erfindung in vorteilhafter Weise verwendet wird.
Der fremdgezündete Verbrennungsmotor 10 mit Direkteinsprit­ zung, der eine Vielzahl von Brennräumen umfaßt, wird durch das elektronische Motorsteuergerät 12 gesteuert. Gemäß Fig. 1 umfaßt der Brennraum 30 des Motors 10 Brennraumwände 32, wo­ bei der Kolben 36 darin positioniert und mit der Kurbelwelle 40 verbunden ist. In diesem speziellen Beispiel umfaßt der Kolben 30 eine Ausnehmung bzw. Mulde (nicht dargestellt), die zur Bildung von Schichtladungen von Luft und Kraftstoff bei­ trägt. Der Brennraum bzw. Zylinder 30 steht jeweils über Ein­ laßventile 52a und 52b (nicht dargestellt) bzw. Auslaßventile 54a und 54b (nicht dargestellt) mit dem Ansaugkrümmer 44 und dem Abgaskrümmer 48 in Verbindung. Das Kraftstoffeinspritz­ ventil 66A ist direkt mit dem Brennraum 30 gekoppelt, um ihm proportional zur Impulsbreite des von dem Steuergerät 12 über den herkömmlichen elektronischen Treiber 68 empfangenen Si­ gnals fpw flüssigen Kraftstoff zuzuführen. Kraftstoff wird dem Kraftstoffeinspritzventil 66A durch eine herkömmliche Hochdruck-Kraftstoffanlage (nicht dargestellt) mit Kraft­ stofftank, Kraftstoffpumpen und einer Kraftstoff- Verteilerleitung zugeführt.
Der Ansaugkrümmer 44 steht mit dem Drosselklappengehäuse 58 über eine Drosselklappe 62 in Verbindung. In diesem speziel­ len Beispiel ist die Drosselklappe 62 mit einem Elektromotor 94 gekoppelt, so daß die Stellung der Drosselklappe 62 durch das Steuergerät 12 über den Elektromotor 94 gesteuert wird. Diese Konfiguration wird allgemein als elektronische Drossel­ klappensteuerung (ETC) bezeichnet, die auch bei der Leerlauf­ regelung verwendet wird. Bei einer alternativen Ausführungs­ form (nicht dargestellt), die dem Fachmann wohlbekannt ist, ist ein Umgehungsluftkanal parallel zu der Drosselklappe 62 angeordnet, um die angesaugte Luftmenge während der Leerlauf­ regelung über ein in dem Luftkanal positioniertes Drossel­ klappenregelventil zu regeln.
Die Lambdasonde 76 ist mit dem Abgaskrümmer 48 stromaufwärts von dem Katalysator 70 gekoppelt. In diesem speziellen Bei­ spiel schickt die Lambdasonde 76 das Signal EGO zu dem Steu­ ergerät 12, in dem das Signal EGO in das Zweizustandssignal EGOS umgewandelt wird. Ein Hochspannungszustand des Signals EGOS zeigt an, daß die Abgase unterstöchiometrisch sind, und ein Niederspannungszustand des Signals EGOS zeigt an, daß die Abgase überstöchiometrisch sind. Das Signal EGOS wird in vor­ teilhafter Weise während der herkömmlichen Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses verwendet, um das durchschnitt­ liche Luft/Kraftstoff-Verhältnis während des stöchiometri­ schen Homogenbetriebs im stöchiometrischen Bereich zu halten.
Die herkömmliche verteilerlose Zündanlage 88 schickt in Reak­ tion auf das Frühzündungssignal SA von dem Steuergerät 12 ei­ nen Zündfunken über die Zündkerze 92 zu dem Brennraum 30.
Das Steuergerät 12 läßt den Brennraum 30 durch entsprechende Steuerung des Einspritzzeitpunkts entweder mit einem homoge­ nen Luft/Kraftstoff-Gemisch oder mit einem geschichteten Luft/Kraftstoff-Gemisch arbeiten. Im Schichtbetrieb aktiviert das Steuergerät 12 das Kraftstoffeinspritzventil 66A während des verdichtungstaktes des Motors, so daß Kraftstoff direkt in die Mulde des Kolbens 36 gesprüht wird. Dadurch werden übereinanderliegende Luft/Kraftstoff-Schichten gebildet. Die der Zündkerze am nächsten liegende Schicht enthält ein stöchiometrisches Gemisch oder ein leicht unterstöchiometri­ sches Gemisch, und die anschließenden Schichten enthalten im­ mer magerere Gemische. Während des Homogenbetriebs aktiviert das Steuergerät 12 das Kraftstoffeinspritzventil 66A während des Ansaugtaktes, so daß ein im wesentlichen homogenes Luft/Kraftstoff-Gemisch gebildet wird, wenn die Zündenergie durch die Zündanlage 88 der Zündkerze 92 zugeführt wird. Das Steuergerät 12 steuert die durch das Kraftstoffeinspritzven­ til 66A zugeführte Menge Kraftstoff, so daß das homogene Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Brennraum 30 als stöchiometri­ sches, unterstöchiometrisches oder überstöchiometrisches Ge­ misch gewählt werden kann. Das geschichtete Luft/Kraftstoff- Gemisch wird immer überstöchiometrisch sein, wobei das genaue Luft/Kraftstoff-Verhältnis von der Menge des dem Brennraum 30 zugeführten Kraftstoffs abhängt. Eine zusätzliche geteilte Betriebsart, bei der zusätzlicher Kraftstoff während des Aus­ pufftaktes eingespritzt wird, während gleichzeitig im Schichtbetrieb gearbeitet wird, ist ebenfalls möglich.
Der Stickoxid(NOx)-Absorber oder -Abscheider 72 ist stromab­ wärts von dem Katalysator 70 angeordnet. Der NOx-Abscheider 72 absorbiert NOx, wenn der Motor 10 mit einem überstöchiome­ trischen Gemisch arbeitet. Das absorbierte NOx wird anschlie­ ßend mit HC umgesetzt und im Verlauf eines NOx-Spülzyklus ka­ talysiert, wenn das Steuergerät 12 veranlaßt, daß der Motor 10 entweder in einem fetten Homogenbetrieb oder in einem stöchiometrischen Homogenbetrieb arbeitet.
Das Steuergerät 12 ist in Fig. 1 als herkömmlicher Mikrocom­ puter dargestellt, der folgendes umfaßt: eine Mikroprozes­ soreinheit 102, Eingabe/Ausgabe-Kanäle 104, ein elektroni­ sches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrier­ werte, das in diesem speziellen Beispiel als Nur-Lese- Speicherchip (ROM) 106 dargestellt ist, einen Direktzugriffs­ speicher (RAM) 108, einen Haltespeicher 110 und einen her­ kömmlichen Datenbus. Das Steuergerät 12 empfängt neben den bereits erörteten Signalen verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren, nämlich: den Meßwert der ange­ saugten Luftmasse (MAF) von dem mit dem Drosselklappengehäuse 58 gekoppelten Luftmassenmesser 100; die Motorkühlmitteltem­ peratur (ECT) von dem mit dem Kühlmantel 114 gekoppelten Tem­ peratursensor 112; ein Profilzündungsgebersignal (PIP) von dem mit der Kurbelwelle 40 gekoppelten Hallsensor 118; und eine Drosselklappenstellung TP von dem Drosselklappenstel­ lungssensor 120; sowie das Signal MAP für den Saugrohrabso­ lutdruck von dem Sensor 122. Das Motordrehzahlsignal RPM wird von dem Steuergerät 12 auf herkömmliche Weise aus dem Signal PIP generiert, und das Krümmerdrucksignal MAP liefert einen Hinweis auf die Motorlast. In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erzeugt ein Sensor 118, der auch als Motordrehzahlsensor verwendet wird, bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorbestimmte Anzahl von gleich weit von­ einander beabstandeten Impulsen.
In diesem speziellen Beispiel werden die Temperatur Tcat des Katalysators 70 und die Temperatur Ttrp des NOx-Abscheiders 72 aus dem Motorbetrieb hergeleitet, wie dies in dem US- Patent Nr. 5,414,994 offenbart ist, dessen Beschreibung hier mit einbezogen wird. Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Temperatur Tcat durch den Temperatursensor 124 ange­ geben, und die Temperatur Ttrp wird durch den Temperatursen­ sor 126 angegeben.
Gemäß Fig. 1 steht nun weiterhin die Nockenwelle 130 des Mo­ tors 10 mit Kipphebeln 132 und 134 in Verbindung, um die Ein­ laßventile 52a, 52b und die Auslaßventile 54a, 54b zu betäti­ gen. Die Nockenwelle 130 ist direkt mit dem Gehäuse 136 ge­ koppelt. Das Gehäuse 136 bildet ein Zahnrad mit einer Viel­ zahl von Zähnen 138. Das Gehäuse 136 ist hydraulisch gekop­ pelt mit einer inneren Welle (nicht dargestellt), die wieder­ um über eine Steuerkette (nicht dargestellt) mit der Nocken­ welle 130 direkt verbunden ist. Das Gehäuse 136 und die Noc­ kenwelle 130 drehen sich daher mit einer Drehzahl, die im we­ sentlichen äquivalent ist zur Drehzahl der inneren Nockenwel­ le. Die innere Nockenwelle dreht sich mit einem konstanten Drehzahlverhältnis zur Kurbelwelle 40. Durch Manipulation der hydraulischen Kopplung in der im folgenden beschriebenen Wei­ se kann jedoch die Stellung der Nockenwelle 130 relativ zur Kurbelwelle 40 durch Hydraulikdruck in der Frühverstellungs­ kammer 142 und der Spätverstellungskammer 144 verändert wer­ den. Wenn man unter hohem Druck stehendes Hydrauliköl in die Frühverstellungskammer 142 strömen läßt, wird die relative Beziehung zwischen der Nockenwelle 130 und der Kurbelwelle 40 nach früh verstellt. Die Einlaßventile 52a, 52b und die Aus­ laßventile 54a, 54b öffnen und schließen also früher als nor­ mal relativ zur Kurbelwelle 40. Wenn man analog dazu unter hohem Druck stehendes Hydrauliköl in die Spätverstellungskam­ mer 144 strömen läßt, wird die relative Beziehung zwischen der Nockenwelle 130 und der Kurbelwelle 40 nach spät ver­ stellt. Die Einlaßventile 52a, 52b und die Auslaßventile 54a, 54b öffnen und schließen also später als normal relativ zur Kurbelwelle 40.
Mit dem Gehäuse 136 und der Nockenwelle 130 gekoppelte Zähne 138 erlauben die Messung der relativen Nockenstellung über den Nockenstellungsgeber 150, der ein Signal VCT zu dem Steu­ ergerät 12 schickt. Die Zähne 1, 2, 3 und 4 werden vorzugs­ weise zur Messung der Nockensteuerung verwendet und sind gleich weit voneinander beabstandet (zum Beispiel sind sie in einem V8-Motor mit zwei Zylinderreihen 90 Grad voneinander beabstandet), während der Zahn 5 vorzugsweise zur Identifi­ zierung eines Zylinders herangezogen wird, wie nachfolgend beschrieben wird. Außerdem schickt das Steuergerät 12 Steuer­ signale (LACT, PACT) zu herkömmlichen Magnetventilen (nicht dargestellt), um den Strom von Hydrauliköl in die Frühver­ stellungskammer 142 oder in die Spätverstellungskammer 144 oder in keine von beiden zu steuern.
Die relative Nockensteuerung wird nach dem Verfahren gemes­ sen, das in dem hier mit einbezogenen US-Patent Nr. 5,548,995 beschrieben wird. Allgemein ausgedrückt liefert die Zeit bzw. der Drehwinkel zwischen der ansteigenden Flanke des Signals PIP und dem Empfang eines Signals von einem der Vielzahl von Zähnen 138 an dem Gehäuse 136 ein Maß für die relativen Noc­ kensteuerung. Bei dem speziellen Beispiel eines V8-Motors mit zwei Zylinderreihen und einem Zahnrad mit fünf Zähnen erhält man viermal pro Umdrehung ein Maß für die Nockensteuerung ei­ ner bestimmten Zylinderreihe, wobei das zusätzliche Signal zur Identifizierung eines Zylinders herangezogen wird.
Anhand von Fig. 2 ist nun ein Blockschaltbild des auf dem Drehmoment basierenden Steuersystems und des Systems zur Wahl des Direkteinspritzmodus dargestellt. Zunächst werden Signale für die Fahrpedalstellung (PP) und die Fahrzeuggeschwindig­ keit (VS) in Block 210 eingespeist. Block 210 stellt die Fahrerbedarfstabellen dar, die die Signale für die Fahrpedal­ stellung und die Fahrzeuggeschwindigkeit in ein gewünschtes Raddrehmoment (Twdes) umwandeln. Dann wird das gewünschte Raddrehmoment in Block 212 mit dem Übersetzungsverhältnis multipliziert, um ein gewünschtes Motordrehmoment (Tedes) zu erzeugen. Aus dem gewünschten Motordrehmoment und der Mo­ tordrehzahl (n) wird in Block 214 ein gewünschter Verbren­ nungsmodus erzeugt. Block 214 stellt insbesondere eine Nach­ schlagetabelle dar, in der das gewünschte Drehmoment und die gewünschte Motordrehzahl verwendet werden, um den für minima­ le Abgase bei optimalem Kraftstoffverbrauch effizientesten Verbrennungsmodus zu wählen. Der gewählte gewünschte Modus ist entweder ein Schichtbetrieb, wo Kraftstoff während des Verdichtungstaktes eingespritzt wird, ein geteilter Betrieb, wo Kraftstoff sowohl während des Ansaugtaktes als auch wäh­ rend des Verdichtungstaktes und vielleicht noch ein zusätzli­ ches Mal einspritzt wird, oder ein Homogenbetrieb, wo Kraft­ stoff im Ansaugtakt eingespritzt wird. Aus dem Signal für das gewünschte Motordrehmoment und aus dem gewünschten Modus und der gewünschten Motordrehzahl erzeugt Block 216 dann die ge­ wünschten Einstellungen für die Stellglieder wie zum Beispiel Luft, Kraftstoff, Einspritzzeitpunkt, Zündzeitpunkt, Abgas­ rückführung, veränderliche Nockensteuerung und andere mit dem Antriebsstrang gekoppelte Stellglieder. Insbesondere erzeugt das Motorkennfeld in Block 216 eine Einstellung für die Para­ meter, die bei dem gewünschten Motordrehmoment und dem ge­ wählten Modus optimale Emissionen und optimalen Kraftstoff­ verbrauch liefern. Auf diese Weise wird gemäß der vorliegen­ den Erfindung bei jedem gewählten Modus das korrekte Mo­ tordrehmoment erzeugt. Schließlich wird aus dem gewünschten Raddrehmoment und der gewünschten Motordrehzahl mit Hilfe von Block 218, der Schaltschemata darstellt, ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis gewählt.
Das Kraftstoffeinspritzventil 66 wird so gesteuert, daß es die gewünschte Kraftstoffmenge liefert, und die elektronische Drosselklappe 62, die Nockenstellung (falls vorhanden) und die Stellung des Abgasrückführungsventils (falls vorhanden) werden so gesteuert, daß die gewünschte Luftmenge geliefert wird.
Anhand von Fig. 3 wird nun eine Routine zur Berechnung des tatsächlichen Motordrehmoments beschrieben, das zur Überwa­ chung des Motorsteuersystems verwendet wird. Zunächst wird in Schritt 310 festgestellt, ob der Motorgerade mit einem überstöchiometrischen Gemisch, einem unterstöchiometrischen Gemisch oder mit einem im wesentlichen bzw. nahezu stöchiome­ trischen Gemisch arbeitet. Wenn der Motor mit einem im we­ sentlichen stöchiometrischen Gemisch arbeitet, bedeutet dies, daß er herkömmlicherweise um einen stöchiometrischen Wert schwankt. Die Ermittlung in Schritt 310 erfolgt vorzugsweise anhand von einem oder mehreren Abgassensoren. Zum Beispiel können beheizte Lambdasonden (HEGO), universelle Lambdasonden (UEGO), lineare Lambdasonden oder jeder andere Abgassensor verwendet werden, der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Abgas anzeigt. Wenn der Motor mit einem überstöchiometrischen Ge­ misch arbeitet, geht die Routine weiter zu Schritt 312, wo ein erstes tatsächliches Magerdrehmoment (TLact1) anhand der Kraftstoffmenge und der Motordrehzahl berechnet wird. Die Kraftstoffmenge wird aus dem Sensor XX ermittelt, wie hierin bereits anhand von Fig. 1 beschrieben. Als nächstes berechnet die Routine in Schritt 314 ein zweites tatsächliches Mager­ drehmoment (TLact2) anhand der Kraftstoffimpulsbreite (fpw). Als nächstes schätzt die Routine in Schritt 316 ein drittes tatsächliches Magerdrehmoment (TLact3) anhand des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, der Luftmasse und der Mo­ tordrehzahl. In Schritt 318 berechnet die Routine dann ein maximales Magerdrehmoment (Tm) anhand des Maximums des er­ sten, zweiten und dritten tatsächlichen Magerdrehmoments. Bei einer alternativen Ausführungsform können jeweils zwei der obengenannten drei Schätzwerte für das Magerdrehmoment zur Berechnung des maximalen Magerdrehmoments (Tm) herangezogen werden. Auf diese Weise werden voneinander unabhängige Senso­ ren zur Berechnung des tatsächlichen Magerdrehmoments anhand des Kraftstoffs herangezogen, wenn der Motor im Magerbetrieb läuft. Das Maximum dieser Schätzwerte wird dann verwendet.
Wenn der Motor in Schritt 310 mit einem im wesentlichen stöchiometrischen Gemisch arbeitet, geht die Routine nun ge­ mäß Fig. 3 weiter zu Schritt 320, wo das erste tatsächliche stöchiometrische Drehmoment (TSact1) anhand der Kraftstoff­ menge und der Motordrehzahl berechnet wird. In Schritt 322 wird dann ein zweites tatsächliches stöchiometrisches Drehmo­ ment (TSact2) anhand einer Kraftstoffimpulsbreite berechnet. In Schritt 324 wird dann ein drittes tatsächliches stöchiome­ trisches Drehmoment (TSact3) anhand des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses, der Luftmasse und der Motordrehzahl berechnet. In Schritt 326 wird ein viertes tatsächliches stöchiometri­ sches Drehmoment (TSact4) anhand der Drosselklappenstellung und der Motordrehzahl berechnet. Bei Verwendung einer verän­ derlichen Nockensteuerung wird die Stellung der veränderli­ chen Nockensteuerung berücksichtigt, um das vierte tatsächli­ che stöchiometrische Drehmoment zu berechnen. Schließlich wird in Schritt 328 ein fünftes tatsächliches stöchiometri­ sches Drehmoment (TSact5) anhand der Luftmasse und der Mo­ tordrehzahl berechnet. In Schritt 330 wird dann das maximale stöchiometrische Drehmoment (Tm) anhand des Maximums des er­ sten bis fünften tatsächlichen stöchiometrischen Drehmoments berechnet. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das Maximum von jeweils zwei der obengenannten fünf geschätzten stöchiometrischen Drehmomente herangezogen werden. Anders ausgedrückt, beim Betrieb mit einem nahezu stöchiometrischen Gemisch kann entweder der Kraftstoff oder die Luft oder eine Kombination der beiden herangezogen werden. Auf diese Weise können voneinander unabhängige Sensoren zur Bereitstellung von Schätzwerten des tatsächlichen Motordrehmoments verwendet werden, und das Maximum dieser Werte wird dann bei der Über­ wachung des Motors verwendet.
Wenn der Motor in Schritt 310 mit einem unterstöchiometri­ schen Gemisch arbeitet, geht die Routine nun gemäß Fig. 3 weiter zu Schritt 332, wo ein erstes tatsächliches fettes Drehmoment (TRact1) anhand der Drosselklappenstellung und der Motordrehzahl berechnet wird. Bei Verwendung einer veränder­ lichen Nockensteuerung, wird die Stellung der veränderlichen Nockensteuerung ebenfalls berücksichtigt, um das erste tat­ sächliche fette Drehmoment zu berechnen. In Schritt 334 wird dann als nächstes ein zweites tatsächliches fettes Drehmoment (TRact2) anhand der Luftmasse und der Motordrehzahl berech­ net. In Schritt 336 wird dann ein maximales fettes Drehmoment (Tm) als Maximum des ersten und zweiten tatsächlichen fetten Drehmoments berechnet. Auf diese Weise werden voneinander un­ abhängige Sensoren zur Berechnung des tatsächlichen Mo­ tordrehmoments herangezogen. Das Maximum dieser Drehmomente wird dann bei der Überwachung des Motors verwendet.
Wie oben insbesondere anhand von Fig. 3 beschrieben, berech­ net die Routine das Motordrehmoment anhand des Kraftstoffs, wenn der Motor im Magerbetrieb läuft, da die vorhandene über­ schüssige Luft nicht verbrennt und nicht zur Erzeugung von Motordrehmoment beiträgt. Auf diese Weise wird im Magerbe­ trieb eine genaue und solide Schätzung des Motordrehmoments geliefert. Analog dazu wird dann, wenn der Motor mit einem fetten Gemisch läuft, das tatsächliche Motordrehmoment anhand von Parametern für Luft berechnet, da überschüssiger Kraft­ stoff nicht verbrennt und nicht zur Erzeugung von Mo­ tordrehmoment beiträgt. Wenn der Motor mit einem nahezu stöchiometrischen Gemisch arbeitet, kann jede beliebige Kom­ bination aus den mageren oder fetten Schätzwerten verwendet werden, da jeweils die gesamte Luft und der gesamte Kraft­ stoff verbrennt und zur Erzeugung von Motordrehmoment bei­ trägt. Ein weiterer Vorteil eines solchen Ansatzes liegt dar­ in, daß jegliche Verschlechterung in dem(den) Abgassen­ sor(en), mit dem(denen) angezeigt wird, ob der Motor mit ei­ nem über- oder unterstöchiometrischen Gemisch arbeitet, von Haus aus zu einer großzügigen Schätzung führt. Wenn der Motor zum Beispiel tatsächlich mit einem mageren Gemisch arbeitet und der Sensor ein fettes Gemisch anzeigt, kann das Drehmo­ ment anhand der Luft berechnet werden. Dieses Drehmoment wird jedoch größer sein als das anhand des Kraftstoffs berechnete Drehmoment, da im Magerbetrieb per definitionem überschüssige Luft vorhanden ist. Wenn der Motor tatsächlich mit einem fet­ ten Gemisch arbeitet und der Sensor ein mageres Gemisch an­ zeigt, kann das Drehmoment in analoger Weise anhand des Kraftstoffs berechnet werden. Dieses Drehmoment wird jedoch größer sein als das anhand der Luft berechnete Drehmoment, da beim Betrieb mit einem fetten Gemisch per definitionem über­ schüssiger Kraftstoff vorhanden ist.
Anhand von Fig. 4 wird nun eine Routine zur Überwachung des Motors anhand des in Fig. 3 berechneten maximalen Drehmoments (Tm) beschrieben. Zunächst wird in Schritt 410 das gewünschte Motordrehmoment (Tedes) in der zuvor mit Bezug auf Fig. 2 be­ schriebenen Weise berechnet. Das gewünschte Motordrehmoment stellt das vorgewählte Motordrehmoment dar. Es kann jedoch noch andere Quellen für das vorgewählte Motordrehmoment ge­ ben, wie zum Beispiel die Motorleerlaufregelung, die Trakti­ onsregelung, die Geschwindigkeitsregelung und verschiedene andere dem Fachmann bekannte Quellen. In Schritt 412 wird das gewünschte mit dem tatsächlichen Drehmoment unter Verwendung einer Toleranz (TOL) verglichen. Wenn das maximale Drehmoment (Tm) größer ist als die Summe aus dem tatsächlichen zulässi­ gen Drehmoment plus Toleranz, geht die Routine weiter zu Schritt 414, wo der Zähler D2 um 2 heraufgesetzt wird. An­ dernfalls wird der Zähler D2 in Schritt 416 um 1 herabge­ setzt. In Schritt 418 wird dann festgestellt, ob der Zähler D2 einen höheren Wert anzeigt als den Grenzwert C3. Wenn die Antwort auf Schritt 418 JA lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 420, wo eine Reaktion initiiert wird. Bei einer be­ vorzugten Ausführungsform besteht diese Reaktion in einer Verminderung des Motordrehmoments. Das Motordrehmoment kann nach einer Vielzahl von Verfahren herabgesetzt werden, bei­ spielsweise durch Herabsetzen der Kraftstoffmenge, Herabset­ zen der Luftmenge, Verzögern des Zündzeitpunktes, Abschalten von Zylindern, oder nach irgendeinem anderen dem Fachmann an­ gesichts dieser Offenbarung bekannten Verfahren zur Verminde­ rung des Motordrehmoments. Eine Reaktion kann auch darin be­ stehen, daß ein Übersetzungsverhältnis des Getriebes im Sinne eines kleineren Raddrehmoments verändert wird, oder daß Nebe­ naggregate aktiviert werden, die Motordrehmoment verbrauchen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es also möglich, den Mo­ tor 10 zu überwachen. Bei einer alternativen Ausführungsform kann in den Schritten 410 und 412 auch das Raddrehmoment an­ stelle des Motordrehmoments verwendet werden. Insbesondere kann das gewünschte Raddrehmoment auch direkt aus der Fahrpe­ dalstellung und der Fahrzeuggeschwindigkeit hergeleitet wer­ den. In Schritt 412 wird das maximale Drehmoment (Tm) in Ver­ bindung mit dem Übersetzungsverhältnis und dem Drehomentver­ hältnis des Drehmomentwandlers verwendet, um das tatsächliche maximale Raddrehmoment zu ermitteln.
Anhand von Fig. 5 wird nun eine Routine zur Überwachung der Motordrehzahlerfassung beschrieben. Zunächst wird in Schritt 510 die Motordrehzahl gemessen. In Schritt 512 wird dann festgestellt, ob der Drehmomentwandler freigegeben ist. Wenn die Antwort auf Schritt 512 NEIN lautet, schätzt die Routine in Schritt 514 die Motordrehzahl (N_est) anhand eines Fahr­ zeuggeschwindigkeitssensors (VS) und des Übersetzungsverhält­ nisses. In Schritt 516 wird dann festgestellt, ob die Diffe­ renz zwischen der gemessenen Motordrehzahl (N) und der ge­ schätzten Motordrehzahl (N_est) größer ist als der Grenzwert C1. Wenn die Antwort auf Schritt 516 JA lautet, geht die Rou­ tine weiter zu Schritt 518, wo der Zähler D1 um 1 heraufge­ setzt wird. Andernfalls geht die Routine weiter zu Schritt 520, wo der Zähler D1 um 1 herabgesetzt wird. In Schritt 522 wird der Wert des Zählers D1 mit dem Schwell- bzw. Grenzwert C2 verglichen. Wenn der Wert des Zählers D1 größer ist als C2, zeigt die Routine dies in Schritt 524 an. In Reaktion auf diese Anzeige kann das Motorsteuergerät für eine reduzierte Funktionsweise des Motors sorgen.
Wenngleich mehrere Beispiele für Ausführungsformen, bei denen die Erfindung praktisch angewendet wird, hierin beschrieben wurden, gibt es zahlreiche weitere Beispiele, die ebenfalls beschrieben werden könnten. Zum Beispiel kann die Erfindung auch bei Hybridelektrofahrzeugen mit Magermotor verwendet werden. Die Erfindung ist daher nur gemäß den nun folgenden Ansprüchen zu definieren.

Claims (24)

1. Verfahren zur Überwachung des Antriebsstranges eines Fahrzeugs mit einem Motor, der Luft und Kraftstoff ansaugt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Ermitteln einer vorgewählten Leistung des Antriebsstranges;
Berechnen einer tatsächlichen Leistung des Antriebsstranges anhand der Luft, wenn der Antriebsstrang mit einem unters­ töchiometrischen Gemisch arbeitet;
Berechnen der tatsächlichen Leistung des Antriebsstranges an­ hand des Kraftstoffs, wenn der Antriebsstrang mit einem überstöchiometrischen Gemisch arbeitet; und
Initiieren einer Reaktion, wenn die tatsächliche Leistung des Antriebsstranges größer ist als die vorgewählte Leistung des Antriebsstranges.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Antriebsstrang einen Motor umfaßt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Antriebsstrang einen Motor und ein Getriebe umfaßt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Leistung des An­ triebsstranges ein Motordrehmoment umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner folgende Schritte umfaßt:
Anzeigen anhand eines Abgassensors, daß der Antriebsstrang mit einem überstöchiometrischen Gemisch arbeitet; und
Anzeigen anhand des Abgassensors, daß der Antriebsstrang mit einem unterstöchiometrischen Gemisch arbeitet.
6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Be­ rechnens der tatsächlichen Leistung des Antriebsstranges an­ hand der Luft ferner das Berechnen eines tatsächlichen Drehmoments des Antriebsstranges anhand einer maximalen Luft­ menge aufgrund einer Drosselklappenstellung und der Luftmenge anhand eines Luftmengenmessers umfaßt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Be­ rechnens der tatsächlichen Leistung des Antriebsstranges an­ hand des Kraftstoffs ferner das Berechnen eines tatsächlichen Drehmoments des Antriebsstranges anhand eines aufgrund der Impulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils ermittelten Maxi­ mums der Kraftstoffmenge und anhand einer durch einen Sensor für den Kraftstoffdurchfluß ermittelten Kraftstoffmenge um­ faßt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Leistung des An­ triebsstranges ein Raddrehmoment ist.
9. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Leistung des An­ triebsstranges ein Motordrehmoment ist.
10. Überwachungssystem, das folgendes umfaßt:
einen Antriebsstrang mit einem Motor, der Luft und Kraftstoff ansaugt, wobei der Motor ein Direkteinspritzer ist, der so­ wohl in einem Schichtbetrieb als auch in einem Homogenbetrieb arbeiten kann, wobei der Motor außerdem in der Lage ist, mit einem unterstöchiometrischen Gemisch, einem überstöchiometri­ schen Gemisch und einem im wesentlichen nahezu stöchiometri­ schen Gemisch zu arbeiten;
eine Antriebsstrangüberwachungsvorrichtung zur Überwachung eines Motorsteuersystems, wobei die Überwachungsvorrichtung ein vorgewähltes Drehmoment des Antriebsstranges ermittelt, ein tatsächliches Drehmoment des Antriebsstranges anhand ei­ nes ersten und zweiten voneinander unabhängigen Signals für die Luft berechnet, wenn der Antriebsstrang mit einem unter­ stöchiometrischen Gemisch arbeitet, das tatsächliche Drehmo­ ment des Antriebsstranges anhand eines dritten und vierten voneinander unabhängigen Signals für den Kraftstoff berech­ net, wenn der Antriebsstrang mit einem überstöchiometrischen Gemisch arbeitet, und eine Reaktion initiiert, wenn das tat­ sächliche Drehmoment des Antriebsstranges größer ist als das vorgewählte Drehmoment des Antriebsstranges.
11. Überwachungssystem nach Anspruch 10, bei dem die An­ triebsstrangüberwachungsvorrichtung ferner das tatsächliche Drehmoment des Antriebsstranges anhand eines Maximums eines durch das erste Signal angezeigten ersten Drehmoments und ei­ nes durch das zweite Signal angezeigten zweiten Drehmoments berechnet.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das erste Signal ei­ ne Drosselklappenstellung einer mit dem Motor gekoppelten Drosselklappe ist.
13. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das erste Signal ei­ ne von einem Luftmassenmesser ermittelte Luftmasse ist.
14. Überwachungssystem nach Anspruch 10, bei dem die An­ triebsstrangüberwachungsvorrichtung ferner das tatsächliche Drehmoment des Antriebsstranges anhand eines Maximums eines durch das dritte Signal angezeigten dritten Drehmoments und eines durch das vierte Signal angezeigten vierten Drehmoments berechnet.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das dritte Signal eine Kraftstoffimpulsbreite eines mit dem Motor gekoppelten Kraftstoffeinspritzventils ist.
16. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das vierte Signal eine von einem mit einer Kraftstoffanlage des Motors gekop­ pelten Kraftstoffmengenmesser ermittelte Kraftstoffmenge ist.
17. Fertigungsgegenstand, der folgendes umfaßt:
ein Computerspeichermedium mit einem darin codierten Compu­ terprogramm zur Überwachung des Antriebsstranges eines Fahr­ zeugs mit einem Motor, der Luft und Kraftstoff ansaugt, wobei das Computerspeichermedium folgendes umfaßt:
einen Code zur Ermittlung eines vorgewählten Drehmoments des Antriebsstranges;
einen Code zur Berechnung eines tatsächlichen Drehmoments des Antriebsstranges anhand der Luft, wenn der Antriebsstrang mit einem unterstöchiometrischen Gemisch arbeitet;
einen Code zur Berechnung des tatsächlichen Drehmoments des Antriebsstranges anhand des Kraftstoffs, wenn der Antriebs­ strang mit einem überstöchiometrischen Gemisch arbeitet; und
einen Code zum Initiieren einer Reaktion, wenn das tatsächli­ che Drehmoment des Antriebsstranges größer ist als das vorge­ wählte Drehmoment des Antriebsstranges.
18. Gegenstand nach Anspruch 17, bei dem der Code zum Initi­ ieren einer Reaktion ferner einen Code zum Reduzieren der Leistung des Antriebsstranges umfaßt.
19. Gegenstand nach Anspruch 18, bei dem der Code zum Initi­ ieren einer Reaktion ferner einen Code zum Ändern eines Über­ setzungsverhältnisses des Getriebes umfaßt.
20. Gegenstand nach Anspruch 18, bei dem der Code zum Initi­ ieren einer Reaktion ferner einen Code zum Reduzieren des Mo­ tordrehmoments umfaßt.
21. Gegenstand nach Anspruch 18, bei dem der Code zum Initi­ ieren einer Reaktion ferner einen Code zum Aktivieren von Ne­ benaggregaten umfaßt.
22. Verfahren zum Überwachen und Steuern des Antriebsstran­ ges eines Fahrzeugs mit einem Motor, der Luft und Kraftstoff ansaugt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Ermitteln eines gewünschten Drehmoments;
Wählen eines Verbrennungsmodus anhand des gewünschten Drehmo­ ments;
Ermitteln der Einstellung für ein mit dem Motor gekoppeltes Stellglied anhand des gewählten Verbrennungsmodus und des ge­ wünschten Drehmoments;
Steuern des Stellglieds in Reaktion auf die Einstellung;
Berechnen eines tatsächlichen Drehmoments des Antriebsstran­ ges; und
Initiieren einer Reaktion, wenn die tatsächliche Leistung des Antriebsstranges größer ist als die vorgewählte Leistung des Antriebsstranges.
23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das Drehmoment ein Raddrehmoment ist.
24. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das tatsächliche Drehmoment anhand der Luft berechnet wird, wenn der Antriebs­ strang mit einem unterstöchiometrischen Gemisch arbeitet, und anhand des Kraftstoffs, wenn der Antriebsstrang mit einem überstöchiometrischen Gemisch arbeitet.
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