DE10328855A1 - Motorsteuerung für das Starten eines Fahrzeuges mit geringen Schadstoffemissionen - Google Patents

Motorsteuerung für das Starten eines Fahrzeuges mit geringen Schadstoffemissionen Download PDF

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James Michael Trenton Kems
Matthew John Dearborn Heights Gerhart
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Abstract

Ein Verfahren für das rasche Erhitzen einer Abgasreinigungsvorrichtung in einem Motorauspuff verwendet über eine Lufteinleitungsvorrichtung in den Auspuff zusätzlich eingeleitete Überschußluft. Nach einem Motorkaltstart wird der Motor so betrieben, daß die Auspuffkrümmertemperatur auf einen ersten vorbestimmten Wert erhöht wird, indem der Motor mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis und einem nach spät verstellten Zündzeitpunkt betrieben wird. Wenn der Auspuffkrümmer den vorbestimmten Temperaturwert erreicht, wird der Motor so umgestellt, daß er fett arbeitet, und zusätzliche Luft wird über die Lufteinleitungsvorrichtung eingeleitet. Diese zusätlich eingeleitete Luft und das fette Abgas verbrennen im Auspuff, wodurch Hitze erzeugt und die Katalysatortemperatur sogar noch schneller erhöht wird. Der fette Betrieb und die Überschußluft werden fortgesetzt, bis entweder der Motorluftdurchsatz über einen vorgewählten Wert hinaus zunimmt oder die Abgasreinigungsvorrichtung einen gewünschten Temperaturwert erreicht. Nachdem die Abgasreinigungsvorrichtung die gewünschte Temperatur erreicht hat, wird der Motor im wesentlichen um das stöchiometrische Verhältnis herum betrieben. Des weiteren wird ein Verfahren für das adaptive Lernen des Pumpenluftstroms unter Verwendung von Rückmeldung aus einer Lambdasonde beschrieben.

Description

  • Verwandte Anmeldungen
  • Die vorliegende Anmeldung ist verbunden mit der gleichzeitig anhängigen Anmeldung mit der Seriennummer _______, Anwaltsakte 202-0474, mit dem Titel „ADAPTIVE MOTORSTEUERUNG FÜR DAS STARTEN EINES FAHRZEU-GES MIT GERINGEN SCHADSTOFFEMISSIONEN", die am gleichen Tag wie diese Anmeldung eingereicht wurde und die den gleichen Zessionär hat wie die vorliegende Anmeldung, deren gesamter Inhalt hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme darauf übernommen wird, und der gleichzeitig anhängigen Anmeldung mit der Seriennummer _______ , Anwaltsakte 202-0754, mit dem Titel „VER-FAHREN FÜR DAS STARTEN EINES FAHRZEUGES MIT GERINGEN SCHAD-STOFFEMISSIONEN BEI VERBESSERTER KRAFTSTOFFÖKONOMIE", die am gleichen Tag wie diese Anmeldung eingereicht wurde und die den gleichen Zessionär hat wie die vorliegende Anmeldung, deren gesamter Inhalt hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme darauf übernommen wird.
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Steuerung eines Innenverbrennungsmotors, welcher im Motorauspuff einer Vorrichtung zur Einleitung von Luft aufweist.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Zur Minderung von Motoremissionen ist es wünschenswert, Katalysatoren im Auspuff des Motors rasch zu erhitzen. Mit anderen Worten erreichen Katalysatoren eine stärkere Emissionsminderung, nachdem sie eine vorbestimmte Betriebstemperatur erreicht haben. Für Minderung von Fahrzeugemissionen stehen demzufolge verschiedene Verfahren zur Verfügung, um die Katalysatortemperatur so rasch wie möglich zu erhöhen.
  • Bei einem Ansatz wird während der Warmlaufphase des Katalysators der Zündzeitpunkt des Motors nach spät verstellt, und das Motor-Luft-/Kraftstoffverbrennungsgemisch wird magerer eingestellt als das stöchiometrische Verhältnis. Auf diese Weise liefert der nach spät verstellte Zündzeitpunkt zusätzliche Hitze im Motorauspuffsystem, während das magere Luft-/Kraftstoffgemisch minimale Kohlenwasserstoffe erzeugt. Auf diese Weise wird die Katalysatortemperatur rasch erhöht, während gleichzeitig die Kohlenwasserstoffemissionen minimiert werden. Ein solches System wird im US-Patent 5.497.745 erwähnt.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, daß ein Nachteil des obigen Ansatzes darin liegt, daß der Umfang der Verstellung des Zündzeitpunktes nach spät durch die Verbrennungsstabilität begrenzt wird. Dies wiederum begrenzt die maximale Hitzemenge, die zusätzlich dem Katalysator zugeführt werden kann, und damit wird dessen Fähigkeit begrenzt, die Ansprechzeiten zu verbessern. Ein weiterer Ansatz bei der Zuführung von Hitze in den Auspuff ist der, den Motor mit einem fetten Luft-/Kraftstoffgemisch zu betreiben, während zusätzliche Hitze direkt dem Motorauspuff zugeführt wird. Ein solches System wird im US-Patent 5.136.842 beschrieben.
  • Die Erfinder erkannten auch bei dem letztgenannten Ansatz ein Problem. Insbesondere entdeckten die Erfinder, daß wegen unvollständiger Verbrennung der überschüssigen Kohlenwasserstoffe und des dem Auspuffsystem zugeführten Luftstroms zusätzliche Abgasemissionen entstehen können. Mit anderen Worten tritt, wenn die Auspufftemperatur zu niedrig ist, möglicherweise eine vollständige Verbrennung im Auspuffkrümmer stromauf vom Katalysator nicht ein.
  • Des weiteren haben die Erfinder erkannt, daß die Kraftstoffökonomie leidet, wenn der Motor fett betrieben wird und Zusatzluft direkt in den Motorauspuff eingeleitet wird. Mit anderen Worten verschlechtert der für die Bereitstellung eines fetten Luft/Kraftstoffverhältnisses zusätzlich eingeleitete Kraftstoff (der über eine exothermische Reaktion im Motorauspuff Hitze liefert) die Kraftstoffökonomie des Fahrzeuges.
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  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die oben genannten Nachteile früherer Ansätze werden durch ein Verfahren überwunden, mit dem ein Motor mit einer Abgasreinigungsvorrichtung in einem Auspuffsystem des Motors betrieben wird und eine Lufteinleitungsvorrichtung mit dem Motorauspuffsystem verbunden ist. Das Verfahren umfaßt: nach dem Motorstart Betreiben des Motors mit einem gegenüber dem Zündzeitpunkt für optimales Drehmoment nach spät verstellten Zündzeitpunkt und Verbrennen eines mageren Luft-/Kraftstoffgemischs, Fortsetzung dieses Betriebes, bis die Auspuffsystemtemperatur einen vorgewählten Wert erreicht, und nach Erreichen des genannten vorgewählten Temperaturwertes Betreiben des Motors mit einem fetten Luft-/Kraftstoffgemisch und Beginnen des Hinzufügens von Luft über die genannte Lufteinleitungsvorrichtung.
  • Indem abgewartet wird, bis die Auspufftemperatur einen vorgewählten Wert erreicht (beispielsweise eine Selbstentzündungstemperatur des Krümmers), ist es möglich, die Gefahr zu minimieren, daß unverbrannter Kraftstoff durch das Auspuffsystem tritt. Des weiteren ist es möglich, geringstmögliche Mengen an Kraftstoff zu verwenden, um die gewünschte rasche Katalysatorerhitzung zu erreichen. Mit anderen Worten vermeidet es die vorliegende Erfindung, solange zusätzlichen Kraftstoff dem Motor zuzuführen, bis die Auspufftemperatur einen Wert erreicht hat, der eine Selbstentzündung der fetten Abgase und der über die Lufteinleitungsvorrichtung eingeleiteten Überschußluft stützt.
  • Es ist anzumerken, daß es verschiedene Verfahren gibt, um anzuzeigen, wann die Auspufftemperatur einen vorgewählten Wert erreicht. Beispielsweise kann ein Auspufftemperatursensor verwendet werden, der die Auspuffkrümmertemperatur mißt. Alternativ kann das Motorsteuergerät die Auspufftemperatur auf der Grundlage verschiedener Betriebsbedingungen, wie z.B. Ansauglufttemperatur, Motordrehzahl, Zündzeitpunkt und Motor-Luft-/Kraftstoffverhältnis, schätzen.
  • Ein Vorteil des obigen Merkmals der vorliegenden Erfindung ist eine reduzierte Emission aufgrund der geminderten Katalysatoransprechzeiten.
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  • Weitere erfindungswesentliche Merkmale gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 ein Blockdiagramm eines Motors, bei dem die Erfindung vorteilhaft genutzt wird;
  • 2 bis 8 und 13 bis 14 Übersichts-Flußdiagramme verschiedener Routinen zur Steuerung von Motor und Komponenten entsprechend der vorliegenden Erfindung;
  • 9 bis 11 und 15 Graphiken mit der Darstellung des Betriebs nach einem Merkmal der vorliegenden Erfindung, und
  • 12 Details der Lufteinleitungsvorrichtung.
  • Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
  • Der Innenverbrennungsmotor 10, welcher eine Mehrzahl von Zylindern aufweist, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt wird, wird durch ein elektronisches Motorsteuergerät 12 gesteuert. Der Motor 10 weist einen Verbrennungsraum 30 und Zylinderwände 32 mit einem darin angeordneten und mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Kolben 36 auf. Der Verbrennungsraum 30 steht über ein Einlaßventil 52 bzw. ein Auslaßventil 54 mit einem Ansaugkrümmer 44 und einem Auspuffkrüm mer 48 in Verbindung. Eine Lambdasonde 16 ist stromab vom Katalysator 20 mit dem Auspuffkrümmer 48 des Motors 10 verbunden. Allgemein gesagt, regelt das Steuergerät 12, wie nachstehend hierin erläutert wird, ein Motor-Luft-/Kraftstoffverhältnis als Reaktion auf eine Rückmeldungsvariable FV, die von einer Lambdasonde mit zwei Ausgabezuständen 16 abgeleitet wird.
  • Wie oben beschrieben wird die Lambdasonde mit zwei Ausgabezuständen 16 als stromauf vom Katalysator 20 mit dem Auspuffkrümmer 48 verbunden dargestellt. Eine Lambdasonde mit zwei Ausgabezuständen 80 wird des weiteren als stromab vom Katalysator 20 mit dem Auspuffkrümmer 48 verbunden dargestellt. Die Lambdasonde 16 liefert ein EGO1-Signal an das Steuergerät 12, welches das EGO1-Signal in ein Signal EGOS1 mit zwei Ausgabezuständen umwandelt. Ein Hochspannungszustand des Signals EGOS1 gibt an, daß die Abgase im Vergleich zu einem Referenz-Luft-/Kraftstoffverhältnis fetter sind, und ein Niederspannungszustand des umgewandelten Signals EGO1 gibt an, daß die Abgase im Vergleich zu einem Referenz-Luft-/Kraftstoffverhältnis magerer sind. Die Lambdasonde 80 liefert ein Signal EGO2 an das Steuergerät 12, das das Signal EGO2 in ein Signal EGOS2 mit zwei Ausgabezuständen umwandelt. Ein Hochspannungszustand des Signals EGOS2 gibt an, daß die Abgase im Vergleich zu einem Referenz-Luft/Kraftstoffverhältnis fetter sind, und ein Niederspannungszustand des umgewandelten Signals EGO2 gibt an, daß die Abgase im Vergleich zu einem Referenz-Luft-/Kraftstoffverhältnis magerer sind.
  • Der Ansaugkrümmer 44 steht über eine Drosselklappe 66 mit einem Drosselklappengehäuse 64 in Verbindung. Bei einer Ausführungsform kann eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe ohne ein Luftbypassventil verwendet werden. In diesem Fall wird der Luftstrom über die Drosselklappe geregelt, und es wird nicht das Leerlauf-Luftbypassventil der Drosselklappe genutzt. Wenn eine mechanische Drosselklappe (welche über einen Draht mit dem Pedal 70 verbunden ist) zum Einsatz kommt, dann wird das Luftbypassventil dazu verwendet, um in an sich bekannter Weise die die Drosselklappe 66 umströmende Luft elektronisch anzupassen. Der Ansaugkrümmer 44 wird so dargestellt, daß ein Kraftstoffinjektor 68 damit verbunden ist, um Kraftstoff proportional zur Impulsbreite eines Signals (fpw) aus dem Steuergerät 12 abzugeben. Kraftstoff wird dem Kraftstoffinjektor 68 über ein an sich bekanntes (nicht gezeigtes) Kraftstoffsystem zugeführt, welches einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und ein (nicht gezeigtes) Kraftstoffverteilerrohr aufweist. Der Motor 10 weist des weiteren ein an sich bekanntes kontaktloses Zündsystem 88 auf, um dem Verbrennungsraum 30 durch eine Zündkerze 92 als Reaktion auf das Steuergerät 12 Zündfunken zuzuführen. Bei dem hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 12 ein an sich bekannter Mikrocomputer, welcher umfaßt: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 104, einen elektronischen Speicherchip 106, welcher in diesem besonderen Beispiel ein elektronisch programmierbarer Speicher ist, einen Direktzugriffsspeicher 108 und einen an sich bekannten Datenbus.
  • Das Steuergerät 12 erhält zusätzlich zu den oben erörterten Signalen verschiedene Signale aus mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren, hierin eingeschlossen: Messungen des Luftmassenmessers (MAF) aus dem Luftmassensensor 110, welcher mit dem Drosselklappengehäuse 64 verbunden ist, der Motorkühlmitteltemperatur (ECT) aus dem mit einem Kühlmantel 114 verbundenen Temperatursensor 112, eine Messung des Krümmerdrucks (MAP) aus einem mit dem Ansaugkrümmer 44 verbundenen Krümmerdrucksensor 116, eine Messung der Drosselklappenstellung (TP) aus dem mit der Drosselklappe 66 verbundenen Drosselklappenstellungssensor 117, und ein Zündungsprofil-Aufnehmer-Signal (PIP) aus einem mit der Kurbelwelle 40 verbundenen, eine Motordrehzahl (N) anzeigenden Hall-Effekt-Sensor 118. Des weiteren erhält das Steuergerät 12 eine Messung der Krümmertemperatur (Te) aus dem Sensor 76. Alternativ kann der Sensor 76 eine Angabe der Abgastemperatur oder der Katalysatortemperatur liefern.
  • Des weiteren liefert die stromab gelegene Lambdasonde 80 auch eine Messung des Luft-/Kraftstoffverhältnis stromab von der Abgasreinigungsvorrichtung 20. Bei einem Beispiel ist, wie oben beschrieben, die Lambdasonde 80 eine schaltende Lambdasonde. Bei einem anderen Beispiel liefert die Lambdasonde 80 eine Angabe des Luft-/Kraftstoffverhältnisses (bzw. des relativen Luft-/Kraftstoffverhältnisses) im Vergleich zu einem Bereich von Luft-/Kraft stoffverhältnissen. In diesem Fall ist die Lambdasonde 80 als UEGO-Sensor bekannt.
  • Dem Ansaugkrümmer 44 wird durch eine an sich bekannte, mit dem Auspuffkrümmer 48, einer EGR-Ventileinheit 200 und einer EGR-Öffnung 205 in Verbindung stehende EGR-Leitung (202) Abgas zugeführt. Alternativ könnte die Leitung 202 eine intern verlaufende Verbindung im Motor sein, die eine Verbindung zwischen dem Auspuffkrümmer 48 und dem Ansaugkrümmer 44 herstellt. Ein Drucksensor 206 steht mit der EGR-Leitung 202 zwischen der Ventileinheit 200 und der Öffnung 205 in Verbindung. Ein Drucksensor 207 steht mit dem Ansaugkrümmer 44 in Verbindung. Mit anderen Worten strömt Abgas vom Auspuffkrümmer 48 zunächst durch die Ventileinheit 200, anschließend durch die EGR-Öffnung 205 zum Ansaugkrümmer 44. Es kann also gesagt werden, daß die EGR-Ventileinheit 200 stromauf von der Öffnung 205 liegt. Des weiteren kann der Drucksensor 206 entweder ein Absolutdrucksensor oder ein Überdrucksensor sein. Des weiteren kann der Drucksensor 207 entweder ein Absolutdrucksensor oder ein Überdrucksensor sein. Auch kann der Drucksensor 206 ein Absolutdrucksensor sein, während der Drucksensor 207 ein Überdrucksensor sein kann.
  • Die Stromsensoren liefern eine Messung des Krümmerdrucks (MAP) und des Druckabfalls über die Öffnung 205 (DP) zum Steuergerät 12. Die Signale MAP und DP werden anschließend dazu verwendet, den EGR-Strom zu berechnen. Die EGR-Ventileinheit 200 hat eine (nicht gezeigte) Ventilposition zur Steuerung einer variablen Querschnittseinschnürung in der EGR-Leitung 202, die damit den EGR-Strom regelt. Die EGR-Ventileinheit 200 kann entweder den Luftstrom durch die EGR-Leitung 202 minimal einschränken oder aber den EGR-Strom durch die Leitung 202 vollständig blockieren. Ein Unterdruckregler 224 ist mit der EGR-Ventileinheit 200 verbunden. Der Unterdruckregler 224 erhält ein Auslösesignal 226 vom Steuergerät 12 zur Regelung der Ventilposition der EGR-Ventileinheit 200. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die EGR-Ventileinheit 200 ein unterdruckbetätigtes Ventil. Jedoch kann jede Form von Stromregelungsventilen verwendet werden, wie z.B. ein elektrisches Magnetventil oder ein von einem Schrittmotor angetriebenes Ventil.
  • Schließlich ist eine Lufteinleitungsvorrichtung 209 stromauf vom Katalysator mit dem Auspuffkrümmer 48 verbunden. Das Steuergerät 12 sendet einen Steuerstrom (Vp) an die Regelvorrichtung 209. Die Vorrichtung 209 kann eine Luftpumpe sein, die Umgebungsluft in den Auspuffkrümmer 48 hineinpumpt. Die gepumpte Luftmenge hängt von der Steuersignalspannung (Vp) ab. Das Signal Vp kann ein Spannungssignal, ein Arbeitszyklussignal, ein frequenzmoduliertes Signal oder ein beliebiges sonstiges Signal dieser Art sein, um die Befehlsinformation an die Vorrichtung 209 weiterzuleiten. Bei einem Beispiel ist die Luftpumpe eine elektrisch angetriebene Vorrichtung. Weitere Details des beispielhaften Systems werden detaillierter unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
  • Des weiteren wird ein Gaspedal 70 zusammen mit dem Fuß eines Fahrers 72 gezeigt. Ein Pedalpositions(pp)sensor 74 mißt die Winkelstellung des vom Fahrer betätigten Pedals.
  • Unter Bezugnahme auf 2 wird nun ein zusammenfassendes Übersichts-Flußdiagramm beschrieben. Dieses zusammenfassende Flußdiagramm beschreibt die Fahrzeug-/Motorstartsequenz unter Verwendung der Port Oxidation (in den Motorauspuff eingeleitete Luft). Die Routine beginnt bei Schritt 210. Anschließend wird im Schritt 212 die Startsequenz initialisiert (siehe 3). Allgemein werden Sensoren für Umweltbedingungen, wie z.B. Motorkühlmitteltemperatur, Umgebungslufttemperatur, barometrischer Druck, Batteriespannung und Motorstillstandszeit, verwendet, um die Kompensation für die Luftpumpe zu berechnen (d.h. also, um Temperatur, Druck und Spannung zu kompensieren). Mit anderen Worten regelt die vorliegende Erfindung die Spannung Vp, um eine gewünschte Menge von über die Pumpe 209 eingeleiteter Luft zu erhalten. Da die Luftmenge für eine bestimmte Spannung von diesen Umgebungszuständen abhängt, paßt die vorliegende Erfindung den Pumpenbefehl an, um Schwankungen bei diesen Umweltbedingungen zu kompensieren. Beispielsweise wird in großer Höhe im Vergleich zu Seehöhe für einen bestimmten Spannungsbefehl weniger Luft eingeleitet. Wenn also in großer Höhe gearbeitet wird, wird eine höhere Spannung eingeregelt, um eine bestimmte gewünschte Lufteinleitungsmenge zu liefern. Damit schafft die vorliegende Erfindung eine genauere Luftschätzung, Luftregelung und demzufolge eine genauere Luft-/Kraftstoffregelung im offenen Regelkreis während der Betriebsart der Port Oxidation.
  • Alternativ kann diese Schwankung kompensiert werden, indem die Kraftstoffeinspritzung angepaßt wird, wobei die Kraftstoffeinspritzung potentiell auch über eine Regelung im geschlossenen Regelkreis aufgrund des Wertes des Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensors im Auspuff angepaßt werden kann. Ein solcher Ansatz wird in den 13 bis 15 beschrieben.
  • Des weiteren werden diese Umweltsensoren auch dazu verwendet, die Kraftstoffzuführung und die Position des Leerlauf-Bypassventils zu berechnen (oder die Stellung einer elektronischen Drosselklappe, falls vorhanden). Des weiteren werden diese Parameter dazu verwendet, zu bestimmen, ob Port Oxidation erforderlich ist.
  • Anschließend ermittelt die Routine im Schritt 214, ob der Motor durchgedreht wird. Ist die Antwort im Schritt 214 „nein", geht die Routine zu Schritt 212 zurück. Wenn dagegen der Motor durchgedreht wird, geht die Routine zu Schritt 216 weiter.
  • Schritt 216 beschreibt die Betriebsart, bei der der Motor durchgedreht wird, die hinsichtlich der 4 detaillierter beschrieben wird. Im allgemeinen ist die Betriebsart des Durchdrehens aktiv, während der Motoranlasser eingerückt ist und der Motor noch nicht einen Punkt erreicht hat, bei dem er stabil laufen kann. Während dieser Betriebsart werden die gewünschte in den Motor eintretende Luft, die Kraftstoffzuführung und der Zündzeitpunkt in einer Betriebsart im offenen Regelkreis geplant, bis der Motor eine vorbestimmte Motordrehzahl erreicht hat und die Verbrennung sich soweit stabilisiert hat, daß minimale Kohlenwasserstoffe abgegeben werden. Diese Bestimmung, ob der Motor die Betriebsart des Durchdrehens verlassen hat, erfolgt im Schritt 218 auf der Grundlage des Erreichens beispielsweise einer vorgewählten Motordrehzahl. Ist die Antwort im Schritt 218 „nein", geht die Routine zu Schritt 216 zurück. Ansonsten geht die Routine weiter zu Schritt 220.
  • Im Schritt 220 bestimmt die Routine, ob der Motor kalt ist. Mit anderen Worten bestimmt die Routine, ob die Motorkühlmitteltemperatur unterhalb einer vorbestimmten Temperatur liegt. Ist die Antwort im Schritt 220 „ja", geht die Routine weiter zu der Kaltlaufbetriebsart im Schritt 222, die im Detail unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wird. Im Prinzip wird während der Kaltlaufbetriebsart der Kraftstoff so geplant, daß ein mageres Auspuff-Luft-/Kraftstoffgemisch hergestellt wird. Des weiteren wird der Zündzeitpunkt (im Vergleich zu einem optimalen Drehmoment) auf einen nach spät verstellten Wert angesetzt, um bei kaltem Katalysator die Kohlenwasserstoffemissionen zu minimieren. Da ein nach spät verstellter Zündzeitpunkt und eine magere Luft-/Kraftstoffverbrennung weniger Drehmoment erzeugen, als ein nach früh verstellter Zündzeitpunkt und fette Luft-/Kraftstoffgemische, kann möglicherweise die Motordrehzahl abfallen. Um dem entgegenzuwirken kann die Motordrehzahl dadurch gehalten werden, daß der Motorluftdurchsatz erhöht wird, womit die gesamte Zylinderluftladung erhöht wird. Des weiteren hat diese Zunahme des Luftdurchsatzes einen kleinen zusätzlichen Vorteil dahingehend, daß dem Katalysator eine kleine zusätzliche Hitzemenge zugeführt wird.
  • Als nächstes bestimmt die Routine im Schritt 224, ob Port Oxidation erforderlich ist. Allgemein basiert diese Entscheidung auf Informationen aus einer geschätzten Auspuffflansch-Temperatur, Katalysatortemperatur, Diagnosesensoren und der Drosselklappen-(bzw. Gaspedal-)Stellung. Wenn der Katalysator und der Auspuffflansch eine vorbestimmte Temperatur erreicht haben oder wenn ein Drosselklappenübergang eingetreten ist, bevor die Selbstentzündungstemperatur erreicht wird, wird die Port Oxidation deaktiviert. Wenn die Port Oxidation deaktiviert wird, arbeitet der Motor in der Kaltlaufbetriebsart, bis eine Entscheidung getroffen wird, in die Normalbetriebsart überzugehen. Wenn die Port Oxidation aktiviert wird, läuft der Motor solange in der Kaltlaufbetriebsart weiter, bis die geschätzte Auspuffflanschtemperatur beispielsweise höher ist als die Selbstentzündungstemperatur, wobei zu diesem Zeitpunkt auf die Betriebsart Oxidation übergegangen wird. Dies wird detaillierter in bezug auf 6 beschrieben.
  • Lautet die Antwort im Schritt 224 „ja", geht die Routine weiter zu Schritt 226, um, wie dies umfassender in Bezug auf 7 beschrieben wird, die Befehlsfolge der Port Oxidation zu bestimmen. Allgemein gesagt, zieht die Routine verschiedene umweltbezogenen Eingaben in Betracht, um zu bestimmen, ob eine Port Oxidation erforderlich ist. Wenn eine Port Oxidation nicht erforderlich ist, wird die Kaltlaufbetriebsart solange aufrechterhalten, bis die Routine feststellt, daß die Normalbetriebsart angemessen ist. Die Kaltlaufbetriebsart wird so kalibriert, daß die Kohlenwasserstoffemissionen ohne Beeinträchtigung der Fahrbarkeit minimiert werden. Wenn die Port Oxidation erforderlich ist, tritt ein Übergang von der Kaltlaufbetriebsart zur Port Oxidation-Betriebsart ein. In diesem Fall wird die Motorzündung weiter nach spät verstellt, und der eingespritzte Kraftstoff wird erhöht, um das Auspuff-Luft-/Kraftstoffverhältnis signifikant anzufetten (nicht weniger als 25 % zusätzlicher Kraftstoff). Außerdem wird die externe Luftpumpe aktiviert. Die Port Oxidation wird aktiviert, bis eine Drosselklappeneingabe erfaßt wird, eine Soll-Auspuftflanschtemperatur erreicht wurde oder ein Timer einen vorbestimmten Grenzwert erreicht. Wenn die Selbstentzündungstemperatur erreicht wurde, wird ein zweiter Timer gestartet. Zu diesem Zeitpunkt können Kraftstoff, Luft und Zündzeitpunkt individuell geregelt werden, um optimale Kohlenwasserstoffemissionen zu erreichen. Bei einem Beispiel deaktiviert der Motor die Port Oxidation, indem er zum stöchiometrischen Betrieb übergeht (Pendeln um das stöchiometrische Verhältnis durch Luft-/Kraftstoff-Regelung im geschlossenen Regelkreis unter Verwendung von Lambdasonden im Auspuff), d.h. indem er das Abgas-Luft-/Kraftstoffverhältnis im Bereich um den stöchiometrischen Punkt herum hält.
  • Wenn zu der Port Oxidation-Betriebsart übergegangen wird, erfolgt eine Umschaltung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses auf fett, und die Luftpumpe wird aktiviert. Jedoch ist es möglich, daß diese Maßnahmen nicht genau zum gleichen Zeitpunkt stattfinden. Mit anderen Worten kann es durchaus erforderlich sein, daß Kraftstoff ausgelöst wird, bevor dies für die Luft erfolgt, während andere Konfigurationen möglicherweise Luft vor dem Kraftstoff erfordern, da die Längen der Luftpumpenschläuche und die Pumpenkapazitäten je nach der bestimmten Konfiguration unterschiedlich sind.
  • Der Luftpumpenstrom wird durch Einlesen der Pumpenspannung, des Drucks in der Pumpe, des Umgebungsdrucks und der Temperatur geschätzt. Das heißt also, es kann durch die Luftpumpe eine Kompensation hinsichtlich des barometrischen Drucks und der Außentemperatur erreicht werden. Der Umfang der Kraftstoffanreicherung während der Port Oxidation wird auf der Grundlage der geschätzten Luftpumpenluftmasse, gegebenenfalls mit zusätzlicher Rückmeldung unter Verwendung der Lambdasonde, bestimmt. Mit anderen Worten wird während der Port Oxidation ein gewünschtes Motor-Luft-/Kraftstoffverhältnis ausgewählt, um aufgrund der durch die Pumpe eingeleiteten Luft Selbstentzündung im Auspufftrakt zu erreichen. Üblicherweise ist dieses Verhältnis fetter als ca. 12:1. Anschließend wird auf der Grundlage der tatsächlichen Verbrennung eines fetten Luft-/Kraftstoffverhältnisses und der in den Motor eintretenden Luft (gemessen über den Sensor 110) ein erforderlicher Luftpumpenluftstrom berechnet. Als Beispiel kann die folgende Gleichung verwendet werden, um den gewünschten Luftstrom durch die Luftpumpe zu berechnen: air_pump_desired_air (Luftpumpe_gewünschte_Luftmenge) = (1 – λs/λc) × MAF worin λs das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffverhältnis und λc das fette Verbrennungs-Luft-/Kraftstoffverhältnis ist. Dies liefert ein nahezu stöchiometrisches Gemisch von fetten Abgasen und eingeleiteter Luft. Alternativ kann, wenn dies gewünscht wird, ein leicht mageres oder fetteres Gesamtgemisch zum Einsatz kommen. Des weiteren wird dieser gewünschte Luftstrom anschließend dazu verwendet, um, wie vorstehend beschrieben, aufgrund der Umgebungsbetriebsbedingungen eine Pumpensteuerungsspannung (Vp) zu bestimmen.
  • Zusätzlich umfaßt die geschätzte Abgastemperatur einen Ausgleich für die durch die exothermische Reaktion erzeugte Hitze. Die Routine beobachtet während der Port Oxidation-Betriebsart den Drosselklappensensor, um zu bestimmen, ob ein Übergang eingetreten ist. Ist ein Übergang eingetreten, wird der Timer gestoppt, und die Kraftstoffeinspritzung und der Zündzeitpunkt werden auf die Normalbetriebsart-Bedingungen umgestellt.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, daß das Erfassen von Übergängen zu einem verbesserten Betrieb führen kann. Insbesondere steigt der Auspuffdruck und demzufolge wird die durch die Luftpumpe hinzugefügte Luft begrenzt, wenn der Fahrer die Drosselklappe betätigt. Zusätzlich steigt die Motorluftmasse bis zu dem Punkt signifikant, an dem die externe Pumpe möglicherweise, wie dies hierin beschrieben wird, nicht mehr in der Lage ist, ausreichende Auspuffluft zu liefern. Da die Luftpumpe möglicherweise nicht in der Lage ist, den zusätzlichen Auspuffdruck zu überwinden, kann die exothermische Reaktion gelöscht werden, wodurch die Emissionen erhöht werden. Demzufolge wird die Port Oxidation deaktiviert, wenn es zu einem Drosselklappenübergang kommt, die Solltemperatur erreicht wird oder ein Timer einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Die Deaktivierungssequenz erlaubt ebenso wie die Aktivierungssequenz eine unabhängige Regelung des Zündzeitpunkts, der Luft und des Kraftstoffs.
  • Als nächstes geht die Routine im Schritt 228 auf die Normalbetriebsart über, wie dies nachstehend detaillierter unter Bezugnahme auf 8 beschrieben wird. Allgemein gesagt, wird der Motor zwischen den verschiedenen Betriebsarten hinund hergeschaltet, da die Port Oxidation- und die Kaltlaufbetriebsart gegenüber des Motorbetriebs während der Normalbetriebsart wesentlich unterschiedlich sind. Das Verlassen der Kaltlaufbetriebsart und der Port Oxidation-Betriebsart erfordert die Umstellung von einem nach spät verstellten Zündzeitpunkt auf einen Basiszündzeitpunkt. Demzufolge wird der Zündzeitpunkt im Zeitablauf verändert, um eine Störung der Motordrehzahl/des Motordrehmoments zu minimieren, die während des Leerlaufbetriebszustandes über Anpassungen des Leerlauf-Luftbypassventils aufrechterhalten bleiben. Des weiteren erfordert die Port Oxidation ein fettes Luft-/Kraftstoffgemisch, so daß der Kraftstoff an die Stöchiometrie angenähert wird, um in die Normalbetriebsart einzutreten. Des weiteren verwendet die Kaltlaufbetriebsart ein mageres Gemisch, um Kohlenwasserstoffe zu minimieren. Demzufolge wird in diesem Fall der Kraftstoff nach fett hin zum stöchiometrischen Verhältnis verstellt, um in die Normalbetriebsart einzutreten.
  • Die Motorluft wird während der Port Oxidation aufgrund des zusätzlichen durch das fette Luft-/Kraftstoffverhältnis ausgelösten Drehmoments reduziert. Wenn die Port Oxidation verlassen wird, erfolgt der Übergang des Zündzeitpunktes über eine ausreichend lange Zeitperiode, so daß die Luftstromminderung über das Leerlaufbypassventil eine Kompensation liefert, um die gewünschte Motordrehzahl aufrechtzuerhalten. Die Kaltlaufbetriebsart erfordert zusätzlichen Motorluftdurchsatz, um die Motordrehzahl zu halten. In dem Maße wie der Motor warm wird, wird der Motorluftdurchsatz zurückgefahren, weil die Motorreibung zurückgeht, wodurch es dem Motor ermöglicht wird, eine relativ konstante Drehzahl zu halten. Für den Übergang von der Kaltlaufbetriebsart zur Normalbetriebsart werden sowohl der Zündzeitpunkt wie auch die Luft aus dem Leerlauf-Luftbypassventil koordiniert, um eine im wesentlichen konstante Motordrehzahl zu halten.
  • Schließlich geht die Routine zu Schritt 230 weiter, in dem der Motor in die Normalbetriebsart eintritt.
  • Unter besonderer Bezugnahme auf 3 wird die Initialisierung der Startsequenz des Schrittes 212 beschrieben. Zuerst liest die Routine im Schritt 310 die Umweltbedingungen ein. Beispielsweise liest die Routine die Motorkühlmitteltemperatur, die Umgebungslufttemperatur, den barometrischen Druck, die Batteriespannung und die Motorstillstandstimer ein. Beispielsweise schätzen die Motorstillstandstimer die Zeit, seitdem der Motor zuletzt betrieben wurde. Dann berechnet die Routine im Schritt 312 die Startparameter. Diese Startparameter umfassen die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge und die anfängliche Leerlauf-Luftbypassventilstellung. Des weiteren umfassen die Startparameter die Kompensation, die später möglicherweise bei der Luftpumpe zur Anwendung kommt, um die Pumpentemperatur, den Pumpendruck und die Pumpenspannung ebenso zu berücksichtigen wie Umweltbedingungen. Mit anderen Worten kann auf der Grundlage der anfänglichen Pumpentemperatur eine spätere Anpassung an den zur Steuerung der Pumpe gesandten Steuerwerten vorgenommen werden. Wenn beispielsweise die anfängliche Pumpentemperatur sehr niedrig ist, weil das Wetter kalt ist, wird möglicherweise eine zusätzliche Spannung benötigt, um den gleichen zusätzlichen Luftdurchsatz zu erreichen, der bei einer niedrigeren Spannung geliefert werden könnte, falls die Pumpentemperatur höher wäre.
  • Somit bestimmt die Routine eine erforderliche Luftmenge, die von der Pumpe zu liefern ist, nachdem sie angelaufen ist. Um die gewünschte Luftmenge von der Pumpe zu erhalten (welche auf der Grundlage des fetten Luft/Kraftstoffverhältnisses bestimmt wird, das der Motor verbrennen wird, sowie aufgrund der Motorluftdurchsatzmenge), wird eine Kompensation für Umweltbedingungen verwendet. Bei einer alternativen Ausführungsform arbeitet die Luftpumpe immer dann, wenn sie aktiviert wird, mit vollem Luftstrom, und das Motorsteuergerät hält das Auspuff-Luft-/Kraftstoffverhältnis dadurch aufrecht, daß die eingespritzte Kraftstoffmenge oder das gewünschte Luft-/Kraftstoffverhältnis angepaßt werden. Das heißt, die Pumpe wird einfach ein- und ausgeschaltet, und das Mischungsverhältnis wird dadurch gehalten, daß die eingespritzte Kraftstoffmenge angepaßt wird. Es wird mit 3 fortgefahren. Im Schritt 314 initialisiert und aktiviert die Routine Ausgangswerte.
  • Unter besonderer Bezugnahme auf 4 wird nunmehr die Durchdrehbetriebsart des Schrittes 216 beschrieben. Zunächst bestimmt die Routine im Schritt 410, ob der Motor rotiert. Wenn nicht, geht die Routine zurück, um weiter zu prüfen, ob der Motor rotiert. Lautet die Antwort im Schritt 410 „ja", geht die Routine weiter zu Schritt 412. Im Schritt 412 synchronisiert die Routine die Kraftstoffeinspritzung mit den Zylinderabläufen des Motors. Als nächstes generiert die Routine im Schritt 414 bzw. bestimmt den im offenen Regelkreis gewünschten Zündzeitpunkt, die Kraftstoffeinspritzung und Leerlauf-Luftbypassbefehle. Insbesondere können diese anfänglichen, im offenen Regelkreis ermittelten Werte aufgrund von Parametern, wie z.B. Motorkühlmitteltemperatur und Ansaugluftstrom, ermittelt werden. Des weiteren können diese Parameter angepaßt und kalibriert werden, um minimale Kohlenwasserstoffe zu produzieren. Als nächstes bestimmt die Routine im Schritt 416, ob der Motor angelaufen ist. Insbesondere ermittelt die Routine, ob der Motor einen vorbestimmten Motordrehzahlschwellenwert erreicht hat oder ob die Motorverbrennung ein vorbestimmtes Niveau der Stabilität erreicht hat. Lautet die Antwort im Schritt 416 „nein", geht die Routine zu Schritt 414 zurück. Wenn andererseits die Antwort im Schnitt 416 „ja" lautet, endet die Routine.
  • Unter besonderer Bezugnahme auf 5 wird nunmehr die Kaltlaufbetriebsart des Schrittes 222 beschrieben. Zunächst setzt die Routine im Schritt 510 ein mageres Luft-/Kraftstoffgemisch an, das im Motor zu verbrennen ist. Üblicherweise ist das magere Luft-/Kraftstoffverhältnis lediglich leicht mager. Beispielsweise liegen typische Werte des Luft-/Kraftstoffverhältnisses zwischen ca. 14:8-15:1, wobei 14:6 ein nahezu stöchiometrisches Verhältnis ist. Als nächstes wird im Schritt 512 der gewünschte/angesetzte Motorluftdurchsatz erhöht. Mit anderen Worten wird die Öffnung des Leerlauf-Luftbypassventils (oder falls vorhanden der elektronischen Drosselklappe) erhöht, um zusätzlichen Luftstrom zu liefern und so die magere Verbrennungsmischung und den nach spät verstellten Zündzeitpunkt zu kompensieren, um somit die Motordrehzahl zu halten. Als nächstes wird im Schritt 514 der nach spät verstellte Zündzeitpunkt angesetzt.
  • 6 beschreibt die Bestimmung, ob im Schritt 224 eine Port Oxidation erforderlich ist. Insbesondere bestimmt die Routine der 6, ob zusätzliche Luft zu aktivieren ist, die von der Luftpumpe im Motorauspuff zu liefern ist. Zunächst bestimmt die Routine im Schritt 610, ob die geschätzte Auspuffkrümmerflanschtemperatur (ext_fl) innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches liegt. Insbesondere bestimmt die Routine, ob die Flanschtemperatur zwischen einer unteren Port Oxidations-Temperatur und einer obere Port Oxidations-Temperatur (Ox_low_tmp, Ox_hi_tmp) liegt. Anzumerken ist, daß alternative Temperaturangaben verwendet werden können. Beispielsweise kann die Abfrage erfolgen, ob die Auspufftemperatur oder Katalysatortemperatur während einer vorbestimmten Zeitdauer höher ist als ein vorgewählter Wert oder eine vorbestimmte Anzahl von Motorvorgängen angelaufen ist.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Auslaßöffnungstemperatur verwendet, um die Aktivierung der Lufteinleitungsvorrichtung auszulösen. Die obere Port Oxidations-Temperatur könnte auch eine Ansprechtemperatur des Katalysators 20 sein, bei deren Überschreitung weder eine Port Oxidation noch eine Kaltlaufbetriebsart erforderlich sind.
  • Lautet die Antwort im Schritt 610 „nein", bestimmt die Routine, daß keine Port Oxidation erforderlich ist. Wenn alternativ die Antwort im Schritt 610 „ja" lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 612. Anzumerken ist, daß die Auspuffkrümmerflanschtemperatur entweder mit einem Sensor gemessen oder aufgrund der Motorbetriebszustände geschätzt werden kann. In einem Beispiel wird die Flanschtemperatur auf der Grundlage des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Motors, der Kühlmitteltemperatur und des Zündzeitpunktes geschätzt.
  • Es wird mit 6 fortgefahren. Im Schritt 612 ermittelt die Routine, ob die Katalysatortemperatur (cat_tmp) höher ist als eine Katalysator-Port-Oxidation-Schwellentemperatur (Ox_cat_tmp). Anzumerken ist, daß die Katalysatortemperatur entweder durch einen Katalysator-Temperatursensor gemessen oder unter Verwendung verschiedener Motorbetriebsbedingungen, wie z.B. Motordrehzahl, Motorluftdurchsatz und Zündzeitpunkt, geschätzt werden kann. Ist die Antwort im Schritt 612 „nein", bestimmt die Routine, daß keine Port Oxidation erforderlich ist. Wenn alternativ die Antwort im Schritt 612 „ja" lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 614. Im Schritt 614 überprüft die Routine, ob ein Drosselklappeneingangswert vorliegt. Bei einem bestimmten Beispiel wird die Drosselklappenstellung gemessen, und die Routine stellt fest, ob die Drosselklappenstellung sowohl über einen Schwellenwert als auch über einen vorbestimmten Wert hinaus zugenommen hat. Alternativ könnte die Routine überprüfen, ob der Motor immer noch in der Motorleerlaufdrehzahlregelung befindlich ist. Noch weiter könnte die Routine verschiedene andere Parameter, wie z.B. Gaspedalposition oder Getriebezustand, messen, um zu bestimmen, ob die Bedingungen sich soweit geändert haben, daß eine Port Oxidation nicht mehr erforderlich ist. Weitere Bedingungen können sein, ob der Motorluftdurchsatz (oder MAF) größer ist als ein vorbestimmter Grenzwert. Alternativ kann die Zylinderladung der verwendete Parameter sein. Des weiteren könnte die Routine überwachen, ob der Motor immer noch in der Motorleerlaufdrehzahlregelung befindlich ist oder einen Luftmengenstrom aus dem Luftmassenmesser 110 oder sonstige geeignete Signale, wie z.B. Ansaugkrümm erdruck, eine Ansauglufttemperatur und eine Motordrehzahl, erfassen und den Luftmassenstrom mit einem vorgewählten Schwellenwert vergleichen.
  • Bei noch einer weiteren alternativen Ausführungsform wird die Pumpe bei einem vorgewählten geschätzten Pumpenstrom deaktiviert (dieser kann eine Funktion der Batteriespannung, des Auspuffrückstaudrucks und gelernter KAM-Werte sein), welche ein Delta-Lambda auslösen, das zu klein ist. Optional kann die Pumpe erneut aktiviert werden, wenn das Fahrzeug in einen Zustand geringer Last zurückkehrt. Ansonsten wird die Pumpe lediglich einmal pro Fahrzeug-/Motorstart eingeschaltet. Alternativ könnte die Pumpe in Betrieb gelassen werden (aber leerlaufend), bis der Katalysator warm genug ist, um die Rückkehr zum Leerlaufbetriebszustand zu erlauben.
  • Ist die Antwort im Schritt 614 „ja", setzt die Routine die Port Oxidation aus. Wenn alternativ die Antwort im Schritt 614 „nein" lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 616.
  • Im Schritt 616 bestimmt die Routine, ob die Auspuffkrümmerflanschtemperatur höher ist als der untere Port Oxidation-Temperaturschwellenwert (Ox_low_tmp). Lautet die Antwort im Schritt 616 „nein", geht die Routine zu Schritt 614 zurück. Wenn alternativ die Antwort im Schritt 616 „ja" lautet, läßt die Routine eine Port Oxidation zu und endet.
  • Es wird nunmehr unter Bezugnahme auf 7 die Port Oxidations-Sequenz des Schrittes 226 beschrieben. Zunächst startet die Routine im Schritt 710 den Oxidationstimer. Ab Schritt 710 hat die Routine beginnend mit den Schritt 712 bzw. 730 zwei unabhängige Stromwege. Im Schritt 712 ermittelt die Routine, ob der Oxidationstimer (Ox_tm) einen größeren Wert hat als der Timer für die zulässige Kraftstoffanreicherung (fuel_on_tm). Lautet die Antwort im Schritt 712 „ja", geht die Routine weiter zu Schritt 714, wo der Anreicherungskraftstoff aktiviert und der Zündzeitpunkt weiter nach spät verstellt sowie der Motorluftdurchsatz reduziert werden. Auf diese Weise wird die Motordrehzahl aufrechterhalten, und eine Veränderung bei dem Motordrehmoment wird deshalb minimiert, weil dem zuneh menden Drehmoment aufgrund der Kraftstoffanreicherung der nach spät verstellte Zündzeitpunkt und der geminderte Motorluftdurchsatz entgegenstehen. Eine Luft-/Kraftstoffregelung während der Port Oxidation-Aktivierung wird nachstehend näher in den 13 bis 15 beschrieben.
  • Wenn alternativ die Antwort im Schritt 712 „nein" lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 716, wo die Routine bestimmt, ob ein Drosselklappenübergang erfaßt wurde. Wie oben hierin beschrieben, gibt es verschiedene Verfahren zur Erfassung von Drosselklappenübergängen, wie z.B. auf der Grundlage der Gaspedalposition, bzw. verschiedene andere Verfahren. Ist die Antwort im Schritt 716 „nein", geht die Routine zu Schritt 712 zurück. Wenn ansonsten die Antwort in Schritt 716 „ja" lautet, geht die Routine zum nachstehend hierin beschriebenen Schritt 722 über.
  • Es wird mit 7 fortgefahren. Ab Schritt 714 geht die Routine weiter zu Schritt 718. Im Schritt 718 stellt die Routine ähnlich wie im Schritt 716 (und Schritt 614) fest, ob ein Drosselklappenübergang erfaßt wurde. Lautet die Antwort im Schritt 718 „ja", geht die Routine weiter zu Schritt 722. Wenn dagegen die Antwort im Schritt 718 „nein" lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 720. Im Schritt 720 stellt die Routine fest, ob entweder die Flanschtemperatur höher ist als der obere Port Oxidations-Schwellenwert (Ox_hi_tmp) oder der Hochauflösungs-Oxidationstimerwert (Oxtm_hires) größer ist als der maximale aktuell erlaubte (MaxOntm). Lautet die Antwort im Schritt 720 „nein", geht die Routine zu Schritt 718 zurück. Wenn alternativ die Antwort im Schritt 720 „ja" lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 722, wo die Kraftstoffanreicherung und die Verstellung des Zündzeitpunktes nach spät deaktiviert werden.
  • Analog bestimmt die Routine ab dem Schritt 710 im Schritt 730, ob der Oxidationstimer einen höheren Wert hat als ein Luftpumpen-Betriebszeitwert (airon_tm). Ist die Antwort im Schritt 730 „ja", geht die Routine weiter zu Schritt 732 und aktiviert die Luftpumpe. Wenn dagegen die Antwort im Schritt 730 „nein" lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 734, um festzustellen, ob ein Drosselklappenübergang eingetreten ist. Lautet die Antwort im Schritt 734 „nein", geht die Routine weiter zu Schritt 730. Wenn im Gegensatz dazu die Antwort im Schritt 734 „ja" lautet, geht die Routine zum nachstehend hierin beschriebenen Schritt 740 weiter.
  • Ausgehend vom Schritt 732 geht die Routine weiter zu Schritt 736, wo eine Feststellung erfolgt, ob ein Drosselklappenübergang stattgefunden hat. Lautet die Antwort im Schritt 736 „ja", geht die Routine weiter zu Schritt 740. Wenn dagegen die Antwort im Schritt 736 „nein" lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 738. Im Schritt 738 bestimmt die Routine in einer zu Schritt 720 ähnlichen Weise, ob die Auspuffflanschtemperatur (ext_fl) höher liegt als der obere Schwellenwert der Port Oxidation-Temperatur oder ob der Hochauflösungs-Oxidationstimer einen höheren Wert hat als der maximale aktuelle Wert. Lautet die Antwort im Schritt 738 „nein", geht die Routine zu Schritt 736 zurück. Wenn dagegen die Antwort im Schritt 738 „ja" lautet, geht die Routine zum Schritt 742 weiter, um die Luftpumpe zu deaktivieren.
  • Unter Bezugnahme auf 8, die im Schritt 228 (2) erwähnt wird, wird nun eine Routine für den Übergang zur Normalbetriebsart beschrieben. Zunächst führt die Routine den angereicherten Kraftstoff unter Verwendung der Lambdasonden über eine Regelung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses im geschlossenen Regelkreis an das stöchiometrische Verhältnis heran. Als nächstes erhöht die Routine im Schritt 812 die Motorluft und den Zündzeitpunkt stufenweise, während die Motordrehzahl über eine Leerlaufdrehzahlregelung im geschlossenen Regelkreis aufrechterhalten wird.
  • Es wird nun auf 9 Bezug genommen. Eine Graphik der Auspuffkrümmertemperatur gibt den Betrieb nach der vorliegenden Erfindung an. Insbesondere zeigt 9 die Auspuffkrümmertemperatur als Funktion der Zeit. 9 zeigt, wie die Routine feststellt, ob zusätzliche Luft aus der Luftpumpe bei fetter Kraftstoffverbrennung, was als Port Oxidation bekannt ist, aktiviert werden soll. In diesem Beispiel wird der Motor bei T1 gestartet. Wenn der Motor startet, beginnt die Auspuffkrümmertemperatur zu steigen, und sie steigt bis zum Zeitpunkt T2 weiter. Zum Zeitpunkt T2 erreicht der Auspuffkrümmer die Oxidationstemperatur (ca. 260°C bis 426.7°C), wobei zu diesem Zeitpunkt die Bedingungen die exothermi sehe Reaktion der Luft aus der Luftpumpe unterstützen werden, die in den Auspuff mit fetten Verbrennungsgasen zusätzlich eingeführt wurde. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Auspuffkrümmememperatur bis zum Zeitpunkt T3 mit einer höheren Rate zu steigen. Zu diesem Zeitpunkt erreicht die Temperatur den oberen Schwellenwert, und die Luftzufuhr aus der Luftpumpe wird deaktiviert.
  • Es wird nun auf 10 Bezug genommen. Die Graphik zeigt das gemessene Auspuff-Luft-/Kraftstoffverhältnis stromauf vom Katalysator verbunden mit dem Zündzeitpunkt (geteilt durch einen Faktor 10). Diese Werte werden nach einem Motorstart gegen die Zeit geplottet. Der Wert von eins beim Luft-/Kraftstoffverhältnis gibt nahezu Stöchiometrie an. Des weiteren gibt ein Wert von null den Basiszündzeitpunkt an. Die Graphik zeigt, wie der Zündzeitpunkt während der Kaltlaufbetriebsart graduell nach spät verstellt wird. Anschließend wird nach ungefähr sechs Sekunden die Pumpe zugeschaltet, und die Port Oxidation wird aktiviert. Anschließend wird die Pumpe nach ca. fünfzehneinhalb Sekunden abgeschaltet, und es beginnt die Normalbetriebsart, während der Zündzeitpunkt nach früh verstellt wird. Anzumerken ist, daß während das gemessene Auspuff-Luft-/Kraftstoffverhältnis während der Port Oxidation-Betriebsart relativ nahe an der Stöchiometrie liegt, dies deshalb so ist, weil die fetten Abgase mit der Luft aus der Luftpumpe reagieren, so daß der Sensor nahezu Stöchiometrie mißt.
  • In sofern arbeitet die vorliegende Erfindung bei einer Ausführungsform mager mit nach spät verstelltem Zündzeitpunkt, ohne über die Lufteinleitungsvorrichtung hinzugefügte Sekundärluft, wenn die Auspufftemperatur bei einem Motorkaltstart geringer ist als ein erster Temperaturgrenzwert. Liegt die Temperatur höher als der erste Grenzwert, aber niedriger als ein zweiter Grenzwert, arbeitet der Motor mit Sekundärluft und fett genug, um im Auspuff die Selbstzündung zwischen dem fetten Abgas und der Sekundärluft zu unterstützen. Wenn als nächstes die Temperatur höher ist als der zweite Grenzwert, kann der Motor stöchiometrisch ohne Sekundärluft arbeiten. Mit anderen Wort kann der Motor, nachdem der Motor den zweiten Grenzwert erreicht hat, arbeiten und dabei das Abgas ohne Einleitung zusätzlicher Luft ungefähr beim stöchiometrischen Verhältnis halten.
  • Wenn schließlich mit Sekundärluft gearbeitet wird, kann der Motor erneut abgemagert und der Zündzeitpunkt kann nach spät verstellt werden, wenn ein Betriebszustand außerhalb des Leerlaufs eintritt. Alternativ können der Motorluftdurchsatz, die Zylinderladung oder eine sonstige Angabe der Luftmenge verwendet werden.
  • Ein Grund für die Überwachung des Leerlauf-/Nicht-Leerlaufzustandes oder irgendeiner anderen Angabe, ob der Luftstrom über einen Schwellenwert hinaus zugenommen hat, ist der, daß eine Verschlechterung der Kraftstoffökonomie des Fahrzeuges verhindert wird. Mit anderen Worten wird nach der vorliegenden Erfindung erkannt, daß das Verbrennungs-Luft-/Kraftstoffverhältnis vorzugsweise fetter sein sollte als ca. 12:1, um Selbstentzündung im Abgas zu erreichen. Wenn also der Luftstrom substantiell zunimmt, nimmt entsprechend die Menge von Überschußkraftstoff proportional zu. Dies kann, wenn ausgeführt, zu verschlechterter Kraftstoffökonomie führen. Des weiteren wird nach der vorliegenden Erfindung erkannt, daß die Lufteinleitungsvorrichtung möglicherweise nicht in der Lage ist, genügend Luft zu liefern, um den gesamten Überschußkraftstoff zu verarbeiten. Entsprechend wird der Nachteil unvollständiger Verbrennung von Überschußkraftstoff ebenfalls vermieden.
  • Nach einem anderen Ausführungsbeispiel liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Motors mit einer Abgasreinigungsvorrichtung in einem Auspuffsystem des Motors und einer mit dem Motorauspuffsystem verbundenen Lufteinleitungsvorrichtung. Das Verfahren umfaßt das Betreiben des Motors in einer ersten Betriebsart während des kalten Leerlaufzustandes, bei dem der Motor ein mageres Luft-/Kraftstoffgemisch ansaugt und der Zündzeitpunkt nach spät verstellt wird, das Betreiben des Motors in einer zweiten Betriebsart nach der genannten ersten Betriebsart bei kaltem Leerlaufzustand, bei der der Motor ein fettes Luft-/Kraftstoffgemisch ansaugt und die Lufteinleitungsvorrichtung Luft in den Motorauspuff einleitet, und das Verlassen der zweiten Betriebsart auf der Grundlage eines Zunehmens der Gaspedalposition eines von einem Fahrzeugfahrer betätigten Fahrzeugpedals.
  • Auf diese Weise wird die wenig verbrauchsgünstige zweite Motorbetriebsart beendet, wenn der Motor mit zunehmenden Luftdurchsätzen arbeitet. Mit anderen Worten wird die rasche Auspufferhitzung, die durch ein fettes Motor-Luft-/Kraftstoffverhältnis und zum Motorauspuff eingeleitete Überschußluft bewirkt wird, unter Bedingungen ausgeführt, bei denen die Auswirkung auf die Kraftstoffökonomie minimal ist. Entsprechend haben die Erfinder erkannt, daß ein solcher fetter Betrieb im Zustand mit geringem Motordurchsatz ausgeführt werden sollte, um die erwähnte negative Auswirkung auf die Kraftstoffökonomie des Fahrzeuges zu minimieren.
  • Diese Betriebsart kann unter Bezugnahme auf 11 näher erläutert werden. Die oberste Graphik der 11 zeigt das Motor-Luft-/Kraftstoffverhältnis, wie es durch einen UEGO-Sensor stromauf im Auspuffkrümmer gemessen wird. Anzumerken ist, daß der anfängliche stark magere Wert darauf beruht, daß die Sonde die Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat. Die zweite Graphik von oben zeigt die Auspufftemperatur (im vorliegenden Fall die Auspuffkrümmertemperatur). Die dritte Graphik von oben zeigt das Leerlaufflag (AN zeigt an, daß der Motor in der Leerlaufbetriebsart befindlich ist). Die untere Graphik zeigt das Luftpumpenflag (AN zeigt an, daß die Luftpumpe in den Auspuffkrümmer Luft pumpt).
  • Anzumerken ist, daß die oberste Graphik das Luft-/Kraftstoffverhältnis zeigt, das stromauf von der Lufteinleitungsvorrichtung gemessen wird, während das hierin beschriebene Ausführungsbeispiel einen Sensor einsetzt, der das Abgas-Luft-/Kraftstoffverhältnis stromab der Lufteinleitungsvorrichtung mißt. Das heißt, bei dem in den genannten Figuren beschriebenen Beispiel würde das von dem anstelle der Lambdasonde 16 angebrachten UEGO-Sensor gemessene Luft-/Kraftstoffverhältnis ab dem Zeitpunkt 1 ein im wesentlichen stöchiometrisches Gemisch anzeigen. Demzufolge könnte die oberste Graphik der 11 als ein im Zylinder gesteuertes Luft-/Kraftstoffverhältnis betrachtet werden, wie dies im folgenden beschrieben wird.
  • Nach dem Motorstart wird der Motor bis zum Zeitpunkt 1 zunächst mager mit nach spät verstelltem Zündzeitpunkt betrieben. Zum Zeitpunkt 1 erreicht die Auspufftemperatur (beispielsweise die Krümmertemperatur) den ersten Schwellenwert T1. Da der Motor in der Leerlaufbetriebsart arbeitet (anzumerken ist, daß bei einer alternativen Ausführungsform anstelle des Leerlaufflags der Motordurchsatz herangezogen wird), geht der Motor zu diesem Zeitpunkt zum fetten Betrieb über und beginnt die Hinzufügung von Luft über die Luftpumpe in den Motorauspuff. Im ersten Fall (durchgezogene Linie) verläßt der Motor zum Zeitpunkt 2 die Leerlaufbetriebsart. Entsprechend geht der Motor zum Magerbetrieb mit nach spät verstelltem Zündzeitpunkt zurück.
  • Die gestrichelte Linie entspricht dem zweiten Fall, bei dem der Motor während der gesamten Warmlaufphase in der Leerlaufbetriebsart verbleibt. Im zweiten Fall erreicht der Motor zum Zeitpunkt 3 den zweiten Temperaturschwellenwert T2, was angibt, daß die Port Oxidation-Betriebsart nicht mehr erforderlich ist, und er geht demzufolge zum mageren Betrieb mit nach spät verstelltem Zündzeitpunkt zurück. Dies setzt sich bis zum Zeitpunkt 5 fort, bei dem die Temperatur den Schwellenwert T3 erreichte und der Motor zu einem Pendeln um das stöchiometrische Verhältnis herum übergeht.
  • Zurückkommend auf den ersten Fall arbeitet der Motor vom Zeitpunkt 2 bis zum Zeitpunkt 6 mit einem nach spät verstellten Zündzeitpunkt. Zum Zeitpunkt 6 erreicht die Temperatur T3, und der Motor geht zu einem Pendeln um das stöchiometrische Verhältnis herum über.
  • Es wird nun auf 12 Bezug genommen, in der eine beispielhafte Lufteinleitungsvorrichtung 209 gezeigt wird. In diesem Fall ist eine Luftpumpe 1212 mit einem Regelventil 1210. Die Pumpe ist abhängig von der Pumpensteuerungsspannung Vc, die dem von der Batterie 1214 angetriebenen Relais 1213 zugeführt wird, entweder ein- oder ausgeschaltet. Der Luftstrom wird über das Regelventil 1210 geregelt.
  • Anzumerken ist, daß dies lediglich eine mögliche Anordnung ist. Bei einer alternativen Anordnung wird der Strom einfach durch Anpassung der an die Pumpe angelegten Spannung geregelt.
  • Es wird nun auf 13 Bezug genommen und eine Routine für die Regelung des Luft-/Kraftstoffverhältnis des Motors mit dem Ziel der Kompensation der über die Lufteinleitungsvorrichtung 209 eingeleiteten Luft beschrieben. Diese bestimmte Routine versucht, das Gemisch von Verbrennungsabgasen und über die Lufteinleitungsvorrichtung eingeleitete Luft bei einem Gesamtmischungs-Luft-/Kraftstoffverhältnis von ca. dem stöchiometrischen Wert (relatives Luft-/Kraftstoffverhältnis von 1) zu halten. Anzumerken ist jedoch, daß ein anderer Luft-/Kraftstoffgemischs-Sollwert gewählt werden kann, insbesondere, wenn UEGO-Luft-/Kraftstoffverhältnis-Lambdasonden verwendet werden.
  • Allgemein verwendet die Routine der 13 eine Rückmeldung von den Auspuff-Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensoren, um adaptiv eine Schätzung des über die Lufteinleitungsvorrichtung in den Auspuff geleiteten Luftstroms zu lernen. Die Routine ermöglicht lediglich das Lernen des Pumpenluftstroms, wenn die Pumpe eingeschaltet ist und eine Luft-/Kraftstoffverhältnis-Regelung im geschlossenen Regelkreis ausgeführt wird. Während dieses Lernens des Pumpenluftstroms nehmen die Regelalgorithmen an, daß Fehler aufgrund von Kraftstoffinjektorversatz, Fehler aus dem Luftmassensensor und Abweichungen von Zylinderbank zu Zylinderbank bzw. von Zylinder zu Zylinder bereits gelernt und während der Betriebsart außerhalb der Port Oxidation-Betriebsart bereits berücksichtigt wurden. Auf diese Weise ist es möglich, den aufgrund von Schätzfehlern beim Pumpenluftstrom verursachten Luftstromfehler zu isolieren.
  • Es wird nunmehr insbesondere auf 13 Bezug genommen. Im Schritt 1310 initialisiert die Routine verschiedene in dem KAM-Speicher des Steuergeräts 12 abgespeicherte Variablen. Insbesondere wird die Variable (PETA_KAM) mit dem neuesten aktualisierten Wert aus dem Motorbetrieb initialisiert. Bei der anfänglichen Motorproduktion wird diese Variable auf null gesetzt.
  • Im Schritt 1312 schätzt die Routine auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen den über die Luftpumpe eingeleiteten Luftstrom. Mit anderen Worten ermittelt die Routine eine Vorsteuerungs- oder Schätzung im offenen Regelkreis auf der Grundlage von Betriebsbedingungen. Die Schätzung des Luftpumpenstroms (AIR_FLOW_CAL) beruht auf dem gemessenen Luftmassenstrom (MAF) und der Batteriespannung unter Verwendung der nachstehenden Gleichung: AIR_FLOW_CAL = FNAM(Luftmasse) × FNVOLT(Batteriespannung) worin FNAM eine kalibrierbare Funktion der Luftmasse oder MAF ist, und FNVOLT eine kalibrierbare Funktion der Batteriespannung ist.
  • Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der Luftstrom auf der Grundlage des Auspuffdrucks geschätzt werden. Mit anderen Worten erkennen die Erfinder, wie oben beschrieben, daß die Menge des über die Luftpumpe (die eine kraftschlüssige Verdrängerpumpe ist) eingeleiteten Luftstroms durch den Auspuffrückstaudruck und die zugeführte Spannung beeinflußt wird. Des weiteren können verschiedene Korrekturen angebracht werden, um Änderungen beim atmosphärischen Druck und der atmosphärischen Temperatur zu berücksichtigen.
  • Es wird mit Schritt 1313 fortgefahren. Die Routine korrigiert die Luftpumpenschätzung auf der Grundlage gelernter Daten, um eine angepaßte Luftpumpenstrom-Schätzung (PETA_INF_AM) zu erhalten, wie dies in der nachstehenden Gleichung gezeigt wird: PETA_INF_AM = AIR_FLOW_CAL × (1 + PETA_KAM), worin AIR_FLOW_CAL ein kalibrierbarer adaptiver Zunahme-Parameter ist.
  • Dies angepaßte Schätzung basiert auf der zuvor gelernten Variablen (PE-TA_KAM). Das Aktualisieren dieses Parameters wird nachstehend unter besonderer Bezugnahme auf den Schritt 1326 beschrieben. Dieser Ansatz verwendet somit einen einzigen gelernten Wert in der Annahme, daß der Pumpenstrom unter sämtlichen Bedingungen ungefähr um den gleichen Bruchteil gemindert wird, um den oben verwendeten abgeleiteten Luftpumpenstrom zu liefern. Da insbesondere die Schätzung im offenen Regelkreis versucht, Schwankungen bei der angelegten Spannung, Staudruck und atmosphärischen Bedingungen zu berücksichtigen, wird nur ein einziger Parameter benötigt, um Herstellungsschwankungen und sonstige langsam variierende Wirkungen, wie z.B. Verschlechterung der Pumpenleistung, zu kompensieren.
  • Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann jedoch der gelernte Korrekturwert über verschiedene Betriebsbedingungen abgespeichert werden, wie z.B. Motordrehzahl und Motorlast oder geschätzte Abgastemperatur. Mit anderen Worten könnten zwei Werte verwendet werden, einer für jede Zylinderbank, um Schwankungen von Bank zu Bank im Luftverteilungssystem zu berücksichtigen. Für den Fall, daß für jede Bank getrennte Pumpen verwendet werden, könnten Mehrfachwerte verwendet werden, um Differenzen in den Pumpen zu berücksichtigen. Des weiteren könnte eine vorbestimmte Differenz von Bank zu Bank angenommen (wenn eine Pumpe verwendet wird) und ein Bank-spezifischer Multiplikator angewandt werden, während der Einzelwert von PETA_KAM für das gesamte System verwendet wird.
  • Es wird mit 13 fortgefahren. Im Schritt 1314 berechnet die Routine ein gewünschtes Endzylinderverbrenngungs-Luft-/Kraftstoffverhältnis (PETA_LAMBSE), wie dies in der nachstehenden Gleichung gezeigt wird. PETA_LAMBSE) = (AM*(PETA_LAMBDA_DES))/(AM + (PETA_INF_AM)),
    • worin AM die auf der Grundlage des Luftmassensensors (MAF) bestimmte Luftmasse, PETA_LAMBDA DES das gewünschte Gemischs des Luft-/Kraftstoffverhältnisses (PETA_LAMBDA) und PETA_INF_AM der geschätzte Luftstrom über die Lufteinleitungsvorrichtung ist.
  • Dieses gewünschte Endzylinder-Luft-/Kraftstoffverhältnis wird somit auf der Grundlage des gewünschten Gemisch-Luft-/Kraftstoffverhältnis (PETA_LAMBDA), der gemessenen Luftmasse (AM) und des geschätzten Luftstroms über die Lufteinleitungsvorrichtung (PETA_INF_AM) berechnet. Anzumerken ist, daß es erfindungsgemäß möglich ist, das Lernen des Luftpumpenstroms auch dann vorzuse hen, wenn das Verhältnis des Gemischs ein Wert ist, der ein anderer Wert als das stöchiometrische Verhältnis ist. Als eine Alternative kann ein Verhältnis (PE-TA RAT), wie in der nachstehenden Gleichung gezeigt, berechnet werden. PETA_RAT = AM/(AM + PETA_INF_AM ).
  • Im Schritt 1316 ermittelt die Routine, ob die Lambdasonde 16 umgeschaltet hat. Lautet die Antwort im Schritt 1316 „nein", geht die Routine weiter, um nach einer Lambdasonden-Zustandsänderung zu suchen. Wenn im Gegensatz dazu die Antwort im Schritt 1316 „ja" lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 1318. Im Schritt 1318 speichert die Routine den aufgrund der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Regelung im geschlossenen Regelkreis bestimmten endgültigen Wert des Luft-/Kraftstoffverhältnisses, wenn die Lambdasonde umgeschaltet hat (d.h. LAMB-SE_SAVE wird auf das aktuelle LAMBSE auf einer zylinderbankweisen Grundlage eingestellt, wenn ein Motor mit mehreren Bänken verwendet wird). Dieser Wert wird wie hierin unter besonderer Bezugnahme auf 14 beschrieben berechnet. Der Wert wird gespeichert, und des weiteren verzeichnet die Routine, von welcher Zylinderbank ([BANK_TMP]) der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Wert gespeichert wird, falls es sich um einen Motor mit mehreren Zylinderbänken handelt. Dann berechnet die Routine im Schritt 1320 einen Fehlerwert (AIR_FUEL_ERROR) auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis (PE-TA LAMBSE) und dem erforderlichen endgültigen Luft-/Kraftstoffverhältnis-Wert, welcher notwendig ist, um das gemessene Gemischverhältnis (LAMBSE_SAVE) zu halten, wie dies in der nachstehenden Gleichung gezeigt wird. AIR_FUEL_ERROR = 14.6*(LAMBSE_SAVE[BANK_TMP] – PETA_LAMBSE)
  • Diese Differenz scheint das Ergebnis eines Fehlers in der Luftpumpenstrom-Schätzung zu sein, und der Luftstrom wird, wie in der nachstehenden Gleichung gezeigt, im Schritt 1322 ausgehend von dem Luft-/Kraftstoffverhältnis-Fehler und der aktuellen Kraftstoffdurchflußmenge berechnet. AIR_FLOW_ERROR = AIR_FUEL ERROR*LBMF_INJ[BANK TMP] *(NUMCYL/2)*N
    • worin N die Motordrehzahl, NUMCYL die Anzahl der Zylinder im Motor und LBMF INJ die Ibm-Masse von durch die Injektoren eingespritztem Kraftstoff ist.
  • Wiederum berücksichtigt die Routine ein Zylinderbanksystem mit mehreren Zylindern, indem der Kraftstoffdurchfluß von der Bank ausgewählt wird, die dem gespeicherten Wert des Luft-/Kraftstoffverhältnisses entspricht.
  • Anschließend bestimmt die Routine im Schritt 1324, ob der Pumpenstrom größer ist als ein Schwellenwert. Alternativ kann die Routine bestimmen, ob das Verhältnis des Luftstroms zum Pumpenstrom (PETA_RAT) größer ist als ein Schwellenwert. Insbesondere bei niedrigem Pumpenluftstrom (beispielsweise bei höherem Rückstaudruck) können andere Luft-/Kraftstoffverhältnis-Fehler Fehler aufgrund von Änderungen beim Pumpenstrom überdecken. Entsprechend ist es erfindungsgemäß möglich, das Lernen des Pumpenstroms nur zuzulassen, wenn diese Fehler im Vergleich zum Fehler im Pumpenstrom minimal sind. Wenn also die Antwort im Schritt 1324 „ja" lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 1326 und aktualisiert den KAM-Wert (PETA_KAM), wie es in der nachstehenden Gleichung gezeigt wird. PETA_KAM = PETA_KAM + (PETA_KAM_GAIN)*(AIR_FLOW_ERROR)/(PETA_INF_AM),
    • worin PETA_KAM_GAIN eine kalibrierbare adaptiv gelernte Zunahme ist.
  • Schritt 1316 oben setzt voraus, daß eine Schaltsonde für die Lambdasonde 16 verwendet wurde. Eine Alternative wäre es, eine Breitbandsonde (UEGO) als Lambdasonde 16 zu nutzen und das Lernen in regelmäßigen Intervallen und nicht an Punkten des Umschaltens der Sonde durchzuführen. Ein Vorteil dieser Breitbandsonde wäre es, daß Aktualisierungen häufiger durchgeführt werden könnten, was ein komplexeres adaptives System ermöglichen würde, bei dem die gelernte Korrektur als Funktion von Parametern, wie z.B. Auspuffrückstaudruck oder Motorluftmasse, Temperatur usw., evaluiert werden könnte.
  • Unter Bezugnahme auf 14A wird nun ein Flußdiagramm einer vom Steuergerät 12 zur Generierung des Kraftstoff-Anpassungssignals FT ausgeführten Routine beschrieben. Zunächst wird eine Feststellung getroffen, ob Luft-/Kraftstoff-Regelung im geschlossenen Regelkreis zu beginnen ist (Schritt 1422), indem Motorbetriebsbedingungen, wie z.B. die Temperatur, überwacht werden. Wenn die Regelung im geschlossenen Regelkreis beginnt, wird das Signal EGO2S ausgelesen (Schritt 1424) und anschließend wie nachstehend beschrieben in einem proportionalen plus integralem Steuergerät verarbeitet.
  • Zunächst wird auf Schritt 1426 Bezug genommen. Das Signal EGO2S wird mit dem Verstärkungsfaktor Gl multipliziert, und im Schritt 1428 das daraus resultierende Produkt den vorher kumulierten Produkten (Gl*EgO2Si–1) hinzuaddiert. Mit anderen Worten wird das Signal EGO2S bei jeder Stichprobenperiode (i) in durch den Verstärkungsfaktor Gl bestimmten Schritten integriert. Während des Schrittes 1432 wird das Signal EGO2S auch mit dem Proportionalbeiwert GP multipliziert. Der Integralwert aus Schritt 1428 wird dem Proportionalwert während des Additionsschrittes 1434 aus Schritt 1432 hinzugefügt, um das Kraftstoff-Anpassungssignal FT zu generieren.
  • Jetzt wird die vom Steuergerät 12 ausgeführte Routine, um die zum Motor 10 zugeführte gewünschte Menge flüssigen Kraftstoffs zu generieren, und diese gewünschte Kraftstoffmenge durch eine Rückmeldungsvariable zu trimmen, die sowohl bezogen ist auf die Sonde 80 als auch auf das Kraftstoff-Anpassungssignal FT, wie unter Bezugnahme auf 14B beschrieben. Während des Schritts 1458 wird zunächst eine Kraftstoffmenge im offenen Regelkreis dadurch bestimmt, daß die Mischung des eingeleiteten Luftmassenstroms (MAF) durch das gewünschte Luft-/Kraftstoffverhältnis AFd (welches PETA_LAMBSE während der Port Oxidation ist) dividiert wird, was üblicherweise der stöchiometrische Wert ist, wenn Benzin verbrannt wird. Wenn jedoch das AFd auf einen fetten Wert gesetzt wird, führt dies dazu, daß der Motor in einem fetten Zustand arbeitet. Das Setzen von AFd auf einen mageren Wert führt analog zu einem Betrieb des Motors in einem mageren Zustand. Diese Kraftstoffmenge im offenen Regelkreis wird dann angepaßt, im vorliegenden Beispiel dividiert durch die Rückmeldungsvariable FV.
  • Nach der Feststellung, daß eine Regelung im geschlossenen Regelkreis gewünscht wird (Schritt 1460), indem Motorbetriebsbedingungen, wie z.B. Temperatur (ECT), überwacht werden, wird im Schritt 1462 das Signal EGO1S ausgelesen. Im Schritt 1466 wird das Kraftstoff-Anpassungssignal FT von der vorstehend unter Bezugnahme auf 14A beschriebenen Routine transferiert und dem Signal EGO1S hinzuaddiert, um das Anpassungssignal TS zu generieren.
  • Während der Schritte 1470 bis 1478 wird eine an sich bekannte proportionale plus integrale Routine im geschlossenen Regelkreis mit dem angepaßten Signal TS als Eingangswert ausgeführt. Das Anpassungssignal TS wird zunächst mit dem Integralbeiwert KI (Schritt 1470) multipliziert, und das resultierende Produkt wird den vorher angesammelten Produkten hinzuaddiert (Schritt 1472). Das heißt, das Anpassungssignal TS wird in durch den Verstärkungsfaktor Kl bestimmten Sehritten für jede Stichprobenperiode (i) während des Schritts 1472 integriert. Ein Produkt des Proportionalbeiwertes KP multipliziert mit dem Anpassungssignal TS (Schritt 1476) wird dann zu der Integration von Kl*TS während Schritt 1478 hinzuaddiert, um die Rückmeldungsvariable FV zu generieren. Ausgehend davon wird der Luft/Kraftstoffverhältnis-Wert (LABMSE) im geschlossenen Regelkreis dann aufgrund der Kraftstoffeinspritzmenge (Fd) im geschlossenen Regelkreis berechnet als: LAMBSE = MAF/Fd.
  • Anzumerken ist, daß die zweite Lambdasonde 80 möglichennreise während der Port Oxidation nicht die Betriebstemperatur erreicht hat. In diesem Fall wird die in 14A generierte Rückmeldung einfach nicht verwendet, und Schritt 1466 kann übersprungen werden.
  • Zusammenfassend liefert die oben beschriebene Routine zur adaptiven Luftpumpenschätzung den folgenden Vorteil. Wann immer Luft-/Kraftstoffsteuerung im ge schlossenen Regelkreis möglich ist, kann die Rückmeldungskorrektur dazu verwendet werden, adaptiv den Pumpenluftstrom zu lernen. Des weiteren kann dieser adaptiv gelernte Luftpumpenluftstrom auch dann bei späteren Motorstarts verwendet werden, wenn Kraftstoffregelung im geschlossenen Regelkreis nicht möglich ist, um eine präzise Luft-/Kraftstoffregelung auch in der Situation einer Steuerung im offenen Regelkreis aufrechtzuerhalten. Des weiteren kann das Steuergerät 12 adaptiv Fehler aus den Kraftstoffinjektoren usw. während der Kraftstoffsteuerung im geschlossenen Regelkreis und Bedingungen ohne Port Oxidation lernen. Auf diese Weise kann während des Lernens in der Port Oxidations-Betriebsart der Fehler lediglich Fehlern bei der Luftpumpenstromschätzung zugeordnet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 15 wird nun ein beispielhafter Betrieb nach der Erfindung beschrieben, wobei das adaptive Lernen nach den 13 und 14 erläutert wird. Insbesondere zeigt die oberste Graphik der 15 den Rückmeldungs-Luft-/Kraftstoffverhältnis-Regelungsinput (LAMBSE) gegenüber der Zeit als durchgezogene Linie und das stöchiometrisch Luft-/Kraftstoffverhältnis als eine doppeltgestrichelte Linie. Die mittlere Graphik der 15 zeigt den Rückmeldungs-Sensorwert EGO gegenüber der Zeit. Schließlich zeigt die untere Graphik der 15 den Pumpenstromschätzwert als eine gestrichelte, sich dem tatsächlichen Pumpenstrom (durchgezogene Linie) annähernde Linie.
  • Zum Zeitpunkt T11 tritt der Motor in die Kraftstoffsteuerung im geschlossenen Regelkreis aufgrund des stromauf gelegenen Lambdasonde 16 ein, wenn die Sonde auf Low schaltet, was angibt, daß das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Gemischs mager ist. Demzufolge wird der Regelungsinput (LAMBSE) auf fetter hochgefahren. Anschließend schaltet die Lambdasonde zum Zeitpunkt t12 auf High, was angibt, daß das Gemisch von Luft und verbrannten Gasen fett ist. Entsprechend fährt die Routine das Luft-/Kraftstoffverhältnis rasch auf weniger fett und beginnt eine Annäherung an mager (was somit einer P-I-Regelungsaktion entspricht). Des weiteren aktualisiert die Routine zum Zeitpunkt T12 den Wert von PETA_KAM, womit adaptiv ein präziserer Pumpenstromwert gelernt wird. Diese Prozesse gehen, wie dargestellt, zu den Zeitpunkten t13 und t14 für jede Schaltung der Lambdasonde weiter. Wie des weiteren dargestellt wird, schwankt die Pumpenstromschätzung um den bzw. nähert sich dem tatsächlichen Pumpenstrom an (der nicht im Fahrzeug gemessen wird, sondern hier lediglich gezeigt wird, um anzugeben, daß sich die Schätzung dem tatsächlichen Wert annähert).
  • Dies schließt die detaillierte Beschreibung ab. Wie oben ausgeführt, gibt es verschiedene Änderungen, die an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können.

Claims (21)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Motors mit einer Abgasreinigungsvorrichtung in einem Auspuffsystem des Motors und einer mit dem Motorauspuffsystem verbundenen Lufteinleitungsvorrichtung, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt: nach dem Motorstart Betreiben des Motors mit einem gegenüber dem Zündzeitpunkt für optimales Drehmoment nach spät verstellten Zündzeitpunkt und Verbrennen eines mageren Luft-/Kraftstoffgemischs, Fortsetzung dieses Betriebes, bis die Auspuftsystemtemperatur einen vorgewählten Wert erreicht, und nach Erreichen des genannten vorgewählten Temperaturwertes Betreiben des Motors mit einem fetten Luft-/Kraftstoffgemisch und Beginnen des Hinzufügens von Luft über die genannte Lufteinleitungsvorrichtung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Auspuffsystemtemperatur eine Auspuffkrümmertemperatur und der genannten vorgewählte Wert eine Selbstentzündungstemperatur ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Auspuffsystemtemperatur eine Abgastemperatur ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte fette Luft-/Kraftstoffgemisch fetter ist als ca. 12:1.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Betreiben des Motors mit dem genannten fetten Luft-/Kraftstoffgemisch und dem genannten Hinzufügen von Luft über die genannte Lufteinleitungsvorrichtung als Reaktion auf eine Anzeige unterbrochen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anzeige darauf beruht, ob der Motor in einem Leerlaufbetriebszustand befindlich ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anzeige darauf beruht, ob der Motorluftdurchsatz größer ist als ein vorbestimmter Wert.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Lufteinleitungsvorrichtung eine Luftpumpe ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine an die genannte Pumpe angelegte Spannung angepaßt wird, um eine über die genannte Pumpe hinzugefügte Luftmenge zu steuern.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es des weiteren das Bestimmen der genannten über die genannte Luftpumpe zugeführten Luftmenge auf der Grundlage von äußeren Bedingungen umfaßt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten äußeren Bedingungen mindestens atmosphärischer Druck und Temperatur umfassen.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor nach Erreichen des genannten vorgewählten Temperaturwertes mit einem auf der Grundlage des genannten fetten Luft-/Kraftstoffverhältnisses angepaßten Zündzeitpunkt betrieben wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es des weiteren das Anpassen des genannten fetten Luft-/Kraftstoffverhältnisses auf der Grundlage einer über die genannte Lufteinleitungsvorrichtung hinzugefügten Luftmenge umfaßt.
  14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es des weiteren das Anpassen der in den Motor eintretenden Luft umfaßt, wenn von dem genannten Magerbetrieb zu dem genannten fetten Betrieb übergegangen wird.
  15. Verfahren zum Betreiben eines Motors mit einer Abgasreinigungsvorrichtung in einem Auspuffsystem des Motors und einer mit dem Motorauspuffsystem verbundenen Lufteinleitungsvorrichtung, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt: als Reaktion auf eine Anzeige, daß die Auspufftemperatur unter einem ersten Schwellenwert liegt, Betreiben des Motors mit einem gegenüber dem Zündzeitpunkt für optimales Drehmoment nach spät verstellten Zündzeitpunkt, um ein mageres Luft-/Kraftstoffgemisch zu verbrennen, als Reaktion auf eine Anzeige, daß die Auspufftemperatur über dem genannten ersten Schwellenwert und unterhalb eines zweiten Schwellenwertes liegt, Betreiben des Motors in der Weise, daß ein fettes Luft/Kraftstoffgemisch verbrannt wird, und Hinzufügen von Luft in das Auspuffsystem über die genannte Lufteinleitungsvorrichtung, und als Reaktion auf eine Anzeige, daß die Auspufftemperatur über dem genannten zweiten Schwellenwert liegt, Betreiben des Motors in der Nähe des stöchiometrischen Verhältnisses.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte fette Betrieb fetter als 12:1 ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Lufteinleitungsvorrichtung eine mit dem Auspuffsystem verbundene Pumpe ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Auspufftemperatur eine auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen geschätzte Auspuffkrümmertemperatur ist.
  19. Verfahren zum Betreiben eines Motors mit einer Abgasreinigungsvorrichtung in einem Auspuffsystem des Motors und einer mit dem Motorauspuffsystem verbundenen Lufteinleitungsvorrichtung, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt: wenn die Auspufftemperatur unter einem ersten Schwellenwert liegt, Betreiben des Motors mit einem gegenüber dem Zündzeitpunkt für optimales Drehmoment nach spät verstellten Zündzeitpunkt, um ein mageres Luft/Kraftstoffgemisch zu verbrennen, wenn die Auspufftemperatur über dem genannten ersten Schwellenwert und unterhalb eines zweiten Schwellenwertes liegt, Betreiben des Motors in der Weise, daß ein fettes Luft-/Kraftstoffgemisch verbrannt wird, und Hinzufügen von Luft in das Auspuffsystem über die genannte Lufteinleitungsvorrichtung, und wenn die Auspufftemperatur über dem genannten zweiten Schwellenwert liegt, Betreiben des Motors in der Nähe des stöchiometrischen Verhältnisses.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Motor mit einem Zündzeitpunkt in der Nähe des Zündzeitpunkts für optimales Drehmoment betrieben wird, wenn die Auspufftemperatur über dem genannten zweiten Schwellenwert liegt.
  21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß es des weiteren Betreiben des Motors umfaßt, wenn die Auspufftemperatur über dem genannten ersten Schwellenwert und unterhalb des genannten zweiten Schwellenwertes liegt, um das genannte fette Luft-/Kraftstoffgemisch zu verbrennen, und Hinzufügen von Luft in das Auspuffssystem über die genannte Lufteinleitungsvorrichtung, und Abschalten des genannten Betriebes, wenn zumindest eine der folgenden Bedingungen eintritt: ein Nicht-Leerlaufsbetriebszustand bzw. ein Motorluftdurchsatz, der größer ist als ein vorbestimmter Wert.
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