DE10322962A1

DE10322962A1 - Verfahren zur Steuerung eines Motors, um rasche Katalysatorerhitzung zu erzielen

Info

Publication number: DE10322962A1
Application number: DE10322962A
Authority: DE
Inventors: Gopichandra Surnilla; David Karl Bidner
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2003-12-24
Also published as: US20030221671A1; US7032572B2; GB0312580D0; GB2391328B; GB2391328A

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines mit einem Abgasreinigungskatalysator verbundenen Motors offenbart. Unter vorbestimmten Bedingungen betreibt das Verfahren einen Motor in der Weise, daß eine erste Zylindergruppe ein mageres Luft-/Kraftstoffgemisch verbrennt, und eine zweite Zylindergruppe lediglich Luft pumpt (d. h. also ohne Kraftstoffeinspritzung). Des weiteren liefert das Verfahren zur Steuerung eines Motors auch die folgenden Merkmale in Kombination mit der oben beschriebenen gesplitteten Luft-/Magerbetriebsart: Leerlaufdrehzahlregelung, Sensordiagnosen, Luft-/Kraftstoffverhältnis-Regelung, adaptives Lernen, Kraftstoffdampfspülung, Schätzung der Katalysatortemperatur, Notbetrieb und Regelung der Temperatur des Abgases und der Abgasreinigungsvorrichtung. Zusätzlich geht das Verfahren zur Steuerung eines Motors bei vorgewählten Betriebsbedingungen, wie z. B. Kraftstoffdampfspülung, Regelung des Krümmerunterdrucks und Spülung von in einer Abgasreinigungsvorrichtung abgelagerten Oxidantien, auch zur Verbrennung in allen Zylindern über.

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Das Gebiet der Erfindung bezieht sich auf Steuerstrategien für Motoren und insbesondere auf Steuerstrategien zur raschen Erhitzung einer Abgasreinigungsvorrichtung.

Hintergrund der Erfindung

Ein Verfahren, das herangezogen wurde, um eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Motors zu erhitzen, war der magere Betrieb einiger Motorzylinder und der fette Betrieb der anderen Zylinder. Wenn sich anschließend die Abgase dieser mager und fett betriebenen Zylinder vermischen, können sie über einen aktivierten Katalysator reagieren. Diese katalytische Reaktion erzeugt Hitze, wodurch die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung erhöht wird. Ein solcher Ansatz wird in US 6.189.316 beschrieben.
Jedoch haben die Erfinder einen Nachteil eines solchen Ansatzes beim Kaltstart eines Motors entdeckt. Insbesondere liegt kurz nach dem Start des Motors der Katalysator normalerweise unterhalb einer Temperatur, welche eine solche exothermische katalytische Reaktion unterstützen kann. Des weiteren können die Abgase aus den mageren und fetten Zylindern möglicherweise nicht ausreichend sein, um ohne einen Katalysator eine exothermische Reaktion zu unterstützen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Lösung dieses Problems liegt darin, einige Zylinder mit Spätzündung zu betreiben, um Abgastemperaturen zu erzeugen, die hoch genug sind, um ohne einen aktivierten Katalysator eine Reaktion zu unterstützen. Da diese Spätzündung zu verschlechterter Steuerung führen kann, werden anschließend die verbleibenden (mit höherer Last arbeitenden) Zylinder dazu herangezogen, eine gute Verbrennbarkeit (ebenso wie Hitze über eine höhere Last) zu liefern. Um die mageren und fetten Gase zu liefern, können die nach spät verstellten Zylinder abgemagert und die mit hoher Last arbeitenden Zylinder entsprechend fetter betrieben werden.
Anzumerken ist, daß die Werte des nach spät verstellten Zündzeitpunktes für jede Zylindergruppe nicht feststehen; sie können vielmehr unter der Voraussetzung variieren, daß eine Gruppe stärker als die andere nach spät verstellt wird. Bei einem Beispiel werden die Zylinder mit weniger nach spät verstelltem Zündzeitpunkt bis zum Punkt guter Verbrennungsstabilität nach spät verstellt, während die anderen Zylinder noch weiter nach spät verstellt werden. Eine schlechte Verbrennungsstabilität ist bei diesem Beispiel kein Problem, da die Zylinder mit weniger nach spät verstelltem Zündzeitpunkt entscheidend sind. Während der Zündfolge der Zylinder sind auch die Vibrationsauswirkungen minimal.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1A und 1B eine Teilansicht des Motors,
Fig. 2A bis 2D verschiedene schematische Ausgestaltungen nach der Erfindung,
Fig. 2E bis 2H verschiedene Flußdiagramme in bezug auf die Kraftstoffzufuhr und das adaptive Lernen,
Fig. 3A ein Übersichtsflußdiagramm zur Bestimmung von und den Übergang zwischen Motorbetriebsarten,
Fig. 3B eine Graphik mit der Darstellung verschiedener Motorbetriebsarten in verschiedenen Drehzahl-/Drehmomentbereichen,
Fig. 3C ein Übersichtsflußdiagramm für die Bestimmung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses,
Fig. 3D(1)A-D verschiedene Motorbetriebsparameter beim Übergang vom Achtauf den Vierzylinderbetrieb,
Fig. 3D(2) ein Übersichtsflußdiagramm für die Steuerung des Motorbetriebs während der Zylinderübergänge,
Fig. 3D(3)A-D Motorbetriebsparameter beim Übergang von vier auf acht Zylinder,
Fig. 3E ein Übersichtsflußdiagramm für die Steuerung von Motorübergängen,
Fig. 4A ein Übersichtsflußdiagramm für die Steuerung der Motordrehzahl in Abhängigkeit von der Motorbetriebsart,
Fig. 4B ein Übersichtsflußdiagramm mit der Beschreibung der Geschwindigkeitsregelung des Fahrzeuges,
Fig. 4C ein Übersichtsflußdiagramm mit der Beschreibung der Motordrehmomentregelung,
Fig. 4D ein Übersichtsflußdiagramm mit der Beschreibung der Fahrzeugantriebsrad-Schlupfregelung,
Fig. 5 ein Übersichtsflußdiagramm für die Korrektur des Ausgangswertes eines Luft-/Kraftstoffverhältnissensors,
Fig. 6 ein Übersichtsflußdiagramm für die Durchführung von Motordiagnosen,
Fig. 7 ein Übersichtsflußdiagramm für die Anzeige des Defekts eines Motorsensors,
Fig. 8 ein Übersichtsflußdiagramm in bezug auf adaptives Lernen eines Luft-/Kraftstoffsensors,
Fig. 9 ein Übersichtsflußdiagramm für den Abruf von Sensordiagnosen,
Fig. 10 ein Übersichtsflußdiagramm für die Schätzung der Katalysatortemperatur in Abhängigkeit von der Motorbetriebsart,
Fig. 11 ein Übersichtsflußdiagramm für die Durchführung von Notbetrieb als Reaktion auf den Defekt eines Sensors,
Fig. 12 ein Übersichtsflußdiagramm für die Deaktivierung bestimmter Motorbetriebsarten,
Fig. 13A bis 13B Übersichtsflußdiagramme für die Steuerung von Motorübergängen zu Katalysatorerhitzungsbetriebarten,
Fig. 13C eine graphische Darstellung von Motorbetriebsparametern während der Übergänge zu einer Katalysatorerhitzungsbetriebsart und des Verlassens derselben,
Fig. 13D ein Übersichtsflußdiagramm für die Steuerung eines Motors beim Verlassen der Katalysatorerhitzungsbetriebsart,
Fig. 13E bis 13F Übersichtsflußdiagramme zur Steuerung eines abweichenden Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Motors während der Katalysatorerhitzungsbetriebsart,
Fig. 13G(1)-(3) den Motorbetrieb während der Übergänge zwischen Motorbetriebsarten,
Fig. 13H ein Übersichtsflußdiagramm für die Steuerung der Leerlaufdrehzahlregelung des Motors in Abhängigkeit davon, ob die Katalysatorerhitzung aktiviert ist,
Fig. 13I eine graphische Darstellung des Betriebs nach einem Merkmal der vorliegenden Erfindung,
Fig. 13J eine graphische Darstellung der Auswirkung der Drosselklappenstellung auf den Motorluftdurchsatz,
Fig. 13K ein Übersichtsflußdiagramm für die Regelung der Motorleerlaufdrehzahl,
Fig. 14 ein Übersichtsflußdiagramm für die Anpassung des Zündzeitpunktes des Motors,
Fig. 15 ein Übersichtsflußdiagramm für die Anpassung des eingespritzten Kraftstoffs auf der Grundlage von Betriebsarten.

Detaillierte Beschreibung

Die Fig. 1A und 1B zeigen einen Zylinder eines mehrzylindrigen Motors sowie den mit dem genannten Zylinder verbundenen Ansaug- und Abgastrakt. Wie später hierin unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben, gibt es verschiedene Ausgestaltungen des Zylinder- und Abgassystems.
Wie in Fig. 1A gezeigt wird ein fremdgezündeter Innenverbrennungsmotor mit Direkteinspritzung 10, welcher eine Mehrzahl von Brennräumen aufweist, durch ein elektronisches Motorsteuergerät 12 gesteuert. Der Brennraum 30 des Motors 10 wird so dargestellt, daß er Brennraumwände 32 mit einem darin angeordneten und mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Kolben 36 aufweist. Ein (nicht gezeigter) Anlassermotor ist über eine (nicht gezeigtes) Schwungrad mit der Kurbelwelle 40 verbunden. Bei diesem besonderen Beispiel weist der Kolben 36 eine (nicht gezeigte) Aussparung oder Mulde auf, um die Bildung von Schichtladungen von Luft und Kraftstoff zu unterstützen. Der Brennraum bzw. Zylinder 30 wird so dargestellt, daß er über jeweilige (nicht gezeigte) Einlaßventile 52a und 52b und (nicht gezeigte) Auslaßventile 54a und 54b mit einem Ansaugkrümmer 44 und einem Abgaskrümmer 48 verbunden ist. Ein Kraftstoffinjektor 66a wird als direkt mit dem Brennraum 30 verbunden dargestellt, um diesem proportional zur Impulsbreite eines über einen konventionellen elektronischen Treiber 68 vom Steuergerät 12 erhaltenen Signals fpw eingespritzten Kraftstoff direkt zuzuführen. Dem Kraftstoffinjektor 66a wird über ein (nicht gezeigtes), einen Kraftstofftank, Kraftstoffpumpen und ein Kraftstoffverteilerrohr umfassendes an sich bekanntes Hochdruckkraftstoffsystem Kraftstoff zugeführt.
Der Ansaugkrümmer 44 wird als über die Drosselklappe 62 mit einem Drosselklappenkörper 58 verbunden dargestellt. Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel ist die Drosselklappe 62 mit einem Elektromotor 94 verbunden, so daß die Stellung der Drosselklappe 62 durch das Steuergerät 12 über den Elektromotor 94 gesteuert wird. Diese Konfiguration wird allgemein als elektronisches Gaspedal (ETC) bezeichnet, welches auch während der Leerlaufregelung verwendet wird. Bei einem (nicht gezeigten) alternativen Ausführungsbeispiel, das dem Fachmann an sich bekannt ist, ist parallel zur Drosselklappe 62 ein Bypass-Luftkanal angeordnet, um den während der Leerlaufregelung angesaugten Luftstrom über ein im Luftkanal angeordnetes Drosselklappensteuerventil zu steuern.
Ein Abgassensor 76 wird als stromauf des Katalysators 70 mit dem Abgaskrümmer 48 verbunden dargestellt. (Anzumerken ist, daß der Sensor 76 entsprechend der Abgasführung verschiedenen unterschiedlichen Sensoren entspricht. Beispielsweise könnte er dem Sensor 230 oder 234 oder 230b oder 230c oder 234c oder 230d oder 234d, die später hierin unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben werden, entsprechen). Der Sensor 76 (oder ein beliebiger der Sensoren 230, 234, 230b, 230c, 230d oder 234d) kann ein beliebiger von den zahlreichen bekannten Sensoren zur Lieferung einer Angabe des Luft-/Kraftstoffverhältnisses sein, wie z. B. eine lineare Lambdasonde, eine Zweistufen-Lambdasonde oder ein HC- oder CO-Sensor. Bei diesem besonderen Beispiel ist der Sensor 76 eine Zweistufen- Lambdasonde, die das EGO(Lambdasonden)-Signal dem Steuergerät 12 zuführt, welches das EGO-Signal in ein Zweistufensignal EGOS umwandelt. Eine hohe Spannung des EGOS-Signals gibt an, daß die Abgase fetter als das stöchiometrische Verhältnis sind, und eine niedrige Spannung des EGOS-Signals gibt an, daß die Abgase magerer sind als das stöchiometrische Verhältnis. Das EGOS-Signal wird vorteilhafterweise in an sich bekannter Weise während der Luft-/Kraftstoffregelung im geschlossenen Regelkreis genutzt, um während der stöchiometrischen homogenen Betriebsart das durchschnittliche Luft-/Kraftstoffgemisch beim stöchiometrischen Verhältnis zu halten.
Ein an sich bekanntes kontaktloses Zündsystem 88 liefert als Reaktion auf das Vorzündungssignal SA aus dem Steuergerät 12 über eine Zündkerze 92 einen Zündfunken an den Brennraum 30.
Das Steuergerät 12 bewirkt, indem es den Zündzeitpunkt regelt, daß der Brennraum 30 entweder in einer homogenen Luft-/Kraftstoff-Betriebsart oder in einer geschichteten Luft-/Kraftstoff-Betriebsart arbeitet. In der Schichtladungsbetriebsart aktiviert das Steuergerät 12 den Kraftstoffinjektor 66A während des Verdichtungstaktes des Motors, so daß Kraftstoff direkt in die Mulde des Kolbens 36 eingespritzt wird. Geschichtete Luft-/Kraftstoffschichten werden entsprechend ausgebildet. Die Schicht, die der Zündkerze am nächsten liegt, enthält ein stöchiometrisches Gemisch oder ein etwas fetteres Gemisch als das stöchiometrische Gemisch, und die anschließenden Schichten enthalten zunehmend magerere Gemische. Während der homogenen Betriebsart aktiviert das Steuergerät 12 den Kraftstoffinjektor 66A während des Ansaugtaktes, so daß ein im wesentlichen homogenes Luft-/Kraftstoffgemisch gebildet wird, wenn durch das Zündsystem 88 der Zündstrom der Zündkerze 92 zugeführt wird. Das Steuergerät 12 steuert die durch den Kraftstoffinjektor 66A abgegebene Kraftstoffmenge in der Weise, daß das homogene Luft-/Kraftstoffgemisch in dem Brennraum 30 so gewählt werden kann, daß es dem stöchiometrischen Verhältnis, einem Wert fetter als das stöchiometrische Verhältnis oder einem magereren Wert als das stöchiometrische Verhältnis entspricht. Das geschichtete Luft-/Kraftstoffgemisch wird immer bei einem magereren Wert als das stöchiometrische Verhältnis liegen, wobei das genau Luft-/Kraftstoffverhältnis eine Funktion der dem Brennraum 30 zugeführten Kraftstoffmenge ist. Eine zusätzliche gesplittete Betriebsart, bei der während des Auspufftaktes zusätzlicher Kraftstoff eingespritzt wird, wenn der Motor in der Schichtladungsbetriebsart arbeitet, ist ebenfalls möglich.
Eine Stickoxyd(NO_x)-Absorptionsvorrichtung oder -falle 72 wird als stromab vom Katalysator 70 angeordnet gezeigt. Die NO_x-Falle 72 ist ein 3-Wege-Katalysator, der NO_x absorbiert, wenn der Motor 10 in der magereren als der stöchiometrischen Betriebsart läuft. Die absorbierten Stickoxyde reagieren anschließend mit HC und CO und werden katalysiert, wenn das Steuergerät 12 veranlaßt, daß der Motor 10 entweder in einer fetten homogenen Betriebsart oder in einer nahezu stöchiometrischen homogenen Betriebsart arbeitet. Diese Betriebsart liegt während eines NO_x-Spülzyklus vor, wenn gewünscht wird, gespeicherte NO_x aus der NO_x-Falle 72 auszuspülen, oder während eines Dampfspülzyklus zur Rückgewinnung von Kraftstoffdämpfen aus einem Kraftstofftank 160 und einem Kraftstoffdampfspeicher 164 über ein Spülsteuerventil 168 oder bei Betriebsarten, die mehr Motorleistung erfordern, oder bei Betriebsarten zur Regelung der Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtungen, wie z. B. des Katalysators 70 oder der NO_x-Falle 72. (Wiederum ist anzumerken, daß die Abgasreinigungsvorrichtungen 70 und 72 verschiedenen in Fig. 2 beschriebenen Vorrichtungen entsprechen können. Beispielsweise können sie den Vorrichtungen 220 und 224, 220b und 224b usw. entsprechen).
Das Steuergerät 12 wird in Fig. 1A als ein an sich bekannter Mikrocomputer dargestellt, welcher eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, dargestellt als ROM-Baustein, in diesem besonderen Beispiel ein wahlfreier Zugriffsspeicher (RAM) 108, ein batteriestromgestützter Speicherchip 110 und ein konventioneller Datenbus, aufweist. Darstellungsgemäß erhält das Steuergerät 12 zusätzlich zu den vorstehend erörterten Signalen verschiedene Signale aus mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren, hierin eingeschlossen die Messung der angesaugten Luftmenge (MAF) aus dem mit dem Drosselklappenkörper 58 verbundenen Luftmengenmesser 100, Motorkühlwassertemperatur (ECT) aus dem mit einer Kühlwasseraufnahme 114 verbundenen Temperaturfühler 112, ein Zündungsprofilaufnehmer(PIP)-Signal aus dem mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Hallgeber 118 und die Drosselklappenstellung TP aus dem Drosselklappenstellungssensor 120 sowie das Ansaugkrümmerabsolutdruck-Signal (MAP) aus dem Sensor 122. Das Motordrehzahlsignal RPM wird aufgrund des PIP-Signals in an sich bekannter Weise durch das Steuergerät 12 generiert, und ein Ansaugkrümmerdrucksignal MAP aus dem Ansaugkrümmerdrucksensor liefert eine Angabe hinsichtlich des Unter- oder Überdrucks im Ansaugkrümmer. Während des stöchiometrischen Betriebes kann dieser Sensor einen Hinweis auf die Motorlast liefern. Des weiteren kann dieser Sensor in Verbindung mit der Motordrehzahl eine Schätzung der den Zylindern zugeführten Ladung (einschließlich Luft) liefern. Bei einem bevorzugten Merkmal der vorliegenden Erfindung erzeugt der Sensor 118, der auch als Motordrehzahlsensor verwendet wird, bei jeder Drehung der Kurbelwelle eine vorbestimmte Anzahl von gleichmäßig beabstandeten Impulsen.
In diesem besonderen Beispiel werden die Temperatur Tcat des Katalysator 70 und die Temperatur Ttrp der NO_x-Falle 72, wie in US-Patent Nr. 5.414.994, dessen Beschreibung hierin durch Bezugnahme darauf übernommen wird, offenbart wird, aus dem Motorbetrieb abgeleitet. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird die Temperatur Tcat durch den Temperaturfühler 124 geliefert, und die Temperatur Ttrp wird durch den Temperaturfühler 126 geliefert.
Es wird mit Fig. 1A fortgefahren. Die Nockenwelle 130 des Motors 10 wird so dargestellt, daß sie mit Stößeln 132 und 134 zur Betätigung von Ansaugventilen 52a, 52b und Auslaßventilen 54a, 54b in Verbindung steht. Die Nockenwelle 130 ist direkt mit einem Gehäuse 136 verbunden. Das Gehäuse 136 bildet ein Zahnrad mit einer Mehrzahl von Zähnen 138. Das Gehäuse 136 ist mit einer (nicht gezeigten) inneren Welle hydraulisch verbunden, welche ihrerseits direkt über eine (nicht gezeigte) Steuerkette mit der Nockenwelle 130 verbunden ist. Demzufolge rotieren das Gehäuse 136 und die Nockenwelle 130 mit einer im wesentlichen der inneren Nockenwelle entsprechenden Drehzahl. Die innere Nockenwelle dreht sich in einem konstanten Drehzahlverhältnis zur Kurbelwelle 40. Jedoch kann durch Beeinflussung der hydraulischen Kupplung, wie dies später hierin beschrieben wird, die relative Position der Nockenwelle 130 zur Kurbelwelle 40 durch Hydraulikdrücke in der Vorzündungskammer 142 und der Spätzündungskammer 144 variiert werden. Indem zugelassen wird, daß Hochdruckhydraulikflüssigkeit in die Vorzündungskammer 142 eintritt, wird die relative Beziehung zwischen der Nockenwelle 130 und der Kurbelwelle 40 nach früh verstellt. Somit öffnen und schließen sich die Ansaugventile 52a, 52b und die Auslaßventile 54a, 54b zu einem früheren Zeitpunkt als normal relativ zur Kurbelwelle 40. Analog wird dadurch, daß zugelassen wird, daß Hochdruckhydraulikflüssigkeit in die Spätzündungskammer 144 eintritt, die relative Beziehung zwischen der Nockenwelle 130 und der Kurbelwelle 40 nach spät verstellt. Somit öffnen und schließen sich die Ansaugventile 52a, 52b und die Auslaßventile 54a, 54b relativ zur Kurbelwelle 40 zu einem späteren Zeitpunkt als normal.
Die Zähne 138, die mit dem Gehäuse 136 und der Nockenwelle 130 im Eingriff stehen, erlauben die Messung der relativen Nockenposition über einen Nockenpositionssensor 150, welcher an das Steuergerät 12 ein Signal VCT liefert. Die Zähne 1, 2, 3 und 4 werden vorzugsweise für die Messung der Nockenposition verwendet und sind gleichmäßig beabstandet (beispielsweise sind sie bei einem V-8- Motor mit zwei Zylinderbänken voneinander um 90° beabstandet), während der Zahn 5 wie später beschrieben vorzugsweise zur Zylinderidentifizierung herangezogen wird. Zusätzlich sendet das Steuergerät 12 Steuersignale (LACT, RACT) an an sich bekannte (nicht gezeigte) Magnetventile, um den Fluß von Hydraulikflüssigkeit entweder zur Vorzündungskammer 142, zur Spätzündungskammer 144 oder zu keiner von beiden zu lenken.
Die relative Nockenposition wird unter Verwendung des in US 5.548.995, das hierin durch Bezugnahme darauf übernommen wird, beschriebenen Verfahrens gemessen. Allgemein gesagt ergibt die Zeit oder der Drehwinkel zwischen der ansteigenden Flanke des PIP-Signals und der Erhalt eines Signals von einem der Mehrzahl von Zähnen 138 auf dem Gehäuse 136 eine Meßgröße der relativen Nockensteuerung. Bei dem besonderen Beispiel eines V-8-Motors mit zwei Zylinderbänken und einem fünfzahnigen Rad wird eine Messung der Nockensteuerung für eine bestimmte Bank viermal pro Umdrehung erhalten, wobei das zusätzliche Signal zur Zylinderidentifikation herangezogen wird.
Der Sensor 160 liefert eine Angabe sowohl der Sauerstoffkonzentration im Abgas wie auch für die NO_x-Konzentration. Das Signal 162 liefert dem Steuergerät eine Spannung, welche ein Maß für die O₂-Konzentration ist, während das Signal 164 eine Spannung liefert, die ein Maß für die NO_x-Konzentration ist.
Wie oben beschrieben zeigen die Fig. 1A (und 1B) lediglich einen Zylinder eines mehrzylindrigen Motors, wobei jeder Zylinder seinen eigenen Satz an Einlaß-/Auslaßventilen, Kraftstoffinjektoren, Zündkerzen usw. aufweist.
Es wird auf Fig. 1B Bezug genommen. Es wird eine Einlaßkanaleinspritzungskonfiguration wird gezeigt, bei der der Kraftstoffinjektor 66B mit dem Ansaugkrümmer 44 statt direkt mit dem Zylinder 30 verbunden ist.
Des weiteren ist bei jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Motor mit einem (nicht gezeigten) Anlassermotor für das Starten des Motors verbunden. Der Anlassermotor wird mit Strom versorgt, wenn der Fahrer einen Schlüssel im Zündschloß, beispielsweise an der Lenksäule, umdreht. Der Anlasser wird nach erfolgtem Motorstart ausgekuppelt, wenn ein entsprechender Nachweis vorliegt, beispielsweise dadurch, daß der Motor 10 nach einer vorbestimmten Zeit eine vorbestimmte Drehzahl erreicht. Des weiteren leitet bei jeder Ausführungsform ein Abgasrückführungs(EGR)-System eine gewünschte Menge Abgas vom Abgaskrümmer 48 über ein (nicht gezeigtes) EGR-Ventil zum Ansaugkrümmer 44. Alternativ kann durch Steuerung der Auslaßventilzeiten ein Teil der Verbrennungsgase in den Brennräumen zurückbehalten werden.
Der Motor 10 arbeitet in verschiedenen Betriebsarten, einschließlich Magerbetrieb, fettem Betrieb und "nahezu stöchiometrischem" Betrieb. "Nahezu stöchiometrischer" Betrieb bezeichnet einen um das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffverhältnis schwankenden Betrieb. Typischerweise wird dieser schwankende Betrieb durch Rückmeldung aus den Lambdasonden geregelt. Bei dieser nahezu stöchiometrischen Betriebsart wird der Motor mit einem Luft-/Kraftstoffverhältnisses im Bereich des stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnisses betrieben.
Wie nachstehend beschrieben, wird das Rückmeldungs-Luft-/Kraftstoffverhältnis für die Bereitstellung des nahezu stöchiometrischen Betriebes herangezogen. Des weiteren kann die Rückmeldung aus Lambdasonden für die Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses während des mageren und während des fetten Betriebes verwendet werden. Insbesondere kann eine geschaltete beheizte Lambdasonde (HEGO) für die Steuerung des stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnisses herangezogen werden, indem die Steuerung des eingespritzten Kraftstoffes (oder von Zusatzluft über Drosselklappe oder VCT - variable Nockenposition) auf der Grundlage der Rückmeldung aus der beheizten Lambdasonde und des gewünschten Luft-/Kraftstoffverhältnisses geregelt wird. Des weiteren kann ein UEGO- Sensor (der aufgrund des Abgas-Luft-/Kraftstoffverhältnisses einen im wesentlichen linearen Ausgang liefert) für die Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses während der mageren, fetten und stöchiometrischen Betriebsart verwendet werden. In diesem Fall wird die Kraftstoffeinspritzung (oder Zusatzluft über Drosselklappe oder VCT) auf der Grundlage eines gewünschten Luft-/Kraftstoffverhältnisses und des Luft-/Kraftstoffverhältnisses aus dem Sensor angepaßt. Darüber hinaus könnte, falls gewünscht, eine einzelne Steuerung des Zylinder-Luft-/Kraftstoffverhältnisses verwendet werden.
Es ist weiter anzumerken, daß erfindungsgemäß verschiedene Verfahren herangezogen werden können, um das gewünschte Drehmoment zu halten, wie z. B. Anpassung des Zündzeitpunktes, der Drosselklappenstellung, variable Nockenwellenpositionen und der Menge der Abgasrückführung. Des weiteren können diese Variablen für jeden Zylinder einzeln angepaßt werden, um Ausgewogenheit zwischen sämtlichen Zylindergruppen aufrecht zu erhalten. Die Motordrehzahlsteuerung wird hierin detaillierter in den Fig. 3A bis 3C, 4C und weiteren, wie z. B. 13J, 13K, beschrieben.
Es wird nun auf die Fig. 2A bis 2D Bezug genommen. Verschiedene Konfigurationen können nach der vorliegenden Erfindung wie beschrieben verwendet werden. Insbesondere beschreibt Fig. 2A einen Motor 10, welcher eine erste Gruppe von Zylindern 210 und eine zweite Gruppe von Zylindern 212 aufweist. In diesem besonderen Beispiel haben die erste und die zweite Gruppe 210 und 212 jeweils vier Brennräume. Jedoch können die Gruppen verschiedene Anzahlen von Zylindern umfassen, hierin eingeschlossen auch nur einen einzigen Zylinder. Und der Motor 10 muß kein V-Motor sein, sondern kann auch ein Reihenmotor sein, bei dem die Zylindergruppierung keinen Zylinderbänken entspricht. Des weiteren müssen die Zylindergruppen nicht in jeder Gruppe die gleiche Anzahl von Zylindern umfassen.
Die erste Brennraumgruppe 210 ist mit dem ersten Katalysator 220 verbunden. Stromauf des Katalysators 220 und stromab der ersten Zylindergruppe 210 befindet sich eine Lambdasonde 230. Stromab des Katalysators 220 befindet sich eine zweite Lambdasonde 232.
Analog ist die zweite Brennraumgruppe 212 mit einem zweiten Katalysator 222 verbunden. Stromauf und stromab befinden sich jeweils die Lambdasonden 234 und 236. Abgas, das aus dem ersten und zweiten Katalysator 220 und 222 ausströmt, fließt in einer Y-Rohrkonfiguration zusammen, bevor es stromab in den Unterbodenkatalysator 224 eintritt. Des weiteren sind die Lambdasonden 238 und 240 stromauf bzw. stromab des Katalysators 224 angeordnet.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Katalysatoren 220 und 222 Platin- und Rhodium-Katalysatoren, die Oxidantien zurückhalten, wenn sie im Magerbetrieb arbeiten und die die zurückgehaltenen Oxidantien freigeben und reduzieren, wenn sie fett betrieben werden. Analog arbeitet der Unterbodenkatalysator 224 auch so, daß Oxidantien zurückgehalten werden, wenn im Magerbetrieb gefahren wird und beim fetten Betrieb die zurückgehaltenen Oxidantien freigegeben und reduziert werden. Der stromab gelegene Katalysator 224 ist üblicherweise ein Katalysator, der ein Edelmetall und eine alkalische Erde sowie ein alkalisches Metall und Basismetalloxyd aufweist. Bei diesem besonderen Beispiel enthält der Katalysator 224 Platin und Barium. Es könnten weiter für die vorliegende Erfindung verschiedene Abgasreinigungsvorrichtungen, wie z. B. Palladium oder Perowskit enthaltende Katalysatoren, verwendet werden. Des weiteren können sowohl die Lambdasonden 230 und 240 Sensoren verschiedener Art sein. Beispielsweise können sie lineare Lambdasonden sein, um eine Angabe des Luft-/Kraftstoffverhältnisses über einen breiten Bereich zu liefern. Sie können auch Lambdasonden mit zwei Schaltzuständen sein, die eine Umschaltung des Sensorausgangs am stöchiometrischen Punkt liefern. Des weiteren kann das System weniger als sämtliche Sensoren 230 bis 240, beispielsweise nur die Sensoren 230, 234 und 240, bereitstellen.
Wenn das System der Fig. 2A in der LUFT/MAGER-Betriebsart betrieben wird, werden die erste Brennraumgruppe 210 ohne Kraftstoffeinspritzung und die zweite Brennraumgruppe 212 mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis (üblicherweise magerer als ca. 18 : 1) betrieben. Damit erfassen in diesem Fall und während dieser Betriebsart die Sensoren 230 und 232 ein im wesentlichen unendliches Luft-/Kraftstoffverhältnis. Alternativ erfassen die Sensoren 234 und 236 im wesentlichen, das in den Zylindern der Gruppe 212 verbrannte Luft-/Kraftstoffverhältnis (abgesehen von Verzögerungen und Filterungen, die durch die Katalysatoren 222 zur Reduzierung von Einlagerungen geliefert werden). Des weiteren erfassen die Sensoren 238 und 240 ein Gemisch des im wesentlichen unendlichen Luft-/Kraftstoffverhältnisses aus der ersten Brennraumgruppe 210 und des mageren Luft-/Kraftstoffverhältnisses aus der zweiten Brennraumgruppe 212.
Wie später hierin beschrieben kann die Diagnose der Sensoren 230 und 232 durchgeführt werden, während in der LUFT/MAGER-Betriebsart gefahren wird, wenn die Sensoren ein Luft-/Kraftstoffverhältnis anzeigen, das kein Magergemisch ist. Des weiteren werden die Diagnosen der Katalysatoren 220 und 222 unterdrückt, wenn in dem System der Fig. 2A in der LUFT/MAGER-Betriebsart gefahren wird, da die Katalysatoren kein variierendes Luft-/Kraftstoffverhältnis feststellen.
Jetzt wird auf Fig. 2B Bezug genommen. Der Motor 10B wird mit der ersten und der zweiten Zylindergruppe 210b und 212b dargestellt. Bei diesem Beispiel wird ein 4-Zylinder-Reihenmotor gezeigt, bei dem die Brennraumgruppen gleichmäßig verteilt sind. Wie jedoch oben unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 2A beschrieben, müssen die Brennraumgruppen nicht notwendigerweise eine gleiche Anzahl Zylinder umfassen. In diesem Beispiel fließen Abgase aus beiden Zylindergruppen 210b und 212b im Abgaskrümmer zusammen. Der Motor 10B ist mit dem Katalysator 220b verbunden. Die Sensoren 230b und 232b sind stromauf und stromab vom stromauf gelegenen Katalysator 220b angeordnet. Der stromab gelegene Katalysator 224b ist mit dem Katalysator 222b verbunden. Zusätzlich wird eine dritte Lambdasonde 234b stromab des Katalysators 224b angeordnet.
Es wird auf Fig. 2B Bezug genommen. Wenn der Motor in der LUFT/MAGER- Betriebsart arbeitet, erfassen sämtliche Lambdasonden und Katalysatoren ein Gemisch von Gasen aus der Gruppe 210B, die ein im wesentlichen unendlich mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis aufweisen, und Gasen aus der Gruppe 212b, welche ein mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis aufweisen, und zwar unabhängig davon, welche Zylindergruppe mager arbeitet und welche ohne Kraftstoffeinspritzung arbeitet.
Nun wird auf Fig. 2C Bezug genommen. Es wird ein zu Fig. 2A ähnliches System gezeigt. Jedoch sind in Fig. 2C die Zylindergruppen 210c und 212c über die Motorzylinderbänke verteilt, so daß jede Bank einige Zylinder in einer ersten Gruppe und einige Zylinder in einer zweiten Gruppe enthält. So werden bei diesem Beispiel zwei Zylinder aus der Gruppe 210c und zwei Zylinder aus der Gruppe 212c mit Katalysatoren 220c verbunden. Analog sind zwei Zylinder aus der Gruppe 210c und 212c jeweils mit Katalysatoren 222c verbunden.
Wenn in dem System der Fig. 2C der Motor in der LUFT/MAGER-Betriebsart arbeitet, erfassen sämtliche Sensoren (230c bis 240c) und sämtliche Katalysatoren (220c bis 224c) ein Gemisch von Gasen, die ein im wesentlichen unendlich mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis aufweisen, und Gasen, die ein mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis aufweisen, wie dies vorstehend unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 2A beschrieben wurde.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2D wird nun noch eine weitere Konfiguration beschrieben. In diesem Beispiel haben die erste und die zweite Zylindergruppe 210d und 212d vollständig unabhängige Abgaswege. Wenn also der Motor in der LUFT/MAGER-Betriebsart arbeitet, erfassen die Sensoren 230d, 232d und 238d der Zylindergruppe 210d ohne eingespritzten Kraftstoff, sämtlich ein Gas mit im wesentlichen unendlich magerem Luft-/Kraftstoffverhältnis. Alternativ erfassen die Sensoren 234d, 236d und 240d ein mageres Abgasgemisch (abgesehen von Verzögerungs- und Filtereffekten der Katalysatoren 222d und 226d).
Im allgemeinen wird das System der Fig. 2C für einen V-8-Motor gewählt, bei dem eine Zylinderbank des V mit dem Katalysator 220c und die andere Zylinderbank mit dem Katalysator 222c verbunden ist, wobei die erste und die zweite Zylindergruppe durch 210c und 212c bezeichnet werden. Bei einem V-10-Motor wird jedoch üblicherweise die Konfiguration nach Fig. 2A oder 2D gewählt.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2E bis 2H werden nunmehr verschiedene Kraftstoffzuführungs- und Luft-/Kraftstoff-Betriebsarten beschrieben. Diese Betriebsarten bewirken als Reaktion auf eine oder mehrere mit dem Auspuffdes Motors 10 verbundene Lambdasonden eine Rückmeldungskorrektur hinsichtlich des zugeführten Kraftstoffs. Diese Betriebsarten umfassen auch verschiedene adaptive Lernbetriebsarten, hierin eingeschlossen: adaptive Lernfehler, die entweder durch Zuführen von Luft oder Zuführung von Kraftstoff in den Motor 10 verursacht werden, adaptives Lernen der Kraftstoffdampfkonzentration von in den Motor eingeführten Kraftstoffdämpfen und adaptives Lernen des Kraftstoffgemischs eines Vielstoffmotors, wie z. B. eines Motors, welcher für den Betrieb mit einem Gemisch von Kraftstoff und Alkohol geeignet ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2E wird bei Block 1220 eine Kraftstoffsteuerung im geschlossenen Regelkreis bzw. mit Rückmeldung aktiviert, wenn bestimmte Motorbetriebsbedingungen, wie z. B. eine ausreichende Motorbetriebstemperatur, erfüllt sind. Zunächst läuft der in Fig. 2E beschriebene Vorgang ab, wenn nicht in der LUFT/MAGER-Betriebsart gefahren wird (Block 1218). Falls in der LUFT/MAGER- Betriebsart gefahren wird, erfolgt die Luft-/Kraftstoffsteuerung nach Fig. 5. Wenn nicht in der LUFT/MAGER-Betriebsart gefahren wird und wenn die Kraftstoffsteuerung im geschlossenen Regelkreis anliegt, wird zunächst im Schritt 1222 das gewünschte Luft-/Kraftstoffverhältnis (A/Fd) bestimmt. Das gewünschte A/Fd kann ein stöchiometrisches Luft-/Kraftstoffgemisch sein, um dadurch niedrige Emissionen zu erreichen, indem im wesentlichen innerhalb des Spitzenwirkungsgradfensters eines 3-Wege-Katalysators gearbeitet wird. Das gewünschte A/Fd kann auch ein Gesamt-Luft-/Kraftstoffgemisch sein, das magerer ist als das stöchiometrische, um eine verbesserte Kraftstoffökonomie zu erreichen, und das gewünschte A/Fd kann fetter als das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffgemisch sein, wenn entweder Beschleunigung erforderlich ist oder eine schnellere Katalysatorerwärmung gewünscht wird.
Im Block 1224 wird das gewünschte Kraftstoffverhältnis aus der folgenden Gleichung abgeleitet:
Hierin sind:
MAF eine Angabe der Luftmenge, die in den Motor 10 eingeführt wird und die entweder von einem Luftmengenmesser oder aus einer allgemein bekannten Drehzahldichteberechnung abgeleitet werden kann, welche auf eine Angabe des Ansaugkrümmerdrucks reagiert;
Ka ein adaptiv erlernter Term zur Korrektur von langfristigen Fehlern beim tatsächlichen Luft-/Kraftstoffverhältnis, wie sie zum Beispiel durch einen fehlerhaften Luftmengenmesser, einen nicht präzise arbeitenden Kraftstoffinjektor oder einen sonstigen Fehlergrund entweder bei dem in den Motor 10 angesaugten Luftstrom oder dem in den Motor 10 eingespritzten Kraftstoff, verursacht werden können.
Die Regeneration von Ka wird später hierin detaillierter unter besondere Bezugnahme auf Fig. 2F beschrieben;
FV ist eine Regelvariable, welche von einer oder mehreren Lambdasonden abgeleitet wird. Ihre Errechnung wird später hierin detaillierter unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 2E beschrieben;
VPa ist eine adaptiv erlernte Korrektur zum Ausgleich von Kraftstoffdämpfen, die in den Motor 10 angesaugt werden, ihre Errechnung wird später hierin detaillierter unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 2G beschrieben.
Die gewünschte Kraftstoffmenge Fd wird in Block 1226 in eine gewünschte Kraftstoffimpulsbreite für die Ansteuerung der Kraftstoffinjektoren, die aktiviert werden, um dem Motor 10 Kraftstoff zuzuführen, umgewandelt.
Die Schritte 1228 bis 1240 der Fig. 2E beschreiben im allgemeinen eine proportionale plus integrale Regelschleife zur Errechnung einer Regelvariablen FV aufgrund der Werte eines oder mehrerer Abgassensoren. Der Integralterm Δi und der Proportionalterm Pi werden im Schritt 1228 ermittelt. Obwohl hierin nur ein integraler und ein proportionaler Term gezeigt werden, können verschiedene Terme verwendet werden, wenn Korrekturen in der Richtung auf mager vorgenommen werden, als die Terme, die verwendet werden, wenn Korrekturen in der Richtung auf fett erfolgen, so daß eine Gesamt-Luft-/Kraftstoffverhältnis-Korrektur geliefert wird. Im Schritt 1230 wird ein Gesamtausgang der als EGO bezeichneten Lambdasonde abgelesen und mit dem gewünschten A/Fd verglichen. Das EGO-Signal kann eine einfache Darstellung zweier Zustände entweder eines mageren Luft-/Kraftstoffgemischs oder eines fetten Luft-/Kraftstoffgemischs sein. Das EGO- Signal kann auch eine Darstellung des tatsächlichen Luft-/Kraftstoffgemischs im Motor 10 sein. Des weiteren kann das EGO-Signal nur auf eine stromauf der 3- Wege-Katalysatoren angeordnete Lambdasonde reagieren. Und das EGO-Signal kann auf beide stromauf und stromab des 3-Wege-Katalysators angeordnete Lambdasonden reagieren.
Wenn das EGO-Signal größer ist als das gewünschte A/Fd (Block 1230) und wenn es auch größer war als A/Fd während der vorangegangenen Stichprobe (Block 1232), wird die Regelvariable FV um den Integralwert Δi (Block 1234) dekrementiert. Mit anderen Worten wird, wenn die Abgase als mager angezeigt werden und wenn sie auch während der vorangegangenen Probenperiode mager waren, das Signal FV dekrementiert, um eine Korrektur des zugeführten Kraftstoff nach fett vorzunehmen. Wenn umgekehrt das EGO-Signal größer ist als A/Fd (Block 1230), aber während der vorangegangenen Stichprobe nicht größer war als A/Fd (Block 1232), dann wird der proportionale Term Pi von der Regelvariablen FV (Block 1236) abgezogen. Das bedeutet, daß, wenn die Abgase sich von fett nach mager ändern, eine rasche Korrektur nach fett erfolgt, indem der proportionale Wert Pi von der Regelvariablen FV dekrementiert wird.
Wenn auf der anderen Seite das EGO-Signal geringer ist als A/Fd (Block 1230), was angibt, daß die Abgase fett sind, und die Abgase während der vorangegangenen Stichprobenperiode (Block 1238) fett waren, wird der integrale Term Δi zur Regelvariablen FV (Block 1242) hinzufügt. Wenn jedoch die Abgase fett sind (Block 1230), jedoch vorher mager waren (Block 1238), dann wird der proportionale Term Pi der Regelvariablen FV (Block 1240) hinzugefügt.
Es wird angemerkt, daß in diesem besonderen Beispiel die Regelvariable FV im Nenner der Kraftstoffzuführgleichung auftritt (Block 1224). Entsprechend wird eine Luft-/Kraftstoff-Korrektur nach mager durchgeführt, wenn die Regelvariable FV größer ist als eins, und eine Korrektur nach fett wird vorgenommen, wenn das Signal FV kleiner ist als eins. Bei anderen Beispielen kann eine Regelvariable im Zähler auftreten, so daß entgegengesetzte Korrekturen durchgeführt würden.
Es ist anzumerken, daß verschiedene andere Luft-/Kraftstoff-Regelverfahren verwendet werden können, wie z. B. Regelungen im Zustandsraum, nicht-lineare Regelung oder sonstige.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2F wird nun eine Routine für das adaptive Lernen eines Korrekturwertes für Luft-/Kraftstoffverhältnis-Fehler, die durch beeinträchtigte Komponenten, wie z. B. fehlerhafte Luftmengenmesser oder fehlerhafte Kraftstoffinjektoren verursacht werden, beschrieben. Nachdem ermittelt wurde, daß der Betrieb nicht in der LUFT/MAGER-Betriebsart (Block 248) stattfindet und ein adaptives Lernen von langfristigen Luft-Kraftstoff-Fehlern gewünscht wird (Block 1250) und die Kraftstoffsteuerung im geschlossenen Regelkreis aktiviert wird (Block 1252), wird das adaptive Lernen der Kraftstoffdampfkonzentration im Block 1254 deaktiviert. Das gewünschte Luft-/Kraftstoffverhältnis A/Fd wird dann in Block 1258 auf den stöchiometrischen Wert eingestellt. Wenn der Feedback-Wert FV größer ist als eins (Block 1260) oder wenn sonstige Hinweise gegeben werden, daß eine Korrektur nach mager gewünscht wird, weil der Motor 10 zu fett läuft, wird der adaptive Term Ka in Block 1265 dekrementiert. Das heißt also, am zugeführten Kraftstoff wird eine Korrektur nach mager (siehe Block 1224 der Fig. 2E) vorgesehen, wenn es offensichtlich ist, daß der Motor 10 zu fett läuft und die Luft-/Kraftstoffregelung FV ständig Korrekturen nach mager liefert. Wenn auf der anderen Seite die Regelung im geschlossenen Kreis angibt, daß Kraftstoffkorrekturen nach fett geliefert werden (Block 1260), dann wird der adaptive Term Ka in Block 1266 inkrementiert. Das heißt, wenn die Regelung im geschlossenen Kreis ständig Korrekturen nach fett liefert, wird der adaptive Term Ka inkrementiert, um diese Korrekturen nach fett zu liefern.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2G wird nunmehr das adaptive Lernen der Konzentration von Kraftstoffdämpfen, die dem Motor 10 zugeführt werden, beschrieben. Wie hierin vorstehend erörtert, werden die Kraftstoffdämpfe vom Kraftstofftank 160 und vom Kraftstoffdampfspeicher 164 über das Dampfspülsteuerventil 168 dem Ansaugkrümmer 44 zugeführt. Bei der vorliegenden Beschreibung wird die Generierung des adaptiven Korrekturwertes VPa geliefert, um zum Ausgleich von Kraftstoffdämpfen, die dem Motor 10 zugeführt werden, den zugeführten Kraftstoff zu korrigieren. Eine Kraftstoffdampfspülung wird beispielsweise aktiviert, wenn eine Angabe der Umgebungstemperatur einen Schwellenwert überschreitet oder eine bestimmte Zeit des Motorbetriebes ohne Spülen vergangen ist oder die Motortemperatur einen Schwellenwert überschreitet oder der Motorbetrieb auf eine stöchiometrischen, fetten oder homogenen Luft-/Kraftstoff-Betriebsart umgeschaltet hat.
Wenn nicht in der LUFT/MAGER-Betriebsart (Block 1268) gefahren wird und wenn die Kraftstoffdampfspülung aktiviert wird (Block 1270) und auch das adaptive Lernen der Kraftstoffdampfkonzentration aktiviert ist (Block 1274) und die Kraftstoffsteuerung im geschlossenen Regelkreis aktiviert ist (Block 1276), wird das adaptive Lernen von Luft-/Kraftstoff-Fehlern, die durch den adaptiven Term Ka geliefert werden, deaktiviert (Block 1280).
In Block 1282 wird das Signal FV mit eins verglichen, um zu bestimmen, ob Korrekturen des Luft-/Kraftstoffgemischs nach mager oder nach fett durchgeführt werden. In diesem besonderen Beispiel wird eine Kraftstoffsteuerung im geschlossenen Regelkreis um ein stöchiometrisches Luft-/Kraftstoffverhältnis herum dazu verwendet, die Regelvariable FV zu errechnen. Der Erfinder anerkennt jedoch, daß jedes beliebige Regelungssystem im geschlossenen Kreis bei jedem beliebigen Luft-/Kraftstoffverhältnis verwendet werden kann, um festzustellen, ob als Reaktion auf die Zuführung von Kraftstoffdämpfen in den Motor 10 Korrekturen des Luft-/Kraftstoffgemischs nach mager oder nach fett durchgeführt werden. Fortfahrend mit diesem besonderen Beispiel wird der Dampfadaptivterm VPa in Block 1286 inkrementiert, wenn die Regelvariable FV größer ist als eins (Block 1282), was angibt, daß Luft-/Kraftstoffkorrekturen nach mager durchgeführt werden. Wenn auf der anderen Seite die Regelvariable FV kleiner ist als eins, was angibt, daß Korrekturen des Luft-/Kraftstoffgemischs nach fett durchgeführt werden, wird in Block 1290 der adaptiv gelernte Dampfkonzentrationsterm VPa dekrementiert.
Entsprechend dem oben unter Bezugnahme auf die Fig. 2G beschriebenen Betrieb lernt der adaptive Term VPa adaptiv die Dampfkonzentration von angesaugten Kraftstoffdämpfen, und dieser adaptive Term wird dazu benutzt, den zugeführten Kraftstoff beispielsweise in Block 1224 der Fig. 2E zu korrigieren.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2H wird nun eine Beschreibung des adaptiven Lernens der Mischung unterschiedlicher Kraftstoffe geliefert. Beispielsweise kann der Motor 10 mit einem unbekannten Gemisch von Benzin und Alkohol, wie z. B. Methanol, arbeiten. Die nunmehr zu beschreibende adaptive Lernroutine liefert eine Angabe der tatsächlich verwendeten Kraftstoffmischung. Wiederum reagiert dieses adaptive Lernen auf eine oder mehrere Lambdasonden.
Wenn nicht in der LUFT/MAGER-Betriebsart gefahren wird und wenn der Kraftstoffstand im Kraftstofftank sich geändert hat (Block 1290) und der Motor 10 in der Betriebsart Kraftstoffsteuerung im geschlossenen Regelkreis (Block 1292) arbeitet, werden das adaptive Lernen des Luft-/Kraftstoff-Fehlers durch den adaptiven Term Ka und das adaptive Lernen der Kraftstoffdampfkonzentration durch den adaptiven Term VPa in Block 1294 deaktiviert. Die Regelvariable FV wird in Block 1296, wie vorher unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 2E beschrieben, ermittelt. Als Reaktion auf die Regelvariable FV wird das Gesamt-Luft-/Kraftstoffverhältnis des Motors ermittelt, und entsprechend wird die Mischung verschiedener Kraftstoffe errechnet (Block 1298). Mit anderen Worten ist das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffgemisch eines beliebigen Gemischs von Kraftstoffen bekannt. Und es ist auch bekannt, daß die Regelvariable FV eine Angabe des Luft-/Kraftstoffverhältnis des Motors liefert. Beispielsweise liefert die Regelvariable FV eine Angabe des stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnisses für reines Benzin, wenn die Regelvariable FV gleich eins ist. Wenn die Regelvariable FV beispielsweise gleich 1.1 ist, wäre das Gesamt-Luft-/Kraftstoffverhältnis des Motors um 10% magerer als das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffverhältnis für Benzin. Entsprechend wird aufgrund der Regelvariablen FV das Kraftstoffgemisch in Block 298 mühelos errechnet.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3A wird nun eine Routine zur Steuerung der Leistungsabgabe des Motors und für den Übergang zwischen Motorbetriebsarten beschrieben. Zunächst ermittelt die Routine im Schritt 310 eine gewünschte Motorleistung. Bei diesem besonderen Beispiel ist die gewünschte Leistungsabgabe des Motors ein gewünschtes Motorbremsmoment. Es ist anzumerken, daß es verschiedene Verfahren zur Bestimmung des gewünschten Motorabtriebsmoments gibt, z. B. solche, die auf einem gewünschten Radmoment und einem Übersetzungsverhältnis beruhen, solche, die auf einer Pedalposition und der Motordrehzahl beruhen, solche, die auf einer Pedalposition, der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Übersetzungsverhältnis beruhen, und es gibt verschiedene weitere Verfahren. Weiter ist anzumerken, daß verschiedene andere gewünschte Motorleistungswerte, außer dem Motordrehmoment, genutzt werden könnten, wie z.B. Motorleistung (in PS) oder Motorbeschleunigung.
Als nächstes trifft die Routine im Schritt 312 eine Feststellung, ob angesichts der aktuellen Bedingungen die gewünschte Leistungsabgabe des Motors innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt. In diesem besonderen Beispiel stellt die Routine fest, ob die gewünschte Motorleistungsabgabe geringer ist als ein vorbestimmtes Motorabtriebsdrehmoment und ob die aktuelle Motordrehzahl innerhalb eines vorbestimmten Drehzahlbereiches liegt. Es ist anzumerken, daß bei dieser Ermittlung verschiedene sonstige Zustände herangezogen werden können, wie z. B. Motortemperatur, Katalysatortemperatur, Übergangsbetriebsart, Übergangsübersetzungsverhältnis und sonstige. Mit anderen Worten bestimmt die Routine im Schritt 312, welche Motorbetriebsart aufgrund der gewünschten Motorleistungsabgabe und der aktuellen Betriebsbedingungen gewünscht wird. Beispielsweise kann es Bedingungen geben, bei denen es auf der Grundlage eines gewünschten abgegebenen Motorabtriebsdrehmoments und der Motordrehzahl möglich ist, mit weniger als sämtlichen gezündeten Zylindern zu arbeiten, jedoch wird es aufgrund von sonstigen Erfordernissen, wie z. B. der Spülung von Kraftstoffdämpfen oder der Bereitstellung von Unterdruck im Krümmer, gewünscht, mit Zündung in sämtlichen Zylindern zu arbeiten. Mit anderen Worten wird, wenn der Unterdruck im Krümmer unter einen vorbestimmten Wert abfällt, der Motor so umgestellt, daß er so arbeitet, daß in sämtlichen Zylindern eingespritzter Kraftstoff verbrannt wird. Alternativ kann der Übergang aufgerufen werden, wenn der Druck im Bremskraftverstärker unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt.
Auf der anderen Seite ist der Betrieb in der LUFT/MAGER-Betriebsart während der Kraftstoffdampfspülung zulässig, wenn die Temperatur des Katalysators ausreichend ist, um die gespülten Dämpfe zu oxidieren, welche durch die nicht verbrennenden Zylinder hindurchtreten.
Es wird mit Fig. 3A fortgefahren. Wenn die Antwort im Schritt 312 Ja lautet, bestimmt die Routine im Schritt 314, ob aktuell sämtliche Zylinder arbeiten. Lautet die Antwort im Schritt 314 Ja, wird ein Übergang geplant, um einen Übergang von der Zündung sämtlicher Zylinder auf das Abschalten einiger Zylinder zu bewerkstelligen, und die verbleibenden Zylinder mit einem gegenüber dem Betriebszustand, bei dem sämtliche Zylinder gezündet werden, magereren Luft-/Kraftstoffverhältnis zu betreiben. Die Anzahl von abgeschalteten Zylindern beruht auf der gewünschten Motorleistung. Der Übergang des Schrittes 316 öffnet bei einem Beispiel das Drosselklappenventil und erhöht die Kraftstoffzufuhr zu den zündenden Zylindern, während die Kraftstoffzufuhr zu einigen der Zylinder abgeschaltet wird. Demzufolge geht der Motor von der Ausführung der Verbrennung in sämtlichen Zylindern zu einem Betrieb in der nachstehend beschriebenen LUFT/MAGERBETRIEBSART über. Mit anderen Worten wird der Kraftstoff für die verbleibenden Zylinder rasch erhöht, während gleichzeitig das Drosselklappenventil geöffnet wird, um einen sanften Übergang beim Motordrehmoment zu bewerkstelligen. Auf diese Weise ist es möglich, so zu arbeiten, daß einige Zylinder die Verbrennung mit einem gegenüber dem Betriebszustand, bei dem sämtliche Zylinder gezündet werden, magereren Luft-/Kraftstoffverhältnis ausführen. Darüber hinaus arbeiten die verbleibenden die Verbrennung ausführenden Zylinder bei einer höheren Motorlast pro Zylinder als wenn sämtliche Zylinder gezündet würden. Demzufolge wird ein höher liegender Luft-/Kraftstoff-Magergrenzwert geliefert, was es erlaubt, daß der Motor magerer betrieben wird und zusätzliche Kraftstoffersparnis erzielt wird.
Als nächstes ermittelt die Routine im Schritt 318 eine Schätzung der tatsächlichen Motorleistung auf der Grundlage der Anzahl von Luft und Kraftstoff verbrennenden Zylindern. In diesem besonderen Beispiel ermittelt die Routine eine Schätzung des abgegebenen Motordrehmoments. Diese Schätzung beruht auf verschiedenen Parametern, wie z. B. Motordrehzahl, Motorluftdurchsatz, Motorkraftstoff-Einspritzmenge, Zündzeitpunkt und Motortemperatur.
Als nächstes paßt die Routine im Schritt 320 die Kraftstoffeinspritzmenge der arbeitenden Zylinder so an, daß die ermittelte Motorleistung sich an die gewünschte Motorleistung annähert. Mit anderen Worten wird eine Regelung des abgegebenen Motordrehmoments im geschlossenen Regelkreis dadurch geliefert, daß die Kraftstoffeinspritzmenge der Untergruppe von Zylindern, die die Verbrennung ausführen, angepaßt wird.
Auf diese Weise ist es erfindungsgemäß möglich, durch Änderung der Kraftstoffeinspritzmenge während des Magerbetriebs von weniger als sämtlichen Motorzylindern eine rasche Drehmomentregelung zu erreichen. Die zündenden Zylinder arbeiten demzufolge mit einer höheren Last pro Zylinder, was zu einem erweiterten Luft-/Kraftstoff-Betriebsbereich führt. Zusätzliche Luft wird den Zylindern zugeführt, so daß der Motor mit diesem höheren Luft-/Kraftstoffverhältnis arbeiten kann, wodurch ein verbesserter thermischer Wirkungsgrad geliefert wird. Als Zusatzwirkung reduziert die Öffnung der Drosselklappe zur Zuführung der zusätzlichen Luft die Drosselverluste des Motors, was eine weitere Verbesserung der Kraftstoffökonomie bedeutet. Demzufolge können Motorwirkungsgrad und Kraftstoffökonomie erfindungsgemäß signifikant verbessert werden.
Zurückkommend auf Schritt 312 geht die Routine, wenn die Antwort Nein lautet, zu Schritt 322 weiter, wo eine Feststellung getroffen wird, ob aktuell sämtliche Zylinder gezündet werden. Ist die Antwort im Schritt 322 Nein, geht die Routine weiter zu Schritt 324, wo ein Übergang vom Betrieb einiger Zylinder zum Betrieb sämtlicher Zylinder vorgenommen wird. Insbesondere wird das Drosselklappenventil geschlossen, und die Kraftstoffeinspritzung zu den bereits zündenden Zylindern wird gemindert, und gleichzeitig wird den Zylindern, die vorher kein Luft-/Kraftstoffgemisch verbrannten, Kraftstoff zugeführt. Dann ermittelt die Routine im Schritt 326 eine Schätzung der Motorleistungsabgabe in einer zu Schritt 318 ähnlichen Weise. Jedoch nimmt die Routine im Schritt 326 an, daß sämtliche Zylinder Motordrehmoment produzieren, während sie im Schritt 318 die Motorleistung aufgrund der Anzahl von keine Motorleistung produzierenden Zylindern entsprechend niedriger ansetzte.
Schließlich paßt die Routine im Schritt 328 mindestens jeweils entweder die Kraftstoffeinspritzmenge oder die Luft für sämtliche Zylinder an, so daß die errechnete Motorleistung einer gewünschten Motorleistung nahekommt. Wenn beispielsweise im stöchiometrischen Verhältnis gearbeitet wird, kann die Routine das elektronische Gaspedal zur Steuerung des Motordrehmoments anpassen, und die Kraftstoffeinspritzmenge wird so angepaßt, daß das durchschnittliche Luft-/Kraftstoffverhältnis bei dem gewünschten stöchiometrischen Wert gehalten wird. Wenn alternativ sämtliche Zylinder magerer arbeiten als im stöchiometrischen Verhältnis, kann die Kraftstoffeinspritzmenge für die Zylinder angepaßt werden, um das Motordrehmoment zu steuern, während die Drosselklappe angepaßt werden kann, um den Luftzufluß zum Motor und damit das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf ein gewünschtes mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis einzuregeln. Während des fetten Betriebs sämtlicher Zylinder wird die Drosselklappe so eingestellt, daß das abgegebene Motordrehmoment angepaßt wird, und die Kraftstoffeinspritzmenge kann angepaßt werden, um das fette Luft-/Kraftstoffverhältnis auf das gewünschte Luft-/Kraftstoffverhältnis zu regeln.
Fig. 3A zeigt ein Beispiel der Bestimmung und der Steuerung von Motorbetriebsarten. Verschiedene weitere können herangezogen werden, wie nachstehend beschrieben wird.
Insbesondere wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 3B eine Graphik gezeigt, die die Motorleistung versus Motordrehzahl darstellt. Bei diesem besonderen Beispiel wird die Motorleistung durch das Motordrehmoment angegeben, es können aber verschiedene andere Parameter, wie z. B. Raddrehmoment, Motorleistung (in PS), Motorlast oder andere, herangezogen werden. Die Graphik zeigt das maximal verfügbare Drehmoment, das in jeder von vier Betriebsarten bereitgestellt werden kann. Es ist anzumerken, daß statt des maximal verfügbaren Drehmoments ein Prozentsatz des verfügbaren Drehmoments oder sonstige geeignete Parameter herangezogen werden könnten. Die vier Betriebsarten dieses Ausführungsbeispiels umfassen:
Betreiben einiger Zylinder unterhalb des stöchiometrischen Verhältnisses und der verbleibenden Zylinder mit durchgepumpter Luft und praktisch keinem eingespritzten Kraftstoff (Anmerkung: Die Drosselklappe kann während dieser Betriebsart im wesentlichen offen sein), dies wird als Linie 33ba in dem in Fig. 3B dargestellten Beispiel illustriert;
Betreiben einiger Zylindern mit stöchiometrischem Verhältnis und der verbleibenden Zylinder mit durchgepumpter Luft und im wesentlichen keinem eingespritzten Kraftstoff (Anmerkung: Die Drosselklappe kann während dieser Betriebsart im wesentlichen offen sein), dies wird als Linie 334a in dem in Fig. 3B dargestellten Beispiel illustriert;
Betreiben sämtlicher Zylinder unterhalb des stöchiometrischen Verhältnisses (Anmerkung: Die Drosselklappe kann während dieser Betriebsart im wesentlichen offen sein), dies wird als Linie 332a in dem in Fig. 3B dargestellten Beispiel illustriert;
Betreiben sämtlicher Zylinder im wesentlichen mit stöchiometrischem Verhältnis für maximal verfügbares Motordrehmoment, dargestellt als Linie 330a in dem in Fig. 3B dargestellten Beispiel.
Vorstehend wird ein Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei dem ein 8-Zylinder-Motor verwendet wird und die Zylindergruppen in zwei gleiche Gruppen unterteilt werden. Jedoch können nach der vorliegenden Erfindung verschiedene weitere Konfigurationen verwendet werden. Insbesondere können Motoren mit anderen Zylinderzahlen verwendet werden, und die Zylindergruppen können auf ungleiche Gruppen ebenso unterteilt werden, wie weitere Untergliederungen für zusätzliche Betriebsarten möglich sind. Bei dem in Fig. 3B dargestellten Beispiel, bei dem ein V-8-Motor verwendet wird, zeigen die Linien 336a den Betrieb mit vier mit Luft und im wesentlichen ohne Kraftstoff arbeitenden Zylindern, die Linien 334a zeigen den Betrieb mit vier beim stöchiometrischen Verhältnis arbeitenden Zylindern und vier mit Luft arbeitenden Zylindern, die Linie 332a zeigt 8 mager arbeitende Zylinder, und die Linie 33a zeigt 8 mit stöchiometrischem Verhältnis arbeitende Zylinder.
Die oben beschriebene Graphik zeigt den Bereich verfügbarer Drehmomente in jeder der beschriebenen Betriebsarten. Insbesondere ist bei sämtlichen beschriebenen Betriebsarten das verfügbare Motorabtriebsmoment ein beliebiges Drehmoment unter dem durch die Graphik gezeigten Maximalwert. Weiter ist anzumerken, daß der Motor in einer beliebigen Betriebsart, bei der das Gesamt-Luft-/Kraftstoffverhältnis magerer ist als das stöchiometrische Verhältnis, periodisch auf den Betrieb sämtlicher Zylinder im stöchiometrischen oder fetten Bereich umschalten kann. Dies wird getan, um die gespeicherten Oxidantien (beispielsweise NO_x) in der(den) Abgasreinigungsvorrichtung(en) zu reduzieren. Beispielsweise kann dieser Übergang auf der Grundlage der Menge von in der(den) Abgasreinigungsvorrichtung(en) gespeicherten NO_x oder aufgrund der Menge von in der(den) Abgasreinigungsvorrichtung(en) verlassenden NO_x oder der Menge von im Auspuff pro gefahrener Distanz (km) des Fahrzeuges vorhandenem NO_x ausgelöst werden.
Um den Wechsel zwischen diesen verschiedenen Betriebsarten darzustellen, werden mehrere Betriebsbeispiele beschrieben. Das Folgende sind einfache exemplarische Beschreibungen von vielen Beispielen, die möglich sind, und es sind nicht die einzigen nach der vorliegenden Erfindung möglichen Betriebsarten. Als erstes Beispiel sei der Betrieb des Motors längs der Bahn A betrachtet. In diesem Fall arbeitet der Motor anfänglich mit vier Zylindern unterhalb des stöchiometrischen Verhältnisses und vier Zylindern, die Luft pumpen, wobei praktisch kein Kraftstoff eingespritzt wird. Dann wird als Reaktion auf Betriebsbedingungen gewünscht, den Motorbetrieb längs der Bahn A zu ändern. In diesem Fall wird gewünscht, den Motorbetrieb auf den Betrieb mit vier im wesentlichen mit stöchiometrischer Verbrennung arbeitenden Zylindern und vier Zylindern, die Luft pumpen, wobei praktisch kein Kraftstoff eingespritzt wird, umzustellen. In diesem Fall wird den verbrennenden Zylindern zusätzlicher Kraftstoff zugeführt, um das Luft-/Kraftstoffverhältnis in Richtung auf das stöchiometrische Verhältnis zu mindern und entsprechend das Motordrehmoment zu erhöhen.
Als zweites Beispiel sei die mit B bezeichnete Bahn betrachtet. In diesem Fall beginnt der Motor mit dem Betrieb mit vier im wesentlichen stöchiometrisch verbrennenden Zylindern, wobei die verbleibenden vier Zylinder lediglich Luft pumpen und im wesentlichen kein Kraftstoff eingespritzt wird. Dann ändert sich als Reaktion auf die Betriebsbedingungen die Motordrehzahl, und es wird gewünscht, das Motordrehmoment zu erhöhen. Als Reaktion darauf werden sämtliche Zylinder aktiviert, um Luft und Kraftstoff bei einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zu verbrennen. Auf diese Weise ist es möglich, die Motorleistung zu erhöhen und gleichzeitig Magerbetrieb bereitzustellen.
Als drittes Beispiel sei die mit C bezeichnete Bahn betrachtet. In diesem Beispiel arbeitet der Motor so, daß sämtliche Zylinder im wesentlichen stöchiometrisch verbrennen. Als Reaktion auf eine Minderung des gewünschten Motordrehmoments werden vier Zylinder abgeschaltet, um die entsprechende Motorleistung bereitzustellen.
Fortfahrend mit Fig. 3B und insbesondere den Linien 330 bis 336 wird nunmehr eine Erläuterung der Motorleistung bzw. des Drehmoments beim Betrieb mit jedem der vier Beispiele von Betriebsarten geliefert. Beispielsweise zeigt die Linie 330 bei Motordrehzahl N1 die verfügbare Motorleistung bzw. Drehmomentabgabe, die zur Verfügung steht, wenn in der stöchiometrischen 8-Zylinder-Betriebsart gefahren wird. Als weiteres Beispiel gibt die Linie 332 die verfügbare Motorleistung oder Drehmomentabgabe an, die zur Verfügung steht, wenn bei der Motordrehzahl N2 in der 8-Zylinder-Magerbetriebsart gefahren wird. Beim Fahren in der stöchiometrischen 4-Zylinder-Betriebsart und in der 4-Zylinder-Luft-Betriebsart zeigt die Linie 334 die verfügbare Motorleistung oder Drehmomentabgabe, die zur Verfügung steht, wenn bei der Motordrehzahl N3 gefahren wird. Und schließlich gibt im Betrieb in der 4-Zylinder-Mager-/4-Zylinder-Luft-Betriebsart die Linie 336 die verfügbare Motorleistungs- oder Drehmomentabgabe beim Betrieb bei der Motordrehzahl N4 an.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3C wird nun eine alternative Routine zur Fig. 3A für die Auswahl der Motorbetriebsart beschrieben. Bei diesem besonderen Beispiel bezieht sich die Routine auf die Auswahl zwischen 4-Zylinder- und 8- Zylinderverbrennung und zwischen magerer und stöchiometrischer Verbrennung. Jedoch kann die Routine mühelos für verschiedene weitere Kombinationen und Zylinderzahlen angepaßt werden. In Fig. 3C, mit der die Beschreibung fortgesetzt wird, bestimmt die Routine im Schritt 340, ob das Soll-/angeforderte Drehmoment (TQ_SCHED) geringer ist als das in der stöchiometrischen 4-Zylinder-Betriebsart verfügbare, bei dem vier Zylinder im wesentlichen stöchiometrisch verbrennen und die verbleibenden Zylinder Luft pumpen, wobei im wesentlichen kein Kraftstoff eingespritzt wird. Anzumerken ist, daß das Motordrehmoment lediglich als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung herangezogen wird. Verschiedene andere Verfahren könnten herangezogen werden, wie z. B. der Vergleich von Raddrehmoment, Motorleistung (in PS), Radleistung, Last oder verschiedene andere. Des weiteren wird ein Anpassungsfaktor (TQ_LO_FR) herangezogen, um das maximal verfügbare Drehmoment in der stöchiometrischen 4-Zylinder-Betriebsart anzupassen, um zusätzliche Steuerungsmöglichkeiten bereitzuhalten.
Lautet die Antwort im Schritt 340 Ja, geht die Routine zu Schritt 342 weiter, wo die Drehmomentmodulierung angefordert wird, indem das Flag (INJ_CUTOUT-FLG) auf 1 gestellt wird. Mit anderen Worten, bestimmt, wenn die Antwort im Schritt 340 Ja ist, die Routine, daß die gewünschte Betriebsart die ist, mit vier Zylindern mit Verbrennung und vier Zylindern, durch die Luft strömt, zu arbeiten, wobei im wesentlichen kein Kraftstoff eingespritzt wird. Des weiteren verlangt die Routine im Schritt 342 nach der Übergangsroutine (siehe Fig. 3D). Als nächstes werden im Schritt 343 die lnjektoren in vier der Zylinder abgeschaltet. Anschließend ermittelt die Routine im Schritt 344, ob das angeforderte Drehmoment geringer ist als das maximal verfügbare Drehmoment, das in der Betriebsart geliefert werden kann, bei der vier Zylinder magerer als stöchiometrisch betrieben werden und durch vier Zylinder Luft fließt, wobei im wesentlichen kein Kraftstoff eingespritzt wird. Mit anderen Worten wird der Parameter TQ_SCHED mit dem Parameter (TQ_MAX_4L x TQ_SO_JR) verglichen. Lautet die Antwort im Schritt 344 Ja, gibt dies an, daß Magerbetrieb verfügbar ist, und die Routine geht zu Schritt 346 weiter. Im Schritt 346 wird das gewünschte Luft-/Kraftstoffverhältnis (LAMBSE, das auch A/Fd entspricht) auf ein mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis gesetzt, das auf der Grundlage von Motordrehzahl und Motorlast ermittelt wurde (LEAN_LAMBSE).
Lautet die Antwort im Schritt 344 Nein, geht die Routine zu Schritt 348 weiter, wo das gewünschte Luft-/Kraftstoffverhältnis auf einen stöchiometrischen Wert eingestellt wird. Damit ist es nach dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, zwischen der 4-Zylinder-Magerbetriebsart und der stöchiometrischen 4- Zylinder-Betriebsart zu wählen, wenn es möglich ist, in einer 4-Zylinder-Betriebsart zu arbeiten.
Lautet die Antwort im Schritt 340 Nein, geht die Routine zu Schritt 350 weiter. Im Schritt 350 bestimmt die Routine, ob das Flag (INJ_CUTOUT_FLG) auf 1 gestellt ist. Mit anderen Worten lautet die Antwort im Schritt 350 Ja, wenn die aktuellen Bedingungen angeben, daß der Motor in der 4-Zylinder-Betriebsart arbeitet. Wenn die Antwort im Schritt 350 Ja lautet, ruft die Routine eine später in Fig. 3E beschriebene Übergangsroutine ab und setzt das Flag auf 0. Anschließend geht die Routine zu Schritt 354 weiter, wo sie feststellt, ob das angeforderte Drehmoment niedriger ist als das maximal in der 8-Zylinder-Mager-Betriebsart verfügbare Drehmoment (TQ_MAX_8L). Lautet im Schritt 354 die Antwort Ja, geht die Routine zu Schritt 356 weiter. Mit anderen Worten wird im Schritt 356, wenn es möglich ist, dem aktuellen Motordrehmomentbedarf in der 8-Zylinder-Mager-Betriebsart zu genügen, auf der Grundlage der Motordrehzahl und der Last das gewünschte Luft-/Kraftstoffverhältnis (LAMBSE) auf ein gewünschtes mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis eingestellt.
Es wird mit Fig. 3C fortgefahren. Wenn die Antwort im Schritt 354 Nein lautet, wird der Motor in der stöchiometrischen 8-Zylinder-Betriebsart betrieben, und im Schritt 358 wird das gewünschte Motor-Luft-/Kraftstoffverhältnis (LAMBSE) auf einen stöchiometrischen Wert eingestellt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3D(1) wird nun ein Beispiel des Motorbetriebs im Übergang von einer 8-Zylinder-Betriebsart auf eine 4-Zylinder-Betriebsart beschrieben. Die Graphik 3D(1)a zeigt die Zeitsteuerung des Wechsels der Zylinderbetriebsart von acht Zylindern auf vier Zylinder. Die Graphik 3D(1)b zeigt die Änderung der Drosselklappenstellung. Die Graphik 3D(1)e zeigt die Änderung des Zündzeitpunktes (Spätzündung). Die Graphik 3D(1)2 zeigt das Motordrehmoment. Bei diesem Beispiel zeigen die Graphiken, wie in dem Maße, wie die Drosselklappenöffnung graduell vergrößert wird, der Zündzeitpunkt in einem solchen Umfang nach spät verstellt wird, daß das Motordrehmoment im wesentlichen konstant bleibt. Während die Graphik gerade Linien zeigt, ist dies doch eine idealisierte Darstellung des tatsächlichen Motorbetriebs, der natürlich einige Schwankungen aufweisen wird. Weiter ist zu bemerken, daß die Drosselklappenstellung und die vorstehend beschriebenen Zündzeitpunktbewegungen vor dem Übergang stattfinden. Wenn einmal die Drosselklappenstellung und der Zündzeitpunkt vorbestimmte Werte erreichen, wird die Zylinderbetriebsart geändert, und zu diesem Zeitpunkt wird der Zündzeitpunkt auf den drehmomentoptimierten (MBT) Zündzeitpunkt zurückgestellt. Auf diese Weise wird der Motorzylinder- Betriebsartübergang im wesentlichen ohne Auswirkung in Form von Motordrehmomentschwankungen bewerkstelligt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3D(2) wird nun eine Routine für den Übergang von der 8-Zylinder-Betriebsart auf die 4-Zylinder-Betriebsart beschrieben. Im Schritt 360 stellt die Routine fest, ob der Motor aktuell in der 8-Zylinder-Betriebsart arbeitet. Lautet die Antwort im Schritt 360 Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 362. Im Schritt 362 bestimmt die Routine, ob die Bedingungen die Verfügbarkeit des 4- Zylinderbetriebes anzeigen, wie dies vorstehend hierin unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 3C beschrieben wurde. Während die Antwort im Schritt 362 Ja lautet, inkrementiert die Routine einen Timer (IC_ENA_TMR). Anschließend bestimmt die Routine im Schritt 366, ob der Timer niedriger eingestellt ist als eine vorgewählt Zeit (IC_ENA_TIM). Diese Zeit kann auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen an verschiedene vorbestimmte Zeiten angepaßt werden. In einem besonderen Beispiel kann die Zeit auf einen konstanten Wert von einer Sekunde eingestellt werden. Alternativ kann die Zeit abhängig davon angepaßt werden, ob der Fahrer das Gaspedal niedertritt oder losläßt.
Es wird mit Fig. 3D(2) fortgefahren. Wenn die Antwort im Schritt 366 Ja lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 368. Im Schritt 368 berechnet die Routine ein Drehmomentverhältnis (TQ_ratio), die Spätzündung (spark_retard) und die entsprechende Drosselklappenstellung (TPREL). Insbesondere wird auf der Grundlage der Anzahl von deaktivierten Zylindern (in diesem Fall vier) und des Verhältnisses zur Gesamtzahl von Zylindern (in diesem Fall acht) sowie des aktuellen Timerwertes und des Timergrenzwertes (IC_ENA_TIM) ein Drehmomentverhältnis berechnet. Des weiteren wird die Spätzündung als Funktion des Drehmomentverhältnisses berechnet. Schließlich wird die relative Drosselklappenstellung als Funktion des Drehmomentverhältnisses berechnet. Wenn alternativ die Antwort im Schritt 366 Nein lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 370. Im Schritt 370 arbeitet die Routine in der 4-Zylinder-Betriebsart und setzt die Spätzündung auf null.
Anzumerken ist, daß die Unterschiede bei den Zeitpunkten t1 und t2 in Fig. 3D(1) dem Timergrenzwert (IQENA TIM) entsprechen.
Es wird jetzt auf die Fig. 3D(3) Bezug genommen. Die Graphiken 3D(3)a und 3D(3)d zeigen Übergänge von der 4-Zylinder-Betriebsart auf die 8-Zylinder- Betriebsart. In diesem Fall werden beim Zeitpunkt t der Zündzeitpunkt und die Anzahl der Zylinder verändert. Anschließend werden vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t2 (welcher dem Timergrenzwert entspricht) die Drosselklappenstellung und der Zündzeitpunkt stufenweise bzw. graduell angepaßt, um sich dem optimalen Zündzeitpunkt anzunähern, während das Motordrehmoment im wesentlichen konstant gehalten wird. Weiter ist anzumerken, daß verschiedene Reaktionen zu drei verschiedenen Übergangszeitpunkten geliefert werden, wie dies durch den Parameter (IC_ENA_TIM) vorgegeben wird. Des weiteren verlangt bei den ersten beiden als a und b bezeichneten Reaktionen der Fahrer beispielsweise nur eine leichte graduelle Zunahme des Motordrehmoments. Bei der Situation c verlangt der Fahrer jedoch eine rasche Zunahme des Motordrehmoments. In diesen Fällen zeigen die Graphiken die Anpassung bei Drosselklappenstellung und Zündzeitpunkt und die Änderung der Anzahl von Zylindern ebenso wie die entsprechende Motorleistung.
Es wird nunmehr auf Fig. 3E Bezug genommen. Die Routine beschreibt den Übergang von der 4-Zylinder-Betriebsart auf die 8-Zylinder-Betriebsart. Zunächst bestimmt im Schritt 372 die Routine, ob der Motor aktuell in der 4-Zylinder- Betriebsart arbeitet. Wenn im Schritt 372 die Antwort Ja lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 374, wo wie oben hierin unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 3C beschrieben festgestellt wird, ob es erforderlich ist, in der 8-Zylinder- Betriebsart zu arbeiten. Lautet die Antwort im Schritt 374 Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 376. Im Schritt 376 inkrementiert die Routine den Timer (IC_DIS_TMR) und aktiviert sämtliche Zylinder. Anschließend bestimmt die Routine im Schritt 378, ob der Timerwert geringer oder gleich dem Grenzzeitpunkt (IC_DIS_TIM) ist. Wie oben hierin beschrieben wird dieser Timergrenzwert angepaßt, um verschiedene Motorreaktionen zu erreichen. Lautet im Schritt 378 die Antwort Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 380, wo das Drehmomentverhältnis, die Spätzündung und die entsprechende Drosselklappenstellung wie dargestellt berechnet werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4A wird nun eine Routine für die Regelung der Motorleerlaufdrehzahl beschrieben. Zunächst erfolgt im Schritt 410a eine Feststellung, ob eine Motorleerlaufregelung erforderlich ist. Insbesondere stellt die Routine fest, ob die Motordrehzahl innerhalb eines vorbestimmten Leerlaufdrehzahlregelbereiches befindlich ist, ob die Pedalposition weniger als ein vorbestimmter Wert gedrückt ist, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer ist als ein vorbestimmter Wert sowie sonstige Hinweise darauf, daß Leerlaufregelung erforderlich ist. Lautet im Schritt 410a die Antwort Ja, bestimmt die Routine im Schritt 412a eine gewünschte Motordrehzahl. Diese gewünschte Motordrehzahl basiert auf verschiedenen Faktoren, wie z. B. Motorkühlmitteltemperatur, vergangene Zeit seit dem Motorstart, Position des Wählhebels (beispielsweise wird allgemein eine höhere Motordrehzahl gesetzt, wenn sich das Getriebe statt in der Fahrstellung in der Neutralstellung befindet) und Zubehörstatus, wie z. B. Klimaanlage, und Katalysatortemperatur. Insbesondere kann die gewünschte Motordrehzahl erhöht werden, um zusätzliche Hitze zu liefern und die Temperatur des Katalysators unter Warmlaufbedingungen zu erhöhen.
Anschließend bestimmt die Routine im Schritt 414a die tatsächliche Motordrehzahl. Es gibt verschiedene Verfahren zur Bestimmung der tatsächlichen Motordrehzahl. Beispielsweise kann die Motordrehzahl ausgehend von einem Motordrehzahlsensor gemessen werden, der mit der Motorkurbelwelle verbunden ist. Alternativ kann die Motordrehzahl basierend auf anderen Sensoren, wie z. B. Nockenwellenpositionssensor und Zeit, geschätzt werden. Anschließend berechnet im Schritt 416a die Routine eine Regelmaßnahme auf der Grundlage der bestimmten gewünschten Drehzahl und der gemessenen Motordrehzahl. Beispielsweise kann eine proportionale/integrale Mitkopplungs-/Rückkopplungs-Steuerung verwendet werden. Alternativ können verschiedene sonstige Steueralgorithmen genutzt werden, so daß sich die tatsächliche Motordrehzahl an die gewünschte Motordrehzahl annähert.
Als nächstes bestimmt die Routine im Schritt 418a, ob der Motor aktuell in der LUFT/MAGER-Betriebsart arbeitet. Lautet die Antwort im Schritt 418a Nein, geht die Routine weiter zu Schritt 420a.
Es wird nunmehr auf Schritt 420a Bezug genommen. Es erfolgt eine Feststellung, ob der Motor auf eine Betriebsart übergehen sollte, bei der einige Zylinder mager und weitere Zylinder ohne eingespritzten Kraftstoff arbeiten, was als LUFT/MAGER-Betriebsart bezeichnet wird. Diese Feststellung kann auf der Grundlage verschiedener Faktoren erfolgen. Beispielsweise können verschiedene Bedingungen auftreten, bei denen gewünscht wird, sämtliche Zylinder im Betrieb zu halten, wie z. B. Kraftstoffdampfspülung, adaptives Lernen des Luft-/Kraftstoffverhältnisses, Anforderung einer höheren Motorleistung durch den Fahrer, fetter Betrieb sämtlicher Zylinder zur Freisetzung und Reduzierung von in der Abgasreinigungsvorrichtung gespeicherten Oxidantien, um die Auspuff- und Katalysatortemperatur für die Beseitigung von Verunreinigungen, wie z. B. Schwefel, zu erhöhen, Betrieb zur Steigerung oder Aufrechterhaltung der Abgastemperatur zur Regelung beliebiger Abgasreinigungsvorrichtungen auf eine bestimmte Temperatur oder zur Senkung der Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung aufgrund eines Überhitzungszustandes. Darüber hinaus können die oben beschriebenen Bedingungen nicht nur eintreten, wenn alle Zylinder arbeiten oder alle Zylinder mit dem gleichen Luft-/Kraftstoffverhältnis arbeiten, sondern auch unter anderen Betriebsbedingungen, wie z. B.: einige Zylinder arbeiten mit stöchiometrischem Gemisch und andere arbeiten fett, einige Zylinder arbeiten ohne Kraftstoff und nur mit Luft und weitere Zylinder arbeiten fett, oder Bedingungen, bei denen einige Zylinder mit einem ersten Luft-/Kraftstoffverhältnis arbeiten und andere Zylinder mit einem zweiten anderen Luft-/Kraftstoffverhältnis arbeiten. Jedenfalls können diese Bedingungen Übergänge aus der LUFT/MAGER-Betriebsart erfordern oder diese Art von Betrieb verhindern.
Es wird nun auf Schritt 422a in Fig. 4A Bezug genommen. Ein Parameter, außer dem Kraftstoff für die zweite Zylindergruppe, wird angepaßt, um die Motorleistung und damit die Motordrehzahl zu regeln. Wenn beispielsweise der Motor in allen Zylindergruppen mager arbeitet, dann wird der sämtlichen Zylindergruppen eingespritzte Kraftstoff aufgrund der ermittelten Regelmaßnahme angepaßt. Wenn alternativ der Motor in einer stöchiometrischen Betriebsart arbeitet und sämtliche Zylinder stöchiometrisch arbeiten, werden die Motorleistung und damit die Motordrehzahl durch Anpassung der Drosselklappe oder eines Luft-Bypass-Ventils angepaßt. Des weiteren wird in der stöchiometrischen Betriebsart das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffverhältnis sämtlicher Zylinder angepaßt, indem auf der Grundlage des gewünschten Luft-/Kraftstoffverhältnisses und des durch die Lambdasonde im Abgasweg gemessenen Luft-/Kraftstoffverhältnisses der den Zylindern eingespritzte Kraftstoff individuell angepaßt wird.
So wird erfindungsgemäß beim Betrieb in der LUFT/MAGER-Betriebsart die Leerlaufdrehzahlregelung dadurch bewirkt, daß der Kraftstoff für die Zylinder angepaßt wird, die Luft und Kraftstoff verbrennen, wobei die verbleibenden Zylinder ohne Kraftstoff und nur mit Luft betrieben werden. Es ist anzumerken, daß die Kraftstoffanpassung dadurch bewerkstelligt werden kann, daß das Motor-Luft-/Kraftstoffverhältnis durch eine Änderung beim verbrannten Kraftstoff - der entweder eingespritzt oder in Dampfform zugeführt wird - geändert wird. Wenn jedoch diese LUFT/MAGER-Betriebsart nicht verwendet wird, erfolgt die Leerlaufregelung in einer der folgenden oder verschiedenen unterschiedlichen Weisen: Anpassung des Luftstroms und Betrieb im stöchiometrischen Bereich mit verzögertem Zündzeitpunkt, Betrieb einiger Zylinder bei einem ersten Luft-/Kraftstoffverhältnis und anderer Zylinder bei einem zweiten Luft-/Kraftstoffverhältnis und Anpassung mindestens jeweils der Luft oder des Kraftstoffs für die Zylinder, Verstellen eines Leerlauf-Bypass-Ventils auf der Grundlage von Drehzahlfehlern oder verschiedene andere.
Lautet die Antwort im Schritt 420a Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 424a, und der Motor wird vom Betrieb mit sämtlichen Zylindern auf den Betrieb in der LUFT/MAGER-Betriebsart umgeschaltet, wobei einige Zylinder mager arbeiten und andere Zylinder ohne eingespritzten Kraftstoff arbeiten (siehe unten Übergangsroutinen).
Ab Schritt 424a oder wenn im Schritt 418a die Antwort Ja lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 426a, und die Leerlaufdrehzahl wird geregelt, während in der LUFT/MAGER-Betriebsart gearbeitet wird. Es wird jetzt auf Schritt 426a der Fig. 4a Bezug genommen. Der Kraftstoff, der der Zylindergruppe, welche ein Luft-/Kraftstoffgemisch verbrennt, zugeführt wird, wird auf der Grundlage der ermittelten Regelmaßnahme angepaßt. Somit wird die Motorleerlaufdrehzahl dadurch geregelt, daß die zugeführte Kraftstoffmenge zu weniger als sämtlichen Zylindergruppen angepaßt und mit einigen Zylindern ohne eingespritzten Kraftstoff gearbeitet wird. Wenn des weiteren gewünscht wird, das Luft-/Kraftstoffverhältnis der verbrennenden Zylinder zu regeln bzw. das Gesamt-Luft-/Kraftstoffverhältnis des Gemischs von Frischluft und verbrannter Luft und Kraftstoff, beispielsweise aufgrund einer Lambdasonde, dann wird die Drosselklappe auf der Grundlage des gewünschten Luft-/Kraftstoffverhältnisses und des gemessenen Luft-/Kraftstoffverhältnisses angepaßt. Auf diese Weise wird der Kraftstoff für die verbrennenden Zylinder zur Anpassung der Motorleistung angepaßt, während das Luft-/Kraftstoffverhältnis durch Anpassung des Luftstroms geregelt wird. Anzumerken ist, daß auf diese Weise die Drosselklappe verwendet werden kann, um das Luft-/Kraftstoffverhältnis der verbrennenden Zylinder in einem vorgewählten Bereich zu halten, um gute Brennbarkeit und reduzierte Drosselverluste zu ermöglichen.
Somit wird erfindungsgemäß beim Betrieb in der LUFT/MAGER-Betriebsart der den ein mageres Luft-/Kraftstoffgemisch verbrennenden Zylindern zugeführte Kraftstoff so angepaßt, daß sich die tatsächliche Motordrehzahl an die gewünschte Motordrehzahl annähert, während einige der Zylinder ohne eingespritzten Kraftstoff arbeiten. Wenn alternativ der Motor nicht in der LUFT/MAGER-Betriebsart arbeitet, wird jeweils mindestens die Luft oder der Kraftstoff, die sämtlichen Zylindern zugeführt werden, angepaßt, um die Motordrehzahl so zu regeln, daß sie sich der gewünschten Motordrehzahl annähert.
Die obige Beschreibung der Fig. 4a bezog sich auf die Ausführungsform für die Leerlaufdrehzahlregelung. Dies ist jedoch nur eine Ausführungsform nach der Erfindung. Die Fig. 4b bis 4d beziehen sich auf zusätzliche alternative Ausführungsformen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4B wird nunmehr eine Ausführungsform beschrieben, die sich auf einen Tempomat (Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung) bezieht. Insbesondere ähnelt die Routine nach Fig. 4B derjenigen nach Fig. 4A mit der Ausnahme der Blöcke 410b bis 416b. Insbesondere wird im Schritt 410b eine Feststellung getroffen, ob die Tempomat-Betriebsart gewählt wurde. Lautet im Schritt 410b die Antwort Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 412b, wo eine gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt wird. Im Schritt 412b stehen verschiedene Verfahren zur Auswahl der gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit zur Verfügung. Beispielsweise kann dies eine direkt vom Fahrzeugführer gewählte Fahrzeuggeschwindigkeit sein. Alternativ könnte es eine gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit sein, um eine gewünschte Fahrzeugbeschleunigung oder -verzögerung umzusetzen, die vom Fahrzeugführer über am Lenkrad befindliche Bedienungselemente abgerufen werden. Als nächstes berechnet/schätzt die Routine im Schritt 414b die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit. Diese aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit kann auf verschiedene Weise berechnet/geschätzt werden, wie z. B.: basierend auf Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren, basierend auf Motordrehzahl und Übersetzungsverhältnis, basierend auf einem Global Positioning System (GPS - satellitengestütztes Navigationssystem) oder mit verschiedenen anderen Verfahren. Als nächstes berechnet die Routine im Schritt 416b basierend auf der gewünschten und der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit eine Regelmaßnahme. Wie oben beschrieben können verschiedene Regelverfahren herangezogen werden, wie z. B. ein PID-Regler, eine Mitkopplungssteuerung oder verschiedene andere.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4C wird nunmehr eine alternative Ausführungsform für die Steuerung des Motor- oder Raddrehmoments während der LUFT/MAGER- Betriebsart beschrieben. Erneut ist Fig. 4C den Fig. 4A und B, mit Ausnahme der Schritte 410c bis 416c ähnlich. Zunächst ermittelt die Routine im Schritt 410c, ob die Drehmomentregelung gewählt wurde. Lautet die Antwort im Schritt 410c Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 412c. Im Schritt 412c bestimmt die Routine ein gewünschtes Drehmoment (entweder ein Motordrehmoment, ein Raddrehmoment oder einen sonstigen Drehmomentwert). Insbesondere kann der genannte gewünschte Drehmomentwert auf verschiedenen Parametern basieren, wie z. B.: einer Anforderung des Fahrers (Pedalposition), einer gewünschte Motordrehzahl, einer gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit, einem gewünschter Radschlupf oder verschiedenen anderen Parametern. Entsprechend kann die Drehmomentregelroutine dazu verwendet werden, Leerlaufregelung, Geschwindigkeitsregelung, Leistungsanpassung aufgrund der Gaspedalstellung sowie Traktionskontrolle zu bewerkstelligen.
Als nächstes berechnet/schätzt die Routine im Schritt 414c das tatsächliche Drehmoment. Dies kann über einen Drehmomentsensor oder basierend auf sonstigen Motorbetriebsparametern, wie z. B. Motordrehzahl, Motorluftdurchsatz und Kraftstoffeinspritzung, bewerkstelligt werden. Anschließend berechnet die Routine im Schritt 416c die Regelmaßnahme basierend auf dem gewünschten und dem tatsächlichen Drehmoment. Wie oben beschrieben können verschiedene Regelverfahren verwendet werden, wie z. B. ein PID-Regler.
Schließlich wird in Fig. 4D eine weitere Ausführungsform beschrieben, die auf Traktionskontrolle abzielt. Im Schritt 410d bestimmt die Routine, ob die Traktionskontrolle aktiviert ist. Lautet die Antwort im Schritt 410d Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 412d, wo die Routine eine Radschlupfgrenze bestimmt. Diese Grenze stellt den maximal zulässigen Radschlupf zwischen angetriebenen und nicht angetriebenen Rädern dar, der toleriert wird. Anschließend berechnet/schätzt die Routine den tatsächlichen Radschlupf beispielsweise basierend auf Raddrehzahlsensoren an den angetriebenen und nicht angetriebenen Rädern. Dann setzt die Routine im Schritt 416d die Berechnung einer Regelmaßnahme basierend auf dem Radschlupfgrenzwert und dem berechneten/geschätzten Radschlupf fort. Wie oben beschrieben, sind bei den Fig. 4A bis 4C die Schritte 418d bis 426d den Schritten 418a bis 426a ähnlich.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird nunmehr eine Routine zur erfindungsgemäßen Regelung des Motor-Luft-/Kraftstoffverhältnisses beschrieben. Zunächst wird im Schritt 510 eine Feststellung dahingehend getroffen, ob der Motor mit Luft-/Kraftstoffverhältnis-Regelung im offenen Regelkreis oder im geschlossenen Regelkreis arbeitet. Insbesondere wird bei einem Beispiel während des Warmlaufens des Motors im Betrieb mit Luft-/Kraftstoffverhältnis-Regelung im offenen Regelkreis gefahren, bis die Lambdasonden ihre Betriebstemperatur erreicht haben. Des weiteren kann der Betrieb mit Luft-/Kraftstoffverhältnis-Regelung im offenen Regelkreis erforderlich sein, wenn anders als im stöchiometrischen Bereich gearbeitet wird, was für den Fall gilt, daß die Lambdasonden vom umschaltbaren Typ sind, die eine Umschaltung des Sensorausgangs am stöchiometrischen Punkt liefern. Wenn der Motor in der Betriebsart mit Luft-/Kraftstoffverhältnis-Regelung im offenen Regelkreis arbeitet, endet die Routine einfach. Wenn sie andererseits in der Betriebsart im geschlossenen Regelkreis arbeitet, geht die Routine weiter zu Schritt 512, wo sämtliche mit dem Motorauspuff verbundenen Lambdasonden ausgelesen werden. Weiter ist anzumerken, daß der Betrieb in der LUFT/MAGER- Betriebsart unterdrückt werden kann, wenn die Bedingungen so sind, daß eine Regelung im offenen Regelkreis erforderlich ist. Es ist jedoch auch möglich, die LUFT/MAGER-Betriebsart in der Betriebsart im offenen Regelkreis bereitzustellen.
Als nächstes wird im Schritt 514 eine Feststellung getroffen, ob der Motor in der LUFT/MAGER-Betriebsart arbeitet. Lautet im Schritt 514 die Antwort Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 516. Im Schritt 516 wird für jeden Sensor eine Feststellung dahingehend getroffen, ob der Sensor einer Mischung von Luft und verbranntem Kraftstoff ausgesetzt ist (d. h. ob der Sensor eine Mischung von Gasen aus einer ersten Zylindergruppe im wesentlichen ohne Kraftstoffeinspritzung bzw. von Gasen aus einer zweiten Gruppe von Brennräumen erfaßt, die eine Mischung aus Luft und Kraftstoff verbrennen). Lautet im Schritt 516 die Antwort Nein, dann ist es nicht notwendig, bei der Nutzung der Information aus dem Sensor das Gemisch von Frischluft und verbrannten Gasen zu berücksichtigen. Entsprechend kann die Routine zu Schritt 522 weitergehen, wo die Luft-/Kraftstoffregelung vorgesehen ist, wie dies in Fig. 2E und der entsprechenden schriftlichen Beschreibung dargestellt wird. Alternativ geht die Routine weiter zu Schritt 518, wenn im Schritt 516 die Antwort Ja lautet. Wenn entsprechend der Sensor einem Gemisch von Luft und verbrannter Luft und Kraftstoff ausgesetzt ist, geht die Routine weiter zu Schritt 518.
Im Schritt 518 wird eine Feststellung dahingehend getroffen, ob der Sensor dazu verwendet wird, das Luft-/Kraftstoffverhältnis von Zylindern zu regeln, die ein Gemisch von Luft und Kraftstoff verbrennen. Mit anderen Worten kann ein Sensor, wie z. B. 230B, einem Gemisch von Luft, verbrannter Luft und Kraftstoff ausgesetzt sein und gleichwohl dazu verwendet werden, das Luft-/Kraftstoffverhältnis der verbrennenden Zylindergruppe, in diesem Fall 212B, zu regeln. Lautet im Schritt 518 die Antwort Nein, geht die Routine weiter zu Schritt 522, wie nachstehend hierin beschrieben. Wenn alternativ die Antwort im Schritt 518 Ja lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 520. Im Schritt 520 korrigiert die Routine auf der Grundlage der Anzahl der die Mischung verbrennenden Zylinder und der Anzahl von ohne wesentliche Kraftstoffeinspritzung arbeitenden Zylindern das Verbrennungs- Luft-/Kraftstoffgemisch für die Sensorabfrage durch Anpassen entweder der Luft oder des Kraftstoffs oder von beidem, welche den verbrennenden Zylindern zugeführt werden, womit das Gemisch von Frischluft und verbrannten Gasen berücksichtigt wird. Mit anderen Worten korrigiert die Routine die Sensorabweichung, die durch Frischluft aus der Verbrennungsgruppe (z. B. 210B), der Luft zugeführt, aber kein Kraftstoff eingespritzt wird, verursacht wird. Zusätzlich kann die Routine gegebenenfalls rückgeführtes Abgas im Abgastrakt und im Ansaugtrakt berücksichtigten. Wenn beispielsweise mit der Konfiguration nach Fig. 2(C) gearbeitet wird, erfassen die stromab gelegenen Sensoren ein Gemisch von Luft und verbrannten Gasen. Als solche entspricht die grobe Sensorabfrage nicht dem Luft-/Kraftstoffverhältnis der verbrannten Gase. Erfindungsgemäß wird dieser Fehler auf verschiedene Weise kompensiert.
In einem besonderen Beispiel kann das Luft-/Kraftstoffverhältnis der verbrennenden Zylinder, wie nachstehend gezeigt, aufgrund des Einlesens eines Sensorwertes bestimmt werden. Im vorliegenden Fall wird eine Annahme der perfekten Mischung im Abgas vorgenommen. Des weiteren wird angenommen, daß die ein Luft-/Kraftstoffgemisch verbrennenden Zylinder sämtlich im wesentlichen das gleiche Luft-/Kraftstoffgemisch verbrennen. In diesem Beispiel wird(werden) die Sensorabfrage(en) in Form eines relativen Luft-/Kraftstoffverhältnis bezogen auf die Stöchiometrie geliefert. Bei Benzin beträgt dieses Verhältnis ungefähr 14.6. Die Luft pro Zylinder bei Zylindern ohne eingespritzten Kraftstoff wird mit a_A bezeichnet. Analog wird die Luft pro Zylinder bei verbrennenden Zylinder mit a_C bezeichnet, während der pro Zylinder in die verbrennenden Zylinder eingespritzte Kraftstoff mit s_C bezeichnet wird. Die Anzahl von Zylindern ohne eingespritzten Kraftstoff wird mit Na bezeichnet, während die Anzahl der Zylinder, die ein Luft-/Kraftstoffgemisch verbrennen, mit N_C bezeichnet wird. Die allgemeine Gleichung für die Berechnung dieser Parameter lautet: Gleichung 1
In der Annahme, daß die jeder Brennraumgruppe zugeführte Luftmenge im wesentlichen die gleiche ist, kann entsprechend das Luft-/Kraftstoffverhältnis der verbrennenden Zylinder gefunden werden, indem die Sensorabfrage mit 14,6 multipliziert wird und die Anzahl der ein Luft-/Kraftstoffgemisch verbrennenden Zylinder durch die Gesamtzahl der Zylinder dividiert wird. In dem einfachen Fall, in dem eine gleiche Anzahl von Zylindern mit und ohne Kraftstoff arbeitet, gibt der Sensor einfach das Zweifache des Verbrennungs-Luft-/Kraftstoffverhältnisses an.
Auf diese Weise ist es möglich, die Sensorabfrage zu nutzen, die durch Luft aus den Zylindern ohne Kraftstoffeinspritzung gefälscht wird. In diesem Beispiel wurde die Sensorabfrage so modifiziert, daß eine Schätzung des in den verbrennenden Zylindern verbrannten Luft-/Kraftstoffverhältnisses erhalten wurde. Anschließend kann diese angepaßte Sensorabfrage mit einer Steuerung im geschlossenen Regelkreis dazu herangezogen werden, um unter Berücksichtigung der den Sensorwert aus den Zylindern ohne Kraftstoffeinspritzung beeinträchtigenden Luft das Zylinder-Luft-/Kraftstoffverhältnis der verbrennenden Zylinder auf ein gewünschtes Luft-/Kraftstoffverhältnis einzustellen.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das gewünschte Luft-/Kraftstoffverhältnis angepaßt werden, um die Luft zu berücksichtigen, die den Sensorwert aus den Zylindern ohne Kraftstoffeinspritzung beeinflußt. Bei dieser alternativen Ausführungsform wird die Sensorabfrage nicht direkt angepaßt, es wird vielmehr das gewünschte Luft-/Kraftstoffverhältnis entsprechend angepaßt. Auf diese Weise ist es möglich, trotz der Auswirkung der Luft aus den Zylindern ohne Kraftstoffeinspritzung auf den Sensorwert das tatsächliche Luft-/Kraftstoffverhältnis in den ein Luft-/Kraftstoffgemisch verbrennenden Zylindern auf ein gewünschtes Luft-/Kraftstoffverhältnis einzustellen.
In ähnlicher Weise ist es möglich, das zurückgeführte Abgas zu berücksichtigen. Mit anderen Worten gibt es im Magerbetrieb eine Überschußluft in dem zurückgeführten Abgas, die ohne Messung durch den Luftmengenmesser (Luftstrommesser 100) in den Motor eintritt. Die Menge von Überschußluft in den EGR-Gasen (Am_egr) kann aufgrund der nachstehenden Gleichung unter Verwendung der durch den Sensor 100 gemessenen Luftmenge (am, in Ibs/min), des EGR-Satzes oder Prozentsatzes (egrate) und des gewünschten relativen Luft-/Kraftstoffverhältnisses zur Stöchiometrie (lambse) berechnet werden:

am_egr = am.(egrate/(1 - egrate)).(lambse - 1)
Hierin ist egrate = 100.desem/(am + desem), wobei desem die Menge von EGR in Ibs/min ist.
Dementsprechend wäre die korrigierte Luftmenge am + am_egr.
Auf diese Weise ist es möglich, die tatsächliche in den Motorzylinder eintretende Luftmenge zu bestimmen, so daß das Luft-/Kraftstoffverhältnis präziser geregelt werden kann.
Mit anderen Worten wird, wenn mit Kraftstoffregelung im offenen Regelkreis gearbeitet wird, die durch die durch die EGR hinzugefügte Überschußluft den Zylinder magerer als erforderlich arbeiten lassen und könnte, wenn sie nicht berücksichtigt wird, Magermotorfehlzündungen verursachen. Analog kann, wenn mit Kraftstoffregelung im geschlossenen Regelkreis gearbeitet wird, das Steuergerät das gewünschte Luft-/Kraftstoffverhältnis in der Weise einstellen, daß mehr Kraftstoff zugeführt wird, um zu bewirken, daß das Gesamt-Luft-/Kraftstoffverhältnis dem erforderlichen Wert angepaßt wird. Dies kann verursachen, daß die Motorleistung nicht zum Wert am_egr proportional ist. Die Lösung dafür ist beispielsweise die Anpassung der erforderlichen Luftmenge durch Reduzieren des angeforderten Luftstroms aus der elektronisch gesteuerten Drosselklappe um eine Menge von am_egr, so daß die Motorleistung und das Luft-/Kraftstoffverhältnis aufrecht erhalten bleiben.
Anzumerken ist, daß bei einigen der obigen Korrekturen die Anpassungen, welche vorgenommen werden, um die nicht verbrannte Luft in einigen Zylindern zu kompensieren, eine Schätzung des Luftstroms in den Zylindern erfordern. Jedoch kann diese Schätzung einige Fehler enthalten (wenn sie beispielsweise auf einem Luftstromsensor beruht, können nicht weniger als 5% Fehler oder sogar mehr vorliegen). Deshalb haben die Erfinder ein weiteres Verfahren für die Bestimmung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des verbrannten Gemischs entwickelt. Insbesondere ist es unter Verwendung eines mit einer Abgasreinigungsvorrichtung (z. B. 220c) verbundenen Temperaturfühlers möglich zu erfassen, wann die arbeitenden Zylinder den stöchiometrischen Punkt durchlaufen haben. Mit anderen Worten gibt es, wenn die Zylinder mager und weitere Zylinder im wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff betrieben werden, im Katalysator praktisch keine exothermische Reaktion, da lediglich Überschußsauerstoff vorhanden ist (und praktisch keine Reduktoren vorhanden sind, da keiner der Zylinder fett läuft). Als solche wird die Katalysatortemperatur bei dem für die tatsächlichen Betriebsbedingungen erwarteten Wert liegen. Wenn jedoch die arbeitenden Zylinder zu einem Punkt leicht jenseits von stöchiometrisch übergehen, können die fetten Gase im Katalysator mit dem Überschußsauerstoff reagieren und dadurch Hitze erzeugen. Diese Hitze kann die Katalysatortemperatur über die erwartete hinaus erhöhen, und dementsprechend ist es möglich, das Verbrennungs-Luft-/Kraftstoffverhältnis aus dem Temperaturfühlerwert abzuleiten. Diese Korrektur kann mit den oben beschriebenen Verfahren zur Korrektur der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Ablesung verwendet werden, so daß eine genaue Luft-/Kraftstoffverhältnis-Regelung im geschlossenen Kreiserreicht werden kann, wenn einige Zylinder im wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff betrieben werden.
Es wird mit Fig. 5 fortgefahren. Im Schritt 522 wird das Luft-/Kraftstoffverhältnis der eine Verbrennung ausführenden Zylinder auf der Grundlage des Ausgangs der Sensorabfrage im Schritt 512 korrigiert. Da in diesem Fall der Motor nicht in der LUFT/MAGER-Betriebsart arbeitet, ist es im allgemeinen unnötig, die Sensorausgänge zu korrigieren, da allgemein die Zylinder sämtlich im wesentlichen mit dem gleichen Luft-/Kraftstoffverhältnis arbeiten. Eine detailliertere Beschreibung dieser Steuerung im geschlossenen Regelkreis wird in Fig. 2E und der dazugehörigen schriftlichen Beschreibung gegeben. Anzumerken ist, daß in einem besonderen Beispiel nach der vorliegenden Erfindung das Luft-/Kraftstoffverhältnis der beim Betrieb in der LUFT/MAGER-Betriebsart ein Luft-/Kraftstoffgemisch verbrennenden Zylinder dadurch geregelt wird, daß der in den Motor eintretende Luftstrom geregelt wird (siehe Schritt 520). Auf diese Weise ist es möglich, die Motorleistung dadurch zu regeln, daß die Kraftstoffeinspritzung in die verbrennenden Zylinder angepaßt wird, während das Luft-/Kraftstoffverhältnis durch Änderung der sämtlichen Zylindern zugeführten Luftmengen geregelt wird. Alternativ wird, wenn der Motor 10 nicht in der LUFT/MAGER-Betriebsart arbeitet (siehe Schritt 522), das Luft-/Kraftstoffverhältnis sämtlicher Zylinder dadurch auf das gewünschte Luft-/Kraftstoffverhältnis eingestellt, daß die Kraftstoffeinspritzmenge geändert wird, während die Drehmomentabgabe des Motors durch Anpassung des in sämtliche Zylinder eintretenden Luftstroms angepaßt wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird nunmehr eine Routine zur Bestimmung der Beeinträchtigung der Lambdasonden sowie zur Steuerung des Aktivieren des adaptiven Lernens auf der Grundlage der Lambdasonden beschrieben.
Zunächst bestimmt die Routine im Schritt 610, ob der Motor in der LUFT/MAGER- Betriebsart arbeitet. Lautet im Schritt 610 die Antwort Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 612, wo eine Feststellung getroffen wird, ob der Sensor einem Gemisch von Luft und Kraftstoff plus verbrannten Gasen ausgesetzt ist. Wenn im Schritt 612 die Antwort Nein lautet, bestimmt die Routine im Schritt 614, ob der Sensor Frischluft ausgesetzt ist. Lautet die Antwort im Schritt 614 Ja, führt die Routine eine Diagnose des Sensors nach dem dritten Verfahren der vorliegenden Erfindung (welches später hierin beschrieben wird) aus und deaktiviert das adaptive Lernen (siehe Fig. 7). Mit anderen Worten werden, wenn ein Sensor lediglich einer Zylindergruppe ausgesetzt ist, die Luft ansaugt und im wesentlichen keinen eingespritzten Kraftstoff erhält, die Sensordiagnosen nach dem dritten Verfahren der vorliegenden Erfindung genutzt, und das adaptive Lernen von Kraftstoff- und Luftstromfehlern wird deaktiviert.
Wenn alternativ die Antwort im Schritt 612 Ja ist, geht die Routine weiter zu Schritt 618. Im Schritt 618 führt die Routine Diagnosen und Lernen nach dem ersten Verfahren der vorliegenden Erfindung aus, was später hierin beschrieben wird.
Lautet die Antwort im Schritt 614 Nein, geht die Routine weiter zu Schritt 620 und führt Diagnosen und Lernen nach dem zweiten Verfahren der vorliegenden Erfindung aus (siehe Fig. 8).
Lautet im Schritt 610 die Antwort Nein, bestimmt die Routine im Schritt 622, ob der Motor im wesentlichen in der Nähe des stöchiometrischen Verhältnisses arbeitet. Lautet im Schritt 622 die Antwort Ja, aktiviert die Routine im Schritt 624 das adaptive Lernen ausgehend von der Lambdasonde. Mit anderen Wort wird, wenn sämtliche Zylinder Luft und Kraftstoff verbrennen und der Motor in der Nähe des stöchiometrischen Verhältnisses arbeitet, das adaptive Lernen aufgrund der Lambdasonden aktiviert. Eine detailliertere Beschreibung des adaptiven Lernens wird in Fig. 2F und der entsprechenden schriftlichen Beschreibung geliefert.
Anschließend aktiviert die Routine im Schritt 626 stöchiometrische Diagnosen für die Sensoren und den Katalysator.
Unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird nun das dritte adaptive/diagnostische Verfahren nach der vorliegenden Erfindung (siehe Schritt 616 der Fig. 6) beschrieben. Zunächst stellt die Routine im Schritt 710 fest, ob der Motor während einer vorbestimmten Dauer in der LUFT/MAGER-Betriebsart gearbeitet hat. Dies kann eine vorbestimmte Zeitdauer, eine vorbestimmte Anzahl von Motorumdrehungen oder eine variable, auf Motor- und Fahrzeugbetriebsbedingungen, wie z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit und Temperatur, basierende Dauer sein. Lautet im Schritt 710 die Antwort Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 712, wo eine Feststellung dahingehend getroffen wird, ob der Luft-/Kraftstoffsensor ein mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis anzeigt. Beispielsweise kann die Routine bestimmen, ob der Sensor einen Magerwert größer als ein vorbestimmtes Luft-/Kraftstoffverhältnis anzeigt. Lautet im Schritt 712 die Antwort Nein, erhöht die Routine den Zählwert e im Schritt 714 um eine Einheit. Dann bestimmt die Routine im Schritt 716, ob der Zählerwert e größer ist als ein erster Grenzwert (L1). Lautet die Antwort im Schritt 716 Ja, zeigt die Routine im Schritt 718 eine Beeinträchtigung des Sensors an.
Entsprechend gilt erfindungsgemäß folgendes: Wenn der Sensor nur mit einer Zylindergruppe verbunden ist, die Luft ansaugt und im wesentlichen keine Kraftstoffeinspritzung erhält, bestimmt die Routine, daß der Sensor beeinträchtigt ist, wenn der Sensor während eines vorbestimmten Intervalls kein mageres Luft- /Kraftstoffverhältnis anzeigt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird nun das zweite Verfahren der Diagnosen und des adaptiven Lernens nach der vorliegenden Erfindung (siehe Schritt 620 der Fig. 6) beschrieben. Zunächst bestimmt die Routine im Schritt 810, ob der Luft-/Kraftstoffsensor funktioniert. Dies kann mit den verschiedensten Verfahren erfolgen, beispielsweise: Vergleichen des gemessenen Luft-/Kraftstoffverhältnisses mit einem erwarteten Luft-/Kraftstoffverhältnis-Wert basierend auf den Motorbetriebsbedingungen. Anschließend geht die Routine im Schritt 812, wenn der Sensor ordnungsgemäß funktioniert, weiter zu Schritt 814. Wenn der Sensor beeinträchtigt ist, geht die Routine von Schritt 812 zu Schritt 816 über und deaktiviert das adaptive Lernen auf der Grundlage des Auslesens des Luft-/Kraftstoffsensors.
Es wird mit Fig. 8 fortgefahren. Wenn die Antwort im Schritt 812 Ja lautet, bestimmt die Routine im Schritt 814, ob Kraftstoffdampf vorhanden ist. Wenn Kraftstoffdampf vorhanden ist, geht die Routine wiederum zu Schritt 816 weiter. Ansonsten geht die Routine weiter zu Schritt 818 und erlernt einen adaptiven Parameter zur Berücksichtigung der Alterung des Kraftstoffinjektors, der Alterung des Luftmengenmessers und verschiedener anderer Parameter, wie dies hierin detaillierter unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 2F beschrieben wird. Das adaptive Lernen kann in verschiedenen Formen erfolgen, wie z. B. im US-Patent Nr. 6.102.018 beschrieben, das dem Zessionär der vorliegenden Erfindung abgetreten wurde und hierin vollständig durch Bezugnahme darauf übernommen wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 9 werden nunmehr die Diagnosen und das adaptive Lernen nach dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren (siehe Schritt 618 der Fig. 6) beschrieben. Zunächst ermittelt die Routine im Schritt 910 in einer zum Schritt 810 in Fig. 8 ähnlichen Weise, ob der Luft-/Kraftstoffsensor funktioniert. Anschließend wird im Schritt 912 das adaptive Lernen deaktiviert.
Das erfindungsgemäße Verfahren, das vorstehend unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 9 beschrieben wurde, beschreibt Diagnosen und adaptives Lernen für eine bestimmte Lambdasonde oder Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor. Die obigen Routinen können für jeden Abgassensor des Abgassystems wiederholt werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 10 wird nunmehr eine Routine für die Schätzung der Katalysatortemperatur in Abhängigkeit von der Motorbetriebsart beschrieben. Zunächst bestimmt die Routine im Schritt 1010, ob der Motor in der LUFT/MAGER- Betriebsart arbeitet. Lautet die Antwort im Schritt 1010 Nein, schätzt die Routine die Katalysatortemperatur unter Verwendung konventioneller Temperaturschätzroutinen. Beispielsweise wird die Katalysatortemperatur auf der Grundlage von Betriebsbedingungen, wie z. B. Motorkühlmitteltemperatur, Motorluftdurchsatz, Kraftstoffeinspritzmenge, Zündzeitpunkt und verschiedener weiterer Parameter, wie z. B. im US-Patent 5.303.168 beschrieben, geschätzt. Der gesamte Inhalt des US-Patentes Nr. 5.303.168 wird hiermit durch Bezugnahme darauf übernommen.
Wenn alternativ die Antwort im Schritt 1010 Nein lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 1014, wo die Katalysatortemperatur unter Berücksichtigung des Frischlufteffektes auf der Grundlage der ohne eingespritzten Kraftstoff arbeitenden Zylinder geschätzt wird. Mit anderen Worten kann zusätzliche Kühlung durch den Luftdurchsatz durch Zylinder ohne eingespritzten Kraftstoff bewirken, daß die Katalysatortemperatur signifikant absinkt. Wenn im Gegensatz dazu die Abgase der verbrennenden Zylinder fett sind, kann dieser Überschußsauerstoff aus den ohne eingespritzten Kraftstoff arbeitenden Zylindern eine beträchtliche Zunahme der Abgastemperatur bewirken. Somit wird diese potentielle Zunahme oder Abnahme der an sich erwarteten Katalysatortemperaturschätzung berücksichtigt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 11 wird nunmehr eine Routine zur Regelung des Motorbetriebes als Reaktion auf eine vorstehend unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 9 beschriebene Feststellung der Beeinträchtigung der Abgassensoren beschrieben. Insbesondere bestimmt die Routine im Schritt 1110, ob Luft-/Kraftstoffsensoren beeinträchtigt wurden. Wie oben beschrieben kann dies durch Vergleichen der Sensorabfrage mit einem erwarteten Wert der Sensorabfrage ermittelt werden. Wenn die Antwort im Schritt 1110 Ja lautet, bestimmt die Routine als nächstes im Schritt 1112, ob der beeinträchtigte Sensor während der LUFT/MAGER-Betriebsart für die Motorsteuerung verwendet wird. Lautet im Schritt 1112 die Antwort Ja, deaktiviert die Routine den LUFT/MAGER-Betrieb.
Mit anderen Worten wird, wenn ein Sensor, der während der LUFT/MAGER- Betriebsart zur Motorsteuerung verwendet wird, beeinträchtigt wurde, die LUFT/MAGER-Betriebsart deaktiviert. Wenn im Gegensatz dazu der Sensor nicht für eine solche Betriebsart herangezogen wird, kann die LUFT/MAGER- Betriebsart aktiviert und trotz des beeinträchtigten Sensors ausgeführt werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 12 wird nunmehr eine Routine zur Steuerung des Deaktivieren der LUFT/MAGER-Betriebsart beschrieben. Zunächst bestimmt die Routine im Schritt 1201, ob der Motor aktuell in der LUFT/MAGER-Betriebsart arbeitet. Lautet die Antwort im Schritt 1201 Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 1202, wo sie feststellt, ob eine Anforderung für eine andere Betriebsart vorliegt. Diese Anforderung einer anderen Betriebsart kann verschiedene Formen annehmen, wie z. B.: Anforderung von Kraftstoffdampfspülung, Anforderung von fettem Betrieb zur Freisetzung und Reduzierung von in der Abgasreinigungsvorrichtung zurückgehaltenen NOX, Anforderung zur Erhöhung des Bremskraftverstärker- Unterdrucks durch Erhöhung des Unterdrucks im Ansaugkrümmer, Anforderung von Temperatur-Management entweder zur Erhöhung einer gewünschten Vorrichtungstemperatur oder Minderung einer gewünschten Vorrichtungstemperatur, Anforderung der Durchführung von Diagnosetests verschiedener Komponenten, wie z. B. Sensoren oder Abgasreinigungsvorrichtung, Anforderung zur Beendigung des Magerbetriebs, Anforderung, die aus der Feststellung resultiert, daß ein Motor oder eine Fahrzeugkomponente beeinträchtigt wurde, Anforderung von adaptivem Lernen oder eine aus dem Erreichen eines Grenzwertes eines Steuerungsaktuators resultierende Anforderung. Lautet die Antwort im Schritt 1202 Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 1203, wo die LUFT/MAGER-Betriebsart deaktiviert wird.
Anzumerken ist, daß die Anforderung von Kraftstoffdampfspülung auf verschiedenen Bedingungen basieren kann, wie z. B. der seit der letzten Kraftstoffdampfspülung vergangenen Zeit, Umgebungsbetriebsbedingungen, wie z. B. Temperatur, Motortemperatur, Kraftstofftemperatur, oder sonstigen.
Wie oben beschrieben kann, falls die Katalysatortemperatur zu stark absinkt (d. h. unter den vorbestimmten Wert), der Betrieb einiger Zylinder im wesentlichen ohne Kraftstoffeinspritzung deaktiviert werden, und der Betrieb kann auf ein Zünden sämtlicher Zylinder umgeschaltet werden, um mehr Hitze zu erzeugen. Jedoch können auch andere Maßnahmen zur Erhöhung der Katalysatortemperatur getroffen werden. Beispielsweise kann der Zündzeitpunkt der zündenden Zylinder nach spät verstellt werden, oder es kann eine geringe Menge Kraftstoff in die nicht verbrennenden Zylinder eingespritzt werden. In letzterem Fall kann der eingespritzte Kraftstoff (der also nicht gezündet wird) durchtreten und dann mit Überschußsauerstoff im Abgassystem reagieren und somit Hitze erzeugen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 13A wird nunmehr eine Routine für das rasche Erhitzen der Abgasreinigungsvorrichtung beschrieben. Wie vorstehend hierin beschrieben kann die Abgasreinigungsvorrichtung von verschiedener Art sein, wie z. B.: ein Dreiwegekatalysator, ein NO_x-Katalysator oder verschiedene andere. Im Schritt 1310 bestimmt die Routine, ob das Start-Flag (crkflg) auf null gestellt ist. Das Start-Flag gibt an, daß der Motor vom Anlasser durchgedreht wird und nicht mit eigner Kraft läuft. Wenn dieses Flag auf eins gestellt wird, gibt dies an, daß der Motor nicht mehr im Startmodus befindlich ist. Es gibt verschiedene bekannte Verfahren zur Feststellung, daß der Motor den Startvorgang beendet hat, beispielsweise wenn die sequentielle Kraftstoffeinspritzung zu sämtlichen Zylindern begonnen hat oder wenn der Anlasser nicht mehr eingerückt ist oder verschiedene sonstige Verfahren. Eine weitere Alternative anstelle der Verwendung einer Angabe des Motorstarts wäre die Verwendung eines Flags, das angibt, wann der Motor die synchrone Kraftstoffeinspritzung in sämtliche Zylinder begonnen hat (sync-flg). Mit anderen Worten werden, wenn der Motor startet, sämtliche Zylinder gezündet, da die Motorposition nicht bekannt ist. Wenn jedoch der Motor einmal eine bestimmte Drehzahl erreicht hat und eine vorbestimmte Zahl von Umdrehungen stattgefunden hat, kann das Motorsteuersystem bestimmen, welcher Zylinder zündet. Zu diesem Zeitpunkt ändert der Motor das sync_flg, um eine solche Feststellung anzuzeigen. Weiter ist anzumerken, daß während des Startens des Motors der Motor im wesentlichen in der Nähe des stöchiometrischen Verhältnisses betrieben wird, wobei sämtliche Zylinder im wesentlichen den gleichen Zündzeitpunkt haben (beispielsweise MBT-Zeitpunkt oder leicht nach spät verstellter Zündzeitpunkt).
Lautet im Schritt 1310 die Antwort Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 1312, wo eine Feststellung dahingehend getroffen wird, ob die Katalysatortemperatur (cat_temp) geringer oder gleich ist wie die Ansprechtemperatur. Anzumerken ist, daß bei einer alternativen Ausführungsform eine Feststellung dahingehend getroffen werden kann, ob die Abgastemperatur niedriger ist als ein vorbestimmter Wert oder verschiedene Temperaturen längs des Abgasweges oder in verschiedenen Katalysatoren vorbestimmte Temperaturwerte erreicht haben. Lautet im Schritt 1312 die Antwort Nein, gibt dies an, daß zusätzliche Erhitzung nicht erforderlich ist, und die Routine geht weiter zu Schritt 1314. Im Schritt 1314 wird der Zündzeitpunkt der ersten und zweiten Gruppe (spk_grp_1, spk_grp_2) gleich den Basiszündwerten (base_spk) gesetzt, was auf der Grundlage aktueller Betriebsbedingungen ermittelt wird. Entsprechend wird das Schnellheizungs-Flag (ph_enable) auf null gestellt. Anzumerken ist, daß verschiedene andere Bedingungen für das Deaktivieren des Schnellheizungs-Modus (z. B. Deaktivierung des gesplitteten Zündzeitpunktes) in Betracht gezogen werden können, wenn beispielsweise ungenügend Krümmerunterdruck vorhanden ist oder wenn der Druck des Bremskraftverstärkers unzureichend ist oder wenn Kraftstoffdampfspülung erforderlich ist oder wenn das Spülen einer Abgasreinigungsvorrichtung, wie z. B. einer NO_x-Falle, erforderlich ist. Analog wird beim Betrieb im Schnellheizungs-Modus eine beliebige der obigen Bedingungen dazu führen, den Schnellheizungs-Modus zu verlassen und sämtliche Zylinder im wesentlichen mit dem gleichen Zündzeitpunkt zu betreiben. Wenn eine dieser Bedingungen während des Schnellheizungs-Modus eintritt, kann die nachstehend beschriebene Übergangsroutine aufgerufen werden.
Wenn andererseits die Antwort im Schritt 1312 Ja lautet, gibt dies an, daß dem Abgassystem zusätzliche Hitze zugeführt werden sollte, und die Routine geht weiter zu Schritt 1316. Im Schritt 1316 setzt die Routine den Zündzeitpunkt der ersten und zweiten Zylindergruppe auf unterschiedliche Werte. Insbesondere wird der Zündzeitpunkt für die erste Gruppe (spk_grp_1) entsprechend einem maximalen Drehmoment oder besten Zündzeitpunkt (MBT_spk) oder auf einen Wert der Spätzündung eingestellt, der nach wie vor eine gute Verbrennung für Leistung und Steuerung des Motors liefert. Des weiteren wird der Zündzeitpunkt für die zweite Gruppe (spk_grp_2) auf einen signifikant nach spät verstellten Wert, beispielsweise -29°, gestellt. Anzumerken ist, daß anstelle des 29°-Wertes abhängig von der Motorkonfiguration, den Motorbetriebsbedingungen und verschiedenen anderen Faktoren verschiedene weitere Werte verwendet werden können. Des weiteren wird das Schnellheizungs-Flag (ph_enable) auf null gestellt. Entsprechend kann der Umfang der Zündzeitpunktverstellung nach spät für die verwendete zweite Gruppe (spk_grp_2) auf der Grundlage von Motorbetriebsparametern, wie z. B. Luft-/Kraftstoffverhältnis, Motorlast und Motorkühlmitteltemperatur oder Katalysatortemperatur, variieren (beispielsweise kann in dem Maße, wie die Katalysatortemperatur steigt, weniger Spätzündung in der ersten und/oder zweiten Gruppe wünschenswert sein). Des weiteren kann auch der Stabilitätsgrenzwert eine Funktion dieser Parameter sein.
Des weiteren ist anzumerken, daß wie oben beschrieben der Zündzeitpunkt der ersten Zylindergruppe nicht notwendigerweise auf einen ein maximales Drehmoment erzeugenden Zündzeitpunkt gestellt werden muß. Er kann vielmehr auf einen weniger nach spät verstellten Wert als bei der zweiten Zylindergruppe gestellt werden, wenn diese Bedingungen eine akzeptable Motordrehmomentregelung und akzeptables Vibrationsverhalten bieten (siehe Fig. 13B). Das heißt, er kann auf den Verbrennungsstabilitätszündgrenzwert (beispielsweise -10) gestellt werden. Auf diese Weise arbeiten die Zylinder in der ersten Gruppe mit einer höheren Last als sie ansonsten arbeiten würden, wenn sämtliche Zylinder die gleiche Motorleistung produzieren würden. Mit anderen Worten produzieren die mit höherer Motorleistung arbeitenden Zylinder mehr Motorleistung, als sie ansonsten erbringen würden, wenn sämtliche Zylinder im wesentlichen die gleiche Motorleistung produzieren, um eine bestimmte Motorleistung zu erhalten (beispielsweise Motordrehzahl, Motordrehmoment usw.), wobei einige Zylinder mehr Motorleistung abgeben als andere. Wenn beispielsweise ein Vierzylindermotor gegeben ist und sämtliche Zylinder eine einheitliche Leistung von 1 erbringen, dann beträgt die Gesamtmotorleistung 4. Alternativ hätten beispielsweise zwei Zylinder eine Leistung von 1,5, während die anderen beiden Zylinder eine Leistung von 0,5 hätten, was wiederum eine Gesamtbruttoleistung von 4 erbringt, wenn die gleiche Motorleistung von 4 mit einigen Zylindern erreicht werden soll, die mit höherer Leistungsabgabe als die anderen arbeiten. Wenn also einige Zylinder mit einem stärker nach spät verstellten Zündzeitpunkt arbeiten als die anderen, ist es möglich, bei einigen Zylindern einen Zustand höherer Last herbeizuführen. Dies erlaubt, daß die Zylinder, welche mit höherer Last arbeiten, eine zusätzliche Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät (oder zusätzliche Abmagerung) vertragen. Damit können bei diesen oben erwähnten Beispielen die Zylinder, die mit einer angenommenen Leistungsabgabe von 1,5 arbeiten, beträchtlich mehr Verstellung des Zündzeitpunktes nach spät vertragen, als wenn sämtliche Zylinder mit einer Motorleistung von 1 arbeiten würden. Auf diese Weise wird dem Motorauspuff zusätzliche Hitze zur Erhitzung der Abgasreinigungsvorrichtung zugeführt.
Ein Vorteil des obigen Erfindungsmerkmals ist, daß zusätzliche Hitze dadurch erzeugt werden kann, daß einige der Zylinder mit höherer Last und signifikant mehr Spätzündung betrieben werden, als wenn sämtliche Zylinder mit im wesentlichen der gleichen Spätzündung arbeiten. Des weiteren ist es durch Auswahl der Zylindergruppen, die mit einer höheren Last bzw. mit einer niedrigeren Last arbeiten, möglich, Motorvibrationen zu minimieren. Entsprechend startet die obige Routine den Motor durch Zünden von Zylindern aus beiden Zylindergruppen. Dann wird der Zündzeitpunkt der Zylindergruppen unterschiedlich eingestellt, um eine schnelle Erhitzung zu bewirken, während gleichzeitig eine gute Verbrennung und Steuerung geliefert werden.
Weiter ist anzumerken, daß die obige Betriebsart sowohl der ersten wie auch der zweiten Zylindergruppe Hitze zuführt, da die mit einer höheren Last arbeitende Zylindergruppe mehr Hitzezufluß zum Katalysator bringt, während die mit mehr Spätzündung arbeitende Zylindergruppe mit höherer Temperatur arbeitet. Wenn also mit einem System mit der Konfiguration nach Fig. 2C gefahren wird (beispielsweise einem V-8-Motor), werden die beiden Zylinderbänke im wesentlichen im gleichen Maße erhitzt, da jeder Katalysator Gase sowohl aus der ersten wie auch aus der zweiten Zylindergruppe erhält.
Wenn jedoch ein solcher Ansatz bei einem V-10-Motor eingesetzt wird (beispielsweise mit einem System in der Form von Fig. 2D), dann liefern die Zylindergruppen Abgas lediglich zu unterschiedlichen Bänken von Katalysatoren. Demzufolge kann sich eine Bank auf eine andere Temperatur erhitzen als die andere. In diesem Fall wird die Routine entsprechend periodisch geändert (beispielsweise nach einer vorbestimmten Zeitdauer oder Anzahl von Motorumdrehungen usw.), um den Zylindergruppenbetrieb entsprechend zu ändern. Mit anderen Worten, wird, wenn die Routine so startet, daß die erste Gruppe mit mehr Spätzündung arbeitet als die zweite Gruppe, nach der genannten Dauer die zweite Gruppe mit mehr Spätzündung als die erste Gruppe betrieben usw. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Erhitzung des Abgassystems erreicht.
Wenn so gearbeitet wird, wie dies in bezug auf Fig. 13A beschrieben wurde, arbeitet der Motor im wesentlichen im stöchiometrischen Verhältnis oder unter dem stöchiometrischen Verhältnis. Jedoch kann, wie nachstehend unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 13E bis 13G beschrieben, das Luft-/Kraftstoffverhältnis der Zylindergruppen auch auf andere Werte eingestellt werden.
Weiter ist anzumerken, daß alle Zylinder der ersten Zylindergruppe nicht notwendigerweise mit genau dem gleichen Zündzeitpunkt arbeiten. Es können vielmehr leichte Abweichungen vorliegen (beispielsweise mehrere Grad), um Unterschiede von Zylinder zu Zylinder zu berücksichtigen. Dies gilt auch für sämtliche Zylinder der zweiten Zylindergruppe. Des weiteren kann es im Prinzip mehr als zwei Zylindergruppen geben, und die Zylindergruppen können auch nur einen Zylinder umfassen. Jedoch gibt es bei dem einen spezifischen Beispiel eines V-8-Motors, der wie in Fig. 2 konfiguriert ist, zwei Gruppen mit jeweils vier Zylindern. Des weiteren können die Zylindergruppen zwei oder mehr Zylinder umfassen.
Weiter ist anzumerken, daß die Motorzylinder-Luft-/Kraftstoffverhältnisse während des Betriebs nach Fig. 13A wie oben beschrieben auf verschiedene Werte eingestellt werden können. In einem besonderen Beispiel werden sämtliche Zylinder im wesentlichen mit dem stöchiometrischen Verhältnis betrieben. Bei einem anderen Beispiel arbeiten sämtliche Zylinder leicht unterhalb des stöchiometrischen Verhältnisses. Bei einem noch weiteren Beispiel werden die Zylinder mit stärkerer Spätzündung leicht unterhalb des stöchiometrischen Verhältnisses und die Zylinder mit weniger Spätzündung etwas fetter betrieben als es dem stöchiometrischen Verhältnis entspricht. Des weiteren wird bei diesem Beispiel das Gesamt-Luft-/Kraftstoffverhältnis des Gemischs auf etwas magerer als das stöchiometrische Verhältnis gestellt. Mit anderen Worten werden die mageren Zylinder mit der stärkeren Spätzündung mager genug eingestellt, so daß es mehr Überschußsauerstoff als überschüssige fette Gase aus den mit weniger Spätzündung arbeitenden, fett laufenden Zylindergruppen gibt. Der Betrieb nach diesem alternativen Ausführungsbeispiel wird nachstehend detaillierter unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 13E, 13F, 13G und andere beschrieben.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden zwei unterschiedliche Katalysator-Erhitzungsmodi vorgesehen. Beim ersten Modus arbeitet der Motor so, daß einige Zylinder mehr Spätzündung haben als andere. Wie oben beschrieben erlaubt es dies, daß die Zylinder mit beträchtlich höherer Last arbeiten (beispielsweise bis zu 70% Luftladung), da die Zylinder mit mehr Spätzündung wenig Drehmoment erzeugen. Damit können die im Vergleich zu anderen mit weniger Spätzündung arbeitenden Zylinder mehr Spätzündung aushalten, als wenn sämtliche Zylinder mit im wesentlichen der gleichen Spätzündung arbeiten würden und gleichzeitig eine stabile Verbrennung liefern. Dann produzieren die verbleibenden Zylinder große Mengen an Hitze, und die instabile Verbrennung hat minimale Geräusch-, Vibrations- und Rauheitswirkungen (NVH), da in diesen Zylindern sehr wenig Drehmoment erzeugt wird. Bei dieser ersten Betriebsart kann das Luft-/Kraftstoffverhältnis der Zylinder auf leicht unterhalb des stöchiometrischen Verhältnisses oder andere Werte, wie oben beschrieben, eingestellt werden.
In einem zweiten Modus arbeitet der Motor so, daß sämtliche Zylinder im wesentlichen den gleichen Zündzeitpunkt haben, welcher bis in die Nähe des Verbrennungsstabilitätsgrenzwertes nach spät verstellt ist. Während dies zu weniger Hitze führt, bietet es verbesserte Kraftstoffökonomie. Des weiteren werden die Zylinder in der Nähe des stöchiometrischen Verhältnisses oder etwas unterhalb des stöchiometrischen Verhältnisses betrieben. Auf diese Weise wird nach dem Anlaufen des Motors dem Katalysator dadurch maximale Hitze zugeführt, daß der Motor beispielsweise in der ersten Betriebsart betrieben wird, bis eine bestimmte Zeitdauer vergeht oder eine bestimmte Temperatur erreicht wird. Dann wird der Motor so umgestellt (beispielsweise wie hierin nachstehend beschrieben), daß sämtliche Zylinder im wesentlichen die gleiche Spätzündung haben. Dann wird, nachdem der Katalysator eine höhere Temperatur erreicht hat oder eine weitere bestimmte Zeitdauer vergangen ist, der Motor so umgestellt, daß er in der Nähe des optimalen Zündzeitpunktes arbeitet.
Unter Bezugnahme auf Fig. 13B wird nunmehr eine Routine für den Übergang von und zu der Schnellheizungsstrategie der Fig. 13A beschrieben. Die Routine der Fig. 13B wird durch Schritt 1314 der Fig. 13A aufgerufen. Mit anderen Worten liefert die Routine das folgende Vorgehen: Zunächst wird der Motor gestartet, indem sämtliche Zylinder so betrieben werden, daß sie ein Luft- und Kraftstoffgemisch verbrennen, und zweitens wird, nachdem die Motorzylinder synchron zünden oder die Motordrehzahl einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat (und während die Katalysatortemperatur unterhalb einer gewünschten Ansprechtemperatur liegt), der Motor so umgestellt, daß er mit einer Gruppe von stark nach spät verstellten Zylindern und einer zweiten Gruppe von Zylindern mit nur so wenig Spätzündung arbeitet, wie dies hinsichtlich akzeptabler Verbrennung im Motor und minimaler Motorvibrationen toleriert werden kann. Wie oben beschrieben kann die Zylindergruppe mit einer stärker nach spät verstellten Zündung, beispielsweise mit zusätzlichen 10 Grad Spätzündung gegenüber der weniger nach spät verstellten Zylindergruppe, betrieben werden. Jedoch ist dies nur ein Beispiel, und die Differenz kann verschiedene Werte, wie z. B. 5 Grad, 10 Grad, 15 Grad, 20 Grad, 30 Grad usw. betragen.
Es ist des weiteren anzumerken, daß bei dieser Ausführungsform beide Zylindergruppen im wesentlichen im stöchiometrischen Verhältnis oder etwas unterhalb des stöchiometrischen Verhältnisses arbeiten. Weiter ist anzumerken, daß das Einrücken/Ausrücken des Klimakompressors während dieser Übergänge deaktiviert werden kann.
Unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 13B wird nunmehr im Schritt 1320 eine Feststellung dahingehend getroffen, ob im Schritt 1312 der Schnellheizungs- Modus über eine positive Antwort angefordert wurde. Mit anderen Worten überprüft die Routine, ob das Flag (ph_enable_flg) auf 1 gestellt ist. Lautet im Schritt 1320 die Antwort Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 1322, wo ein erster Timerwert für Anstiegszeit/Abfallzeit (ph_ramp_tmr1) auf null gestellt wird. Dann bestimmt im Schritt 1324 die Routine, ob der erste Timerwert für Anstiegszeit/Abfallzeit größer ist als ein erster Anstiegs-/Abfallgrenzwert (rmp_lim_1). Lautet im Schritt 1324 die Antwort Nein, geht die Routine weiter zu Schritt 1326, wo verschiedene Operationen ausgeführt werden. Insbesondere inkrementiert die Routine im Schritt 1326 den ersten Timerwert für Anstiegszeit/Abfallzeit, berechnet den vorübergehenden Spätzündungswert (spar_ret_tmp) auf der Grundlage der im Hinblick auf die Stabilität maximal möglichen Spätzündung, die toleriert werden kann (max_stable_ret), und den ersten Timerwert für Anstiegszeit/Abfallzeit und den ersten Anstiegs-/Abfallzeitgrenzwert. Des weiteren berechnet die Routine den Zündzeitpunkt für die erste und zweite Gruppe (spk_grp_1, spk_grp_2) auf der Grundlage des optimalen Zündzeitpunktes (MBT_spk) und des temporären Zündwertes. Des weiteren fährt die Routine den Luftstrom hoch, um diesen zu erhöhen. Alternativ geht die Routine direkt weiter zu Schritt 1328, wenn die Antwort im Schritt 1324 Ja lautet.
Im Schritt 1328 setzt die Routine den Zündzeitpunkt der ersten und zweiten Zylindergruppe wie folgt: Der Zündzeitpunkt der zweiten Zylindergruppe wird stark nach spät verstellt (beispielsweise -29°) und der Zündzeitpunkt der ersten Zylindergruppe wird um einen Wert (spk_add_tq) nach oben verstellt, welcher notwendig ist, um die Abnahme des Motordrehmoments auszugleichen, die dadurch verursacht wird, daß die zweite Zylindergruppe auf einen stark nach spät verstellten Wert eingestellt wird. Des weiteren wird im Schritt 1328 der zweite Timerwert für Anstiegszeit/Abfallzeit auf null gestellt.
Als nächstes stellt die Routine im Schritt 1330 fest, ob der zweite Timer für Anstiegszeit/Abfallzeit (Rmp_tmr_2) größer ist als eine Grenzzeit (Rmp_lim_2). Lautet im Schritt 1330 die Antwort Nein, geht die Routine weiter zu Schritt 1332. Im Schritt 1332 wird der Zündzeitpunkt der ersten Zylindergruppe auf der Grundlage des Timerwertes für Anstiegszeit/Abfallzeit graduell zurückgenommen. Des weiteren werden der zweite Timerwert für Anstiegszeit/Abfallzeit inkrementiert und der Luftstrom graduell erhöht. Alternativ endet die Routine, wenn die Antwort im Schritt 1330 Ja lautet.
Auf diese Weise ist es möglich, von einem Betrieb sämtlicher Zylinder mit im wesentlichen gleichem Zündzeitpunkt zu einem Betrieb überzugehen, bei dem eine erste Gruppe von Zylindern stark verzögert gezündet wird und eine zweite Gruppe von Zylindern ein höheres Motordrehmoment erzeugt, als wenn alle Zylinder im wesentlichen mit normalem Zündzeitpunkt arbeiten würden. Die Routine der Fig. 13B ist unter Berücksichtigung der Graphiken der Fig. 13C besser zu verstehen. Die Graphik zeigt den Luftdurchsatz des Motors, den Zündzeitpunkt für die beiden Zylindergruppen versus Zeitablauf. Der Zündzeitpunkt für die Zylindergruppen 1 und 2 wird in den Fig. 13C(2) bzw. 13C(3) gezeigt. Vor dem Zeitpunkt t0 steht der Motor. Zum Zeitpunkt t0 wird der Motor durchgedreht/gestartet. Anschließend hat der Motor zum Zeitpunkt t1 eine vorbestimmte Motordrehzahl erreicht, und sämtliche Zylinder werden synchron gezündet. Zum Zeitpunkt t1 wird der Luftdurchsatz graduell erhöht, während der Zündzeitpunkt beider Zylindergruppen bezogen auf den optimalen (mbt) Zeitpunkt nach spät verstellt wird. Anschließend sind zum Zeitpunkt t2 beide Zylinder bis zum Verbrennungsstabilitätsgrenzwert (beispielsweise 0°) nach spät verstellt worden. Bis zu diesem Punkt werden sämtliche Zylinder gezündet und geben im wesentlichen ähnliche Motorleistung ab. Zum Zeitpunkt t2 wird der Zündzeitpunkt der zweiten Zylindergruppe rasch sehr stark nach spät verstellt (beispielsweise -29°), wie dies in Fig. 13C(3) gezeigt wird. Analog wird zu diesem Zeitpunkt der Zündzeitpunkt der ersten Zylindergruppe rasch zum optimalen Zündzeitpunkt zurückgeführt, wie dies in Fig. 13C(2) gezeigt wird. Insbesondere beruht der Umfang dieser raschen Änderung (des Zündzeitpunktes) der ersten Zylindergruppe auf dem Wert der Drehmomentsteigerung, welcher erforderlich ist, um die durch die Spätzündung der zweiten Zylindergruppe verursachte Drehmomentabnahme aufzuheben. Anschließend wird zum Zeitpunkt t3 der Zündzeitpunkt der ersten Zylindergruppe graduell in Richtung auf die Stabilitätsgrenze zurückgeführt, während der Luftdurchsatz wiederum graduell gesteigert wird, um das Motordrehmoment bis zum Zeitpunkt t4 aufrecht zu erhalten. So ist es erfindungsgemäß möglich, den Luftdurchsatz (über die Drosselklappe oder sonstige Parameter, wie z. B. variable Nockensteuerung) anzupassen, während, wie oben beschrieben, der Zündzeitpunkt so angepaßt wird, daß der Motor so umgestellt wird, daß er mit einigen stark nach spät verstellten Zylindern und anderen lediglich bis zu einem vorbestimmten Schwellenwert nach spät verstellten Zylindern arbeitet, während das Motordrehmoment im wesentlichen konstant gehalten wird. Der Rest der Fig. 13C wird hierin nachstehend im Anschluß an die Beschreibung der Umkehrübergänge in Fig. 13D beschrieben.
Unter Bezugnahme auf Fig. 13D wird nunmehr eine Routine für den Übergang vom Betrieb, bei dem einige Zylindergruppen einen stärker nach spät verstellten Zündzeitpunkt haben als die anderen, zu einem Betrieb, bei dem die anderen Zylinder im wesentlichen den gleichen Zündzeitpunkt haben, beschrieben. Insbesondere wird die Routine der Fig. 13D durch Schritt 1314 der Fig. 13A aufgerufen. Zunächst stellt die Routine im Schritt 1340 fest, ob das Schnellheizungs-Flag auf null gestellt wird. Ist die Antwort im Schritt 1340 Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 1342. Im Schritt 1342 stellt die Routine den zweiten Timerwert für Anstiegszeit/Abfallzeit auf null. Anschließend bestimmt die Routine im Schritt 1344, ob der zweite Timerwert für Anstiegszeit/Abfallzeit größer ist als ein zweiter Anstiegs-/Abfallgrenzwert. Lautet im Schritt 1344 die Antwort Nein, geht die Routine weiter zu Schritt 1346. Im Schritt 1346 inkrementiert die Routine den zweiten Timerwert für Anstiegszeit/Abfallzeit und stellt den Zündzeitpunkt für die erste stufenweise zu verstellende Zylindergruppe auf der Grundlage des zweiten Timerwertes für Anstiegszeit/Abfallzeit und des ersten Anstiegs-/Abfallgrenzwertes und führt des weiteren eine Zündzeitpunktanpassung auf der Grundlage der Drehmomentänderung aus. Des weiteren nimmt die Routine den Luftdurchsatz zurück. Als nächstes setzt die Routine im Schritt 1350 die ersten und zweiten Zündzeitpunkte wie in der Figur gezeigt. Des weiteren setzt die Routine den ersten Timerwert für Anstiegszeit/Abfallzeit auf null. Insbesondere ändert die Routine den ersten Zündzeitpunkt sprunghaft auf der Grundlage des zusätzlichen Drehmoments oder führt ihn an die Stabilitätsgrenze heran. Als nächstes bestimmt die Routine im Schritt 1352, ob der erste Timerwert für Anstiegszeit/Abfallzeit einen höheren Wert hat als der erste Timer-Grenzwert. Lautet im Schritt 1352 die Antwort Nein, geht die Routine weiter zu Schritt 1354. Im Schritt 1354 setzt die Routine den Zündzeitpunkt der ersten und zweiten Zylindergruppe wie beschrieben und inkrementiert des weiteren den ersten Timerwert für Anstiegszeit/Abfallzeit und erhöht weiter den Luftdurchsatz.
Der Betrieb nach Fig. 13D ist umfassender zu verstehen, indem erneut Fig. 13C betrachtet wird. Wie oben beschrieben arbeitet der Motor zum Zeitpunkt t4 mit einem hohen Luftdurchsatz, wobei die erste Zylindergruppe eine Spätzündung an der Stabilitätsgrenze hat, während die zweite Zylindergruppe einen Zündzeitpunkt hat, der über die Stabilitätsgrenze hinaus stark verzögert ist, wodurch dem Motorauspuff Hitze zugeführt wird. Zum Zeitpunkt t5 nimmt die Routine den Motorluftdurchsatz zurück, während der Zündzeitpunkt in der ersten Zylindergruppe bis zum Zeitpunkt t6 bis zum optimalen Zündzeitpunkt erhöht wird. Anschließend springt die Routine zum Zeitpunkt t7 mit dem Zündzeitpunkt der ersten Zylindergruppe in Richtung auf die Stabilitätsgrenze, während gleichzeitig der Zündzeitpunkt in der zweiten Zylindergruppe sprunghaft an die Stabilitätsgrenze herangeführt wird. Anschließend wird vom Zeitpunkt t7 zum Zeitpunkt t8 der Motorluftdurchsatz weiter zurückgenommen, während der Zündzeitpunkt bei beiden Zylindergruppen in Richtung auf den optimalen Zündzeitpunkt geführt wird. Auf diese Weise geht die Routine über zum Betrieb sämtlicher Zylinder mit im wesentlichen dem gleichen Zündzeitpunkt in der Nähe des optimalen Zündzeitpunktes.
Unter Bezugnahme auf Fig. 13E wird nunmehr eine Routine zur Umstellung des Motor-Luft-/Kraftstoffverhältnisses beschrieben, nachdem der Motor zu einem Betrieb übergegangen ist, bei dem eine Gruppe von Zylindern einen stärker nach spät verstellten Zündzeitpunkt hat als eine andere Gruppe von Zylindern. Insbesondere beschreibt die Routine, wie vom Betrieb mit einer Zylindergruppe mit einem leichten Versatz nach fett und der anderen Zylindergruppe mit einem leichten Versatz nach mager übergegangen wird. Des weiteren werden die Werte des Versatzes nach mager und fett so gewählt, daß das gesamte Luft-/Kraftstoffverhältnis des Gemischs von Gasen aus der ersten und der zweiten Zylindergruppe etwas magerer ist als das stöchiometrische Verhältnis, beispielsweise zwischen dem .1 und dem 1. Luft-/Kraftstoffverhältnis. Zunächst bestimmt die Routine im Schritt 1360, ob der Motor aktuell im Schnellheizungs-Modus arbeitet (wobei eine Zylindergruppe mit einer stärkeren Spätzündung arbeitet als eine andere Zylindergruppe). Lautet im Schritt 1360 die Antwort Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 1361, wo der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Timer (ph_lam_tmr1) auf null gestellt wird. Anschließend geht die Routine weiter zu Schritt 1362, wo eine Feststellung getroffen wird, ob der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Timerwert größer ist als ein erster Grenzwert (ph_lam_tim1). Lautet im Schritt 1362 die Antwort Nein, geht die Routine weiter zu Schritt 1363. Im Schritt 1363 wird der Timerwert inkrementiert, und die gewünschten Luft-/Kraftstoffverhältnisse (lambse_1, lambse2) der ersten und der zweiten Zylindergruppe werden an die gewünschten Werte herangeführt, während der Luftdurchsatz so angepaßt wird, daß das Motordrehmoment im wesentlichen konstant gehalten wird. Insbesondere wird der Motorluftdurchsatz erhöht, während die Luftdurchsatzverhältnisse nach oben verändert werden. Insbesondere wird das Drehmomentverhältnis (tq_ratio) unter Verwendung der Funktion 623 berechnet. Die Funktion 623 enthält Motorkennfelddaten, die ein Verhältnis zwischen dem Motordrehmomentverhältnis und dem Luft-/Kraftstoffverhältnis liefern. Somit ist es aufgrund dieser Funktion und der im Schritt 1363 beschriebenen Gleichungen möglich, den zur Aufrechterhaltung eines im wesentlichen konstanten Motordrehmoments bei Veränderung der Verbrennungs-Luft-/Kraftstoffverhältnisse erforderlichen Luftdurchsatz zu berechnen. Anschließend wird im Schritt 1364 der Timer auf null zurückgesetzt.
Somit erfolgt, wie in Fig. 13E oben beschrieben, der Übergang des Motors vom Betrieb sämtlicher Zylinder mit im wesentlichen gleichen Luft-/Kraftstoffverhältnis (wobei eine Zylindergruppe bei einem stärker verzögerten Zündzeitpunkt arbeitet als die anderen) zum Betrieb einer ersten Zylindergruppe, die mit einem ersten Zündzeitpunkt und einem ersten leicht fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis arbeitet und einer zweiten Zylindergruppe, die mit einem zweiten Zündzeitpunkt, der gegenüber dem ersten Zündzeitpunkt wesentlich verzögert ist, und einem zweiten Luft-/Kraftstoffverhältnis, das etwas magerer ist als das stöchiometrische Verhältnis, arbeitet. Dieser Vorgang ist besser zu verstehen, indem der erste Teil der Fig. 13G betrachtet wird. Insbesondere zeigt Fig. 13G(1) den oben beschriebenen Übergang des Zündzeitpunktes unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 13B. Fig. 13G(2) zeigt einen Luft-/Kraftstoffverhältnis-Übergang nach Fig. 13E. Anzumerken ist, daß die gewünschte Luftdurchsatzanpassung, die durchgeführt wird, um die Veränderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses der ersten und zweiten Zylindergruppe zu kompensieren, unter bestimmten Bedingungen bewirken kann, daß der Luftdurchsatz erhöht wird, während sie unter anderen Bedingungen bewirkt, daß der Luftdurchsatz abnimmt. Mit anderen Worten kann es Bedingungen geben, die es erfordern, den Motorluftdurchsatz zu erhöhen, um im wesentlichen das gleiche Motordrehmoment aufrechtzuerhalten, während es auch andere Bedingungen geben kann, die es erfordern, den Motorluftdurchsatz zu mindern, um das Motordrehmoment im wesentlichen konstant zu halten. Fig. 13G(3) wird nachstehend im Anschluß an eine Beschreibung der Fig. 13F umfassender beschrieben.
Unter Bezugnahme auf Fig. 13F wird nunmehr eine Routine zum Übergang aus dem Betrieb mit gesplittetem Luft-/Kraftstoffverhältnis heraus beschrieben. Zunächst bestimmt die Routine im Schritt 1365, ob der Motor im Schnellheizungs- Modus arbeitet, indem sie das Flag (ph_running_flg) überprüft. Lautet die Antwort im Schritt 1365 Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 1366, wo der zweite Luft-/Kraftstoffverhältnis-Timer (ph_lam_tmr2) auf null gestellt wird. Als nächstes bestimmt die Routine im Schritt 1367, ob der Timerwert größer ist als ein Grenzwert (ph_lam_tim2). Lautet die Antwort im Schritt 1367 Nein, geht die Routine weiter zu Schritt 1368.
Im Schritt 1368 wird der Timer inkrementiert, und das gewünschte Luft-/Kraftstoffverhältnis der ersten und zweiten Zylindergruppe (lambse_1, lambse_2) wird so berechnet, daß das Motordrehmoment im wesentlichen konstant gehalten wird. Des weiteren wird auf der Grundlage des Drehmomentverhältnisses und der Funktion 623 der gewünschte Luftdurchsatz berechnet. Des weiteren werden diese gewünschten Luft-/Kraftstoffverhältnisse auf der Grundlage der gewünschten Werte des Versatzes nach fett und mager (rich_bias, lean_bias) berechnet. Entsprechend werden in einer zum Schritt 1363 ähnlichen Weise die Luft-/Kraftstoffverhältnisse nach oben verändert, während der Luftdurchsatz ebenfalls graduell angepaßt wird. Ebenso wie im Schritt 1363 kann das gewünschte Luft-/Kraftstoffverhältnis in Abhängigkeit von Betriebszuständen zunehmen oder abnehmen. Schließlich wird im Schritt 1369 der Timer auf null zurückgesetzt.
Der Betrieb nach Fig. 13F kann durch Fortfahren des Betrachtens der zweiten Hälfte der Graphik in Fig. 13G besser verstanden werden. In Fortsetzung der Beschreibung von Fig. 13G im Anschluß an das Vorstehende (wird erklärt), daß die Figur nach der Luft-/Kraftstoff-Übergangs- zur gesplitteten Luft-/Kraftstoff- Betriebsart einen Übergang aus der gesplitteten Luft-/Kraftstoffverhältnis- Betriebsart heraus zeigt, wobei die gewünschten Luft-/Kraftstoffverhältnisse stufenweise an einen gemeinsamen Wert herangeführt werden. Analog wird der Luftdurchsatz angepaßt, um das Motordrehmoment zu kompensieren.
Unter Bezugnahme auf Fig. 13H wird nun eine Routine zur Regelung der Motorleerlaufdrehzahl während des Schnellheizungs-Modus beschrieben. Mit anderen Worten beschreibt Fig. 13H die Steuerungsanpassungen, die durchgeführt werden, nachdem der Motor durch Zünden sämtlicher Zylinder gestartet wurde und anschließend auf den Betrieb mit einer ersten Gruppe von Zylindern mit mehr Spätzündung als bei einer zweiten Gruppe von Zylindern umgestellt wurde, um die Leerlaufdrehzahl während dieses Vorgangs aufrechtzuerhalten. Zunächst bestimmt die Routine im Schritt 1370, ob der Motor sich im Leerlaufdrehzahlregelmodus befindet. Lautet die Antwort im Schritt 1370 Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 1371, wo eine Feststellung dahingehend getroffen wird, ob der Motor im Schnellheizungs-Modus arbeitet, indem ein Flag (ph_running_flg) überprüft wird. Lautet die Antwort im Schritt 1371 Ja, arbeitet der Motor mit einer ersten Zylindergruppe mit mehr Spätzündung als bei einer zweiten Gruppe von Zylindern. Lautet im Schritt 1371 die Antwort Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 1372 und berechnet einen Motordrehzahlfehler zwischen einer gewünschten Motorleerlaufdrehzahl und einer gemessenen Motorleerlaufdrehzahl. Anschließend berechnet die Routine im Schritt 1373 auf der Grundlage des Drehzahlfehlers einen Luftdurchsatzanpassungswert und des weiteren eine Anpassung des Zündzeitpunktes der ersten Zylindergruppe auf der Grundlage des Drehzahlfehlers. Mit anderen Worten paßt die Routine den Luftdurchsatz so an, daß er erhöht wird, wenn die Motordrehzahl unter den gewünschten Wert abfällt, und paßt den Luftdurchsatz so an, daß er zurückgenommen wird, wenn die Motordrehzahl über den gewünschten Wert ansteigt. Wenn analog die Motordrehzahl unter den gewünschten Wert abfällt, wird der Zündzeitpunkt der ersten Zylindergruppe (spk_grp_1) nach früh in Richtung auf den Zeitpunkt für optimale Emissionen verstellt. Wenn des weiteren die Motordrehzahl über den gewünschten Wert ansteigt, wird der Zündzeitpunkt der ersten Zylindergruppe vom optimalen Zündzeitpunkt weg nach spät verstellt.
Lautet die Antwort im Schritt 1371 Nein, geht die Routine weiter zu Schritt 1374 und berechnet einen Motorleerlaufdrehzahlfehler. Anschließend paßt die Routine im Schritt 1374 den Luftdurchsatz auf der Grundlage des Drehzahlfehlers ebenso an, wie sie auf der Grundlage des Drehzahlfehlers den Zündzeitpunkt sowohl der ersten wie auch der zweiten Zylindergruppe anpaßt. Mit anderen Worten paßt die Routine, wenn der Motor nicht im Schnellheizungs-Modus arbeitet, den Zündzeitpunkt sämtlicher Zylinder so an, daß die Motorleerlaufdrehzahl gehalten wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 13K wird nun eine alternative Ausführungsform der in Fig. 13H beschriebenen Routine beschrieben. Die Schritte 1380, 1381, 1382, 1386 und 1387 entsprechen den Schritten 1370, 1371, 1372, 1374 und 1375 der Fig. 13H. Jedoch hat die Routine in Fig. 13K eine zusätzliche Prüffunktion, um festzustellen, ob die Einstellmöglichkeiten des Zündzeitpunktes der ersten Zylindergruppe einen Grenzwert erreicht haben. Insbesondere bestimmt die Routine im Schritt 1384, ob der erste Zündzeitpunkt (spk_grp_1) größer ist als der optimale Zündzeitpunkt (MBT-SPK). Mit anderen Worten bestimmt die Routine, ob der Zündzeitpunkt der ersten Zylindergruppe bis an den maximalen Zündzeitpunktgrenzwert nach früh verstellt wurde. Lautet die Antwort im Schritt 1384 Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 1385 und stellt den Zündzeitpunkt der ersten Zylindergruppe auf den optimalen Zündzeitpunkt und berechnet auf der Grundlage eines Drehzahlfehlers die Anpassung an den Zündzeitpunkt der zweiten Zylindergruppe.
Mit anderen Worten wird, wenn der Motor unter Last arbeitet und der Luftdurchsatz des Motors und die Einstellung des Zündzeitpunktes der ersten Zylindergruppe im Vergleich zum optimalen Zündzeitpunkt unzureichend sind, um die gewünschte Leerlaufdrehzahl zu halten, dadurch von der zweiten Zylindergruppe zusätzliches Drehmoment geliefert, daß der Zündzeitpunkt in Richtung auf den optimalen Zündzeitpunkt nach früh verstellt wird. Während dies die erzeugte Motorwärme mindert, geschieht dies doch nur während einer kurzen Zeit, um die Motorleerlaufdrehzahl zu halten, und hat demzufolge lediglich eine minimale Auswirkung auf die Katalysatortemperatur. Demzufolge ist es erfindungsgemäß möglich, sehr rasch eine sehr starke Zunahme des Motordrehmoments zu bewirken, da der Motor zwischen der ersten und der zweiten Zylindergruppe eine beträchtliche Verzögerung des Zündzeitpunktes aufweist.
Es ist anzumerken, daß Fig. 13C den Betrieb zeigt, bei dem das gewünschte Motordrehmoment im wesentlichen konstant ist. Jedoch können die Routinen der Fig. 13A, 13B und anderer so angepaßt werden, daß eine Änderung bei der gewünschten Motorleistung dadurch kompensiert wird, daß der Motorluftdurchsatz so angepaßt wird, daß die gewünschte Motorleistung geliefert wird. Das heißt, der Luftdurchsatz kann einen zweiten Anpassungswert haben, um den Motorluftdurchsatz in bezug auf die gezeigten Werte zu erhöhen oder zu mindern, um einer solchen Anforderung zu genügen. Mit anderen Worten kann die gewünschte Motorleistung während der sehr kurzen Übergangszeit im wesentlichen konstant gehalten werden, wenn dies gewünscht wird, oder aber durch weitere Anpassung des Luftdurchsatzes des Motors im Vergleich zu dem gezeigten erhöht oder gemindert werden.
Es ist anzumerken, daß bei den oben beschriebenen Vorgängen zur Leerlaufregelung die Luft-/Kraftstoff- oder Zündzeitpunktübergänge dadurch geglättet werden können, daß eine Motorlast, wie z. B. ein Klimakompressor, aktiviert oder deaktiviert wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 13I werden nunmehr mehrere Beispiele des Betriebes eines Motors beschrieben, um den Betrieb nach der vorliegenden Erfindung und die entsprechenden Vorteile näher zu erläutern. Diese Beispiele stellen schematisch den Motorbetrieb mit unterschiedlichen Werten von Luft, Kraftstoff und Zündzeitpunkt dar. Die Beispiele zeigen schematisch einen Zylinder einer ersten Zylindergruppe und einen Zylinder einer zweiten Zylindergruppe. Bei Beispiel 1 arbeiten die ersten und zweiten Zylindergruppen im wesentlichen mit dem gleichen Luftdurchsatz, der gleichen Kraftstoffeinspritzung und dem gleichen Zündzeitpunkt. Insbesondere bewirken die ersten und zweiten Zylindergruppen einen Luftdurchsatzwert (a1), haben eine Kraftstoffeinspritzmenge (f1) und haben einen Zündzeitpunkt (spk1). Insbesondere arbeiten die Gruppen 1 und 2 beim Beispiel 1 mit Luft- und Kraftstoffmengen in einem im wesentlichen stöchiometrischen Verhältnis. Mit anderen Worten zeigt das schematische Diagramm, daß die Luftmenge und die Kraftstoffmenge im wesentlichen die gleichen sind. Des weiteren zeigt das Beispiel 1, daß der Zündzeitpunkt (spk 1) im Vergleich zum optimalen Zündzeitpunkt (MBT) nach spät verstellt ist. Diese Betriebsweise führt dazu, daß die erste und die zweite Zylindergruppe jeweils ein Motordrehmoment t1 erzeugen.
Beispiel 2 der Fig. 13I zeigt den erfindungsgemäßen Betrieb. Insbesondere ist der Zündzeitpunkt der zweiten Gruppe (spk2') wesentlich stärker nach spät verstellt als der Zündzeitpunkt der ersten Zylindergruppe des Beispiels 2 (spk2). Darüber hinaus sind die Luft- und Kraftstoffmengen (a2, f2) größer als die Luftmengen im Beispiel 1. Als Ergebnis des Betriebs nach Beispiel 2 erzeugt die erste Zylindergruppe ein Motordrehmoment (T2), während die zweite Zylindergruppe ein Motordrehmoment (T2') erzeugt. Mit anderen Worten erzeugt die erste Gruppe mehr Motordrehmoment, als wenn nach Beispiel 1 gearbeitet wird, da es mehr Luft und Kraftstoff zu verbrennen gibt. Weiter ist anzumerken, daß bei der ersten Zylindergruppe des Beispiels 2 bezogen auf den optimalen Zündzeitpunkt der Gruppe 1 des Beispiels 1 eine stärkere Verstellung des Zündzeitpunktes nach spät erfolgt. Weiter ist anzumerken, daß das Motordrehmoment aus der zweiten Zylindergruppe (T2') aufgrund eines im Vergleich zum optimalen Zündzeitpunkt stark nach spät verstellten Zündzeitpunktes geringer ist als das Motordrehmoment, das durch die erste und zweite Zylindergruppe des Beispiels 1 abgegeben wird. Das kombinierte Motordrehmoment aus der ersten und zweiten Zylindergruppe des Beispiels 2 kann im wesentlichen das gleiche sein wie das kombinierte Motordrehmoment bei den ersten und zweiten Zylindergruppen des Beispiels 1. Jedoch wird in Beispiel 2 aufgrund der starken Verstellung des Zündzeitpunktes nach spät in der zweiten Gruppe und wegen des nach spät verstellten Zündzeitpunktes der ersten, mit einer höheren Motorlast arbeitenden Gruppe beträchtlich mehr Abgaswärme erzeugt.
Unter Bezugnahme auf das Beispiel 3 der Fig. 13I wird nunmehr ein Betrieb nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Beispiel 3 wird zusätzlich zu den Anpassungen des Zündzeitpunktes die erste Zylindergruppe leicht fett gefahren, und die zweite Zylindergruppe wird leicht mager gefahren. Es ist weiterhin anzumerken, daß diese Zylindergruppen mit unterschiedlich fetten und mageren Werten betrieben werden können. Ein Betrieb nach dem dritten Beispiel erzeugt zusätzliche Hitze, da die Abgastemperatur hoch genug ist, so daß der Überschußkraftstoff der ersten Gruppe mit dem Überschußsauerstoff aus der zweiten Gruppe reagiert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 13J wird nun eine Graphik gezeigt, die den Motorluftdurchsatz versus Drosselklappenstellung zeigt. Nach dem Betrieb nach der Erfindung ist in einem besonderen Beispiel eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe mit dem Motor verbunden (beispielsweise anstelle einer mechanischen Drosselklappe und eines Leerlaufluftdurchtrittsventils). Fig. 13J zeigt, daß bei geringen Drosselklappenöffnungen eine Änderung der Drosselklappenstellung eine große Veränderung des Luftdurchsatzes bewirkt, während bei weit geöffneten Drosselklappenstellungen eine Änderung der Drosselklappenstellung eine relativ geringere Veränderung beim Luftdurchsatz bewirkt. Wie oben hierin beschrieben bewirkt ein Betrieb nach der Erfindung (beispielsweise der Betrieb einiger Zylinder bei einem stärker nach später verstellten Zündzeitpunkt als bei den anderen oder der Betrieb einiger Zylinder ohne Kraftstoffeinspritzung), daß die betreffenden Motorzylinder mit einer höheren Last arbeiten. Mit anderen Worten arbeitet der Motor mit einem höheren Luftdurchsatz und einer weiter geöffneten Drosselklappenstellung. Demzufolge ist die Neigung des Luftstroms zur Drosselklappenstellung bei dieser Betriebsart geringer, und damit wird die Steuerbarkeit von Luftdurchsatz und Drehmoment verbessert. Mit anderen Worten wird unter Berücksichtigung des Beispiels der Leerlaufdrehzahlregelung über Drosselklappenanpassungen die Leerlaufdrehzahl besser beim gewünschten Wert gehalten. Beispielsweise beträgt bei der Drosselklappenstellung (tp1) die Neigung, die den Luftdurchsatz und die Drosselklappenstellung verbindet, s1. Bei der Drosselklappenstellung (tp2) beträgt die Neigung S2, welche geringer ist als s1. Wenn somit der Motor so betrieben wird, daß sämtliche Zylinder im wesentlichen den gleichen Zündzeitpunkt haben, kann die Drosselklappenstellung um die Drosselklappenstellung (tp1) liegen. Wenn der Motor dagegen unter einer höheren Last arbeitet (da einige Zylinder mit mehr Spätzündung arbeiten als andere), kann dann der Motor um die Drosselklappenstellung (tp2) herum arbeiten. Entsprechend kann eine bessere Leerlaufregulierung erreicht werden.
Wie oben beschrieben wird die Motorleerlaufdrehzahlregelung dadurch bewerkstelligt, daß der Zündzeitpunkt während des Schnellheizungs-Modus angepaßt wird. Anzumerken ist, daß verschiedene alternative Ausführungsformen möglich sind. Beispielsweise könnte ein drehmomentbasierter Ansatz zur Leerlaufdrehzahlregelung verwendet werden. Bei diesem Ansatz wird aufgrund der gewünschten Motordrehzahl und des Motordrehzahlfehlers eine gewünschte Motorleistung (Drehmoment) berechnet. Anschließend können auf der Grundlage dieses gewünschten Motordrehmoments eine Luftdurchsatzanpassung und ein Wert zur Anpassung des Zündzeitpunktes berechnet werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 14 wird eine alternative Ausführungsform für das rasche Aufheizen des Abgassystems beschrieben. Anzumerken ist, daß die Routine der Fig. 14 auf verschiedene Systemkonfigurationen, wie z. B. Systeme, bei denen Abgase aus den Zylindergruppen sich an irgendeinem Punkt mischen, bevor sie in den aufzuheizenden Katalysator eintreten, anwendbar ist.
Zunächst bestimmt die Routine im Schritt 1410, ob das Start-Flag auf null gestellt ist. Anzumerken ist, daß, wenn das Start-Flag auf null gestellt wird, der Motor sich nicht im Start-Modus befindet. Lautet im Schritt 1410 die Antwort Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 1412. Im Schritt 1412 ermittelt die Routine, ob die Katalysatortemperatur (cat temp) oberhalb einer ersten Temperatur (temp1) und unterhalb einer zweiten Temperatur (temp2) liegt. Verschiedene Temperaturwerte können für temp1 und temp2 herangezogen werden, wie z. B. Einstellen von temp1 auf die Mindesttemperatur, die eine katalytische Reaktion zwischen fetten Gasen und Sauerstoff unterstützen kann, Einstellen von temp2 auf eine gewünschte Betriebstemperatur. Lautet die Antwort im Schritt 1412 Nein, paßt die Routine den Zündzeitpunkt des Motors (Spätzündung) nicht an.
Wenn im Gegensatz dazu die Antwort im Schritt 1412 Ja lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 1414. Im Schritt 1414 paßt die Routine den Motorbetrieb so an, daß mit einer Zylindergruppe gearbeitet wird, die Kraftstoffeinspritzung erhält und Luft ansaugt, wobei die zweite Gruppe Luft ansaugt und im wesentlichen kein Kraftstoff eingespritzt wird. Wenn insbesondere der Motor mit sämtlichen Zylindern gestartet wird (d. h. alle Zylinder werden aktuell gezündet), geht der Motor dazu über, daß nur einige Zylinder zünden, wie dies vorstehend unter besonderer Bezugnahme auf beispielsweise Fig. 3D(2) beschrieben wurde. Wenn demzufolge der Motor umgestellt wurde, werden die Zylinder, die Luft und Kraftstoff verbrennen, mit einem Luft-/Kraftstoffverhältnis betrieben, das fetter ist als das stöchiometrische Verhältnis. Jedoch wird das Luft-/Kraftstoffverhältnis der zündenden Zylinder nicht so fett eingestellt, daß die Mischung der verbrannten Gase mit der Luft aus den nicht verbrennenden Zylindern im wesentlichen fetter ist als es einem Wert in der Nähe des stöchiometrischen Verhältnisses entspricht. Mit anderen Worten wird das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Gemischs innerhalb einer Grenze (oberhalb/unterhalb) in der Nähe des stöchiometrischen Wertes gehalten. Als nächstes setzt die Routine im Schritt 1416 den Zündzeitpunkt für die zündenden Zylinder auf einen begrenzten Wert. Mit anderen Worten wird der Zündzeitpunkt für die zündenden Zylinder beispielsweise auf die maximale Spätzündung gesetzt, die bei der höheren Motorlast toleriert werden kann, wobei gleichzeitig akzeptable Motorsteuerung und Motorvibration ermöglicht werden.
Auf diese Weise können die fetten Verbrennungsgase aus den zündenden Zylindern sich mit dem Überschußsauerstoff in den Zylindern ohne eingespritzten Kraftstoff vermischen, um exothermische bzw. katalytische Hitze zu erzeugen. Des weiteren kann Hitze aus den zündenden Zylindern geliefert werden, die mit einer höheren Last arbeiten, als dies ansonsten der Fall wäre, wenn sämtliche Zylinder gezündet würden. Durch den Betrieb mit dieser höheren Last kann eine beträchtliche Spätzündung toleriert werden, während gleichzeitig eine akzeptable Motorleerlaufdrehzahlregelung und akzeptable Vibrationen gehalten werden. Des weiteren werden die Drosselverluste des Motors reduziert, da der Motor unter einer höheren Last arbeitet.
Weiter ist anzumerken, daß der Motor, wenn einmal die gewünschte Katalysatortemperatur oder Abgastemperatur erreicht wurde, wieder auf einen Betrieb, bei dem sämtliche Zylinder gezündet werden zurückgehen kann, wenn dies gewünscht wird. Wenn jedoch der Motor mit einer Abgasreinigungsvorrichtung verbunden ist, die NO_x im Magerbetrieb zurückzuhalten vermag, kann es wünschbar sein, den Betrieb in der Betriebsart fortzuführen, bei der einige Zylinder gezündet werden und andere Zylinder im wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff arbeiten. Wenn jedoch einmal die gewünschte Katalysatortemperatur erreicht wurde, kann das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Gemischs auf einen weit magereren Wert als das stöchiometrische Verhältnis eingestellt werden. Mit anderen Worten können die zündenden Zylinder mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis arbeiten, und der Zündzeitpunkt kann auf den Zündzeitpunkt für maximales Drehmoment eingestellt werden, während die übrigen Zylinder im wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff arbeiten.
Unter Bezugnahme auf Fig. 15 wird nun ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung für das Erhitzen des Abgassystems beschrieben. Bei diesem besonderen Beispiel betreibt die Routine den Motor in der Weise, daß die Abgasreinigungsvorrichtung so erhitzt wird, daß Schwefel (SO_x) entfernt wird, der die Abgasreinigungsvorrichtung kontaminiert hat. Im Schritt 1510 ermittelt die Routine, ob eine Entschwefelungsperiode aktiviert wurde. Beispielsweise wird eine Entschwefelungsperiode aktiviert, nachdem eine vorbestimmte Kraftstoffmenge verbraucht wurde. Lautet die Antwort im Schritt 1510 Ja, geht die Routine weiter zu Schritt 1512. Im Schritt 1512 geht die Routine vom Betrieb mit sämtlichen zündenden Zylindern zum Betrieb mit einigen zündenden Zylindern und anderen im wesentlichen ohne Kraftstoffeinspritzung arbeitenden Zylindern über. Des weiteren werden die zündenden Zylinder mit einem signifikant fetteren Luft-/Kraftstoffverhältnis betrieben, wie z. B. 0,65. Allgemein wird dieses fette Luft-/Kraftstoffverhältnis so fett wie möglich gewählt, aber nicht so fett, daß Rußbildung verursacht wird. Jedoch können auch weniger fette Werte gewählt werden. Als nächstes berechnet die Routine im Schritt 1514 einen Fehler beim Luft-/Kraftstoffverhältnis des Gemischs im Auspuffrohr des Abgassystems. Insbesondere wird ein Auspuffrohr-Luft-/Kraftstoffverhältnis-Fehler (TP_AF_err) auf der Grundlage der Differenz zwischen einem tatsächlichen Auspuffrohr-Luft-/Kraftstoffverhältnis (TPÄF) abzüglich eines gewünschten oder Set-Point-Luft-/Kraftstoffverhältnis (set_pt) berechnet. Anzumerken ist, daß das tatsächliche Luft-/Kraftstoffverhältnis und das Auspuff(-Luft-/Kraftstoffverhältnis) aufgrund einer im Auspuffrohr angeordneten Lambdasonde bestimmt oder auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen oder auf der Grundlage von im Motorauspuffgemessenen Luft-/Kraftstoffverhältnissen geschätzt werden können.
Als nächstes bestimmt die Routine im Schritt 1516, ob das Auspuff-Luft-/Kraftstoffverhältnis größer als null ist. Ist die Antwort im Schritt 1516 Ja, (d. h. also, es besteht ein Magerfehler), geht die Routine weiter zu Schritt 1518. Im Schritt 1518 wird der Luftdurchsatz in die im wesentlichen ohne Kraftstoffeinspritzung arbeitenden Zylindergruppe reduziert. Wenn im Gegensatz dazu die Antwort im Schritt 1516 Nein lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 1520, wo der Luftdurchsatz in die im wesentlichen ohne Kraftstoffeinspritzung arbeitende Zylindergruppe erhöht wird. Anzumerken ist, daß der Luftdurchsatz in die im wesentlichen ohne Kraftstoffeinspritzung arbeitende Zylindergruppe auf verschiedene Weise angepaßt werden kann. Beispielsweise kann er dadurch angepaßt werden, daß die Position der Ansaugdrosselklappe verändert wird. Dies ändert jedoch auch den Luftdurchsatz in den Luft und Kraftstoff verbrennenden Zylindern, und damit können weitere Maßnahmen ergriffen werden, um etwaige Auswirkungen auf das abgegebene Motordrehmoment zu minimieren. Alternativ kann der Luftdurchsatz dadurch angepaßt werden, daß die Nockensteuerzeiten/Öffnungsdauer der Ventile, welche mit der im wesentlichen ohne Kraftstoffeinspritzung arbeitende Zylindergruppe verbunden sind, verändert wird. Dies ändert den Luftdurchsatz in die Zylinder mit einer geringeren Auswirkung auf den Luftdurchsatz in die verbrennenden Zylinder. Als nächstes erfolgt im Schritt 1522 eine Feststellung, ob die Katalysatortemperatur die Entschwefelungstemperatur (desox_temp) erreicht hat. In diesem besonderen Beispiel stellt die Routine fest, ob die Temperatur im stromab gelegenen Katalysator (beispielsweise Katalysator 224) eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat. Des weiteren wird bei diesem besonderen Beispiel die Katalysatortemperatur (ntrap_temp) auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen geschätzt. Weiter ist anzumerken, daß bei diesem besonderen Beispiel der stromab angeordnete Katalysator besonders anfällig für Schwefelkontamination ist und daß es demzufolge gewünscht wird, aus diesem stromab gelegenen Katalysator den Schwefel zu entfernen. Jedoch könnte Schwefel auch stromauf gelegene Abgasreinigungsvorrichtungen kontaminieren, und die vorliegende Erfindung kann leicht verändert werden, um Hitze zu erzeugen, bis die Temperatur des stromauf gelegenen Katalysators dessen Entschwefelungstemperatur erreicht hat.
Lautet die Antwort im Schritt 1522 Ja, reduziert die Routine das Luft-/Kraftstoffverhältnis in den nicht verbrennenden Zylindern und den verbrennenden Zylindern. Wenn im Gegensatz dazu die Antwort im Schritt 1522 Nein lautet, verstellt die Routine den Zündzeitpunkt nach spät und erhöht den Gesamtluftdurchsatz, um mehr Hitze zu erzeugen.
Auf diese Weise wird aus der Mischung des verbrannten fetten Gasgemischs und des Sauerstoffs in dem Luftdurchsatz aus den im wesentlichen ohne Kraftstoffeinspritzung arbeitenden Zylindern Hitze erzeugt. Das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Gemischs wird dadurch angepaßt, daß der Luftdurchsatz durch den Motor verändert wird. Des weiteren kann zusätzliche Hitze dadurch erzeugt werden, daß der Zündzeitpunkt der verbrennenden Zylinder nach spät verstellt wird, wodurch der Gesamtluftdurchsatz erhöht wird, um die Motorleistung aufrecht zu erhalten.
Allgemein zusammengefaßt beschreibt die vorstehende Beschreibung ein System, das sich verschiedene unterschiedliche Phänomene zunutze macht. Zunächst wird in dem Maße, wie die Motorlast zunimmt, auch die Grenze der Magerverbrennung nach oben verschoben (oder der Motor ist ganz einfach fähig, mager zu arbeiten, während er es ansonsten nicht wäre). Mit anderen Worten kann der Motor in dem Maße, wie er unter höherer Last arbeitet, ein mageres oder magereres Luft-/Kraftstoffverhältnis tolerieren und trotzdem eine angemessene Verbrennungsstabilität aufweisen. Zweitens wird in dem Maße, wie die Motorlast zunimmt, auch die Zündzeitpunktstabilitätsgrenze nach oben verschoben. Mit anderen Worten kann der Motor in dem Maße, wie er unter höherer Last arbeitet, mehr Spätzündung vertragen und gleichwohl eine angemessene Verbrennungsstabilität bieten. Da die Erfindung verschiedene Verfahren zur Erhöhung der Motorlast von arbeitenden Zylindern bereitstellt, erlaubt sie bei gleicher Motorleistung ein stärker abgemagertes Luft-/Kraftstoffverhältnis oder einen späteren Zündzeitpunkt, wobei nach wie vor in einigen Zylindern eine stabile Motorverbrennung ermöglicht wird. So sind wie oben beschrieben sowohl die Spätzündungsstabilitätsgrenze wie auch die Magerverbrennungsstabilitätsgrenze eine Funktion der Motorlast.
Während die Erfindung im Detail beschrieben wurde, wird der Fachmann, an den sich diese Erfindung wendet, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Umsetzung der Erfindung erkennen, wie sie durch die folgenden Patentansprüche definiert wird.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines Motors, welcher mindestens erste und zweite Gruppen von Zylindern umfaßt, wobei der Motor mit einer Abgasreinigungsvorrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:
als Reaktion auf das Starten des Motors:
Betreiben der ersten Zylindergruppe bei einem ersten Zündzeitpunkt und fetter als das stöchiometrische Verhältnis, und
Betreiben der zweiten Zylindergruppe bei einem zweiten, gegenüber der genannten ersten Gruppe stärker nach spät verstellten Zündzeitpunkt und mit einem mageren Gemisch als dem stöchiometrischen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte erste Zündzeitpunkt bezogen auf einen Zündzeitpunkt für maximale Drehmomentabgabe nach spät verstellt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte zweite Zündzeitpunkt gegenüber dem genannten ersten Zündzeitpunkt um mehr als 10 Grad nach spät verstellt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Vorgang während der Leerlaufregelung des Motors ausgeführt wird.

5. Verfahren zur Steuerung eines Motors, welcher mindestens erste und zweite Gruppen von Zylindern umfaßt, wobei der Motor mit einer Abgasreinigungsvorrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:
als Reaktion auf das Starten des Motors:
zunächst Übergang zu:
dem Betrieb der ersten Zylindergruppe bei einem ersten Zündzeitpunkt, und
dem Betrieb der zweiten Zylindergruppe bei einem zweiten, gegenüber der genannten ersten Gruppe stärker nach spät verstellten Zündzeitpunkt,
anschließend Übergang zu:
dem Betrieb der ersten Gruppe bei dem genannten ersten Zündzeitpunkt und einem fetteren als dem stöchiometrischen Verhältnis, und
dem Betrieb der zweiten Gruppe bei dem genannten zweiten Zündzeitpunkt und einem magereren als dem stöchiometrischen Verhältnis.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte erste Zündzeitpunkt bezogen auf einen Zündzeitpunkt für maximale Drehmomentabgabe nach spät verstellt ist.