DE19645064C2 - Steuersystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit dem eine bestmögliche Reinigungs­ leistung eines Katalysators erzielt und die Verschlechterung der Antriebseigenschaf­ ten eines Fahrzeugs verhindert werden kann.

Im Hinblick auf den Umweltschutz werden Beschränkungen für verschiedene Kom­ ponenten im Abgas von Kraftfahrzeugen immer strenger. Als Antwort darauf sind verschiedene Einrichtungen für die wirksame Reinigung des Abgases vorgeschlagen worden. Insbesondere dann, wenn das Abgas mittels eines katalytischen Umsetzers gereinigt wird, ist es ein großes Problem, die Reinigungswirkung eines katalytischen Umsetzers bzw. eines Katalysators maximal zu machen.

Obwohl es sich herausgestellt hat, dass es eine Oszillationsamplitude und eine Oszillationsperiode gibt, die für die Verbesserung der Reinigungsrate des katalytischen Umsetzers sich als geeignet erweist, verursa­ chen diese jedoch Schwankungen des vom Verbrennungsmotor erzeugten Drehmo­ ments, wie in den Fig. 7 und 9 gezeigt ist. Um daher die Antriebseigenschaften nicht zu verschlechtern, ist die Verwendung einer idealen Oszillationsperiode und einer idealen Oszillationsamplitude für den katalytischen Umsetzer aufgegeben worden. Falls der katalytische Umsetzer nicht ausreichend aktiviert worden ist und/oder die Reinigungsleistung des katalytischen Umsetzers sich verschlechtert hat, kann der katalytische Umsetzer mit derjenigen Oszillationsperiode und derjenigen Oszillati­ onsamplitude, die für den Zustand geeignet sind, in dem der katalytische Umsetzer mit ausreichender Reinigungsleistung arbeitet, das Abgas nicht vollständig reinigen, so daß die Zusammensetzung des Abgases verschlechtert wird.

Im Folgenden wird auf den Stand der Technik nach der DE 39 41 682 C2 eingegangen.

Die DE 39 43 682 C2 betrifft zudem eine Steuervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dort ist gezeigt, daß höhere Reinigungs-Wirkungsgrade über einen größeren Bereich eines mittleren Luft-/Kraftstoffverhältnisses in der Nähe des theo­ retischen Luft-/Kraftstoffverhältnisses erzielt werden können, wenn das Luft-/Kraft­ stoffverhältnis des der Maschine zugeführten Gemisches abwechselnd zu einem et­ was mageren und einem etwas fetten Pegel um den mittleren Pegel des theoreti­ schen Luft-/Kraftstoffverhältnisses schwingt. Gemäß dieser Druckschrift kann durch ein regelmäßiges Verändern des Luft-/Kraftstoffverhältnisses zur fetten oder zur mageren Seite hin, die Reinigungsleistung des Katalysators erhöht werden. Dadurch entstehen jedoch unerwünschte Drehmomentschwankungen, die dem Fahrer des Fahrzeugs unangenehm sind und den Komfort schmälern.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuersystem für eine Brenn­ kraftmaschine mit einem Katalysator zu schaffen, das eine maximale Reinigungs­ leistung des Katalysators bei einem optimalen Fahrkomfort erzielt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Steuersystem, das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale besitzt. Die abhängigen Ansprüche sind auf be­ vorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet (Ansprüche 2 bis 9).

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt, weiter erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Verbrennungsmotors, der eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver­ brennungsmotor-Steuersystems enthält;

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild, das den Aufbau eines Computers in einer Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor- Steuersystems veranschaulicht;

Fig. 3 ein Blockschaltbild, das die allgemeine Funktion einer Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Verbrennungsmotor-Steuersystems veranschaulicht;

Fig. 4A, B Signalform-Diagramme, die die Beziehung zwischen dem Signal 24a der Luft-/Kraft­ stoffverhältnis-Oszillationsamplitude und dem Signal 27a der Zündzeitpunkt-Oszillations­ amplitude des Verbrennungsmotor-Steuersystems bzw. die Verzögerungszeit zwischen dem Beginn der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Oszillations­ amplitude und dem Beginn der Zündzeitpunkt- Korrektur veranschaulichen;

Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild, das die allgemeine Funktion einer weiteren Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Verbrennungs­ motor-Steuersystems veranschaulicht;

Fig. 6 ein Signalform-Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Signal 24a der Luft-/Kraft­ stoffverhältnis-Oszillationsperiode und dem Signal 27a der Zündzeitpunkt-Oszillations­ amplitude des Verbrennungsmotor-Steuersystems von Fig. 5 veranschaulicht;

Fig. 7 den bereits erwähnten Graphen, der die Bezie­ hung zwischen der Luft-/Kraftstoffverhältnis- Oszillationsamplitude (ΔL/K), dem Reinigungs­ verhältnis eines Katalysators und dem über­ schüssigen Drehmoment des Verbrennungsmotors angibt;

Fig. 8 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Periode der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Oszil­ lation (ΔL/K) und einem Anfangswert der Zünd­ zeitpunkt-Oszillationsamplitude angibt; und

Fig. 9 den bereits erwähnten Graphen, der eine Beziehung zwischen der ΔL/K-Frequenz, dem Reinigungsverhältnis des katalytischen Umset­ zers und dem überschüssigen Drehmoment des Verbrennungsmotors angibt.

Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau eines Verbrennungsmotors sowie einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Steuersystems für diesen Verbrennungsmotor.

In einem Zylinder des Verbrennungsmotors 1 ist eine Verbrennungskammer 1c durch einen Kolben 1a und einen Zylinder 1b definiert. Mit dem oberen Abschnitt der Verbrennungskammer 1c sind eine Ansaugleitung 1d und eine Abgasleitung 1e verbunden.

In der Ansaugleitung 1d sind eine Kraftstoffeinspritzein­ richtung 8 zum Einspritzen von Kraftstoff, der von einem Kraftstoffzufuhrsystem zugeführt wird, das einen Kraft­ stofftank 11, einen Kanister 12, ein Stoßsteuerventil usw. enthält, ein Leerlauf-Luftdurchflußmengen-Einstell­ ventil 10 und dergleichen angeordnet. In der Verbren­ nungskammer 1c ist eine Zündkerze 9 angeordnet. Anderer­ seits ist in der Abgasleitung 1e eine katalytische Umset­ zereinheit 15 vorgesehen. Zwischen der Ansaugleitung 1d und der Abgasleitung 1e ist ein AGR-System angeordnet, das ein elektromagnetisches AGR-Ventil, ein Abgasrückfüh­ rungsventil 14a und dergleichen enthält.

Im Verbrennungsmotor 1 sind ferner ein Motordrehzahl- Sensor 2, ein Motorkühlmitteltemperatur-Sensor 3, ein Ansaugluftdurchflußmengen-Sensor 4 sowie ein Drosselklap­ penstellungs-Sensor 5, die als Erfassungseinrichtungen für die Erfassung von Betriebsbedingungen des Verbren­ nungsmotors dienen, angeordnet. Ferner ist in der Abgas­ leitung 1e ein Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor 7 für die Erfassung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des dem Verbrennungsmotor 1 zuzuführenden Luft-/Kraftstoff­ gemischs angeordnet.

Ein Steuersystem 6 empfängt Erfassungssignale von der Verbrennungsmotorbetriebsbedingung-Erfassungseinrichtung, die die verschiedenen Erfassungssensoren enthält, und steuert die Kraftstoffeinspritzeinrichtung, eine (nicht gezeigte) Zündspule, die Zündkerze 9, das Leerlauf-Luft­ durchflußmengen-Einstellventil 10 und dergleichen.

Das Steuersystem 6 enthält eine Verbrennungsmotor-Steuer­ einrichtung, eine Triggersignal-Erzeugungseinrichtung, eine Luft-/Kraftstoffverhältnis-Einstelleinrichtung, eine Reinigungsleistung-Erfassungseinrichtung, eine Luft- /Kraftstoffverhältnis-Steuereinrichtung, eine Fett/Mager- Beurteilungseinrichtung usw., wie später genauer erläu­ tert wird.

Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt das Steuersystem 6 eine Eingangsschaltung 191, einen A/D-Umsetzer 192, eine Zentraleinheit 193, einen Festwertspeicher ROM 194, einen Schreib-Lese-Speicher RAM 195 und eine Ausgangsschaltung 196. Die Eingangsschaltung 190 empfängt Eingangssignale (beispielsweise Signale vom Motorkühlmitteltemperatur- Sensor 3, vom Ansaugluftdurchflußmengen-Sensor 4, vom Drosselklappenstellungs-Sensor 5, vom Luft-/Kraftstoff­ verhältnis-Sensor 7 usw.), beseitigt Rauschkomponenten aus den empfangenen Signalen und gibt die verarbeiteten Signale zum A/D-Umsetzer 192 aus. Der A/D-Umsetzer 192 führt die A/D-Umsetzung der Signale aus und gibt die umgesetzten Signale zur Zentraleinheit 193 aus. Die Zentraleinheit 193 empfängt die aus der A/D-Umsetzung sich ergebenden Signale und führt verschiedene Steuerungen und Diagnosen aus, indem sie im ROM 194 gespeicherte vorgegebene Programme ausführt.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Ergebnisse der arith­ metischen Operationen und die Ergebnisse der A/D-Umset­ zung vorübergehend im RAM 195 gespeichert werden. Außer­ dem werden die Ergebnisse der arithmetischen Operationen als Steuerausgangssignale über die Ausgangsschaltung 196 ausgegeben, um die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 8 und dergleichen zu steuern. Es wird ferner darauf hingewie­ sen, daß die Konstruktion des Steuersystems 6 nicht auf die gezeigte Konstruktion eingeschränkt ist.

Fig. 3 zeigt die Konstruktion der Steuerfunktion der dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuersystems.

Informationen 20a, die verschiedene Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 1 angeben und von der Verbren­ nungsmotorbetriebsbedingung-Erfassungseinrichtung 20 er­ halten werden, werden zur Verbrennungsmotor-Steuerein­ richtung 21 geliefert. Dann wird der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 durch Ausführen der Steuerung durch die Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung 21a und durch die Kraftstoffeinspritz-Steuereinrichtung 21b in Abhängigkeit von den die Betriebsbedingungen angebenden Informationen 20a hergestellt.

Andererseits werden die die Betriebsbedingungen angeben­ den Informationen 20a zur Triggersignal-Erzeugungsein­ richtung 22 geliefert und dort für die Beurteilung ver­ wendet, ob das Triggersignal 22a erzeugt werden soll oder nicht. Beispielsweise wird die Beurteilung, ob das Trig­ gersignal 22a erzeugt werden kann oder nicht, ausgeführt, indem geprüft wird, ob ein die Motorkühlmitteltemperatur angebendes Signal des Motorkühlmittelsensors 3 eine Motorkühlmitteltemperatur angibt, die größer oder gleich einer vorgegebenen Motorkühlmitteltemperatur ist, ob ein Motordrehzahlsignal des Motordrehzahlsensors 2 eine Motordrehzahl angibt, die größer oder gleich einer vorge­ gebenen Drehzahl ist, oder ob ein die Abgastemperatur angebendes Signal eines Abgastemperatur-Sensors (nicht gezeigt) eine Abgastemperatur angibt, die größer oder gleich einer vorgegebenen Abgastemperatur ist. Falls beurteilt wird, daß das Triggersignal 22a erzeugt werden kann, wird ein Zeitintervall für die Erzeugung des Trig­ gersignals in Abhängigkeit von den die Betriebsbedingun­ gen angebenden Informationen 20a und von den Reinigungs­ leistungs-Erfassungsinformationen 29a der Einrichtung für die Erfassung der Reinigungsleistung des katalytischen Umsetzers bestimmt. Auf der Grundlage dieser Beurteilung wird das Triggersignal 22a erzeugt. Es wird darauf hinge­ wiesen, daß in dem Fall, in dem die Reinigungsleistung- Erfassungsinformationen 29a eine Verschlechterung der katalytischen Umsetzungseinheit 15 über ein vorgegebenes Ausmaß hinaus angibt, die Erzeugung des Triggersignals 22a als solches angehalten werden kann.

Die Einrichtung 29 für die Erfassung der Reinigungslei­ stung des katalytischen Umsetzers kann verwirklicht werden, indem in Abhängigkeit vom Signal des Abgastempe­ ratursensors beurteilt wird, ob der katalytische Umsetzer aktiv ist oder nicht, oder indem der Grad der Verschlech­ terung des katalytischen Umsetzers aus der Anzahl der Übergänge ihrer Ausgangssignale während der Luft- /Kraftstoffverhältnis-Steuerung auf der Grundlage des Signals vom (nicht gezeigten) Luft-/Kraftstoffverhältnis- Sensor, der stromabseitig von der katalytischen Umset­ zereinheit 15 vorgesehen ist, erhalten wird. Die Art der Verwirklichung der Einrichtung 29 für die Erfassung der Reinigungsleistung des katalytischen Umsetzers ist jedoch nicht darauf eingeschränkt.

Die Amplitude der Oszillation des Luft-/Kraft­ stoffverhältnisses des dem Verbrennungsmotor 1 zuzu­ führenden Luft-/Kraftstoffgemischs, die synchron mit dem erzeugten Triggersignal 22a angelegt wird, wird durch die Luft-/Kraftstoffverhältnis-Einstelleinrichtung 24 be­ stimmt. Die Luft-/Kraftstoffverhältnis-Einstelleinrich­ tung 24 bestimmt das Luft-/Kraftstoffverhältnis des dem Verbrennungsmotor 1 zugeführten Gemischs auf der Grund­ lage der Reinigungsleistung-Erfassungsinformationen 29a und der die Betriebsbedingungen angebenden Informationen 20a.

Ein mit dem Triggersignal 22a synchronisiertes Luft- /Kraftstoffverhältnis-Oszillationsamplitudensignal 24a, das von der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Einstelleinrich­ tung 24 bestimmt wird, wird zur Kraftstoffeinspritz- Steuereinrichtung 21b geliefert, so daß die Oszillati­ onsamplitude des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des dem Verbrennungsmotor zugeführten Gemischs auf der Grundlage des Luft-/Kraftstoffverhältnis-Oszillationsamplitudensi­ gnals 24a erzeugt wird.

Andererseits werden an eine Drehmomentkorrekturrichtung- Bestimmungseinrichtung 23 Informationen bezüglich der durch das Triggersignal 22a bewirkten Veränderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des zugeführten Gemischs zur fetten Seite oder zur mageren Seite geliefert. Die Drehmomentkorrekturrichtung-Bestimmungseinrichtung 23 be­ urteilt, ob das Drehmoment erniedrigt oder erhöht werden soll.

In der gezeigten Ausführungsform wird die Ausführung der Drehmomentkorrektur auf der Grundlage unterschiedlicher Zündzeitpunkte beschrieben. Es ist jedoch möglich, die Drehmomentkorrektur durch Verwenden entweder des Kraft­ stoffeinspritzzeitpunkts, der Abgasrückführungsrate, der Ansaugluftdurchflußmenge, der Ansaugluftströmungsge­ schwindigkeit, des Kraftstoffpartikel-Durchmessers, des Einlaßventil- und Auslaßventilzeitpunkts, des Einlaßven­ tilhubs, der Ansaugleitungslänge oder der Motorlast oder dergleichen auszuführen.

Was insbesondere den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt be­ trifft, kann das zu korrigierende Drehmoment, da der Zündzeitpunkt eines Dieselmotors durch den Kraftstoffein­ spritzzeitpunkt gesteuert werden kann, effektiv korri­ giert werden.

Was die Abgasrückführungsrate betrifft, kann das zu erzeugende Drehmoment durch Reduzieren des effektiven Zylindervolumens durch Rückführen eines Inertgases zur Einlaßseite durch das Abgasrückführungsventil 14a oder durch Absenken der Verbrennungsgeschwindigkeit korrigiert werden.

Was die Ansaugluftdurchflußmenge betrifft, kann das zu erzeugende. Drehmoment durch Einstellen der Ansaugluft­ durchflußmenge mittels des Leerlauf-Luftdurchflußmengen- Einstellventils 10 oder eines (nicht gezeigten) Drossel­ klappenöffnungswinkel-Betätigungselements korrigiert wer­ den.

Was die Ansaugluftströmungsgeschwindigkeit betrifft, kann durch Ausnutzen der Tatsache, daß die Verbrennungsge­ schwindigkeit bei Erzeugen eines starken Druckabfalls oder Wirbels durch ein (nicht gezeigtes) Gasströmungs­ steuerelement schneller wird, das zu erzeugende Drehmo­ ment korrigiert werden.

Was den Kraftstoffpartikel-Durchmesser betrifft, wird die vom Ansaugluftdurchflußmengensensor 4 gemessene Ansaug­ luft in die Umgebung der Einspritzöffnung der Kraftstoff­ einspritzeinrichtung 8 über ein mit einer Hilfsluftlei­ tung (nicht gezeigt) in Verbindung stehendes Hilfsluft­ steuerventil geliefert, um die Verbrennung zu verbessern, indem die zerstäubten Partikel des Kraftstoffs kleiner gemacht werden. Dadurch kann das zu erzeugende Drehmoment korrigiert werden.

Was die Einlaßventil- und Auslaßventil-Öffnungszeit betrifft, kann durch Einstellen der Überlappungsgröße der Öffnungsdauer der Einlaß- und Auslaßventile durch einen (nicht gezeigten) variablen Ventilzeitmechanismus das zu erzeugende Drehmoment korrigiert werden, indem die Tatsache ausgenutzt wird, daß sich der Volumenwirkungsgrad in Abhängigkeit von der Überlappungsgröße der Öffnungsdauer der Einlaß- und Auslaßventile ändert.

Was den Einlaßventilhub betrifft, kann das zu erzeugende Drehmoment durch Einstellen des Hubbetrags des Einlaßven­ tils mittels eines (nicht gezeigten) Einstellmechanismus für variablen Ventilhubbetrag und durch Ausnutzen der Veränderung des Beschickungswirkungsgrades in Abhängig­ keit vom Ventilhubbetrag korrigiert werden. Ferner kann in einen Motor mit einem Mehrventilmechanismus dann, wenn die Einlaßventile unter Verwendung des Einstellmechanis­ mus für variablen Ventilhubbetrag wahlweise geöffnet werden, das zu erzeugende Drehmoment durch Ausnutzen der Tatsache korrigiert werden, daß die Verbrennungsgeschwin­ digkeit schneller wird, wenn ein starker Druckabfall oder Wirbel, der die Gasströmungsgeschwindigkeit erhöht, erzeugt wird.

Was die Länge der Ansaugleitung betrifft, kann das zu erzeugende Drehmoment durch Ausnutzen des veränderlichen Einflußgrades der Wirkung der Trägheit der Ansaugluft korrigiert werden, indem die Länge der Ansaugleitung mittels eines (nicht gezeigten) Mechanismus zum Einstel­ len der Ansaugleitungslänge eingestellt wird.

Was die Motorlast betrifft, kann das zu erzeugende Drehmoment durch Steuern der Last auf den Verbrennungsmo­ tor 1 korrigiert werden, indem die Leistungserzeugung eines Generators mittels einer (nicht gezeigten) Lade­ system-Steuervorrichtung gesteuert wird.

Andererseits wird in der Drehmomentkorrekturrichtung- Bestimmungseinrichtung 23 beurteilt, ob der Zündzeitpunkt zur nacheilenden Seite oder zur voreilenden Seite verän­ dert werden soll. Informationen bezüglich des Nacheilens oder des Voreilens, die durch die Drehmomentkorrektur­ richtung-Bestimmungseinrichtung 23 erzeugt werden, werden synchron mit dem Triggersignal zur Drehmomentkorrekturbe­ trag-Bestimmungseinrichtung 25 geliefert. Die Drehmoment­ korrekturbetrag-Bestimmungseinrichtung 25 bestimmt die Größe der Nacheilung oder der Voreilung des Zündzeit­ punkts. Hierbei wird ein Anfangswert des Nacheilungs- oder Voreilungsbetrags für den Zündzeitpunkt auf der Grundlage der die Betriebsbedingungen angebenden Informa­ tion 20a und der Oszillationsamplitude des Luft- /Kraftstoffverhältnisses, die durch die Luft- /Kraftstoffverhältnis-Einstelleinrichtung 24 bestimmt wird, bestimmt. Eine Anfangswertinformation 25a bezüglich des von der Drehmomentkorrekturbetrag-Bestimmungseinrich­ tung 25 bestimmten Nacheilungsbetrags oder Voreilungsbe­ trags wird zu einer Drehmomentkorrekturbetrag-Steuerein­ richtung 26 geliefert, um zu bestimmen, ob der Nach­ eilungsbetrag oder der Voreilungsbetrag gegenüber dem Anfangswert reduziert werden muß. In der Drehmomentkor­ rekturbetrag-Steuereinrichtung 26 wird in Abhängigkeit von den die Betriebsbedingungen angebenden Informationen 20a und eines Erzeugungszeitintervalls für das Triggersi­ gnal, das durch eine Triggersignalintervall-Meßeinrich­ tung 28 gemessen wird, eine Reduzierungsgeschwindigkeit bestimmt.

Das Nacheilungs- oder Voreilungssignal 26a für den Zünd­ zeitpunkt wird synchron mit dem wie oben angegeben be­ stimmten Triggersignal an eine Verzögerungsperioden- Setzeinrichtung 27 geliefert. Die Verzögerungsperioden- Setzeinrichtung 27 bestimmt eine Verzögerungsperiode auf der Grundlage der die Betriebsbedingungen angebenden Informationen 20a, um das Nacheilungs- oder Voreilungs­ signal 26a zusammen mit der bestimmten Verzögerungsperi­ ode als Zündzeitpunkt-Oszillationsamplitudensignal 27a zur Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung 21a zu liefern. Auf der Grundlage des Zündzeitpunkt-Oszillationsamplitudensi­ gnals 27a wird der Zündzeitpunkt des Verbrennungsmotors 1 zur nacheilenden Seite oder zur voreilenden Seite gesteu­ ert.

Fig. 4A zeigt eine Beziehung zwischen dem Luft- /Kraftstoffverhältnis-Oszillationsamplitudensignal 24a und der durch die Verzögerungsperioden-Setzeinrichtung 27 erzeugten Verzögerungsperiode für die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform des Steuersystems.

Das Luft-/Kraftstoffverhältnis-Oszillationsamplitudensi­ gnal 24a ändert sich wiederholt und synchron mit dem nicht gezeigten Triggersignal zwischen fett und mager. Die Oszillationsamplitude des Luft-/Kraftstoffverhältnis- Oszillationsamplitudensignals 24a wird durch die Luft- /Kraftstoffverhältnis-Einstelleinrichtung 24 auf der Grundlage der Reinigungsleistung-Erfassungsinformationen 29a und der die Betriebsbedingungen angebenden Informa­ tionen 20a bestimmt. Das Zündzeitpunkt-Oszillationsampli­ tudensignal 27a wird nach der vorgegebenen Verzögerungs­ periode auf den Anfangswert gesetzt. Der Anfangswert wird auf der Grundlage der die Betriebsbedingungen angebenden Informationen 20a und der Oszillationsamplitude des Luft- /Kraftstoffverhältnisses, die durch die Luft-/Kraft­ stoffverhältnis-Einstelleinrichtung 24 bestimmt wird, bestimmt. Das Zündzeitpunkt-Oszillationsamplitudensignal 27a wird durch die Drehmomentkorrekturrichtung- Bestimmungseinrichtung 23 in Nacheilungsrichtung gesetzt, um das zu erzeugende Drehmoment zu reduzieren, wenn sich das Luft-/Kraftstoffverhältnis zur fetten Seite ändert, und in Voreilungsrichtung gesetzt, um das zu erzeugende Drehmoment zu erhöhen, wenn sich das Luft- /Kraftstoffverhältnis zur mageren Seite ändert. Die Reduzierungsgeschwindigkeit des Anfangswertes wird durch die Drehmomentkorrekturbetrag-Steuereinrichtung 26 bestimmt, so daß der der Verzögerungskorrektur unterlie­ gende Zündzeitpunkt allmählich voreilt bzw. der der Voreilungskorrektur unterliegende Zündzeitpunkt allmäh­ lich nacheilt, um schließlich den Korrekturbetrag dem Wert Null anzunähern.

Fig. 4B veranschaulicht eine Verzögerungsperiode zwischen dem Auftreten des Triggersignals und dem Beginn der Zündzeitpunktkorrektur.

Ähnlich wie oben wechselt das Luft-/Kraftstoffverhältnis- Oszillationsamplitudensignal 24a mit der vorgegebenen Periode zwischen fett und mager. Eine Impulsbreite des Kraftstoffeinspritzimpulses 21bs wird in der Weise korri­ giert, daß sie in Abhängigkeit vom Luft-/Kraftstoff­ verhältnis-Oszillationsamplitudensignal 24a eine größere oder eine kleinere Breite erhält. Andererseits wird der Zündzeitpunkt wie oben erwähnt in Nacheilungs bzw. in Voreilungsrichtung korrigiert, wobei die Vorderflanke des Zündzeitpunktsignals 21as für einen voreilenden Zünd­ zeitpunkt nach links (in Fig. 4B) bzw. für einen nacheilenden Zündzeitpunkt nach rechts (in Fig. 4B) verschoben wird.

Wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis zur mageren Seite verschoben wird, wird mit der Ausgabe des Kraftstoffein­ spritzimpulses mit geringerer Breite zum Zeitpunkt 21bL begonnen. Wenn jedoch der nachfolgende Einspritzvorgang wie in Fig. 4B gezeigt ausgeführt werden soll, wird, da der Kraftstoffeinspritzimpuls normalerweise im Ausstoßhub jedes Zylinders ausgegeben wird, der durch den Ein­ spritzimpuls 21bL eingespritzte Kraftstoff tatsächlich zum Zeitpunkt 21aL komprimiert und verbrannt. Daher muß das Anliegen des korrigierten Zündzeitpunkts mit Vor­ eilungskorrektur für die Kompensation des zur mageren Seite geänderten Luft-/Kraftstoffverhältnisses bis zum Zeitpunkt 21aL verzögert werden. Falls die Voreilungskor­ rektur sofort ausgeführt würde, würde sie zum Zeitpunkt 21aR wirksam. Da jedoch zum Zeitpunkt 21aR die Zündung für den zum unmittelbar vorhergehenden Einspritzzeitpunkt eingespritzten fetten Kraftstoff eingeleitet werden soll, wird die Zündzeitvoreilung verzögert. Indem wie oben beschrieben der Beginn der Korrektur des Zündzeitpunkts verzögert wird, können die Korrektur des Luft- /Kraftstoffverhältnisses und die Korrektur des Zünzeit­ punkts im Verbrennungshub synchronisiert werden.

Während in der Ausführungsform von Fig. 3 das Triggersi­ gnal durch die Triggersignal-Erzeugungseinrichtung 22 von selbst erzeugt wird, zeigt Fig. 5 eine weitere Ausfüh­ rungsform, in der das Triggersignal als Antwort auf ein externes Signal erzeugt wird.

Das Signal 7a des Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensors 7 wird an die Fett/Mager-Beurteilungseinrichtung 30 ge­ schickt, in der eine Fett/Mager-Beurteilung durch Ver­ gleichen des Signals 7a vom Luft-/Kraftstoffverhältnis- Sensor mit dem vorgegebenen Wert ausgeführt wird. Auf der Grundlage eines Beurteilungssignals 30a wird das Trigger­ signal in der Triggersignal-Erzeugungseinrichtung 22 erzeugt. Da in diesem Fall das Triggersignal synchron mit dem Signal 7a des Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensors erzeugt wird, kann die Luft-/Kraftstoffverhältnis­ steuerung unter Verwendung dieses Signals ausgeführt werden.

Selbstverständlich entspricht die Geschwindigkeit der Luft-/Kraftstoffverhältnissteuerung, d. h. die Größe einer Proportionalkomponente P und die Größe einer Inte­ gralkomponente I der Oszillationsamplitude des Luft- /Kraftstoffverhältnisses in der Ausführungsform von Fig. 3. In der gezeigten Ausführungsform wird die Geschwindigkeit der Luft-/Kraftstoffverhältnissteuerung ähnlich wie in der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Einstell­ einrichtung 24 der Ausführungsform von Fig. 3 auf der Grundlage von Reinigungsleistung-Erfassungsinformationen 29a und von die Betriebsbedingungen angebenden Informa­ tionen 20a bestimmt. Der übrige Aufbau der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist derjenigen der Ausführungs­ form von Fig. 3 ähnlich.

Fig. 6 zeigt eine Beziehung zwischen dem Signal 7a des Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensors, dem Signal 24a der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Oszillationsamplitude, d. h. dem Luft-/Kraftstoffverhältnis-Steuerkoeffizienten, und dem Signal 27a der Zündzeitpunkt-Oszillationsamplitude.

Das Signal 7a des Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensors wird mit einem Fett/Mager-Beurteilungsschwellenwert 30t ver­ glichen, um zu beurteilen, daß das Gemisch fett ist, wenn das Signal 7a größer als der Schwellenwert ist, bzw. daß das Gemisch mager ist, wenn das Signal 7a kleiner als der Schwellenwert ist. Das Beurteilungsergebnis wird als binäres Signal 30a ausgegeben. In Abhängigkeit vom. Beur­ teilungsergebnis wird durch eine PI-Regelung eine Rück­ kopplungsregelung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses aus­ geführt. Beim Wechsel des Beurteilungsergebnisses von fett nach mager wird das Luft-/Kraftstoffverhältnis zur fetten Seite geregelt, wobei die P-Komponente addiert wird, anschließend wird die I-Komponente kontinuierlich und allmählich zur fetten Seite geregelt, bis das Beur­ teilungsergebnis erneut zu fett wechselt, um so das Signal 24a der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Oszillati­ onsamplitude, das von mager nach fett gewechselt hat, zu handhaben, um eine Regelung ähnlich wie in Fig. 3 auszu­ führen.

Fig. 7 zeigt eine Beziehung zwischen der Luft- /Kraftstoffverhältnis-Oszillationsamplitude (ΔL/K) und der Reinigungsrate des katalytischen Umsetzers sowie eine Beziehung zwischen der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Oszil­ lationsamplitude (ΔL/K) und einem überschüssigen Drehmo­ ment des Motors.

Bei ansteigendem ΔL/K wird die Reinigungsrate des kataly­ tischen Umsetzers verbessert. In Verbindung damit wird jedoch das überschüssige Drehmoment erhöht, womit mögli­ cherweise eine Verschlechterung der Antriebseigenschaften einher geht. Im Hinblick auf das Reinigungsverhältnis ist (B) das optimale ΔL/K. Bei diesem ΔL/K steigt das über­ schüssige Drehmoment über den zulässigen Wert an. Daher kann das (B) entsprechende ΔL/K nicht verwendet werden. Aus diesem Grund wird das (A) entsprechende ΔL/K verwen­ det, wobei das Reinigungsverhältnis kleiner ist. Wenn jedoch für den Zündzeitpunkt eine Oszillationsamplitude vorgesehen ist, kann die Verschlechterung des überschüs­ sigen Drehmoments reduziert werden, so daß es möglich ist, das ΔL/K von (A) auf (B) zu setzen, so daß ein ΔL/K im optimalen Punkt bei verbesserten Antriebseigenschaften verwendet werden kann.

Fig. 8 zeigt eine Beziehung zwischen ΔL/K und dem An­ fangswert der Oszillationsamplitude des Zündzeitpunkts.

Wenn ΔL/K von ±0 zur fetten Seite oder zur mageren Seite zunimmt, wird der Anfangswert der Oszillationsamplitude des Zündzeitpunkts auf einen größeren Wert gesetzt.

Das Reinigungsverhältnis des katalytischen Umsetzers neigt bei höherer ΔL/K-Frequenz zu besseren Werten. Umgekehrt wird das überschüssige Drehmoment im Vergleich zu dem Zustand, in dem kein ΔL/K angewendet wird, insge­ samt erhöht. Andererseits strebt das überschüssige Drehmoment bei höherer ΔL/K-Frequenz zu höheren Werten. Um ein besseres Reinigungsverhältnis zu erhalten, ist es wünschenswert, das ΔL/K mit höherer Fre­ quenz anzulegen. Im Hinblick auf die Erhöhung des überschüssigen Drehmoments kann jedoch die ΔL/K-Frequenz nicht höher als die (A) entsprechende Frequenz ge­ setzt werden. Indem jedoch die Oszillationsamplitude des Zündzeitpunkts wie oben angegeben gesetzt wird, kann eine Erhöhung des überschüssigen Drehmoments un­ terdrückt werden, so daß die Erhöhung der Frequenz von ΔL/K von der (A) entspre­ chenden Frequenz zu der (B) entsprechenden Frequenz möglich ist. Somit kann die Frequenz von ΔL/K im optimalen Bereich gesetzt werden, so daß die Antriebseigen­ schaften ebenfalls verbessert werden können.

Claims (9)

1. Steuersystem für eine Brennkraftmaschine mit
einem Katalysator (15) zum Reinigen der Abgase des Ver­ brennungsmotors (1),
einer Verbrennungsmotorbetriebsbedingung-Erfassungsein­ richtung (20), die Betriebsbedingungen des Verbren­ nungsmotors (1) erfaßt,
einer Verbrennungsmotor-Steuereinrichtung (21), die das Luft-/Kraftstoffverhältnis des dem Verbrennungsmotor (1) zuzuführenden Luft-/Kraftstoffgemischs in Abhängig­ keit von den Betriebsbedingungen steuert,
einer Triggersignal-Erzeugungseinrichtung (22), die ein Triggersignal erzeugt, mit dem eine Veränderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses zur fetten oder zur mage­ ren Seite ausgelöst werden kann, und
einer Luft-/Kraftstoffverhältnis-Einstelleinrichtung (24), die auf das Triggersignal anspricht, um das Luft-/Kraftstoffverhältnis zur fetten oder zur mageren Seite zu ändern,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Reinigungsleistung-Erfassungseinrichtung (29) vor­ gesehen ist, die die momentane Abgasreinigungsleistung des katalytischen Umsetzers (15) erfaßt, wobei
die Variationsamplitude des Luft-/Kraftstoffverhältnis­ ses durch die Luft-/Kraftstoffverhältnis-Einstellein­ richtung (24) auf der Grundlage der Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors (1) und des Ergebnisses der Er­ fassung der Reinigungsleistung des katalytischen Umset­ zers verändert wird, und
eine Drehmomentkorrektureinrichtung (23, 25, 26, 27) vorgesehen ist, die basierend auf den Betriebsbedingun­ gen und der Variationsamplitude des Luft-/Kraftstoff­ verhältnisses ein Zündzeitpunkt-Oszillationssignal er­ zeugt, das Drehmomentschwankungen aufgrund der Variati­ onsamplitude des Luft-/Kraftstoffverhältnisses redu­ ziert.

2. Verbrennungsmotor-Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Triggersignal jeweils in einem gegebenen Zeitintervall erzeugt wird und die Drehmomentkorrektureinrichtung (23, 25, 26, 27) die Richtung bestimmt, in der das Drehmoment korrigiert wird, um das abgegebene Motordrehmoment zu reduzieren, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis zur fetten Seite verändert wer­ den soll, oder um das abgegebene Drehmoment zu erhöhen, wenn das Luft- /Kraftstoffverhältnis zur mageren Seite verändert werden soll, so daß die Drehmomentkorrektur in einer durch die Bestimmung festgelegten Richtung er­ folgt.

3. Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Erzeu­ gungszeitintervall für das Triggersignal in Abhängigkeit von den Betriebsbe­ dingungen des Verbrennungsmotors (1) oder vom Ergebnis der Erfassung der Reinigungsleistung des Katalysator (15) verändert wird.

4. Verbrennungsmotor-Steuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
einen Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor (7), der stromaufseitig vom Katalysator (15) vorgesehen ist und das Luft-/Kraftstoffverhältnis aus Abgaskomponenten erfaßt,
eine Luft-/Kraftstoffverhältnis-Steuereinrichtung (6), die das Luft-/Kraftstoff­ verhältnis des dem Verbrennungsmotor (1) zuzuführenden Luft-/Kraftstoffge­ mischs in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Luft-/Kraftstoffverhält­ nis-Sensors (7) zu einem Sollwert steuert,
eine Fett/Mager-Beurteilungseinrichtung (30), die das Luft-/Kraftstoffverhältnis des zugeführten Luft/Kraftstoffgemischs mit einem vorgegebenen Wert ver­ gleicht und beurteilt, ob das Luft-/Kraftstoffverhältnis des zugeführten Luft- /Kraftstoffgemischs fett oder mager ist, wobei das Triggersignal erzeugt wird, wenn das Beurteilungsergebnis von fett nach mager oder von mager nach fett wechselt, wobei
die Drehmomentkorrektureinrichtung (23, 25, 26, 27) die Richtung bestimmt, in der das Drehmoment korrigiert werden soll, um das abgegebene Motordrehmo­ ment in bezug auf das Triggersignal zu erhöhen, wenn das Beurteilungsergebnis von fett nach mager wechselt, oder um das abgegebene Motordrehmoment in bezug auf das Triggersignal zu reduzieren, wenn das Beurteilungsergebnis von mager nach fett wechselt, wobei die Drehmomentkorrektur in der bestimmten Richtung erfolgt.

5. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmoment­ korrekturbetrag in einer Anfangsstufe der Erzeugung eines Triggersignals als Anfangswert eines Drehmomentkorrekturbetrags in eine Drehmomentkorrek­ tureinrichtung (26) eingegeben wird, damit sie anschließend den Drehmoment­ korrekturbetrag in der Weise steuert, daß er allmählich reduziert wird, wobei die Drehmomentkorrektur auf der Grundlage des Steuerergebnisses ausgeführt wird.

6. Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Triggersignalintervall-Meßeinrichtung (28) vorgesehen ist, die das Intervall mißt, in dem die Triggersignale erzeugt werden, und
die Reduzierungsgeschwindigkeit des Korrekturbetrags der Drehmomentkorrek­ tur in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors (1) und/oder dem von der Triggersignalintervall-Meßeinrichtung (28) gemessenen Triggersignal-Erzeugungsintervall veränderlich ist.

7. Steuersystem nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
eine Verzögerungsperioden-Setzeinrichtung (27) vorgesehen ist, die eine vorge­ gebene Verzögerungsperiode zwischen dem Triggersignal und dem Beginn der Drehmomentkorrektur setzt, und
die Drehmomentkorrektur auf der Grundlage der von der Verzögerungsperi­ oden-Setzeinrichtung (27) gesetzten Verzögerungsperiode begonnen wird.

8. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzöge­ rungsperiode in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Verbren­ nungsmotors (1) veränderlich ist.

9. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur des vom Verbrennungsmotor (1) abgegebenen Motordrehmoments ausgeführt wird, indem wenigstens einer der folgenden Parameter eingestellt wird: Zündzeitunkt, Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, Abgasrückführungsdurchflußmenge, Ansaugluft­ durchflußmenge, Ansaugluftströmungsgeschwindigkeit, Kraftstoffpartikel- Durchmesser, der Einlaßventil- oder Auslaßventilzeit, Einlaßventilhub, Ansaug­ leitungslänge, Motorlast.