DE102004002011B4 - Leerlaufdrehzahlsteuerung durch Luft/Kraftstoff-Verhältnis- und Zündzeitpunktsteuerung - Google Patents

Leerlaufdrehzahlsteuerung durch Luft/Kraftstoff-Verhältnis- und Zündzeitpunktsteuerung Download PDF

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    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Motors mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, mit den Schritten: – Berechnen einer erwünschten Drehzahl; – Bestimmen eines Drehzahlfehlers aus der erwünschten Drehzahl und einer tatsächlichen Drehzahl; – als Reaktion auf den Drehzahlfehler: – Betreiben des Motors bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, welches weniger mager als ein erstes vorbestimmtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, um die tatsächliche Drehzahl zu erhöhen und – Verzögern des Zündzeitpunkts gegenüber einem vorbestimmten Zündzeitpunkt und Betreiben des Motors bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, welches magerer als das erste vorbestimmte Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, um die tatsächliche Drehzahl zu verringern.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Motors, besonders die Leerlaufsteuerung von Verbrennungsmotoren und insbesondere von fremdgezündeten Motoren mit magerem Motorbetrieb.
  • Motoren mit magerem Motorbetrieb arbeiten typischerweise bei einem mageren Luft/Treibstoff-Verhältnis, das signifikant niedriger als die magere Fehl-Zündungsgrenze ist. Dies resultiert vor allem aus dem Erfordernis, eine Reservekapazität bereit zu halten, falls die Treibstoffeinspritzung entsprechend einer Laststeigerung gesteuert wird. Dies ist insbesondere wichtig für die Leerlaufdrehzahlsteuerung bei Motoren mit magerem Verbrennungs Verhältnis, die typischerweise durch Steuern der Treibstoffmenge und/oder des Luftzuflusses erreicht wird.
  • Aus EP 1 028 240 A2 ist ein Verfahren zur Drehzahlregelung bei betrieb mit magerem Luft/Kraftstoffverhältnis bekannt, bei dem zum Erhöhen der Drehzahl das Luft/Kraftstoff-Verhältnis weniger mager eingestellt wird.
  • Aus EP 947 682 A2 ist eine kombinierte Beeinflussung von Zündung und Luft/Kraftstoff-Verhältnis bekannt.
  • Ein Vorschlag, die Motorleerlaufdrehzahl zu steuern, ist in US 6,349,700 A beschrieben. In diesem Beispiel wird die Motor/Drehzahlsteuerung eines fremdgezündeten Motors mit Direkteinspritzung erzielt, indem je nach Möglichkeit Treibstoff als Hauptdrehmomenteinstellung und Luftfluß als sekundäre Drehmomenteinstellung eingesetzt wird, um die Zündung in der Nähe des MBT (Zündzeitpunkt mit maximalem Drehmoment) zu halten. Treibstoff wird eher als Zündzeiteinstellung als Hauptdrehmomenteinstellung verwendet, da der Motorbetrieb nicht auf einen engen stöchiometrischen Bereich begrenzt ist. Falls die Grenzen des Luft/Treibstoff-Verhältnisses die Steuerung des Drehmoments durch Treibstoff verbietet, wird Luftflußsteuerung als Drehmomenteinstellung verwendet. Während des Betriebs wird die Zündung im wesentlichen beim MBT gehalten, um die Treibstoffökonomie zu verbessern. Die Erfinder haben Nachteile beim derartigen Verfahren für eine Motorleerlaufsteuerung gefunden. Zunächst führt die Steuerung der Treibstoffmenge oder -zeit als Hauptsteuerung eines Motorsystems mit magerer Verbrennung zu einem Betrieb, der aufgrund der Reservekapazität weit unterhalb Fehlzündungsgrenze für einen Betrieb mit magerem Luft/Treibstoff-Verhältnis liegt. Die Reservekapazität kann zu verringerter Treibstoffökonomie führen, da der Betrieb bei einem Luft/Treibstoff-Verhältnis durchgeführt werden kann, das weniger mager ist, als andernfalls möglich. Ferner kann eine Leerlaufdrehzahl unter Verwendung des Luftflusses als Drehmomentsteuerung zu langsamer Motorreaktion führen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine schnell ansprechende Steuerung zur Verfügung zu stellen, welche dennoch einen Betrieb bei einem relativ mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis erlaubt.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Bei einem Beispiel werden die Nachteile im Standes des Technik durch ein Verfahren zum Steuern eines Motors mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis überwunden, das aufweist: Berechnen einer erwünschten Motordrehzahl, Betrieb bei einem niedrigeren als einem zuerst vorbestimmten mageren Luft/Treibstoff-Verhältnis und Herstellung einer Motorleistung; Steigern der Motorleistung, um die erwünschte Motordrehzahl zu erhalten, indem weniger mager als beim ersten Luft/Treibstoff-Verhältnis gearbeitet wird, und Verringern der Motorleistung, um die erwünschte Motordrehzahl aufrecht zu erhalten, indem magerer als beim ersten mageren Luft/Treibstoff-Verhältnis gearbeitet wird und die Zündzeit gegenüber einer vorbestimmten Zeit verzögert wird.
  • Durch Steigern der Motorleistung über Anreicherung des Luft/Treibstoff-Verhältnisses kann eine schnellere Motorreaktion als durch Einstellungen des Luftflusses erzielt werden, wobei gleichzeitig bei optimaler Zündzeit gearbeitet wird. Andererseits kann durch Erniedrigen der Motorleistung über Zündzeitverzögerung, die gesamte Betriebszeit länger an der mageren Fehlzündungsgrenze des Luft/Treibstoff-Verhältnisses halten, während immer noch eine schnelle Leistungsabgabesteuerung erzielt wird. Dies bedeutet, dass der Motor mit einem geringen Abstand (oder Reservekapazität) zur mageren Fehlzündungsgrenze arbeiten kann, da große Abnahmen in der Motorleistungsabgabe hauptsächlich durch Verzögerung der Zündzeit erzielt werden. Ferner wird, falls die Motorleistungsanforderungen erzielt wurden, der Betrieb bei magerem Luft/Treibstoff-Verhältnis durch Erhöhung der Luftmenge wiederhergestellt. In ähnlicher Weise wird optimale Zündzeiteinstellung durch verringerte Lufteinstellung wiederhergestellt. Ferner können durch den magereren Betrieb während der meisten Motorbetriebszeit die negativen Auswirkungen auf die Treibstoffökonomie durch gegenüber dem MBT verzögerte Zündung vermieden werden. Die Erfindung schafft demzufolge ein Verfahren zum Betreiben eines Motors bei einem magereren Luft/Treibstoff-Verhältnis, als möglich ist, wenn sowohl Zu-/als auch Abnahmen der Motorleistung durch Treibstoffmenge oder Zündzeiteinstellung erzielt werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen näher erläutert, in der zeigt:
  • 1A und B eine Motor-Teilansicht
  • 2 die Steuerung als Funktion des RPM Fehlers;
  • 3–8 den Betrieb in Form von Flussdiagrammen;
  • 9–12 Graphen und experimentelle Resultate durch vorteilhaften Einsatz der Erfindung;
  • 13A–D verschiedene Motorkonfigurationen zum Einsatz der Erfindung;
  • 14 einen Graph unterschiedlicher Motorbetriebsbedingungen;
  • 14A bis 15 ein Flussdiagramm zum erfindungsgemäßen Steuern der Motordrehzahl.
  • 1a und 1b zeigen einen Zylinder eines Mehrzylinder DISI-Motors mit angeschlosser Ansaug- und Abgasleitung und elektronischer Motorsteuerung. Ein durch Zündfunken gezündeter Verbrennungsmotor 10 mit Direkteinspritzung und mehreren Brennkammern wird durch die elektronische Motorsteuerung 12 gesteuert. Der Motor 10 umfasst die Brennkammer 30 und Kammerwände 32, in denen der Kolben 36, verbunden mit einer Kurbelwelle 40, angeordnet ist. Ein (nicht gezeigter) Startermotor ist mit der Kurbelwelle 40 über ein Flugrad (nicht gezeigt) verbunden. Die Brennkammer oder Zylinder 30 ist mit dem Ansaugverteiler 44 und dem Abgasverteiler 48 über entsprechende Ansaugventile 52a und 52b (nicht gezeigt) und Abgasventile 54a und 54b (nicht gezeigt) verbunden. Der Treibstoffeinspritzer 66a ist direkt mit der Brennkammer 30 verbunden dargestellt, um den direkt eingespritzten Treibstoff entsprechend der Pulsbreite des Signals für, das von der Steuerung 12 über den konventionellen elektronischen Antrieb 68 empfangen wird, abzugeben. Treibstoff wird zum Treibstoffeinspritzer 66a über ein konventionelles Hochdrucktreibstoffsystem (nicht gezeigt) mit Treibstofftank, Treibstoffpumpen und Treibstoffleitungen geliefert.
  • Die Drossel weist eine Drosselklappe 62 auf. Drosselklappe 62 ist mit dem Elektromotor 94 verbunden, der ein Signal von einem elektronischen Antrieb empfängt. Der elektronische Antrieb empfängt ein Steuersignal (DC) von der Steuerung 12. Diese Konfiguration wird allgemein als elektronische Drosselsteuerung (ETC) bezeichnet, die auch bei der Leerlaufsteuerung verwendet wird. Bei einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) die dem Fachmann wohl bekannt ist, wird eine Bypass Luftpassage parallel zur Drosselplatte 62 vorgesehen, um den eingeführten Luftfuß während der Leerlaufsteuerung über ein Drosselsteuerventil in der Luftleitung zu steuern. Der Abgassensor 76 ist mit dem Abgasverteiler 48 stromaufwärts des katalytischen Konverters 70 verbunden gezeigt (man beachte, dass der Sensor 76 verschiedenen unterschiedlichen Sensoren entspricht, abhängig von der Abgas-Konfiguration). Beispielsweise kann er dem Sensor 230, oder 234, oder 230b, oder 230c, oder 234c, oder 230d, oder 234d, wie weiter unten unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, entsprechen). Der Sensor 76 (oder irgendeiner der Sensoren 230, 234, 230b, 230c, 230d oder 234d) kann irgendein bekannter Sensor sein, der eine Anzeige des Abgas Luft/Treibstoff-Verhältnisses liefert, wie ein linearer Sauerstoffsensor, ein nur zwei Zustände besitzender Sauerstoffsensor, ein HC- oder CO-Sensor. Bei dieser speziellen Ausführungsform ist der Sensor 76 ein nur zwei Zustände aufweisender Sauerstoffsensor, der ein Signal EGO zur Steuerung 12 übermittelt, die das Signal EGO in das zwei Zustände besitzende Signal EGOS umwandelt. Ein Zustand hoher Spannung des Signals EGOS gibt an, dass die Abgase sich im fetten Bereich bewegen und ein Zustand niedriger Spannung des Signal EGOS zeigt an, dass die Abgase sich im mageren Bereich befinden. Das Signal EGOS wird vorteilhaft während der Rückkopplungs-/Luft-/Treibstoffssteuerung in konventioneller Weise verwendet, um das durchschnittliche Luft/Treibstoff-Verhältnis während homogenen Betriebs im stöchiometrischen homogenen Betrieb zu halten.
  • Der Motor 10 umfasst ferner ein konventionelles verteilerloses Zündsystem 88, das den Zündfunken über die Zündkerze 92 in die Brennkammer 30 entsprechend dem Zündsignal SA der Steuerung 12 abgibt. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist die Steuerung 12 ein konventioneller Mikrocomputer mit:Mikroprozessor Einheit 102, Eingang/Ausgang 104, elektronischem Speicherchip 106, der in diesem spezifischen Ausführungsbeispiel ein elektronisch programmierbarer Speicher ist, Random Access Memory 108, Keep Alive Memory 110 und einem konventionellen Datenbus. Die Steuerung 12 ist so dargestellt, dass sie verschiedene Signale von mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren erhält, eingeschlossen Messwerte des Luftmassenflusses (MAF) vom Luftmassenflußsensor 100, der mit dem Drosselkörper 58 verbunden ist; der Motorkühlmitteltemperatur (ECT) vom Temperatursensor 112 der mit dem Kühlmantel 114 verbunden ist; einem Zündprofilaufnehmersignal (PIP) vom Hall-Effekt-Sensor 118, der mit der Kurbelwelle 40 verbunden ist, einer Drosselposition (TP), vom Drosselpositionssensor 120, und ein Absoluter-Verteilerdruck-Signal MAP vom Sensor 122. Das Motordrehzahlsignal RPM wird durch die Steuerung 12 aus dem Signal PIP in konventioneller Weise abgeleitet und das Verteilerdrucksignal MAP von einem Verteilerdrucksensor liefert eine Anzeige des Vakuums oder Drucks im Ansaugverteiler.
  • In 1A injiziert entsprechend dem Signal fpw der Treibstoffeinspritzer 66a eine geeignete Menge Treibstoff in einer oder mehreren Einspritzung(en) direkt in jede Brennkammer 30. Betriebsbedingungen des Motors, bei denen Treibstoffmengen – oder zeitliche Änderungen sinnvoll sein können, treten dann auf, falls eine höhere Motordrehzahl, ein höheres Drehmoment erwünscht oder eine Anforderung nach erhöhter Last an den Motor gestellt wird.
  • Die Steuerung 12 sendet auch das Zündverzögerungssignal SA zur Zündkerze 92 über ein konventionelles Verteilerzündsystem 88. Beispielsweise verzögert die Steuerung entsprechend Signal SA die Zündzeit der Zündkerze 92 über MBT hinaus, wodurch das produzierte Motordrehmoment herabgesetzt und die Motordrehzahl auf das erwünschte Niveau reduziert wird.
  • Der Stickoxid- bzw. (NOx)-Adsorber oder Falle 72 ist stromabwärts des katalytischen Konverters 70 angeordnet dargestellt. Die NOx-Falle 72 ist ein 3-Wege-Katalysator, der NOx absorbiert, wenn sich der Motor im mageren stöchiometrischen Betrieb befindet. Das absorbierte NOx wird danach mit HC und CO umgesetzt und katalysiert, wenn die Steuerung 12 den Motor 10 dazu veranlasst, entweder in einem fetten homogenen Zustand oder nahe des stöchiometrisch homogenen Zustands zu arbeiten, wobei ein derartiger Betrieb während eines NOx-Reinigungszyklus auftritt, wenn es erwünscht ist, das gespeicherte NOx aus der NOx Falle 72 zu spülen oder während eines Dampfreinigungzyklus, um Treibstoffdämpfe aus dem Treibstofftank 60 und dem Treibstoffdampfspeicherkanister 164 über das Reinigungssteuerventil 168 zu gewinnen, oder Betriebsbedingungen, die eine höhere Motorleistung fordern, oder solchen, die die Temperatur der Emissionssteuervorrichtungen regeln, wie des Katalysators 70 oder der NOx Falle 72.
  • In 1A ist die Kurbelwelle 130 des Motors 10 in Verbindung mit den Stößeln 132 und 134 zur Betätigung der Ansaugventile 52a, 52b und Abgasventile 54a, 54b gezeigt. Die Nockenwelle 130 ist direkt mit dem Gehäuse 136 verbunden. Das Gehäuse 136 bildet ein Zahnrad mit vielen Zähnen 138. Das Gehäuse 136 ist hydraulisch mit einer inneren Welle (nicht gezeigt) verbunden, welche wiederum direkt mit der Nockenwelle 130 über eine Zeitgeberkette (nicht gezeigt) verbunden ist. Demzufolge drehen sich das Gehäuse 136 und die Kurbelwelle 130 mit einer im wesentlichen der inneren Nockenwelle entsprechenden Drehzahl. Die innere Nockenwelle dreht sich mit einem konstanten Drehzahl-Verhältnis zur Kurbelwelle 40. Durch Manipulation der hydraulischen Kupplung kann, wie später beschrieben, die relative Position der Nockenwelle 130 zur Kurbelwelle 40 durch hydraulische Drücke in der Beschleunigungskammer 142 und der Bremskammer 144 geändert werden. Durch den Zutritt von Hydraulikflüssigkeit unter hohem Druck in die Beschleunigungskammer 142 wird das Verhältnis zwischen Nockenwelle 130 und Kurbelwelle 40 vergrößert. Demzufolge öffnen sich die Ansaugventile 52a, 52b und Abgasventile 54a, 54b früher als normal zur der Kurbelwelle 40. In ähnlicher Weise kann durch Ermöglichen des Zutritts von Hydraulikflüssigkeit unter hohem Druck zur Bremskammer 144 das Verhältnis zwischen der Nockenwelle 130 und Kurbelwelle 40 verzögert werden. So öffnen und schließen sich die Ansaugventile 52a, 52b und die Abgasventile 54a, 54 später als normal zur Kurbelwelle 40.
  • Die Zähne 138, die mit dem Gehäuse 136 und der Nockenwelle 130 verbunden sind, ermöglichen die Messung einer relativen Nockenposition über den Nockenzeitgebersensor 150, der das Signal VCT zur Steuerung 12 sendet.
  • Die Zähne 1, 2, 3 und 4 werden bevorzugt für die Messung der Nockenzeitsteuerung verwendet und haben gleichen Abstand (bspw. bei einem V-8 Doppelreihenmotor um 90° voneinander entfernt) während der Zahn 5 bevorzugt für die Zylinderidentifizierung verwendet wird, wie weiter unten beschrieben. Zusätzlich sendet die Steuerung 12 Steuersignale (LACT, RAGT) zu konventionellen Solenoid-Ventilen (nicht gezeigt) um den Fluß der Hydraulikflüssigkeit zur Beschleunigungskammer 142, der Bremskammer 144, oder beiden, zu steuern.
  • Die relative Nockenzeit wird unter Verwendung der in US 5548995 A beschriebenen Methode gemessen, auf welche hiermit voll inhaltlich bezug genommen wird. Allgemein liefert die Zeit oder der Drehwinkel zwischen der ansteigenden Flanke des PIP Signals und dem Empfang eines Signals von einem der Zähne 138 auf dem Gehäuse 136 ein Maß für die relative Nockenzeit. Für das spezielle Beispiel eines V-8 Motors mit zwei Zylinderreihen und einem Rad mit fünf Zähnen wird die Messung der Nockenwellenzeit für eine spezielle Reihe vier mal pro Umdrehung empfangen, wobei das zusätzliche Signal für die Zylinder-Identifikation verwendet wird.
  • Der Sensor 160 liefert sowohl eine Anzeige der Sauerstoffkonzentration im Abgas als auch der NOx Konzentration. Das Signal 162 liefert der Steuerung eine der Sauerstoffkonzentration und Signal 164 eine der NOx Konzentration entsprechende Spannung.
  • In 1B ist eine Treibstoff Einspritzerkonfiguration für Öffnungen gezeigt, wobei der Treibstoffeinspritzer 66B mit dem Ansaugverteiler 44, anstatt direkt mit dem Zylinder 30, verbunden ist.
  • Bei jeder Ausführungsform der Erfindung ist der Motor auch mit einem Startmotor (nicht gezeigt) verbunden, um den Motor zu starten. Der Startmotor wird mit Energie versorgt, falls der Fahrer einen Zündschlüssel im Zündschalter der Steuersäule dreht. Der Starter wird bspw. nach dem Motorstart dadurch, dass der Motor 10 eine bestimmte Drehzahl nach einer bestimmten Dauer erreicht, getrennt. Ferner leitet bei jeder Ausführungsform ein Abgasrückführ (EGR) System, einen erwünschten Anteil des Abgases aus dem Abgasverteiler 48 zum Ansaugverteiler 44 über ein EGR Ventil (nicht gezeigt). Alternativ kann ein Teil der Abgase in den Brennkammern durch Steuerung der Abgasventilöffnungszeiten zurück gehalten werden.
  • Wie beschrieben, zeigen die 1A und 1B nur einen Zylinder eines Mehrzylinder-Motors, wobei jeder Zylinder seinen eigenen Satz Ansaug-/abgasventile, Treibstoffeinspritzer, Zündkerzen usf. besitzt.
  • Die Rückkoppelung der Abgassauerstoffsensoren kann zur Steuerung des Luft/Treibstoff-Verhältnisses während magerem Betrieb eingesetzt werden. Insbesondere kann ein geheizter Sauerstoffsensor für Abgase (HEGO), vom Schalttyp, für die Steuerung des stöchiometrischen Luft/Treibstoff-Verhältnisses durch eingespritzten Treibstoff (oder der Zusatzluft durch die Drossel oder VCT) eingesetzt werden, entsprechend der Rückmeldung vom HEGO-Sensor und dem erwünschten Luft/Treibstoff-Verhältnis. Ferner kann ein UEGO-Sensor (welcher ein im wesentlichen lineares Signal gegenüber dem Abgas Luft/Treibstoff-Verhältnis liefert) zur Steuerung des Luft/Treibstoff-Verhältnisses während mageren und stöchiometrischen Betriebs eingesetzt werden. In diesem Fall wird das Treibstoffeinspritzen (oder die Zusatzluft über die Drossel oder VCT) aufgrund eines erwünschten Luft/Treibstoff-Verhältnisses und des Luft/Treibstoff-Verhältnisses vom Sensor eingestellt. Ferner könnte eine individuelle Zylinder Luft/Treibstoff-Verhältnis-Steuerung eingesetzt werden, falls erwünscht.
  • Die Erfinder schlagen hier vor, die Motorleerlaufdrehzahl unter Verwendung von Treibstoff als schnelle Drehmomenteinstellung zu steuern, falls es die Motorbetriebsbedingungen erlauben. Der erwünschte Treibstofffuß oder Treibstoffzeit wird modifiziert, um eine Drehzahlsteuerung unter Verwendung durch die Steuerung 12 generierter geeigneter Signale zu schaffen. Zusätzlich können auch Zündzeiteinstellungen eingesetzt werden. Ein derartiger Betrieb wird nachfolgend näher beschrieben.
  • Allgemein wird dann, falls die Luft/Treibstoff-Verhältnisgrenzen die Verwendung von Treibstoff als Drehmomenteinstellung verbieten oder einschränken, Zündzeitverzögerung eingesetzt, um die erwünschte Motordrehzahl zu erhalten. Es ist günstiger, die Zündzeit vom MBT hinweg zu verschieben, statt Fehlzündungen und Stillstände durch noch magereren Betrieb des Motors zu riskieren. Falls die Motorbetriebsbedingungen die Treibstoffzeit- oder Mengenänderung aufgrund eines Betriebs jenseits der mageren Fehlzündungsgrenzwerte schwieriger gestalten, wird bei einer Verringerung der Leistungsanforderung die Zündzeit verzögert, um die erwünschte Motordrehzahl oder Drehmoment zu liefern.
  • Bei einer Ausführungsform empfängt die Steuerung 12 das Motordrehzahlsignal RPM und bestimmt einen Drehzahlfehler (RPMERR), der auf der Differenz zwischen dem erwünschten RPM und dem momentanen RPM basiert. Während Betriebsbedingungen sind typische RPMERR Werte +1– 20. In 2 ist eine Leerlauf-Motorsteuerstrategie für einen Motor mit magerem Betriebs-Verhältnis graphisch, bezogen auf RPMERR, gezeigt. Dieser Graph zeigt, dass für ein RPMERR unterhalb einer ersten Grenze (bspw. hier bei –30 rpm) die Strategie zur Reaktion auf RPM-Fehler hauptsächlich auf Änderungen in der Zündzeit basiert: Für RPMERR Werte > –20 wird eine Treibstoff-Rückkoppelungs- oder Luft/Treibstoff-Verhältnissteuerung aktiv.
  • Diese Treibstoff- oder Luft/Treibstoff-Verhältnissteuerung wird weiter unten genauer beschrieben. Zusätzlich wird eine 10 rpm Hysterese eingeführt, um häufiges Schalten zwischen den beiden Zündzuständen zu vermeiden. Während dieses Beispiel 10 prm verwendet, können verschiedenste andere Werte abhängig von der Motorgröße, a/c (Klimaanlagen-) Last, usf. verwendet werden. Ferner ist es unnötig durch Treibstoffsteuerung RPM im Bereich einer +/–15 Bandbreite zu steuern. Dies ist eine normale Abweichung von der Grundlinie und akzeptierbar. Demzufolge können die in diesem Fehlerbereich verwendeten Verstärkungen null sein. Die Treibstoffsteuerung wird als schnell ansprechende Steuerung für Motordrehzahlanforderungen verwendet. Eine langsamere Steuerung kann eingesetzt werden, um den Luftfluß und entsprechend das Luft/Treibstoff-Verhältnis auf ein magereres Verhältnis einzustellen, wodurch in einem Motorsystem mit magerem Betriebs-Verhältnis ein Reservedrehmoment-Vorrat geschaffen wird, der in dieser Strategie das Reservedrehmoment ersetzt. Eine Änderung des magereren Luft/Treibstoff-Verhältnisses in Richtung des stöchiometrischen Verhältnisses liefert das für erhöhte Drehmomentforderungen an den Motor notwendige Drehmoment. Diese Treibstoffsteuerstrategie kann aufgrund der mageren Betriebsbedingung des Motors eingesetzt werden.
  • Ferner kann Zündzeitsteuerung dann, wenn die Motorbetriebsbedingungen die Verwendung des Treibstoffs als Drehmoment-Betätigungseinrichtung aufgrund eines Motorbetriebs bei einem Luft/Treibstoff-Verhältnis in der Nähe der mageren Fehlzündungsgrenze verbieten oder einschränken, die Zündzeit von MBT weg einstellen, um die erwünschte Verringerung der Motordrehzahl oder des Drehmoments zu schaffen.
  • Bei einer besonderen Ausführungsform wird eine proportional Treibstoffsteuerung verwendet. Die momentane Ausführung der proportional Treibstoffsteuerung ist: FBF_DELTA= Kp·RPMERR/DSDRPM wobei:
    RPMERR das erwünschte RPM minus das momentane RPM des Motors 10 ist;
    Kp eine Funktion von RPMERR ist, aber nur in diesem Beispiel (Siehe 9);
    DSDRPM das erwünschte RPM ist;
    FBF_DELTA die Änderung in LAMBSE ist, wobei LAMBSE definiert ist als das momentane Luft/Treibstoff-Verhältnis, dividiert durch den stöchiometrischen Wert (bspw. 14,7). Man beachte auch, dass das erwünschte Luft/Treibstoff-Verhältnis (lambse) auch pro Reihe bestimmt werden kann, falls der Motor mehrere Zylinderreihen besitzt. In ähnlicher Weise kann die Treibstoffeinstellung (FBF_DELTA), pro Zylinderreihe bestimmt werden, falls beide Zylinderreihen mit unterschiedlichen erwünschten Luft/Treibstoff-Verhältnissen betrieben werden. Ferner kann, falls eine Zylinderreihe ohne Treibstoffeinspritzung (nämlich einem Betriebszustand mit abgestellten Einspritzer) betrieben wird, die Treibstoffeinstellung nur bei einigen der Motorzylinder erfolgen. Hier wird Kp invers zum erwünschten RPM normiert und direkt zum RPM-Fehler. Dies wird durchgeführt, um eine größere Empfindlichkeit bei niedrigerem RPM zu erhalten, wo RPM-Fehler stärker bemerkt werden. Außerdem ist dann die durch den Motor 10 geleistete Arbeit im Lehrlauf relativ konstant. Da: Arbeitsleistung = RPM·Drehmoment wird für eine höhere Motordrehzahl weniger Drehmoment benötigt. Demzufolge ist FBF_DELTA geringer bei höherem RPM, um die erwünschte Änderung in der Leistung zu erzielen, als bei niedrigeren RPM der Fall wäre.
  • Die folgenden Routinen beschreiben die Treibstoffsteuerung und andere Details sowie alternative Ausführungsformen und Variationen der Erfindung.
  • In 3 ist eine Routine zu Handhabung der Leerlaufdrehzahlsteuerung beschrieben. Zuerst bestimmt die Routine in Schritt 310, ob sich der Motor im mageren Leerlaufdrehzahlsteuerzustand befindet. Der magere Leerlaufzustand wird ausgewählt aufgrund der Betriebsbedingungen, wie Zeit ab Motorstart, Motor- und Außentemperatur, Motordrehzahl unter einer Schwelle und Pedalposition (PP) unter einer Schwelle. Wenn die Antwort auf Schritt 310 nein ist, steigt die Routine aus.
  • Falls die Antwort auf Schritt 310 ja ist, fährt die Routine in Schritt 312 fort. Im Schritt 312 berechnet die Routine eine erwünschte Motordrehzahl auf Basis von Temperatur, Klimaanlagenzustand, Übersetzungs-Verhältnis und anderen Variablen. Typischerweise wird eine erwünschte Motordrehzahl im Bereich von 500–1200 UpM ausgewählt. Danach mißt die Routine in Schritt 314 die momentane Motordrehzahl (RPM) durch den Drehzahlsensor. Danach berechnet die Routine in Schritt 316 einen Drehzahlfehler (RPMERR) auf Basis der erwünschten Drehzahl (DSD_RPM) und der momentanen Drehzahl (RPM). Dann errechnet die Routine in Schritt 318 eine Treibstoffsteuerverstärkung (Kp) auf Basis des Drehzahlfehlers, wie unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
  • Dann bestimmt die Routine in Schritt 320, ob der Drehzahlfehler unter einem ersten Grenzwert (Limit 1) liegt. Bei diesem Beispiel ist der Wert von Limit 1 ungefähr –30, obwohl verschiedenste andere Werte verwendet werden können, abhängig von Motortyp und Betriebsbedingungen, wie der Temperatur. Falls die Antwort auf Schritt 320 ja ist, setzt die Routine die Hysterese flag (HYST) auf die logische 1 und den Zündzeitzustand (SPK_STATE) auf 2. Falls die Antwort nein ist, fährt die Routine in Schritt 324 fort.
  • In Schritt 324 bestimmt die Routine, ob der Drehzahlfehler kleiner als ein zweiter Grenzwert (Limit 2) ist. Bei diesem speziellen Beispiel ist der Wert von Limit 1 ungefähr –20, obwohl verschiedene andere Werte verwendet werden können, abhängig vom Motortyp und den Betriebsbedingungen, wie der Temperatur. Allgemein ist Limit 2 größer als Limit 1. Ferner bestimmt die Routine in Schritt 324, ob die Hysterese flag (HYST) 1 ist. Falls eine der beiden Möglichkeiten unwahr ist, fährt die Routine in Schritt 326 fort. Im Schritt 326 bestimmt die Routine, ob der Drehzahlfehler unterhalb eines zweiten Grenzwertes (Limit 2) liegt und ob die Hysterese flag (HYST) 0 ist. Falls eines der beiden unwahr ist, fährt die Routine in Schritt 328 fort, setzt flag (HYST) auf 0 und den SPK_STATE auf 4. So schafft die Routine eine Hysteresezone, um zwischen der Treibstoffsteuerungsaktion oder Steuerung über die Zündzeit hin und her zu schalten. In 3 stellt entweder im Schritt 322 oder bei einer Ja-Antwort auf Schritt 324 die Routine die Zündzeit und den Luftfluss aufgrund des Drehzahlfehlers ein, um das abgegebene Maschinendrehmoment, wie weiter unten unter Bezugnahme auf 5 beschrieben, einzustellen. Ferner stellt entweder von Schritt 328 oder bei einer Ja-Antwort auf Schritt 326 die Routine den Treibstoff und den Luftfluss auf Basis des Drehzahlfehlers ein, um das abgegebene Motordrehmoment, wie weiter unten unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, einzustellen. Schließlich stellt die Routine in Schritt 334 die Routine den Motorluftfluß, wie weiter unten unter Bezugnahme auf 6 beschrieben, ein.
  • So wird für geringe Zu- oder Abnahmen und für große Zunahmen der Motorleistungsabgabe (aufgrund geringfügiger Drehzahlfehler) der Treibstoff so geregelt, dass die Änderung der Motorleistungsabgabe erzielt wird. Bei starkem Abfall der Motorleistungsabgabe wird Zündzeitverzögerung eingesetzt.
  • In 4 ist die Treibstoffsteuerung detaillierter beschrieben. Zunächst berechnet die Routine in Schritt 410 das erwünschte Luft/Treibstoff (LAMBSE) Verhältnis auf Basis des erwünschten Motordrehmoments und Motordrehzahl. In einem anderen Beispiel wird das erwünschte Luft/Treibstoff-Verhältnis auf andere Betriebsbedingungen begründet, wie Raddrehmoment, Fahrzeugdrehzahl und Übersetzungsverhältnis. Weitere Variationen können eingesetzt werden, um das erwünschte Luft/Treibstoff-Verhältnis zu bestimmen, wie Temperatur und Motorverbrennungsmodus.
  • In Schritt 412 bestimmt die Routine als nächstes, ob der SPK_STATE 4 ist. Falls die Antwort nein ist, fährt die Routine in Schritt 414 fort und setzt die Rückkopplungs-Leerlaufdrehzahlsteuerung für Treibstoffeinstellung (FBF_DELTA) auf null. Falls die Antwort auf Schritt 412 ja ist, fährt die Routine in Schritt 416 fort. In Schritt 416 berechnet die Routine die Treibstoffeinstellung (FBF_DELTA) auf Basis der unten aufgeführten Gleichung: FBF_DELTA = Kp·(RPMERR/DSDRPM) wobei:
    Kp aus dem absoluten Wert für den Drehzahlfehler (RPMERR) wie in 9 gezeigt, bestimmt wird.
  • Danach fährt die Routine ausgehend von Schritt 414 oder 416 in Schritt 418 fort, wo die Routine das erwünschte Luft/Treibstoff-Verhältnis (LAMBSE) auf Grund der Treibstoffeinstellung bestimmt zu: LAMBSE_TMP = CLIP (1.0, (LAMBSE – FBF_DELTA), 1.99).
  • Hier hält die CLIP Routine den Wert von (LAMBSE – FBF_DELTA) zwischen 1 und 1,99. Verschiedene andere Clipwerte können verwendet werden, um das erwünschte Luft/Treibstoff-Verhältnis in für die Motorverbrennung akzeptablen Grenzen zu halten.
  • In 5 ist die Zündzeitsteuerung beschrieben. Zuerst bestimmt die Routine in Schritt 510, ob SPK_STATE 2 ist. Wenn die Antwort auf Schritt 510 ja ist, fährt die Routine in Schritt 512 fort, wo eine Zündzeiteinstellung (SPK_DELTA) aufgrund einer Rückkopplungsverstärkung (FBS_SPKS_GAIN) und des Drehzahlfehlers (RPMERR) berechnet wird.
  • Andernfalls fährt, falls die Antwort auf Schritt 510 nein ist, die Routine in Schritt 514 fort, wo die Zündzeiteinstellung (SPK_DELTA) auf null gesetzt wird. Entweder von Schritt 512 oder 514 fährt die Routine in Schritt 516 fort, um die gesamte notwendige Zündzeit (SAF_TOT) auf den optimalen Zeitpunkt (MBT) minus Zündzeiteinstellung zu setzen.
  • So kann, falls Luft und Treibstoff dazu verwendet werden, um die Drehzahl anzusteuern, die Zündzeit auf den Optimalwert gesetzt werden, um die Treibstoffökonomie zu verbessern. Ferner kann dann, falls der Treibstoff einen Grenzwert aufgrund des Klopfgrenzwertes erreicht, das Motordrehmoment herabgesetzt werden, indem die Zündzeit vom vorgewählten Wert, hier der MBT Zeitpunkt, verschoben wird. In 6 ist die Luftflußsteuerung beschrieben. Da die Luftflußsteuerung relativ langsam verglichen mit der Zündzeitsteuerung und Treibstoffeinstellungen bei mageren Luft/Treibstoff-Verhältnissen ist, wird die Luftflußsteuerung hauptsächlich dazu verwendet, um einen Reserveeinstellbereich für Motordrehmomentabgabe aufrecht zu erhalten. Mit anderen Worten ist während der Leerlaufsteuerung im mageren Bereich Reserveluft verfügbar, die Erhöhung des Treibstoffs ermöglicht, wodurch ein Reservedrehmoment geschaffen wird. Um diese Reserveluft aufrecht zu erhalten, wird die Luftmenge schrittweise gemäß Anforderung erhöht oder erniedrigt. 6–8 beschreiben eine Möglichkeit, diese Reservekapazität aufrecht zu erhalten, die ausreicht, um eine genaue Steuerung zu ermöglichen, aber gering genug ist, um verbesserte Treibstoffökonomie zu erzielen.
  • Zunächst bestimmt die Routine im Schritt 610 eine Anfangsvorhersage für den benötigten Luftfluß (DESMAF_PRE) nach der folgenden Gleichung: DESMAF_PRE = (1.OF) TQ_RATIO_TOT)·(DESMAF_PRE_TMP + AC_PPM + PS_PPM + EDF_PPM + NDT_PPM + EAM_PPM + CLYOFF_PPM + HW_PPM) wobei:
    TQ_RATIO_TOT = Verhältnisdifferenz der für mageres gegenüber stöchiometrischen Verhältnis benötigten Luftmasse (oder für stöchiometrische Zündzeitverzögerung)
    DESMAF_PRE_TMP = Funktion der Motorkühlmitteltemperatur, erwünschten Motordrehzahl, Zeit im RUN MODE
    AC_PPM = AC delta Luftmasse
    PS_PPM = Leistungssteuerungsluftmasse
    EDF_PPM = der bei Betrieb des elektrischen Ventilators notwendige Luftfluß
    NDT_PPM = ISO Luftmassen-Addierer, basierend auf der Turbinenbeschleunigung
    EAM_PPM = Ausgang des EAM Luftflußaddierers
    CYLOFF_PPM = Luftfluß Kompensation für Zylinderabschaltung während Versagens der sicheren Kühlung
    HW_PPM = für Last durch eine beheizte Windschutzscheibe notwendiges Luft-Inkrement
  • Danach berechnet die Routine in Schritt 612 den endgültigen Wert des erwünschten Luftflusses (DESMAF): DESMAF = (DESMAF_PRE + DASPOT + ALT_PPM – FOX(&FN890(BP))/TR_DSDRPM + DESMAF_PID_N wobei:
    DESMAF_PRE = Anfangsvorhersage für DESMAF
    DASPOT = dashpot-erwünschter Luftmassen Fluss (beim Bremsen) wenn die Drossel WEIT OFFEN ist und DESMAF_PID_N nicht länger RPMERR kompensieren kann.
    ALT_PPM = Luftaddierer zum Kompensator für Generator-Energieverbrauch
    BP = barometrischer Druck
    TR_DSDRPM = Drehzahl-Drehmoment Verhältnis, wobei momentanes RPM = erwünschtes RPM. Diese Funktion liefert die für die Rückführung von LAMBSE auf Eins notwendige Luftmasse. Wie unten beschrieben, muss LAMBSE nicht notwendigerweise Eins während der Steuerung bei magerem Betrieb sein. Demzufolge wird die in 10 und 11 dargestellte Kompensation eingesetzt.
    DESMAF_PID_N = Beitrag zu DESMAF aus Rückmeldung des Motordrehzahlfehlers. Steuerfaktoren sind ISCKAMn und proportionale, integrale und abgeleitete Terme.
  • In 7 ist die Berechnung für den Drehmoment Verhältnisparameter (TQ_RATIO_TOT) beschrieben. Zunächst bestimmt die Routine in Schritt 710 ob der SPK_STATE 2 ist. Falls dies zutrifft ist, fährt die Routine in Schritt 712 fort, zu bestimmen, ob der Motor sich zur Zeit im mageren Betrieb befindet. Falls eine der beiden Antworten nein ist, fährt die Routine in Schritt 716 hinfort. Falls eine der beiden ja ist, fährt die Routine in Schritt 714 fort
  • In Schritt 714 berechnet die Routine das Drehmoment Verhältnis unter Verwendung der Funktion 623_766. Diese Funktion ähnelt der Funktion 623, außer dass sie eine Nachschlagetabelle aufweist, die auch die Wirkungen der Zündzeitverzögerung umfasst. Demzufolge wird die nachfolgende Gleichung verwendet: TQ_RATIO_TOT = FN 623_766 (LAMBSE, 0)·TR_TOT_TMP·1CTR_EFF wobei TQ_RATIO_TOT ein Eichwert ist, der die Unterschiede in den Motortypen kompensiert, und 1CTR_EFF ein Eichwert ist, um ggf. das Abschalten von Einspritzern zu kompensieren. Mit anderen Worten arbeitet der Motor effizienter während des Einspritzerabschaltmodus, demzufolge muss eine andere Drehmoment Verhältniskompensation eingesetzt werden. Andernfalls berechnet die Routine in Schritt 716 das Drehmoment Verhältnis zu: TQ_RATIO_TOT = FN 623_766 (LAMBSE, DELTA_SPK)·TR_TOT_TMP·1CTR_EFF.
  • In 8 ist eine Routine beschrieben, um das Drehzahlfehler Drehmoment Verhältnis zu berechnen (TR_DSDRPM), das in 6 verwendet wird. Zuerst bestimmt die Routine in Schritt 810, ob das eingestellte Luft/Treibstoff-Verhältnis (LAMBSE_TMP) kleiner als die Differenz zwischen dem erwünschten Luft/Treibstoff-Verhältnis, bestimmt aus der Drehzahl und dem Drehmoment (LAMBSE) minus einen Schwellenwert, ist. In diesem Spezialfall ist die Schwelle etwa 0,05, ausgedrückt in relativen Luft/Treibstoff-Verhältnissen. Falls die Antwort auf Schritt 810 ja ist, fährt die Routine in Schritt 812 fort, einen temporären Wert des Drehzahl-Drehmoment Verhältnisses (TR_DSDRPM_TMP) zu berechnen zu: TR_DSDRPM_TMP = 1/(1/FN623(LAMBSE) – 1/FN623(LAMBSE_TMP)).
  • Andernfalls wird in Schritt 814 dieser temporäre Wert auf Eins gesetzt. In Schritt 816 berechnet die Routine dann einen Basiswert für das Drehzahl/Drehmoment Verhältnis (TR_DSDRPM) als Funktion des relativen Luft/Treibstoff-Verhältnisses, gemessen durch einen Luft/Treibstoffsensor. Danach bestimmt die Routine in Schritt 818, ob TR_DSDRPM größer als der temporäre Wert (TR_DSDRPM_TMP) ist. Falls die Antwort ja ist, endet die Routine. Falls die Antwort nein ist, setzt die Routine den Basiswert für das Drehzahl/Drehmoment Verhältnis (TR_DSDRPM) auf den temporären Wert in Schritt 820.
  • Da FN623 die Menge Luftmasse, die dazu benötigt wird, um LAMBSE auf Eins zurückzuführen, liefert; kompensiert diese Routine jegliche Fehler, die generiert werden, falls das Luft/Treibstoff-Verhältnis nicht Eins ist. So werden, um direkte Differenzen zwischen dem aktuellen und erwünschten LAMBSE zu kompensieren, die oberen Gleichungen und Logik verwendet.
  • Bei der obigen Strategie wird der berechnete Wert von TR_DSDRPM mit dem alten Wert verglichen und der kleinere zugeteilt. Dies wird eingesetzt, da die einzige Rückzugsmöglichkeit zusätzlicher Luftmasse TR_DSDRPM ist. So muss, welche Treibstoffmenge auch immer in schneller Antwort zur Korrektur eines RPM-Fehlers benötigt wird, die entsprechende Luftmenge angeordnet werden, um LAMBSE auf seinen erwünschten Wert rückzuführen. TR_DSDRPM wird auf Eins rückgesetzt, wenn die Zündzeitsteuerung endet. Wie oben beschrieben, wird die Zündzeitsteuerung für Motordrehzahlerhöhungen von mehr als 30 UpM über dem erwünschten Wert Eingesetzt.
  • In 9 ist ein Graph gezeigt, der eine beispielhafte Eichung der Verstärkung Kp gegen den Drehzahlfehler illustriert. Dies ist nur ein Beispiel und verschiedene andere Verstärkungen und Funktionen können in der Erfindung, abhängig von der erwünschten Antwort, Einstellzeit, Dauerzustandsfehler usf., verwendet werden.
  • 10 und 11 zeigen einen Vergleich der erfindungsgemäßen Steueraktion mit dem Stand der Technik. 10 ist ein Vergleich mit mageren Leerlauf Treibstoff- und Luftsteuerungen, während 11 ein Vergleich mit stöchiometrischen Zündzeit- und Luftsteuerungen ist.
  • Der oberste Graph der 10 zeigt ein Beispiel der Last/Drehmomentstörung, das eine Steigerung und Abnahme der Motorlast während der Leerlaufdrehzahlsteuerung erläutert. Der mittlere Graph zeigt die Luft/Treibstoff-Verhältnislinien und der unterste Graph die Zündzeitlinien. Die Graphen zeigen eine Laststeigerung zum Zeitpunkt t1, eine Lastabnahme zum Zeitpunkt t2 und eine Rückkehr auf keine Störung zum Zeitpunkt t3. Falls keine Störung vorliegt, oder eine negative Laststörung vorliegt, hält die Erfindung eine kleine Luft/Treibstoffreserve R1 aufrecht. Falls keine Störung vorliegt, muss beim Stand der Technik eine größere Reserve R2 aufrecht erhalten werden, da der Stand der Technik auf einer Abnahme der Treibstoffzufuhr zur Verringerung der Motorleistungsabgabe beruht. Man beachte, dass die Erfindung magerer als ein beliebiger magerer Wert während des meisten Betrieb sein kann, wobei der Stand der Technik während des meisten Betriebs weniger mager als dieser Wert sein muss. Demzufolge arbeitet der SdT meist weniger mager, um ausreichend Drehmomentreserve zu haben; da er immer beim MBT betrieben wird. (Drehmomentstörungen treten lediglich zu wenig Prozent der mageren Gesamtleerlaufzeit auf). Demzufolge wird der geringfügige Gewinn einer ständig aufrecht erhaltenden MBT Zündzeit wahrscheinlich nicht den Treibstoffökonomieverlust aufwiegen, wenn weniger mager als möglich gearbeitet wird (R2 verglichen mit R1); dies bedeutet, dass die Erfindung eine signifikant bessere Treibstoffökonomie erzielen kann, indem sie meistens magerer arbeitet, wobei lediglich ein geringfügiges Opfer aufgrund der Zündzeitverzögerung während eines geringfügigen Prozentsatzes der Zeit gebracht wird, um Abnahmen der Motorlast entgegen zu wirken. In anderen Worten, besitzt die Erfindung eine kleinere nominelle magere Luft/Treibstoffreserve zur mageren Grenze (R1) als Treibstoffsteuerverfahren (R2) nach dem Stand der Technik.
  • 11 erläutert einen Vergleich der Erfindung mit Verfahren nach dem Stand der Technik, die bei stöchiometrischem Verhältnis arbeiten. Verglichen mit den Näherungen mit stöchiometrischer Zündung und Luft bietet die Erfindung signifikante Vorteile. Wiederum illustrieren die drei Graphen die Störung, Luft/Treibstoff-Verhältnis und Zündzeiteinstellung. Hier arbeitet die Erfindung fast immer beim MBT und signifikant mager, welches treibstoffökonomische Vorteile liefert. Der Stand der Technik arbeitet konstant mit verzögerter Zündung, welches direkt zu Verlusten der Treibstoffökonomie führt.
  • Schließlich zeigt 12 einen Vergleich der durch die Erfindung erhaltenen Drehzahlrückkopplungs-Steuerung, verglichen mit Zündzeitsteuerung bei stöchiometrischem Verhältnis. Wie dargestellt, wird ein kleinerer Leerlauf-Drehzahlsteuerfehler erzielt, mit einem projektierten Treibstoffökonomievorteil von etwa 0,5%. Insbesondere zeigt die dicke gestrichelte Linie das erwünschte RPM, die dünnere durchgezogene Linie das momentane RPM unter Verwendung der Erfindung, die dünnste durchgezogene Linie zeigt die momentane RPM unter Verwendung des Standes der Technik und die dicke durchgezogene Linie die durch den Klimaanlagen (AC) Schalter (ACSW) bewirkte Laststörung.
  • Man beachte auch, dass die Daten in 12 den Betrieb der Erfindung zeigen, wenn diese im Einspritzerabschaltmodus arbeitet. Dies bedeutet, dass hier die Erfindung so betrieben wird, dass einige Zylinder mager und die restlichen Zylinder mit Luft und im wesentlichen ohne injizierten Treibstoff betrieben werden.
  • Dieser Betrieb wird unten genauer beschrieben. Die Anmelder nehmen hiermit voll inhaltlich Bezug auf den vollständigen Inhalt der US-Anmeldung US 20030221666 A1, der zur Vermeidung von Wiederholungen in vollem Umfang in diese Offenbarung integriert wird. Diese lehrt ein Verfahren für den mageren Betrieb von Verbrennungs-Motorsystemen mit variablen verschiebungsartigen Charakteristika, eingeschlossen Treibstoffeinspritzerabschaltung.
  • In den 13A bis 13D sind verschiedene Konfigurationen, die erfindungsgemäß verwendet werden können, beschrieben. Insbesondere beschreibt 13A einen Motor 10 mit einer ersten Zylindergruppe 1310 und einer zweiten Zylindergruppe 1312. Bei diesem speziellen Beispiel haben die erste und zweite Gruppe 1310 und 1312 jeweils vier Brennkammern. Die Gruppen können aber unterschiedliche Anzahlen Zylinder haben, eingeschlossen einen einzelnen Zylinder. Der Motor 10 muss kein V-Motor sein, sondern kann auch ein Reihen-Motor sein, wobei die Zylindergruppierung nicht den Motorreihen entspricht. Ferner müssen die Zylindergruppen nicht die gleiche Anzahl Zylinder in jeder Gruppe umfassen.
  • Die erste Brennkammergruppe 1310 ist mit dem ersten katalytischen Konverter 1320 gekoppelt. Stromaufwärts des Katalysators 1320 und stromabwärts der ersten Zylindergruppe 310 befindet sich ein Abgassauerstoffsensor 1330. Stromabwärts des Katalysators 1310 befindet sich ein zweiter Abgassensor 1332.
  • In ähnlicher Weise ist eine zweite Brennkammergruppe 1312 mit einem zweiten Katalysator 1322 gekoppelt. Stromaufwärts und stromabwärts befinden sich jeweils Abgassauerstoffsensoren 1324 und 1336. Abgase, die aus dem ersten oder zweiten Katalysator 1320 und 1322 austreten, sammeln sich in einer Y-Rohrkonfiguration, bevor sie stromabwärts in den Unterbodenkatalysator 1324A fließen. Die Abgassensoren 1338 und 1340 sind jeweils stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators 1324A angeordnet.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind die Katalysatoren 1320 und 1322 Platin- und Rhodium-Katalysatoren, die Oxidationsmittel zurückhalten, falls sie im mageren Bereich betrieben werden und die zurückbehaltenen Oxidationsmittel freisetzen und reduzieren, wenn sie im fetten Bereich betrieben werden. In ähnlicher Weise wird der stromabwärts angeordnete Unterboden-Katalysator 1324 ebenfalls so betrieben, dass er Oxidationsmittel zurückhält, wenn er im mageren Bereich arbeitet und die zurückgehaltenen Oxidationsmittel reduziert und freisetzt, wenn er im fetten Bereich arbeitet. Der stromabwärtige Katalysator 1324A ist typischerweise ein Katalysator, der Edelmetall, Erd-Alkali, Alkali-Metall und Basis-Metalloxid aufweist. In diesem speziellen Ausführungsbeispiel enthält der stromabwärtige Katalysator 1324A Platin und Barium. Es können auch verschieden andere Abgassteuervorrichtungen in der Erfindung verwendet werden, wie Katalysatoren, die Palladium oder Perovskite aufweisen. Die Abgassauerstoffsensoren 1330 bis 1340 können Sensoren unterschiedlicher Typen sein. Beispielsweise können sie lineare Sauerstoffsensoren sein, um über einen weiten Bereich eine Angabe über Luft/Treibstoff-Verhältnisse zu liefern. Sie können auch vom Schalttyp sein, die eine Umschaltung des Sensorausgangs am stöchiometrischen Punkt vorsehen. Schließlich kann das System weniger als alle Sensoren 1330 bis 1340 aufweisen, bspw. nur die Sensoren 1330, 1334 und 1340.
  • Falls das System der 13A im Luft/Mager-Modus betrieben wird, wird die erste Brennkammergruppe 1310 ohne Treibstoffeinspritzung und die zweite Brennkammergruppe 1312 mit einem mageren Luft/Treibstoff-Verhältnis (typischerweise magerer als etwa 18:1) betrieben. In diesem Fall und während dieses Betriebs sehen die Sensoren 1330 und 1332 ein im wesentlichen unendliches Luft/Treibstoff-Verhältnis. Alternativ sehen die Sensoren 1324 und 1336 im wesentlichen das in den Zylindern der Gruppe 1312 verbrannte Luft/Treibstoff-Verhältnis (außer bei Verzögerungen und bei Filtern, das durch die Speicherreduktionskatalysatoren 1322 erfolgt). Ferner sehen die Sensoren 1338 und 1340 eine Mischung im wesentlichen unendlichen Luft/Treibstoff-Verhältnisses aus der ersten Brennkammergruppe 1310 und das magere Luft/Treibstoff-Verhältnis aus der zweiten Brennkammergruppe 1312.
  • Wie in der US Anmeldung US 20030221666 A1 beschrieben, kann die Diagnose der Sensoren 1330 und 1322 durchgeführt werden, wenn im Luft/Magermodus gearbeitet wird, falls die Sensoren ein Luft/Treibstoff-Verhältnis anzeigen, das nicht mager ist. Die Diagnose der Katalysatoren 1320 und 1322 wird abgeschaltet, wenn im Luft/Mager Modus im System der 13A gearbeitet wird, da die Katalysatoren kein variierendes Luft/Treibstoff-Verhältnis sehen.
  • In 13B ist der Motor 106, mit ersten und zweiten Zylindergruppen 1310B und 1312B gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Vierzylinder-Reihenmotor gezeigt, wobei die Brennkammergruppen gleichmäßig verteilt sind. Wie unter spezieller Bezugnahme auf 13A beschrieben, müssen die Brennkammergruppen keine gleiche Zylinderanzahl haben. In diesem Beispiel vereinigen sich die Abgase beider Zylindergruppen 1310B und 1312B im Abgasverteiler. Motor 106 ist mit dem Katalysator 1320B verbunden. Die Sensoren 1330B und 1332B sind stromabwärts und stromabwärts des stromaufwärtigen Katalysators 1320B angeordnet. Der stromabwärtige Katalysator 1324B ist mit dem Katalysator 1320B gekoppelt. Zusätzlich ist ein dritter Abgas/Sauerstoffsensor 1334B stromabwärts des Katalysators 1324B angeordnet.
  • In 13B sehen – wenn der Motor im Luft/Mager Verhältnis betrieben wird, unabhängig davon, welche Zylindergruppe mager und welche ohne Treibstoffeinspritzung betrieben wird, alle Abgas/Sauerstoffsensoren und Katalysatoren eine Gasmischung mit im wesentlichen unendlichem Luft/Treibstoff-Verhältnis aus der Gruppe 1310B und Gase mit einem mageren Luft/Treibstoff-Verhältnis aus der Gruppe 1312B.
  • In 13C ist ein System ähnlich der 13A gezeigt. In 13C sind aber die Zylindergruppen 1310C und 1312C über Zylinderreihen verteilt, sodass jede Motorzylinderreihe einige Zylinder einer ersten Gruppe und einige Zylinder einer zweiten Gruppe besitzt. In diesem Beispiel sind zwei Zylinder aus der Gruppe 1310C und zwei Zylinder aus der Gruppe 1312C mit den Katalysatoren 1320C verbunden. Auf ähnliche Weise sind zwei Zylinder der Gruppe 1310C und 1312C mit den Katalysatoren 1322C verbunden.
  • Im System der 13C sehen, falls der Motor im Luft/Mager Modus betrieben wird, alle Sensoren (1330C–1340C) und alle Katalysatoren (1320C–1324C) eine Gasmischung mit im wesentlichen unendlichem Luft/Treibstoff-Verhältnis und Gase mit einem mageren Luft/Treibstoff-Verhältnis, wie bereits vorstehend unter spezieller Bezugnahme auf 13A beschrieben.
  • In 13D ist eine weitere Konfiguration beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die ersten und zweiten Zylindergruppen 1310D und 1312D vollständig unabhängige Abgaspfade. Demzufolge sehen dann, falls der Motor im Luft/Mager Modus, die Zylindergruppe 1310D ohne Treibstoff Einspritzung betrieben wird, alle Sensoren 1330D, 1332D und 1338D ein Gas mit im wesentlichen unendlich magerem Luft/Treibstoff-Verhältnis. Alternativ sehen die Sensoren 1334D, 1336D und 1340D eine magere Abgasmischung (anders als die Verzögerungs- und Filtereffekte der Katalysatoren 1322D und 1326D).
  • Allgemein wird das System der 13C für einen V-8 Motor ausgewählt, wobei eine Reihe des V mit Katalysator 1320C und die andere Reihe mit Katalysator 1322C verbunden ist, wobei die erste und zweite Zylindergruppe mit 1310C und 1312C bezeichnet sind. Bei einem V-10 Motor wird allerdings typischerweise die Konfiguration der 13A oder 13D ausgewählt.
  • In 14A ist eine Routine zur Steuerung der Motorabgabe und des Übergangs zwischen Motorbetriebszuständen beschrieben. Zuerst bestimmt die Routine in Schritt 1410 eine erwünschte Motorabgabe. Bei diesem speziellen Beispiel ist die erwünschte Motorabgabe ein erwünschtes Motorbremsdrehmoment. Man beachte, dass es verschiedene Verfahren zur Bestimmung des erwünschten abgegebenen Motordrehmoments gibt, bspw. auf Basis des erwünschten Raddrehmoments und Übersetzungs-Verhältnisses, auf Basis der Pedalposition und Motordrehzahl, auf Basis von Pedalposition, Kraftfahrzeugdrehzahl und Übersetzungs-Verhältnis, oder verschiedenen anderen Verfahren. Es ist auch zu bemerken, dass verschiedene andere erwünschte Motorabgabewerte anstelle des Motordrehmoments eingesetzt werden könnten, wie Motorleistung oder Motorbeschleunigung.
  • Danach bestimmt die Routine in Schritt 1412, ob sich unter den momentanen Bedingungen die erwünschte Motordrehmomentabgabe innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet. In dieser speziellen Ausführungsform bestimmt die Routine, ob die erwünschte Motordrehmomentabgabe unterhalb eines vorbestimmten abgegebenen Motordrehmoments liegt und ob die aktuelle Motordrehzahl sich innerhalb eines vorherbestimmten Drehzahlbereichs befindet. Man beachte, dass verschiedenste andere Bedingungen bei dieser Bestimmung eingesetzt werden können, wie die Motortemperatur, Katalysatortemperatur, Übergangszustand, Übergangsübersetzungs-Verhältnis und andere. Mit anderen Worten bestimmt die Routine in Schritt 1412, welcher Motorbetriebsmodus auf Basis der erwünschten Motordrehmomentabgabe und der gegenwärtigen Betriebsbedingungen erwünscht ist.
  • Beispielsweise können Bedingungen vorliegen, bei denen auf Basis einer erwünschten Motordrehmomentabgabe und Motordrehzahl mit Zündung weniger als aller Zylinder gearbeitet werden kann. Aufgrund anderer Anforderungen, wie des Austreibens von Treibstoffdämpfen oder dem Vorsehen eines Vakuums im Verteiler ist es erwünscht, mit Zündung aller Zylinder zu arbeiten. Mit anderen Worten wird der Motor dann, falls das Verteilervakuum unter einen vorbestimmten Wert fällt, in einen Betriebszustand überführt, bei dem alle Zylinder eingespritzten Treibstoff verbrennen. Alternativ kann dieser Übergang angefordert werden, falls der Druck im Bremsverstärker unter einem vorbestimmten Wert liegt.
  • Andererseits wird der Betrieb im Luft/Mager Modus während der Treibstoffdampfreinigung erlaubt, falls die Temperatur der Katalysators ausreicht, um die ausgetriebenen Dämpfe, die durch die nichtverbrennenden Zylinder gehen, zu oxydieren. In 14A, wird dann, wenn die Antwort auf Schritt 1412 ja ist, die Routine in Schritt 1414 bestimmen, ob alle Zylinder zur Zeit in Betrieb sind. Falls die Antwort auf Schritt 1414 ja ist, wird ein Übergang vorgesehen, um von der Zündung aller Zylinder zum Abschalten einiger Zylinder und Betreiben der restlichen Zylinder mit magererem Luft/Treibstoff-Verhältnis als dann, falls alle Zylinder verbrennen, überzugehen. Die Anzahl der abgeschalteten Zylinder basiert auf der erwünschten Motorabgabe. Der Übergang des Schrittes 1416 öffnet bei einem Beispiel das Drosselventil und erhöht die Treibstoffzufuhr zu den verbrennenden Zylindern, während die Treibstoffzufuhr zu einigen Zylindern abgeschaltet wird. Demzufolge geht der Motor von der Durchführung von Verbrennung in allen Zylindern zum Betrieb im nachfolgend als Luft/Mager/Modus bezeichneten Zustand über. Mit anderen Worten wird die Treibstoffzufuhr zu den restlichen Zylindern schnell verringert, während gleichzeitig das Drosselventil geöffnet wird, um einen weichen Übergang im Motordrehmoment zu schaffen. So ist ein Betrieb möglich, bei dem einige Zylinder die Verbrennung bei einem magereren Luft/Treibstoff-Verhältnis durchführen, als in dem Fall, in dem alle Zylinder verbrennen. Ferner werden die verbleibenden verbrennenden Zylinder mit einem höheren Motordrehmoment pro Zylinder betrieben, als dann, wenn alle Zylinder verbrennen. Auf diese Art und Weise wird ein höherer magerer Luft/Treibstoff Grenzwert geschaffen, wodurch der Motor magerer betrieben und eine zusätzliche Treibstoffeinsparung erreicht werden kann.
  • Danach bestimmt die Routine im Schritt 1418 eine Abschätzung der momentanen Motorabgabe auf Basis der Anzahl der Zylinder, die Luft und Treibstoff verbrennen. Bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel bestimmt die Routine einen Schätzwert des abgegebenen Motordrehmoments. Dieser Schätzwert basiert auf verschiedenen Parametern, wie Motordrehzahl, Motorluftfluß, eingespritzte Treibstoffmenge in den Motor, Zündzeit und Motortemperatur.
  • Danach stellt die Routine in Schritt 1420 die in die betriebenen Zylinder eingespritzte Treibstoffmenge ein, so dass die bestimmte Motorabgabe sich der erwünschten Motorabgabe nähert. Mit anderen Worten wird eine Rückkopplungssteuerung des abgegeben Motordrehmoments geschaffen, indem die eingespritzte Treibstoffmenge zu dem Satz Zylinder, die Verbrennung durchführen, eingestellt wird.
  • Zurück zum Schritt 1412: Dann, falls die Antwort nein ist, fährt die Routine in Schritt 1422 fort, wo bestimmt wird, ob alle Zylinder zur Zeit verbrennen. Falls die Antwort auf Schritt 1422 nein ist, fährt die Routine in Schritt 1424 fort, wobei ein Übergang vom Betrieb einiger Zylinder zum Betrieb aller Zylinder durchgeführt wird. Insbesondere wird das Drosselventil geschlossen und die Treibstoffeinspritzung in die bereits verbrennenden Zylinder verringert, gleichzeitig mit Zuführung von Treibstoff zu den bisher keine Luft/Treibstoffmischung verbrennenden Zylindern. In Schritt 1426 bestimmt dann die Routine eine Abschätzung der Motorabgabe in ähnlicher Weise wie in Schritt 1418. In Schritt 1426 nimmt die Routine allerdings an, dass alle Zylinder Motordrehmoment liefern, im Gegensatz zu Schritt 1418, wo die Routine die Motorabgabe auf Basis der Anzahl Zylinder, die keine Motorabgabe produzieren, abschätzte.
  • Schließlich stellt die Routine in Schritt 1428 mindestens eine Treibstoffeinspritzmenge oder Luft zu allen Zylindern ein, sodass die bestimmte Motorabgabe sich einer erwünschten Motorabgabe nähert. Beispielsweise kann die Routine dann, falls im stöchiometrischen Verhältnis gearbeitet wird, die elektronische Drossel einstellen, um das Motordrehmoment zu steuern und die eingespritzte Treibstoffmenge so einstellen, dass das durchschnittliche Luft/Treibstoff-Verhältnis am erwünschten stöchiometrischen Wert gehalten wird. Alternativ kann dann, falls alle Zylinder mager gegenüber der Stöchiometrie betrieben werden, die in die Zylinder eingespritzte Treibstoffmenge eingestellt werden, um das Motordrehmoment zu steuern, während die Drossel eingestellt werden kann, um den Motorluftfluß und demzufolge das Luft/Treibstoff-Verhältnis auf ein erwünschtes mageres Luft/Treibstoff-Verhältnis zu steuern. Während fetten Betriebs aller Zylinder wird die Drossel eingestellt, das abgegebene Motordrehmoment zu steuern und die eingespritzte Treibstoffmenge kann eingestellt werden, um das fette Luft/Treibstoff-Verhältnis auf das erwünschte Luft/Treibstoff-Verhältnis einzustellen.
  • 14A zeigt ein Beispiel einer Motorbetriebszustands Planung und Steuerung. Verschiedenste andere können eingesetzt werden, wie nun beschrieben.
  • Insbesondere ist in 14 ein Graph der Motorabgabe gegen Motordrehzahl gezeigt. Bei dieser speziellen Beschreibung wird die Motorabgabe als Motordrehmoment angeben, es können aber verschiedenste andere Parameter eingesetzt werden, wie bspw. Raddrehmoment, Motorleistung, Motorlast oder andere. Der Graph zeigt das maximal erhältliche Drehmoment, das in jeder der vier Betriebsarten produziert werden kann. Man beachte, dass ein Prozentsatz des erhältlichen Drehmoments oder andere geeignete Parameter anstelle des maximal erhältlichen Drehmoments eingesetzt werden können. Die vier Betriebsarten dieser Ausführungsform umfassen:
    Betrieb einiger Zylinder im mageren Verhältnis gegenüber der Stöchiometrie und der restlichen Zylinder mit Luftdurchsatz und im wesentlichen ohne Treibstoffeinspritzen (man beachte: die Drossel kann während dieses Zustandes im wesentlichen offen sein), was als Linie 1430A im in 14 dargestellten Beispiel illustriert ist;
    Betrieb einiger Zylinder im stöchiometrischem Verhältnis und der restlichen Zylinder mit Luftdurchsatz im wesentlichen ohne Treibstoffeinspritzen (man beachte: die Drossel kann während dieses Betriebszustands im wesentlichen offen sein), gezeigt als Linie 1434A in 14;
    Betrieb aller Zylinder mager gegenüber dem stöchiometrischen Verhältnis (man beachte: die Drossel kann während dieses Betriebs in wesentlichen offen sein), gezeigt als Linie 1432A im in 14 präsentierten Beispiel;
    Betrieb aller Zylinder im wesentlich bei stöchiometrischem Verhältnis für maximal erhältliches Motordrehmoment, gezeigt als Linie 1430A im in 14 präsentierten Beispiel.
  • Oben ist ein exemplarisches Beispiel der Erfindung beschrieben, wobei ein 8-Zylindermotor eingesetzt wird und die Zylindergruppen in zwei gleiche Gruppen aufgeteilt werden. Nichts desto weniger können andere Konfigurationen erfindungsgemäß eingesetzt werden. Insbesondere können Motoren verschiedener Zylinderanzahl eingesetzt werden und die Zylindergruppen können in ungleiche Gruppen aufgeteilt werden, als auch weiter unterteilt werden, um weitere Betriebszustände zu ermöglichen. Beispielsweise ist in 14B ein Beispiel präsentiert, in dem ein V-8 Motor eingesetzt wird, wobei Linie 1436a Betrieb mit 4 Zylindern mit Luft und im wesentlichen ohne Treibstoff, Linie 1434a Betrieb mit 4 Zylindern im stöchiometrischen Verhältnis und 4 Zylindern mit Luft, Linie 1432a 8 Zylinder im mageren Betrieb und Linie 1430a 8 Zylinder im Betrieb bei stöchiometrischen Verhältnis zeigt.
  • Der oben beschriebene Graph illustriert den Bereich erzielbarer Drehmomente in jedem der beschriebenen Zustände. Insbesondere kann für jeden der beschriebenen Betriebszustände das erhältliche abgegebene Maschinendrehmoment jedes Drehmoment sein, das kleiner als das maximale ist, wie durch den Graph illustriert. Man beachte auch, dass bei dem Betriebszustand, bei dem das Gesamtmischungs-Luft/Treibstoff-Verhältnis mager gegenüber dem stöchiometrischen Verhältnis ist, der Motor periodisch zum Betrieb aller Zylinder im stöchimetrischen oder fetten Betrieb umschalten kann. Dies wird durchgeführt, um die gespeicherten Oxidationsmittel (bspw. NOx) in der/den Abgassteuervorrichtung(en) zu reduzieren. Beispielsweise kann dieser Übergang auf Basis der in den/der Abgassteuervorrichtung(en) gespeicherten NOx Menge ausgelöst werden, oder der Menge NOx, die die Abgassteuervorrichtung(en) verlässt, oder der Menge NOx im Auspuffrohr pro zurückgelegte Distanz (Kilometerstand) des Fahrzeugs.
  • Um den Betrieb in diesen verschiedenen Zuständen zu erläutern, werden mehrere Betriebsbeispiele beschrieben. Nachfolgend werden einfache exemplarische Beschreibungen möglicher Ausführungsbeispiele gegeben, die aber nicht die einzigen möglichen Betriebsarten der Erfindung sind. Als erstes Beispiel wird der Betrieb des Motors entlang Kurve A betrachtet. In diesem Fall wird der Motor zunächst mit 4 Zylindern mager gegenüber der Stöchiometrie und 4 Zylindern, die Luft pumpen, wobei im wesentlichen kein Treibstoff injiziert wird, betrieben. Entsprechend den Betriebsbedingungen ist es erwünscht, den Motorbetrieb entlang der Kurve A zu ändern. In diesem Fall ist es erwünscht, den Motorbetrieb dahin gehend zu ändern, dass 4 Zylinder im wesentlichen mit stöchiometrischer Verbrennung arbeiten und 4 Zylinder, die Luft pumpen und keinem Treibstoff verbrennen. In diesem Fall wird zusätzlicher Treibstoff zu den verbrennenden Zylindern zugegeben, um das Luft/Treibstoff-Verhältnis in Richtung der Stöchiometrie zu erniedrigen und entsprechend das Motordrehmoment zu erhöhen.
  • Als zweites Beispiel wird die zweite Kurve mit der Bezeichnung B betrachtet. In diesem Fall beginnt der Motor, mit 4 Zylindern im wesentlichen bei stöchiometrischem Verhältnis zu verbrennen und die restlichen 4 Zylinder pumpen Luft, wobei im wesentlichen kein Treibstoff eingespritzt wird. Danach ändert sich entsprechend den Betriebsbedingungen die Motordrehzahl und das Motordrehmoment soll erhöht werden. Dementsprechend werden alle Zylinder dazu befähigt, Luft und Treibstoff bei einem mageren Luft/Treibstoff-Verhältnis zu verbrennen. So kann die Motorabgabe erhöht werden, während magerer Betrieb erhalten wird.
  • Als drittes Beispiel soll die Kurve mit der Bezeichnung C betrachtet werden. In diesem Beispiel arbeitet der Motor mit allen Zylindern, die bei im wesentlichen stöchiometrischem Verhältnis verbrennen. Entsprechend einer Abnahme im erwünschten Motordrehmoment werden 4 Zylinder abgeschaltet, um die Motorabgabe zu liefern.
  • In 14 und speziell den Linien 1430–1436, ist eine Erläuterung der Motorabgabe oder des Drehmoments, des Betriebs in jedem der 4 exemplarischen Betriebszustände gegeben. Beispielsweise zeigt bei Motordrehzahl N1 die Linie 1430 die erhältliche Motorabgabe oder Drehmomentabgabe, die erzielt wird, wenn 8 Zylinder im stöchiometrischen Modus betrieben werden. Als anderes Beispiel zeigt Linie 1432 die Motorabgabe oder Drehmomentabgabe an, die erzielbar ist, wenn 8 Zylinder mager bei Motordrehzahl N2 betrieben werden. Falls 4 Zylinder im stöchiometrischen und 4 Zylinder im Luft Modus betrieben werden, zeigt Linie 1434 die erhältliche Motorabgabe oder Drehmomentabgabe, die erzielt wird, wenn mit einer Motordrehzahl N3 gearbeitet wird. Schließlich gibt dann, wenn 4 Zylinder mager, 4 Zylinder im Luft Modus arbeiten, die Linie 1436 die erhältliche Motor- oder Drehmomentabgabe an, wenn bei einer Motordrehzahl N4 betrieben wird.
  • In 15 ist eine Routine zur Steuerung der Motorleerlaufdrehzahl beschrieben. Zuerst wird im Schritt 1510 bestimmt, ob eine Leerlaufdrehzahlsteuerung benötigt wird. Insbesondere bestimmt die Routine, ob die Motordrehzahl sich innerhalb eines vorbestimmten Leerlaufdrehzahlbereichs befindet, ob die Position des nieder gedrückten Pedals kleiner als eine vorherbestimmte Größe ist, ob die Kraftfahrzeugdrehzahl unter einem vorbestimmten Wert liegt und andere Anzeichen, dass Leerlaufdrehzahlsteuerung benötigt wird.
  • Falls die Antwort auf Schritt 1510 ja ist, bestimmt die Routine eine erwünschte Motordrehzahl in Schritt 1512. Die erwünschte Motordrehzahl basiert auf verschiedenen Faktoren, wie: Motorkühlmitteltemperatur, Zeit seit Motorstart, Position des Übersetzungsselektors (bspw. wird üblicherweise hohe Motordrehzahl eingestellt, wenn die Übersetzung im neutralen Modus statt im Fahrmodus ist) und einem zusätzlichen Zustand, wie Klimatisierung und Katalysatortemperatur. Insbesondere kann die erwünschte Motordrehzahl erhöht werden, um zusätzliche Wärme zu schaffen, um die Temperatur des Katalysators während Motoraufwärmbedingungen zu erhöhen.
  • Dann bestimmt die Routine in Schritt 1514 die momentane Motordrehzahl. Es gibt verschiedene Verfahren, die momentane Motordrehzahl zu bestimmen. Beispielsweise kann die Motordrehzahl durch einen mit der Motorkurbelwelle verbundenen Motordrehzahlsensor gemessen werden. Alternativ kann die Motordrehzahl auf Basis anderer Sensoren, wie eines Nockenwellenpositionssensors und der Zeit, abgeschätzt werden. Danach bestimmt die Routine in Schritt 1516 eine Steueraktion auf Basis der bestimmten erwünschten und der gemessenen Motordrehzahl. Beispielsweise kann eine feed forward plus Rückkopplungs-Proportional/integral Steuerung verwendet werden. Alternativ können verschiedene andere Steueralgorithmen eingesetzt werden, damit sich die momentane Motordrehzahl der erwünschten Motordrehzahl nähert.
  • In Schritt 1518 bestimmt dann die Routine, ob der Motor zur Zeit im Luft/Mager Betrieb arbeitet. Wenn die Antwort auf Schritt 1518 nein ist, fährt die Routine in Schritt 1520 fort. In Schritt 1520 wird bestimmt, ob der Motor in einen Zustand übergehen soll, bei dem einige Zylinder mager und andere Zylinder ohne eingespritzten Treibstoff betrieben werden, welcher als Luft/Magerzustand bezeichnet wird. Diese Bestimmung kann aufgrund verschiedener Faktoren getroffen werden. Beispielsweise können verschiedene Bedingungen auftreten, bei welchen erwünscht ist, alle Zylinder zu betreiben, wie bspw. beim Treibstoffdampf-Austreiben, adaptivem Luft/Treibstoff-Verhältnis Lernen, einer Anforderung nach höherem Motordrehmoment durch den Fahrer, Betrieb aller Zylinder im fetten Bereich, um Oxidationsmittel, die in der Emissionssteuervorrichtung gespeichert sind, freizusetzen und zu reduzieren, Abgas- und Katalysatortemperatur zu erhöhen, um Verunreinigungen, wie Schwefel, zu entfernen, Betrieb, um die Hauptabgastemperatur zu erhöhen, um jegliche Abgassteuervorrichtung auf eine erwünschte Temperatur zu steuern oder um die Emissionssteuervorrichtungstemperatur aufgrund von Überhitzung zu erniedrigen. Zusätzlich können die oben beschriebenen Zustände nicht nur auftreten, wenn alle Zylinder arbeiten oder alle Zylinder mit dem gleichen Luft/Treibstoff-Verhältnis betrieben werden, sondern auch unter anderen Betriebsbedingungen, bspw. solchen, wo einige Zylinder beim stöchiometrischen Verhältnis und andere beim fetten Verhältnis arbeiten, einige Zylinder ohne Treibstoff und nur mit Luft und andere Zylinder fett betrieben werden, oder bei Zuständen, bei denen einige Zylinder bei einem ersten Luft/Treibstoff-Verhältnis und andere Zylinder bei einem zweiten Luft/Treibstoff-Verhältnis betrieben werden. In jedem Fall können diese Bedingungen Übergänge aus dem Betrieb im Luft/Magerbetriebszustand oder Unterlassen des Betriebs im Luft/Magerbetriebszustand fordern.
  • Im Schritt 1522 der 15 werden andere Parameter als die Treibstoffzufuhr der zweiten Zylindergruppe eingestellt, um die Motorabgabe und dadurch die Motordrehzahl zu steuern. Bspw. kann dann, falls der Motor mit allen Zylindergruppen im mageren Verhältnis betrieben wird, der in alle Zylindergruppen injizierte Treibstoff auf Basis der bestimmten Steueraktion eingestellt werden. Alternativ wird dann, falls der Motor im stöchiometrischen Modus arbeitet, bei dem alle Zylinder in stöchiometrischen Verhältnis betrieben werden, die Motorabgabe und demzufolge die Motordrehzahl eingestellt werden, indem die Drossel oder ein Luftbypassventil eingestellt wird. Ferner kann im stöchiometrischen Modus das stöchiometrische Luft/Treibstoff-Verhältnis aller Zylinder eingestellt werden, indem individuell der in die Zylinder eingespritzte Treibstoff auf Basis des erwünschten Luft/Treibstoff-Verhältnisses und des vom Abgassauerstoffsensor im Abgasweg des gemessenen Luft/Treibstoff-Verhältnisses eingestellt wird. Falls die Antwort auf Schritt 1520 ja ist, fährt die Routine in Schritt 1524 fort und der Motor geht vom Betrieb aller Zylinder in den Betrieb im Luft/Mager-Modus über, bei dem einige Zylinder im mageren Verhältnis betrieben werden und andere Zylinder ohne eingespritzten Treibstoff.
  • Vom Schritt 1524, oder falls die Antwort auf Schritt 1518 ja ist fährt die Routine in Schritt 1526 fort und steuert die Leerlaufdrehzahl während im Luft/Mager-Modus betrieben wird. In Schritt 1526 der 15 wird der zur Zylindergruppe, die eine Luft/Treibstoffmischung verbrennt, zugeführte Treibstoff, aufgrund der bestimmten Steueraktion und der in 3 beschriebenen Methode eingestellt. So wird die Motorleerlaufdrehzahl durch Einstellung des Treibstoffs zu weniger als allen Zylindergruppen und Betrieb einiger Zylindergruppen ohne eingespritzten Treibstoff gesteuert. Ferner ist es erwünscht, das Luft/Treibstoff-Verhältnis der verbrennenden Zylinder zu steuern oder das Gesamt/Luft/Treibstoff-Verhältnis der Mischung reiner Luft, verbrannter Luft und Treibstoff auf Basis bspw. eines Abgassauerstoffssensors. Danach wird die Drossel aufgrund des erwünschten Luft/Treibstoff-Verhältnisses und des gemessenen Luft/Treibstoff-Verhältnisses eingestellt. So wird Treibstoff zu den verbrennenden Zylindern eingestellt, um die Motorabgabe einzustellen, während das Luft/Treibstoff-Verhältnis durch Einstellung des Luftflusses gesteuert wird. Bemerkenswerterweise kann so die Drossel dazu verwendet werden, das Luft/Treibstoff-Verhältnis der verbrennenden Zylinder in einem vorausgewählten Bereich zu halten, um gute Verbrennung und reduzierte Pumparbeit zu liefern.
  • Daher wird dann, wenn erfindungsgemäß im Luft/Mager Modus gearbeitet wird, der in die magere Luft/Treibstoffmischung verbrennenden Zylinder eingespritzte Treibstoff so eingestellt, dass die momentane Motordrehzahl sich einer erwünschten Motordrehzahl nähert, während einige Zylinder ohne eingespritzten Treibstoff betrieben werden. Alternativ wird dann, falls der Motor nicht im Luft/Mager Modus betrieben wird, Luft und oder Treibstoff, der allen Zylindern zugeführt wird, so eingestellt, dass die Motordrehzahl so gesteuert wird, dass sie sich der erwünschten Motordrehzahl nähert.
  • Demzufolge wird über den größten Teil des mageren Leerlaufbetriebs des Motors gemäß der Erfindung das Luft/Treibstoff-Verhältnis bei einem Wert größer als 1.0 gehalten. Die Gesamt-Zündzeitvorwärtsverschiebung, SAFTOT, wird für optimales Verhalten und Treibstoffökonomie beim MBT gehalten. Wenn RPMERR einen Schwellenwert über steigt, wird das Luft/Treibstoff-Verhältnis eingestellt, um die erwünschte RPM-Änderung durch Erhöhung der Treibstoffmenge zu erzielen. Dies wird als Abfall in Richtung 1.0 dargestellt. Falls die Laststörung zurückgewiesen wird, kann der Luft/Treibstoffwert schrittweise nach der oben diskutierten Strategie über eine Luftflußsteigerung erhöht werden. Diese Luftflußsteigerung dient dazu, LAMBSE zu erhöhen und der Motor kehrt zur magereren Betriebsbedingung zurück. Falls eine Lastabnahme erwünscht ist, wie durch einen RPMERR-Wert unter einer anderen Schwelle angezeigt wird, wird eine Änderung in der Gesamtzündzeitvorwärtsverschiebung, oder SAFTOT, verwendet, um die erwünschte Betriebsbedingung zu erzielen. Wie gezeigt, wird das Luft/Treibstoff-Verhältnis bei einem mageren Wert nahe des mageren Fehlzündungsverhältnisses gehalten.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Steuern eines Motors mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, mit den Schritten: – Berechnen einer erwünschten Drehzahl; – Bestimmen eines Drehzahlfehlers aus der erwünschten Drehzahl und einer tatsächlichen Drehzahl; – als Reaktion auf den Drehzahlfehler: – Betreiben des Motors bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, welches weniger mager als ein erstes vorbestimmtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, um die tatsächliche Drehzahl zu erhöhen und – Verzögern des Zündzeitpunkts gegenüber einem vorbestimmten Zündzeitpunkt und Betreiben des Motors bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, welches magerer als das erste vorbestimmte Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, um die tatsächliche Drehzahl zu verringern.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Zündzeitpunkt ein Zündzeitpunkt mit optimaler Drehmoment-Abgabe ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erwünschte Drehzahl in Abhängigkeit von der Temperatur berechnet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erwünschte Drehzahl in Abhängigkeit von der seit Motorstart verstrichenen Zeit berechnet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erwünschte Drehzahl in Abhängigkeit von der erwünschten Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Zündzeitpunkt gegenüber dem Zündzeitpunkt mit optimalem Drehmoment verzögert ist und bei dem Schritt des Betreibens des Motors bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, welches weniger mager als ein erstes vorbestimmtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, um die tatsächliche Drehzahl zu erhöhen, der Zündzeitpunkt gegenüber dem Zündzeitpunkt mit optimalem Drehmoment weniger verzögert wird als der vorbestimmte Zündzeitpunkt und bei dem Schritt des Verzögerns des Zündzeitpunkts und Betreiben des Motors bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, welches magerer als das erste vorbestimmte Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, um die tatsächliche Drehzahl zu vermindern, der Zündzeitpunkt gegenüber dem Zündzeitpunkt mit optimalem Drehmoment stärker verzögert wird als der vorbestimmte Zündzeitpunkt.
  7. Verfahren zum Steuern eines Motors mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, mit den Schritten: – Berechnen einer erwünschten Drehzahl; – Bestimmen eines Drehzahlfehlers aus der erwünschten Drehzahl und einer tatsächlichen Drehzahl; – Bestimmen eines Motordrehmoments, das für den Erhalt der erwünschten Drehzahl benötigt wird und Bereitstellen des Drehmoments im mageren Betrieb, wobei das Motordrehmoment erhöht wird, indem weniger mager als bei einem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis gearbeitet wird und das Motordrehmoment verringert wird, indem magerer als das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis gearbeitet wird und der Zündzeitpunkt gegenüber einem vorbestimmten Zündzeitpunkt verzögert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der vorbestimmte Zündzeitpunkt ein Zündzeitpunkt mit optimaler Drehmoment-Abgabe ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die erwünschte Drehzahl in Abhängigkeit von der Temperatur berechnet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die erwünschte Drehzahl in Abhängigkeit von der seit Motorstart verstrichenen Zeit berechnet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die erwünschte Drehzahl in Abhängigkeit von der erwünschten Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet wird.
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