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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine.
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Beim Kaltstart einer Kraftmaschine ist es wünschenswert, dass eine in dem Auslasssystem angeordnete katalytische Vorrichtung unmittelbar aufgewärmt wird, um das Abgas bald zu reinigen, nachdem die Kraftmaschine gestartet wurde. Um eine katalytische Vorrichtung unmittelbar aufwärmen zu lassen, wird vorgeschlagen, eine Kraftmaschinendrehzahl beim Kraftmaschinenstart schnell eine Kraftmaschinensolldrehzahl annähern zu lassen, indem eine Zündzeit verzögert wird (siehe beispielsweise japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschriften
JP 2003-254141 A und
JP 2001-90581 A ).
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Gemäß dem vorstehend erwähnten Stand der Technik wird die Zündzeit so verzögert, dass die Temperatur des Abgases ansteigt, um das Aufwärmen der katalytischen Vorrichtung zu fördern. Außerdem wird, falls die Kraftmaschinendrehzahl noch höher als die Kraftmaschinensolldrehzahl ist, wenn die Zündzeit auf die Sollzündzeit verzögert wurde, eine Menge der Einlassluft verringert, um so die Kraftmaschinendrehzahl die Kraftmaschinensolldrehzahl annähern zu lassen.
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Im Übrigen kann die Kraftmaschinendrehzahl entsprechend eines individuellen Unterschieds zwischen Kraftmaschinen die Kraftmaschinensolldrehzahl annähern, bevor die Zündzeit auf die Sollzündzeit verzögert wird. In diesem Fall ist gemäß dem vorstehend erwähnten Stand der Technik die Zündzeit weiter als die Sollzündzeit vorgerückt, so dass die Temperatur des Abgases nicht ausreichend ansteigt und somit die katalytische Vorrichtung nicht unmittelbar aufgewärmt werden kann.
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Ferner ist eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 aus „Ottomotor-Management/Bosch. Wiesbaden: Vieweg, 1998, ISBN 3-528-03877-2“ bekannt. Weitere Steuervorrichtungen sind aus
DE 103 15 252 A1 und
DE 39 24 224 A1 bekannt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die das unmittelbare Aufwärmen einer katalytischen Vorrichtung sicher durchführen kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Steuervorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Falls sich gemäß der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung die Zündzeit beim Annähern der Kraftmaschinendrehzahl an die Kraftmaschinensolldrehzahl an der vorgerückten Seite der Sollzündzeit befindet, wird die Zündzeit auf die Sollzündzeit verzögert. Somit nimmt die Temperatur des Abgases zufriedenstellend zu, so dass die katalytische Vorrichtung unmittelbar aufgewärmt werden kann. Wenn zu diesem Zeitpunkt nichts getan wird, fällt die Kraftmaschinendrehzahl auf unterhalb der Kraftmaschinensolldrehzahl ab. Jedoch wird eine Einlassluftmenge erhöht und somit kann die Kraftmaschinendrehzahl bei der Kraftmaschinensolldrehzahl beibehalten werden.
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Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehend dargelegten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen vollständiger verstanden.
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In den Zeichnungen ist:
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1 eine schematische vertikale Schnittansicht einer Kraftmaschine, die mit einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung versehen ist;
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2 ein Ablaufdiagramm, das eine Kraftmaschinenstartsteuerung zeigt, die durch die erfindungsgemäße Steuervorrichtung ausgeführt wird; und
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3 ein Zeitdiagramm, das Änderungen der Kraftmaschinendrehzahl und der Zündzeit gemäß der Kraftmaschinenstartsteuerung aus 2 zeigt.
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1 ist eine schematische Vertikalschnittansicht einer Kraftmaschine, die mit einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung versehen ist. In 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 einen Kraftmaschinenkörper und Bezugszeichen 2 bezeichnet einen mit jedem Zylinder gemeinsamen Zwischenbehälter. Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Einlassöffnung, die den Zwischenbehälter 2 mit jedem Zylinder in Verbindung bringt, und Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Einlassdurchlass stromaufwärts des Zwischenbehälters 2. In dem Einlassdurchlass 4 ist ein Drosselventil 5 unmittelbar stromaufwärts des Zwischenbehälters 2 angeordnet. Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Auslasskrümmer, der mit jedem Zylinder in Verbindung ist.
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In dem Kraftmaschinenkörper 1 bezeichnet Bezugszeichen 7 ein Einlassventil, Bezugszeichen 8 bezeichnet ein Auslassventil, Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Kolben und Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Zündkerze. Bezugszeichen 11 bezeichnet einen in jeder Einlassöffnung 3 angeordneten Kraftstoffinjektor. Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Bypassdurchlass, der mit dem Einlassdurchlass 4 verbunden ist, so dass er um das Drosselventil 4 herumführt, und ein Leerlaufdrehzahlsteuerventil (ISC-Ventil) 13 ist darin angeordnet.
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Bezugszeichen 14 bezeichnet eine katalytische Vorrichtung, die stromabwärts des Auslasskrümmers 6 in dem Kraftmaschinenauslasssystem angeordnet ist. In einer Kraftmaschine des vorliegenden Ausführungsbeispiels, die eine Verbrennung bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausführt, ist die katalytische Vorrichtung 14 beispielsweise eine Dreiwegekatalysatorvorrichtung. In einem direkt einspritzenden Ottomotor mit einem Kraftstoffinjektor, der den Kraftstoff direkt in den Zylinder einspritzt, welcher die Verbrennung bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausführt, ist die katalytische Vorrichtung 14 beispielsweise eine NOx absorbierende und reduzierende katalytische Vorrichtung. In jedem Fall ist es nötig, dass eine Temperatur des an der katalytischen Vorrichtung 14 getragenen Katalysators über seine Aktivierungstemperatur hinaus ansteigt, um das Abgas zu reinigen. Es ist wünschenswert, dass die katalytische Vorrichtung unmittelbar aufgewärmt wird, um das Abgas ab einem frühen Zeitpunkt nach dem Kraftmaschinenstart zu reinigen.
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2 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Kraftmaschinenstartsteuerung zeigt, die durch eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung ausgeführt wird. Das Ablaufdiagramm startet, wenn eine Anfangsverbrennung in jedem Zylinder vollendet wurde und die Kraftmaschinendrehzahl im Leerlaufzustand eine Kraftmaschinensolldrehzahl überschritten hat. Bei Schritt 101 wird bestimmt, ob eine durch einen Kühlwassertemperatursensor (nicht gezeigt) erfasste Temperatur (THW) des Kraftmaschinenkühlwassers als eine Kraftmaschinentemperatur größer als eine vorbestimmte Temperatur (THW1) ist. Wenn das Ergebnis positiv ist, ist die Temperatur der katalytischen Vorrichtung 14 auch nicht sehr niedrig. Daher kann die katalytische Vorrichtung 14 selbst dann unmittelbar aufgewärmt werden, wenn die Temperatur des Abgases nicht erhöht wird. Folglich kann eine herkömmliche Kraftmaschinenstartsteuerung ausgeführt werden, bei der die beim Kraftmaschinenstart schnell erhöhte Kraftmaschinendrehzahl die Kraftmaschinensolldrehzahl in einem Leerlaufzustand annähert, indem die Kraftstoffmenge verringert wird, und somit wird die Routine beendet.
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Wenn andererseits das Ergebnis bei Schritt 101 negativ ist, ist die Temperatur der katalytischen Vorrichtung 14 sehr niedrig, und somit ist es erforderlich, dass die Temperatur des Abgases erhöht wird, um die katalytische Vorrichtung 14 unmittelbar aufwärmen zu lassen. Die Routine schreitet zu Schritt 102 vor. Bei Schritt 102 wird bestimmt, ob ein Unterschied zwischen einer gegenwärtigen durch einen Kraftmaschinendrehzahlsensor (nicht gezeigt) erfassten Kraftmaschinendrehzahl (N) und der Kraftmaschinensolldrehzahl (NT) in einem Leerlaufzustand größer als eine vorbestimmte Kraftmaschinendrehzahl (a) ist. Die vorbestimmte Kraftmaschinendrehzahl (a) ist niedrig eingestellt und somit wird, wenn das Ergebnis bei Schritt 102 negativ ist, bestimmt, dass die Kraftmaschinendrehzahl (N) die Kraftmaschinensolldrehzahl (NT) annähert.
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Jedoch ist anfänglich das Ergebnis bei Schritt 102 positiv und die Routine schreitet zu Schritt 103 vor. Bei Schritt 103 wird die Zündzeit (I) um einen Verzögerungsbetrag (b) verzögert. Der Verzögerungsbetrag (b) kann eine Konstante sein. Der Verzögerungsbetrag (b) kann eine Variable sein. Beispielsweise wird die Variable um so größer eingestellt, je größer der Unterschied zwischen der Kraftmaschinendrehzahl (N) und der Kraftmaschinensolldrehzahl (NT) ist. Somit wird die Temperatur des Abgases allmählich durch eine Rückkopplungsverzögerungssteuerung einer Zündzeit (I) erhöht, so dass das Aufwärmen der katalytischen Vorrichtung 14 gefördert wird. Andererseits fällt die Kraftmaschinendrehzahl (N) durch die Verringerung der durch die verzögerte Zündzeit (I) erzeugten Kraftmaschinenausgabe allmählich ab.
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Folglich nähert die beim Kraftmaschinenstart schnell erhöhte Kraftmaschinendrehzahl (N) die Kraftmaschinensolldrehzahl (NT) an, und wenn das Ergebnis bei Schritt 102 negativ ist, schreitet die Routine zu Schritt 104 vor. Bei Schritt 104 wird bestimmt, ob ein Unterschied zwischen der gegenwärtigen Zündzeit (I) und der Sollzündzeit, die die Temperatur des Abgases zufriedenstellend ansteigen lässt, gleich oder kleiner als (0) ist. Wenn das Ergebnis bei Schritt 104 positiv ist, befindet sich die gegenwärtige Zündzeit (I) auf der verzögerten Seite der Sollzündzeit (IT) und somit wird die Temperatur des Abgases noch mehr erhöht. Dies ist vorteilhaft für das unmittelbare Aufwärmen der katalytischen Vorrichtung 14. Die Zündzeit (I) wird beibehalten und die katalytische Vorrichtung 14 wird aufgewärmt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Kraftmaschinendrehzahl (N) beibehalten, um die Kraftmaschinensolldrehzahl (NT) anzunähern.
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Wenn andererseits das Ergebnis bei Schritt 104 negativ ist, wird bei Schritt 105 bestimmt, ob der Unterschied zwischen der gegenwärtigen Zündzeit (I) und der Sollzündzeit (IT) größer als ein vorbestimmter Wert (c) ist. Der vorbestimmte Wert (c) ist relativ groß eingestellt. Somit ist das Ergebnis für gewöhnlich negativ und die Routine schreitet zu Schritt 106 vor. Wenn das Ergebnis bei Schritt 104 negativ ist, befindet sich die gegenwärtige Zündzeit (I), d.h. die Zündzeit (I) beim Annähern der Kraftmaschinendrehzahl (N) an die Kraftmaschinensolldrehzahl (NT), mit Bezug auf die Sollzündzeit (IT) mehr an der vorgerückten Seite. Somit wird die Temperatur des Abgases nicht ausreichend erhöht. Zu diesem Zeitpunkt wird bei Schritt 106 die Zündzeit (I) auf die Sollzündzeit (IT) verzögert.
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Daher wird die Temperatur des Abgases zufriedenstellend erhöht und das unmittelbare Aufwärmen der katalytischen Vorrichtung 14 wird sicher durchgeführt. Wenn jedoch nichts getan wird, dann fällt die die Kraftmaschinensolldrehzahl (NT) annähernde Kraftmaschinendrehzahl (N) durch Verringern der Kraftmaschinenausgabe ab, was durch das weitere Verzögern der Zündzeit hervorgerufen wird. Dementsprechend wird bei Schritt 107 das Leerlaufdrehzahlsteuerventil 13 oder das Drosselventil 5 geöffnet, so dass eine Einlassluftmenge erhöht wird und dadurch ebenso eine Menge von eingespritztem Kraftstoff erhöht wird. Somit wird die Kraftmaschinendrehzahl (N) bei der Kraftmaschinensolldrehzahl (NT) beibehalten.
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Natürlich wird die Einlassluftmenge umso stärker erhöht, je größer der Unterschied zwischen der gegenwärtigen Zündzeit (I) und der Sollzündzeit (IT) ist. Das heißt, der Öffnungsgrad des Leerlaufdrehzahlsteuerventils 13 oder des Drosselventils 5 wird umso größer eingestellt, je größer der Unterschied zwischen der gegenwärtigen Zündzeit (I) und der Sollzündzeit (IT) ist. Übrigens hat die Zunahme der Einlassluftmenge beim Öffnen des Leerlaufdrehzahlsteuerventils 13 oder des Drosselventils 5 ein relativ stark verzögertes Ansprechverhalten. Daher kann die erforderliche Einlassluftmenge nicht sofort erhöht werden und somit kann die Kraftmaschinenausgabe nicht sofort erhöht werden, um die durch die verzögerte Zündzeit verringerte Kraftmaschinenausgabe zu kompensieren. Folglich ist es wünschenswert, dass die Zündzeit allmählich auf die Sollzündzeit (IT) verzögert wird, so dass sie der tatsächlichen Zunahme der Einlassluftmenge entspricht. Als Ergebnis kann die Kraftmaschinendrehzahl (N) bei der Kraftmaschinensolldrehzahl (NT) beibehalten werden, während die Zündzeit auf die Sollzündzeit (IT) verzögert wird.
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Übrigens sind die Menge des eingespritzten Kraftstoffs und die Einlassluftmenge zum schnellen Erhöhen der Kraftmaschinendrehzahl beim Kraftmaschinenstart so eingestellt, dass die Kraftmaschinendrehzahl zu der Kraftmaschinensolldrehzahl (NT) wird, wenn die Zündzeit die Sollzündzeit (IT) wird. Tatsächlich kann die Zündzeit entsprechend eines individuellen Unterschieds zwischen Kraftmaschinen nicht zur Sollzündzeit (IT) werden, wenn die Kraftmaschinendrehzahl die Kraftmaschinensolldrehzahl (NT) annähert, wie vorstehend dies erwähnt. Wenn jedoch das Ergebnis in Schritt 105 positiv ist, d.h., wenn der Unterschied zwischen der Zündzeit (I) beim Annähern der Kraftmaschinendrehzahl an die Kraftmaschinensolldrehzahl (NT) und der Sollzündzeit (IT) größer als der vorbestimmte Wert (c) ist und die gegenwärtige Zündzeit (I) von der Sollzündzeit (IT) weit entfernt ist, ist es möglich, dass schwerer Kraftstoff, dessen Verdampfung unzureichend wird, zu dem Zylinder zugeführt wird und sich somit die Verbrennung verschlechtert.
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Wenn der schwere Kraftstoff verwendet wird, falls die Zündzeit auf die Sollzündzeit (IT) verzögert wird und das Leerlaufdrehzahlsteuerventil 13 oder das Drosselventil 5 geöffnet wird, um die Einlassluftmenge zu erhöhen, wie dies vorstehend erwähnt ist, nähert der Einlassöffnungsdruck den Atmosphärendruck an und somit wird die Verdampfung des schweren Kraftstoffs noch mehr verschlechtert. Als Ergebnis verschlechtert sich die Verbrennung. Somit kann die Kraftmaschinenausgabe nicht erhöht werden, um die durch die verzögerte Zündzeit abgefallene Kraftmaschinenausgabe zu kompensieren und die Kraftmaschinendrehzahl (N) wird niedriger als die Kraftmaschinesolldrehzahl (NT).
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Daher ist es in diesem Fall schwierig, dass die Zündzeit (I) auf die Sollzündzeit (IT) verzögert wird. Somit wird die Einlassluftmenge nicht erhöht, die Zündzeit (I) wird beibehalten und die Kraftmaschinendrehzahl (N) wird bei der Kraftmaschinensolldrehzahl (NT) beibehalten.
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3 ist ein Zeitdiagramm, das Änderungen in der Kraftmaschinendrehzahl (N) und der Zündzeit (I) gemäß der Kraftmaschinenstartsteuerung der vorliegenden Erfindung zeigt. Nachdem die Anfangsverbrennung in jedem Zylinder vollendet ist, überschreitet die Kraftmaschinendrehzahl (N) die Kraftmaschinensolldrehzahl (NT) bei einem Zeitpunkt (t1). Gleichzeitig startet das Ablaufdiagramm von 2. In Zusammenhang mit der Kraftmaschinendrehzahl (N), die die Kraftmaschinensolldrehzahl überschreitet, wird die Zündzeit (I) allmählich verzögert, wie dies durch eine durchgezogene Linie gezeigt ist, und die Kraftmaschinendrehzahl (N) nähert zu einem Zeitpunkt (t2) die Kraftmaschinensolldrehzahl (NT) an. In dem vorstehend genannten Ablaufdiagramm wird zum Zeitpunkt (t2) bestimmt, ob sich die gegenwärtige Zündzeit (I) verglichen mit der Sollzündzeit (IT) auf der verzögerten Seite oder auf der vorgerückten Seite befindet. Jedoch ist es tatsächlich wünschenswert sicherzustellen, dass die Kraftmaschinensolldrehzahl (NT) durch die gegenwärtige Zündzeit (I) beibehalten wird. Wenn die Kraftmaschinendrehzahl (N) bei der gegenwärtigen Zündzeit (I) niedriger als die Kraftmaschinensolldrehzahl (NT) ist, ist es erforderlich, die Zündzeit (I) vorzurücken.
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Wenn die Kraftmaschinendrehzahl (N) und die Zündzeit (I) stabil sind (Änderungsraten davon sind kleiner als vorbestimmte Werte), und somit sicher gestellt ist, dass die Kraftmaschinensolldrehzahl (NT) durch die gegenwärtige Zündzeit (I) beibehalten ist, wird bei einem Zeitpunkt (t3) die vorstehend erwähnte Bestimmung der Zündzeit (I) ausgeführt. In dem durch die durchgezogene Linie (A) gezeigten Beispiel befindet sich entsprechend eines individuellen Unterschieds zwischen Kraftmaschinen die gegenwärtige Zündzeit (I) auf der von der Sollzündzeit (IT) vorgerückten Seite.
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Wenn in diesem Fall die Zündzeit (I) beibehalten bleibt, wie durch eine gestrichelte Linie (B) gezeigt ist, wird die Temperatur des Abgases nicht ausreichend hoch und somit wird das Aufwärmen der katalytischen Vorrichtung 14 bei einem Zeitpunkt (t4) nicht vollendet worden sein, wenn eine vorbestimmte Zeitspanne von dem Zeitpunkt (t3) verstrichen ist, zu dem das Aufwärmen vollendet sein sollte. Ab dem Zeitpunkt (t4) ist die Zündzeit (I) allmählich vorgerückt und somit ist das Aufwärmen der katalytischen Vorrichtung 14 merklich verspätet.
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Andererseits ist gemäß der vorliegenden Kraftmaschinenstartsteuerung, wie durch die durchgezogene Linie (A) gezeigt ist, zum Zeitpunkt (t3) die Zündzeit (I) auf die Sollzündzeit (IT) verzögert und somit kann die Temperatur des Abgases unmittelbar nach dem Zeitpunkt (t3) ausreichend hoch werden. Daher kann zum Zeitpunkt (t4) das Aufwärmen der katalytischen Vorrichtung 14 sicher vollendet werden. Gleichzeitig wird die Einlassluftmenge erhöht und somit kann die Kraftmaschinendrehzahl (N) bei der Kraftmaschinensolldrehzahl (NT) beibehalten werden.
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Außerdem wird entsprechend individuellen Unterschieden zwischen Kraftmaschinen, wie dies durch eine gestrichelte Linie (C) gezeigt ist, die Temperatur des Abgases weiterhin ausreichend hoch, wenn sich die Zündzeit (I) zum Zeitpunkt (t3) an der von der Sollzündzeit (IT) verzögerten Seite befindet. Daher wird die Zündzeit (I) beibehalten und somit kann zum Zeitpunkt (t4) das Aufwärmen der katalytischen Vorrichtung 14 mit noch größerer Sicherheit vollendet werden. Natürlich wird in diesem Fall die Kraftmaschinendrehzahl (N) bei der Kraftmaschinensolldrehzahl (NT) beibehalten.
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Außerdem ist es möglich, dass schwerer Kraftstoff zu dem Zylinder zugeführt wird und sich die Verbrennung in Folge des unzureichenden Verdampfens des Kraftstoffs verschlechtert, wenn die Zündzeit (I) zum Zeitpunkt (t3) von der Sollzündzeit (IT) um mehr als den vorbestimmten Betrag vorgerückt ist, wie dies durch eine gestrichelte Linie (D) gezeigt ist. In diesem Fall wird die Zündzeit (I) beibehalten und wird nicht auf die Sollzündzeit (IT) verzögert, so dass keine Erhöhung der Einlassluftmenge nötig ist. Wenn die Einlassluftmenge erhöht wird und der Einlassöffnungsdruck den Atmosphärendruck annähert, dann verschlechtert sich das Verdampfen des schweren Kraftstoffs noch mehr. Dies kann verhindert werden.
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Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf ihre speziellen Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist es ersichtlich, dass zahlreiche Modifikationen durch den Fachmann daran getätigt werden können, ohne von dem Grundkonzept und dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Es ist eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine offenbart, die die beim Kraftmaschinenstart schnell angestiegene Kraftmaschinendrehzahl durch eine Rückkopplungsverzögerungssteuerung einer Zündzeit eine Kraftmaschinensolldrehzahl annähern lässt. Wenn sich in der Steuervorrichtung die Zündzeit beim Annähern der Kraftmaschinendrehzahl an die Kraftmaschinensolldrehzahl an der von der Sollzündzeit vorgerückten Seite befindet, wird die Zündzeit auf die Sollzündzeit verzögert und eine Einlassluftmenge wird erhöht.
