DE102009005219B4

DE102009005219B4 - Motorunterdruckverstärkung in einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102009005219B4
Application number: DE102009005219.4A
Authority: DE
Inventors: David R. Lancaster; Anthony Santana
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2029-01-21
Also published as: US8103431B2; DE102009005219A1; CN101493050A; US20090187328A1; CN101493050B

Abstract

Steuersystem (10) für einen Motor (12), wobei das Steuersystem (10) umfasst:
ein Krümmerabsolutdruck-Modul (MAP-Modul) (31), das bestimmt, ob ein MAP eines Motors (12) höher als ein vorgegebener MAP ist; und
ein Luft/Zündfunken-Modul (18), das die Luftströmung und den Zündwinkel im Rahmen eines Einstellschritts zur Erhöhung einer Abgastemperatur so einstellt, dass die Abgastemperatur erhöht wird, und das das Erhöhen der Abgastemperatur unterbricht, indem es den Zündfunken vorübergehend nach früh verstellt und die Luftströmung vorübergehend verringert; dadurch gekennzeichnet , dass
das Luft/Zündfunken-Modul (18) ein Zeitgebermodul (33) enthält, das eine verstrichene Zeit angibt, in der das Luft/Zündfunken-Modul (18) die Abgastemperatur erhöht hat, und bei dem das Luft/Zündfunken-Modul (18) den Einstellschritt zur Erhöhung der Abgastemperatur unterbricht, wenn die verstrichene Zeit länger ist als eine vorgegebene Zeit.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Steuersystem und ein Verfahren zur Motorunterdruckverstärkung in einem Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche, wie aus der DE 196 47 092 A1 bekannt. Ein ähnliches Verfahren beschreibt ferner die DE 600 07 691 T2 .
HINTERGRUND
Fahrzeuge enthalten Servobremsen mit einem Bremskraftverstärker. Der Bremskraftverstärker verstärkt die Bremspedalkraft und wendet die verstärkte Kraft auf einen Hauptzylinder eines Bremshydrauliksystems an. Der Bremskraftverstärker wird durch Unterdruck von dem Motor mit Leistung versorgt.
Einige Fahrzeuge enthalten außer dem Bremskraftverstärker außerdem einen Katalysator, der einen Abgasstrom behandelt. Die Motorluftströmungsanforderungen zum Erwärmen des Katalysators können den Unterdruck, der für den Bremskraftverstärker zur Verfügung steht, verringern. Beim Kaltstart des Motors kann das Motorsteuersystem einen Zündwinkel des Motors nach spät verstellen, um die Abgastemperatur zu erhöhen. Die erhöhte Abgastemperatur verringert die Zeitdauer, die notwendig ist, um den Katalysator auf eine Katalysatoranspringtemperatur zu erwärmen. Während der Zündwinkel nach spät verstellt wird, kann das Motorsteuersystem außerdem die Drosselklappenöffnung erhöhen, um das wegen des nach spät verstellten Zündwinkels verlorengehende Motordrehmoment zu kompensieren. Die offene Drosselklappe verringert den Betrag des Unterdrucks und verringert folglich den Betrag der Bremskraftverstärkung, die von der Bremskraftverstärkungs-Baueinheit verfügbar ist. Diese Situation kann die Bremskraft für den Fahrer erhöhen, während der Katalysator erwärmt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, im Rahmen eines Kaltstarts eines Motors dafür zu sorgen, dass die Bremsanlage einsatzbereit ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Steuersystem für einen Motor weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf.
In weiteren Merkmalen wird ein Bremskraftverstärker durch einen Unterdruck des Motors mit Leistung versorgt. Das Luft/Zündfunken-Modul stellt vor dem Ansprechen darauf, dass der MAP höher als der vorgegebene MAP ist, die Luftströmung und den Zündfunken so ein, dass eine Abgastemperatur erhöht wird. Das Luft/Zündfunken-Modul verringert die Luftströmung und verstellt den Zündfunken so nach früh, dass ein Abtriebsdrehmoment des Motors ungeändert bleibt. Ein MAP-Sensor erzeugt auf der Grundlage des MAP ein Signal und übermittelt das Signal an das MAP-Modul. Das Luft/Zündfunken-Modul schätzt den MAP auf der Grundlage der Drosselklappenöffnung und einer Drehzahl des Motors.
In weiteren Merkmalen unterbricht das Luft/Zündfunken-Modul auf der Grundlage des MAP. Ein Bremskraftverstärker wird durch einen Unterdruck des Motors mit Leistung versorgt. Das Luft/Zündfunken-Modul verringert die Luftströmung und verstellt den Zündwinkel in der Weise nach früh, dass ein Abtriebsdrehmoment des Motors ungeändert bleibt. Ein MAP-Sensor erzeugt auf der Grundlage des MAP ein Signal und übermittelt das Signal an das MAP-Modul. Das Luft/Zündfunken-Modul schätzt den MAP auf der Grundlage der Drosselklappenöffnung und einer Drehzahl des Motors.
Ein Verfahren zum Steuern eines Motors umfasst die Merkmale des Anspruchs 7.
In weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren das Versorgen eines Bremskraftverstärkers mit Leistung mit Unterdruck des Motors. Das Verfahren umfasst das Einstellen der Luftströmung und des Zündfunkens zum Erhöhen einer Abgastemperatur vor dem Verringern der Luftströmung und dem Verstellen des Zündfunkens nach früh. Das Verfahren umfasst das Verringern der Luftströmung und das Verstellen des Zündfunkens nach früh in der Weise, dass ein Abtriebsdrehmoment des Motors ungeändert bleibt. Das Verfahren umfasst das Erzeugen eines Signals auf der Grundlage des MAP und das Nutzen des Signals in dem Bestimmungsschritt. Das Verfahren umfasst das Schätzen des MAP auf der Grundlage der Drosselklappenöffnung und einer Drehzahl des Motors.
In weiteren Merkmalen beruht das Unterbrechen auf dem Bestimmungsschritt. Das Verfahren umfasst die Leistungsversorgung eines Bremskraftverstärkers mit Unterdruck des Motors. Das Verringern der Luftströmung und das Verstellen des Zündwinkels nach früh werden in der Weise ausgeführt, dass ein Abtriebsdrehmoment des Motors ungeändert bleibt. Das Verfahren umfasst das Erzeugen eines Signals auf der Grundlage des MAP und das Nutzen des Signals in dem Bestimmungsschritt.
In nochmals weiteren Merkmalen werden die oben beschriebenen Systeme und Verfahren durch ein Computerprogramm implementiert, das durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann in einem computerlesbaren Medium wie etwa, aber nicht beschränkt auf, Speicher, einer nichtflüchtigen Datenablage und/oder anderen geeigneten materiellen Ablagemedien liegen.
Weitere Bereiche der Anwendbarkeit der vorliegenden Offenbarung gehen aus der im Folgenden gegebenen ausführlichen Beschreibung hervor.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird umfassender verständlich aus der ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, in denen:

1 ein funktionaler Blockschaltplan eines Fahrzeugmotors und zugeordneter Komponenten ist;
2 eine graphische Darstellung des Krümmerabsolutdrucks in Abhängigkeit von der Zündfunkenverstellung nach früh für ein gegebenes Motorabtriebsdrehmoment ist;
3 eine graphische Darstellung der Drosselklappenstellung in Abhängigkeit von der Zündfunkenverstellung nach früh für ein gegebenes Motorabtriebsdrehmoment ist;
4 ein Ablaufplan eines nicht beanspruchten Verfahrens zum Wiederherstellen des Motorunterdrucks ist, der verlorengeht, während sich der Katalysator erwärmt; und
5 ein Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Wiederherstellen des Motorunterdrucks ist, der verlorengeht, während sich der Katalysator erwärmt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Der Klarheit halber sind in den Zeichnungen zum Identifizieren ähnlicher Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet. Wie der Ausdruck wenigstens eines von A, B und C hier verwendet wird, soll er ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht ausschließenden logischen Oder bedeuten. Selbstverständlich können Schritte innerhalb eines Verfahrens in anderer Reihenfolge ausgeführt werden, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
Wie der Begriff Modul hier verwendet wird, bezieht er sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), auf eine elektronische Schaltung, auf einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und auf Speicher, die eines oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, auf eine Kombinationslogikschaltung und/oder auf andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
In 1 ist ein funktionaler Blockschaltplan eines Motorsystems 10 gezeigt. Ein Motor 12 empfängt durch einen Einlasskrümmer 14 Einlassluft. Ein Drosselklappenmodul 16 drosselt die Luftströmung auf der Grundlage einer von einem Steuermodul 18 angewiesenen Drosselklappenstellung. Das Drosselklappenmodul 16 übermittelt außerdem ein Drosselklappenstellungssignal an das Steuermodul 18. Das Drosselklappenstellungssignal gibt einen Öffnungswinkel einer Ventilklappe an, die im Drosselklappenmodul 16 enthalten ist. Ein Zündmodul 20 liefert einen Zündfunken an den Motor 12. Der Zündfunken tritt bei einem Winkel der Zündfunkenverstellung nach früh oder Zündwinkel auf, der durch das Steuermodul 18 spezifiziert wird. Der Motor 12 erzeugt Abgas, das durch ein Auspuffrohr 22 und durch einen Katalysator 24 strömt. Das Abgas verlässt den Katalysator 24 daraufhin und strömt über ein Auspuffendrohr 26 in die Atmosphäre.
Das Motorsteuersystem 10 kann einen Krümmerabsolutdrucksensor (MAP-Sensor) 30 enthalten. Der MAP-Sensor 30 erzeugt ein Signal, das den absoluten Luftdruck innerhalb des Einlasskrümmers 14 angibt. Der MAP-Sensor 30 übermittelt das Signal an das Steuermodul 18. Der Krümmerunterdruck kann als eine Differenz zwischen dem Luftdruck und dem MAP geschätzt werden. Das Steuermodul 18 enthält ein MAP-Komparatormodul 31, das das Signal empfängt und angibt, ob der MAP, z. B. während niedrigen Unterdrucks, höher als ein vorgegebener MAP-Grenzwert ist. Solch eine Herangehensweise ist beispielsweise aus der DE 102 22 703 A1 bekannt.
Ein Bremskraftverstärker 32 wird durch den Unterdruck des Einlasskrümmers 14 mit Leistung versorgt. In einigen Ausführungsformen kann das Steuermodul 18 den MAP und/oder den Unterdruck wie im Gebiet bekannt auf der Grundlage der Motordrehzahl und der Drosselklappenstellung schätzen.
Wenn der Motor 12 kaltgestartet wird, ist der Katalysator 24 ebenfalls kalt und katalysiert das Abgas nicht. Damit der Katalysator 24 wirksam ist, muss seine Temperatur auf eine Katalysatoranspringtemperatur erhöht werden. Das Steuermodul 18 verstellt somit den Zündwinkel nach spät, um die Abgastemperatur zu erhöhen und den Katalysator 24 schnell zu erwärmen. Da ein nach spät verstellter Zündwinkel das Motordrehmoment verringert, erhöht das Steuermodul 18 die Drosselklappenöffnung des Drosselklappenmoduls 16, um das verringerte Drehmoment zu kompensieren.
Die erhöhte Drosselklappenöffnung verringert den Betrag des Unterdrucks im Krümmer 14 und den Betrag des Unterdrucks, der für den Servobremskraftverstärker 32 verfügbar ist. Um den Unterdruckpegel wiederherzustellen und den Bremskraftverstärker 32 nachzuladen, unterbricht das Steuermodul 18 vorübergehend das Aufwärmen des Katalysators. Während der Unterbrechung verringert das Steuermodul 18 den Drosselklappenwinkel im Drosselmodul 16 und verstellt über das Zündmodul 20 den Zündwinkel nach früh. Die neuen Einstellungen der Drosselklappenöffnung und Zündfunkenverstellung nach früh werden so gewählt, dass der Motor 12 denselben Betrag des Drehmoments erzeugt, wie wenn der Zündwinkel nach spät verstellt wird, um die Abgastemperatur zu erhöhen. In einigen Ausführungsformen kann betrachtet werden, dass das Motordrehmoment dasselbe ist, wenn sich das Motordrehmoment unter Last um weniger als 5 Nm ändert und/oder wenn sich die Motordrehzahl bei Leerlauf um weniger als 50 min^-1 ändert. Der verringerte Drosselklappenwinkel erhöht den Unterdruck im Krümmer 14 und stellt dadurch den Unterdruck zur Leistungsversorgung des Bremskraftverstärkers 32 wieder her. Wenn der Bremskraftverstärker 32 wieder mit Unterdruck nachgeladen ist, nimmt das Steuermodul 18 das Verstellen des Zündwinkels nach spät und das Öffnen der Drosselklappe zum Erwärmen des Katalysators 24 wieder auf. Das Steuermodul 18 enthält ein Zeitgebermodul 33, das angibt, wann das Wiederherstellen des Unterdrucks für den Bremskraftverstärker 32 zu starten und/oder anzuhalten ist.
Nunmehr anhand von 2 enthält eine graphische Darstellung eine vertikale Achse, die den MAP angibt, und eine horizontale Achse, die die Zündfunkenverstellung nach früh angibt. Da der MAP und der Unterdruck in Beziehung stehen, kann der MAP zur Angabe des Unterdrucks verwendet werden. Die Zündfunkenverstellung nach früh ist in Grad vor dem oberen Totpunkt (BTDC) gezeigt. Somit geben die positiven Werte auf der horizontalen Achse die Grad BTDC an und geben die negativen Werte die Grad nach dem oberen Totpunkt an. Eine Kurve 50 zeigt ein Beispiel der Kombinationen von MAP und Zündfunkenverstellung nach früh, die einem konstanten Motorabtriebsdrehmoment zugeordnet sind. Die Kurve 50 zeigt, dass für einen gegebenen Betrag des Drehmoments die Verstellung des Zündfunkens nach spät mehr Luftströmung durch die Drosselklappe 16 erfordert und den Motorunterdruck verringert. Umgekehrt erfordert das Verstellen des Zündfunkens nach früh weniger Luftströmung durch die Drosselklappe 16 und erhöht den Motorunterdruck für denselben Betrag des Drehmoments.
In 3 enthält eine graphische Darstellung eine vertikale Achse, die den Drosselklappenwinkel angibt, und eine horizontale Achse, die die Zündfunkenverstellung nach früh angibt. Eine Kurve 60 zeigt Kombinationen des Drosselklappenwinkels und der Zündfunkenverstellung nach früh, die einem konstanten Motorabtriebsdrehmoment zugeordnet sind. Die Kurve 60 zeigt, dass das Verstellen des Zündfunkens nach spät für einen gegebenen Betrag des Drehmoments das Erhöhen der Drosselklappenöffnung erfordert, was den Motorunterdruck verringert. Umgekehrt erfordert das Verstellen des Zündfunkens nach früh für denselben Betrag des Drehmoments das Verringern der Drosselklappenöffnung, was den Motorunterdruck erhöht.
4 zeigt ein nicht beanspruchtes Verfahren 80, das den Krümmerunterdruck wiederherstellt, das vom Servobremskraftverstärker 32 verwendet werden kann. Das Verfahren 80 wird ausgeführt, während das Steuermodul 18 den Katalysator 24 nach einem Kaltstart erwärmt. Das Steuermodul 18 kann das Verfahren 80 ausführen.
In die Steuerung wird beim Block 82 eingetreten und sie schreitet zum Entscheidungsblock 84 fort. Im Entscheidungsblock 84 bestimmt die Steuerung, ob das Steuermodul 18 den Katalysator 24 erwärmt. Wenn das nicht der Fall ist, tritt die Steuerung über den Rückkehrblock 86 aus, ohne den Zündwinkel und/oder den Drosselklappenwinkel einzustellen, um den Unterdruck für den Bremskraftverstärker 32 wiederherzustellen. Falls die Steuerung im Entscheidungsblock 84 bestimmt, dass das Steuermodul 18 den Katalysator 24 erwärmt, verzweigt die Steuerung zum Entscheidungsblock 88. Im Entscheidungsblock 88 nutzt die Steuerung das MAP-Komparatormodul 31, um zu bestimmen, ob der MAP niedriger als der vorgegebene MAP ist. Falls der MAP niedriger als der vorgegebene MAP ist, tritt die Steuerung über den Rückkehrblock 86 aus. Falls der MAP andererseits höher als der vorgegebene MAP ist, verzweigt die Steuerung zum Block 90. Im Block 90 unterbricht die Steuerung den Katalysatorerwärmprozess und erhöht vorübergehend den Krümmerunterdruck für den Bremskraftverstärker 32. Die Steuerung erhöht den Krümmerunterdruck durch Verringern der Drosselklappenöffnung und durch Verstellen des Zündfunkens nach früh. Die Dauer der vorübergehenden Unterdruckzunahme kann auf der Grundlage einer Zeitkonstante des Bremskraftverstärkers 32 gewählt werden. In einigen Ausführungsformen ist eine Dauer von einer Sekunde ausreichend. Die Steuerung wählt die neue Drosselklappenstellung und den Zündwinkel während des Blocks 90 so aus, dass der Motor 12 dasselbe Drehmoment erzeugt, wie wenn der Katalysator erwärmt wird. Beim Verlassen des Blocks 90 nimmt die Steuerung das Einstellen des Zündwinkels und des Drosselklappenwinkels zum Erwärmen des Katalysators wieder auf.
Nunmehr anhand von 5 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren 100 gezeigt, um den Betrag des Unterdrucks im Einlasskrümmer 14 wiederherzustellen, während das Steuermodul 18 den Katalysator 24 erwärmt. In die Steuerung wird über den Block 102 eingetreten und sie schreitet sofort zum Entscheidungsblock 104 fort. Im Entscheidungsblock 104 bestimmt die Steuerung, ob das Steuermodul 18 den Katalysator 24 erwärmt. Wenn das nicht der Fall ist, tritt die Steuerung über den Rückkehrblock 106 aus. Wenn das Steuermodul 18 andererseits den Katalysator 24 erwärmt, verzweigt die Steuerung zum Entscheidungsblock 108. Im Entscheidungsblock 108 bestimmt die Steuerung, ob das Steuermodul 18 den Katalysator 24 länger als eine vorgegebene Zeit erwärmt. Wenn das nicht der Fall ist, verzweigt die Steuerung vom Entscheidungsblock 108 zum Rückkehrblock 106. Wenn das Steuermodul 18 den Katalysator 24 andererseits länger als die vorgegebene Zeit erwärmt hat, verzweigt die Steuerung zum Block 110. Im Block 110 unterbricht die Steuerung den Katalysatorerwärmungsprozess und erhöht vorübergehend den Krümmerunterdruck für den Bremskraftverstärker 32. Die Steuerung erhöht den Krümmerunterdruck durch Verringern der Drosselklappenöffnung und durch Verstellen des Zündwinkels nach früh. Die Dauer der vorübergehenden Unterdruckerhöhung kann auf der Grundlage einer Zeitkonstante des Bremskraftverstärkers 32 gewählt werden. In einigen Ausführungsformen ist eine Dauer von einer Sekunde ausreichend. Während des Blocks 110 wählt die Steuerung die neue Drosselklappenstellung und den neuen Zündwinkel so aus, dass der Motor 12 dasselbe Drehmoment erzeugt, wie wenn der Katalysator erwärmt wird. Beim Verlassen des Blocks 110 nimmt die Steuerung das Einstellen des Zündwinkels und des Drosselklappenwinkels zum Erwärmen des Katalysators wieder auf.

Claims

Steuersystem (10) für einen Motor (12), wobei das Steuersystem (10) umfasst: ein Krümmerabsolutdruck-Modul (MAP-Modul) (31), das bestimmt, ob ein MAP eines Motors (12) höher als ein vorgegebener MAP ist; und ein Luft/Zündfunken-Modul (18), das die Luftströmung und den Zündwinkel im Rahmen eines Einstellschritts zur Erhöhung einer Abgastemperatur so einstellt, dass die Abgastemperatur erhöht wird, und das das Erhöhen der Abgastemperatur unterbricht, indem es den Zündfunken vorübergehend nach früh verstellt und die Luftströmung vorübergehend verringert; dadurch gekennzeichnet , dass das Luft/Zündfunken-Modul (18) ein Zeitgebermodul (33) enthält, das eine verstrichene Zeit angibt, in der das Luft/Zündfunken-Modul (18) die Abgastemperatur erhöht hat, und bei dem das Luft/Zündfunken-Modul (18) den Einstellschritt zur Erhöhung der Abgastemperatur unterbricht, wenn die verstrichene Zeit länger ist als eine vorgegebene Zeit.
System nach Anspruch 1, bei dem das Luft/Zündfunken-Modul (18) auf der Grundlage des MAP unterbricht.
System nach Anspruch 1, das ferner einen Bremskraftverstärker (32) umfasst, der durch einen Unterdruck des Motors (12) mit Leistung versorgt wird.
System nach Anspruch 1, bei dem das Luft/Zündfunken-Modul (18) in der Weise die Luftströmung verringert und den Zündwinkel nach früh vorstellt, dass sich ein Abtriebsdrehmoment des Motors (12) um weniger als 5 Nm ändert oder eine Drehzahl des Motors (12) um weniger als 50 Umdrehungen pro Minute ändert.
System nach Anspruch 1, das ferner einen MAP-Sensor (30) umfasst, der auf der Grundlage des MAP ein Signal erzeugt und das Signal an das MAP-Modul (31) übermittelt.
System nach Anspruch 1, bei dem das Luft/Zündfunken-Modul (18) den MAP auf der Grundlage der Drosselklappenöffnung und einer Drehzahl des Motors (12) schätzt.
Verfahren zum Steuern eines Motors (12), wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen, ob ein MAP eines Motors (12) höher als ein vorgegebener MAP ist; und Einstellen der Luftströmung und des Zündfunkens zum Erhöhen einer Abgastemperatur; und Unterbrechen des Einstellschritts, indem der Zündfunken vorübergehend nach früh verstellt und die Luftströmung vorübergehend verringert wird; geke n nzeich net durch das Angeben einer verstrichenen Zeit des Einstellschritts und das Unterbrechen des Einstellschritts, wenn die verstrichene Zeit länger ist als eine vorgegebene Zeit.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Unterbrechen auf dem Bestimmungsschritt beruht.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner die Leistungsversorgung eines Bremskraftverstärkers (32) mit Unterdruck des Motors (12) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Verringern der Luftströmung und das Verstellen des Zündwinkels nach früh in der Weise ausgeführt werden, dass sich ein Abtriebsdrehmoment des Motors (12) um weniger als 5 Nm ändert oder eine Drehzahl des Motors (12) um weniger als 50 Umdrehungen pro Minute ändert.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner das Erzeugen eines Signals auf der Grundlage des MAP und das Nutzen des Signals in dem Bestimmungsschritt umfasst.