DE19900740A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, welche in wenigstens einem Betriebszustand mit magerem Luft-/Kraftstoff-Gemisch betrieben wird. Dabei wird die einzuspritzende Kraftstoffmasse bzw. die auszugebende Einspritzzeit abhängig von einem Sollwert bestimmt. Zur Überwachung der Funktionsfähigkeit wird auf der Basis der einzuspritzenden Kraftstoffmasse bzw. der auszugebenden Einspritzzeit oder der ausgegebenen Einspritzzeit das Istdrehmoment der Brennkraftmaschine bestimmt, mit einem maximal zulässigen Moment verglichen und eine Fehlerreaktion eingeleitet, wenn das Istdrehmoment das maximal zulässige überschreitet. Parallel dazu wird eine die Sauerstoffkonzentration im Abgas repräsentierende Größe mit wenigstens einem vorgegebenen Grenzwert verglichen und eine Fehlerreaktion eingeleitet, wenn diese den Grenzwert überschreitet.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.

Zum Betreiben von Brennkraftmaschinen sind moderne Steuersy­ steme vorhanden, welche abhängig von Eingangsgrößen die Lei­ stung der Brennkraftmaschine durch Steuerung von Leistungs­ parametern der Brennkraftmaschine einstellen. Zur Vermeidung von ungewollten Betriebssituationen infolge von Störungen, insbesondere von Störungen im elektronischen Steuergerät der Motorsteuerung, sind vielfältige Überwachungsmaßnahmen vor­ zusehen, die einen sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine sowie die Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine sicherstel­ len. In der DE-A 195 36 038 (US-Patent 5 692 472) wird die Überwachung der Steuerung einer Brennkraftmaschine auf Drehmomentenbasis dargestellt. Dort wird wenigstens auf der Basis der Fahrpedalstellung ein maximal zulässiges Drehmo­ ment ermittelt. Ferner wird das aktuelle Drehmoment der Brennkraftmaschine abhängig von Motordrehzahl, Zündwinkel­ einstellung und Last (Luftmasse, etc.) berechnet. Zur Über­ wachung wird der maximal zulässige Wert mit dem berechneten aktuellen Wert verglichen. Fehlerreaktionsmaßnahmen werden eingeleitet, wenn der aktuelle Wert den maximal zulässigen überschreitet. Diese Überwachungsstrategie bietet eine zu­ verlässige und zufriedenstellende Überwachung von Brenn­ kraftmaschinen. Allerdings beruht sie auf der gemessenen, der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse. Bei Brenn­ kraftmaschinen, die zumindest in einem Betriebszustand mit magerem Luft-/Kraftstoff-Gemisch betrieben werden, wie z. B. direkteingespritzte Benzinmotoren oder Dieselmotoren, ent­ spricht das aus der gemessenen Luftmasse ermittelte Drehmo­ ment nicht den tatsächlichen Werten, so daß hier die be­ schriebene Überwachungsstrategie nur bedingt einsatzfähig ist. So ist z. B. bei Benzinbrennkraftmaschinen mit Di­ rekteinspritzung im Schichtbetrieb die erfaßte Luftmasse und der eingestellte Zündwinkel zur Berechnung des aktuellen Drehmoments nicht ausreichend.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Konzept zur Überwachung der Steuerung einer Brennkraftmaschine anzugeben, die zumin­ dest in einigen Betriebszuständen mit einem mageren Luft-/Kraftstoff-Gemisch betrieben wird.

Dies wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils der unabhängigen Patentansprüche erreicht.

Eine Überwachungsmaßnahme für benzindirekteingespritzte Brennkraftmaschinen ist aus der nicht vorveröffentlichten DE 197 29 100.7 bekannt. Dort wird auf der Basis der ver­ brannten Kraftstoffmasse das Ist-Drehmoment der Brennkraft­ maschine ermittelt, mit einem auf der Basis der Fahrpedal­ stellung ermittelten zulässigen Maximalmoment verglichen und bei Überschreiten des Maximalmoments durch das Istmoment ei­ ne Fehlerreaktion eingeleitet.

Ferner ist aus der ebenfalls nicht vorveröffentlichten DE 198 41 151.0 bekannt, zur Überwachung einer Brennkraftma­ schine, die in wenigstens einem Betriebszustand mit einem mageren Luft-/Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, in we­ nigstens einem Betriebszustand nur einen Betrieb der Brenn­ kraftmaschine mit einem näherungsweisen stöchiometrischen oder fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis oder nur einen Be­ trieb mit begrenzter Luftzufuhr zuzulassen und den Betrieb der Brennkraftmaschine dann auf der Basis wenigstens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine zu überwachen.

Eine weitere Einzelmaßnahme zeigt die DE-A1 196 20 038. Dort wird zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems ein Signal eines Sensors, der die Abgaszusammensetzung erfaßt, auf Ab­ weichungen von einem vorgebbaren Wert überprüft.

Alle diese Einzelmaßnahmen zeigen nur Lösungen für einzelnen Problempunkte bzw. schränken die Verfügbarkeit des Steuersy­ stems ein. Ein mit Blick auf Verfügbarkeit und Vollständig­ keit zufriedenstellendes Überwachungskonzept wird nicht be­ schrieben.

Vorteile der Erfindung

Es wird eine Vorgehensweise beschrieben, welche eine voll­ ständige Überwachung der Steuerung Brennkraftmaschinen er­ laubt, die in wenigstens einem Betriebszustand mit magerem Luft-/Kraftstoffgemisch betrieben werden. Dabei wird in zu­ verlässiger Weise eine gegenüber dem Fahrerwunsch unzulässi­ ge Erhöhung des indizierten Motormoments einer solchen Brennkraftmaschine infolge eines Software- oder Hardware- Fehlers vermieden. Das indizierte Motormoment ist das Drehmoment der Brennkraftmaschine, welches direkt durch die Verbrennung des Gasgemisches erzeugt wird. Das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment wird daraus unter Berücksichtigung von Verlustmomenten und Verbrauchermomenten berechnet.

Besonders vorteilhaft ist, daß die Genauigkeit der Überwa­ chung verbessert wird, da nicht die über die Drosselklappe strömende Luft als Indikator für das indizierte Motormoment verwendet wird, sondern die in den Zylinder eingespritzte Kraftstoffmasse, welches bei den mageren und stöchiometri­ schen Betriebszuständen dieser Motoren die momentenbestim­ mende Größe ist.

Von besonderem Vorteil ist, wenn die in den Zylinder einge­ spritzte Kraftstoffmasse aus der Einspritzzeit ermittelt wird oder, eventuell auch nur in bestimmten Betriebszustän­ den, wenn die in den Zylinder eingespritzte Kraftstoffmasse aus der dem Motor zugeführten Luftmasse und der Abgaszusam­ mensetzung ermittelt wird. In bestimmten Betriebszuständen kann als zusätzliche Maßnahmen zur Überwachung der Brenn­ kraftmaschine z. B. eine Überwachung auf der Basis einer Größe für die Abgaszusammensetzung (z. B. ein Maß für den Sauerstoffgehalt, λ) erfolgen, welche die Momentenüberwa­ chung absichert und somit weiter verbessert.

Vorteilhaft ist ferner die Vorgabe eines Verlaufs des zuläs­ sigen Drehmoments in Abhängigkeit von mindestens einer der Größen Drehzahl, Motortemperatur und Fahrerwunsch, d. h. der Fahrpedalstellung, bei welchem bei sehr kleinen Pedalwinkeln ein maximal zulässiges Moment kleiner als die Null-Last, bei mittleren Pedalwinkeln bis maximal Null-Last und bei größe­ ren Pedalwinkeln gemäß einem vorgegebenen Zusammenhang zuge­ ordnet wird. Dadurch wird ein zufriedenstellendes Ansprechen der Momentenüberwachung bei einem Fehler erreicht.

Vorteilhaft ist ferner, daß bei der Überwachung auch Sonder­ betriebszustände wie beispielsweise aktive Maßnahmen zum Ka­ talysatorschutz, zum Katalysatorheizen und/oder zum Kataly­ satorwarmhalten berücksichtigt werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Steuereinrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, während in Fig. 3 ein bevorzugtes Aus­ führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung als Flußdia­ gramm skizziert ist, welches ein im Mikrocomputer der Steu­ ereinrichtung implementiertes Programm repräsentiert. Die Vorgabe des zulässigen Moments abhängig von Drehzahl ist für einen bevorzugten Anwendungsfall in Fig. 4 anhand einer Kennlinie dargestellt.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In Fig. 1 ist eine Steuereinheit 10 dargestellt, welche als Elemente zumindest eine Eingangsschaltung 12, wenigstens ei­ nen Mikrocomputer 14, eine Ausgangsschaltung 16 und ein die­ se verbindendes Kommunikationssystem 18 umfaßt. Der Ein­ gangsschaltung 12 werden Eingangsleitungen zugeführt, über die von entsprechenden Meßeinrichtungen Signale zugeführt werden, die Betriebsgrößen repräsentieren oder aus denen Be­ triebsgrößen ableitbar sind. In Bezug auf die nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Lösung sind in Fig. 1 eine Eingangsleitung 20 dargestellt, welche die Steuereinheit mit einer Meßeinrichtung 22 verbindet, die ein den Betätigungs­ grad β des Fahrpedals repräsentierende Größe ermittelt. Fer­ ner ist eine Eingangsleitung 24 vorgesehen, die von einer Meßeinrichtung 26 stammt und über die ein die Motordrehzahl NMOT repräsentierende Größe zugeführt wird. Ferner verbindet eine Eingangsleitung 28 die Steuereinheit 10 mit einer Meßeinrichtung 30, welche ein die zugeführte Luftmasse HFM repräsentierendes Signal abgibt. Eine Eingangsleitung 32 führt von einer Meßeinrichtung 34 eine Größe zu, die der ak­ tuellen Übersetzung IGES im Antriebsstrang entspricht. Fer­ ner sind Eingangsleitungen 36 bis 40 vorgesehen, die Be­ triebsgrößen repräsentierende Signale von Meßeinrichtungen 42 bis 46 herbeiführen. Beispiele für derartige Betriebsgrö­ ßen, die bei der Steuerung der Brennkraftmaschine Verwendung finden, sind Temperaturgrößen, die Stellung des Drosselklap­ penwinkels, etc. Zur Steuerung der Brennkraftmaschine gehen in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel von der Ausgangsschaltung 16 Ausgangsleitungen 48 bis 52 zur Steue­ rung der Einspritzventile 54 sowie eine Ausgangsleitung 56 zur Steuerung der elektromotorisch verstellbaren Drossel­ klappe 58 aus. Daneben sind zumindest nicht dargestellte Leitungen zur Steuerung der Zündung vorgesehen.

Fig. 2 zeigt die grundsätzliche Struktur von im Mikrocompu­ ter 14 der Steuereinheit 10 ablaufenden Programme zur Motor­ steuerung und zur Überwachung dieser Steuerung. Im Mikrocom­ puter 14 sind zwei voneinander getrennte Programmebenen, Ebene 1 und Ebene 2, vorgesehen. In der ersten Ebene laufen die Steuerungsprogramme ab, in der zweiten Ebene die Überwa­ chungsprogramme.

In der ersten Ebene wird auf der Basis des Betätigungsgrads β des Fahrpedals (Pedal) die Kraftstoff- und die Luftzufuhr nach Maßgabe eines vorbestimmtenLuft-/Kraftstoffverhältnis­ ses gesteuert. Abhängig vom Betätigungsgrad β wird gegebe­ nenfalls unter Berücksichtigung der Motordrehzahl ein Fah­ rerwunschmoment mdfaw aus Kennfeldern und/oder Berechnungen gebildet. Dieses Fahrerwunschmoment oder ein anderes, von einem anderen Steuersystem vorgegebenes Sollmoment bildet den Sollwert für das indizierte Moment misoll. Dieses wird in einen Sollwert rksoll für die einzuspritzende Kraftstoff­ masse umgesetzt. Der Sollwert für die einzuspritzende Kraft­ stoffmasse wird dann gegebenenfalls unter Berücksichtigung des Kraftstoffdrucks in eine Einspritzzeit ti umgesetzt. Ein Impuls dieser Länge wird dann an die Endstufe des oder der Einspritzventile (HDEV) ausgegeben. In ausgewählten Be­ triebszuständen wird auch die Drosselklappe (DK) elektrisch eingestellt, was in Fig. 1a jedoch nicht dargestellt ist.

Die in Fig. 2 beschriebene Steuereinheit dient je nach Aus­ führungsbeispiel für die Steuerung eines Motors mit Saugroh­ reinspritzung, der mager betrieben wird, zur Steuerung eines Motors mit Benzindirekteinspritzung oder zur Steuerung eines Dieselmotors.

Zur Sicherstellung der Betriebssicherheit dieser Steuerung bzw. der Verfügbarkeit dieser Steuerung ist die oben darge­ stellte Funktionsweise der Steuerung zu überwachen. Dabei wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel folgendes Überwa­ chungskonzept eingesetzt. Das entsprechende Programm läuft in Ebene 2 ab.

Zunächst wird die eingespritzte Kraftstoffmasse rk anhand der vom Steuergerät ausgegebenen Einspritzzeit ti und even­ tuell weiterer Größen wie z. B. dem Kraftstoffdruck ermittelt (UFRKTI). Bezüglich der Einspritzzeit werden Meßwerte oder der Inhalt von Speicherzellen des Steuergeräts zur Berech­ nung verwendet. Danach wird die ermittelte eingespritzte Kraftstoffmasse rk in ein abgegebenes Motormoment mi unter Berücksichtigung von Wirkungsgraden wie beispielsweise dem Wirkungsgrad des Einspritzzeitpunktes, des Zündzeitpunktes, der Abgaszusammensetzung (erfaßt durch eine λ-Sonde LSU), dem Maß der Entdrosselung, etc. umgerechnet (UFMIST). Der Wirkungsgrad berücksichtigt dabei das Ausmaß des Einflusses einer gegenüber Normwerten abweichenden Betriebsgröße auf das Drehmoment der Brennkraftmaschine. Das zulässige Drehmo­ ment mizul wird wenigstens aus Fahrerwunsch (oder Fahrpedal­ stellung β) und/oder gegebenenfalls Drehzahl durch ein Kenn­ feld oder ein vereinfachtes Funktionsmodell ermittelt (UFMZUL). Der prinzipielle Verlauf des zulässigen Moments ist dabei derart, daß bei kleinen Pedalwinkeln, z. B. kleiner 2% das maximal zulässige Moment zu einem Drehmoment an der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine kleiner Null-Last bzw. Nullmoment führt, bei größeren Pedalwinkeln beispielsweise bis zu 10% maximal Null-Last (Nullmoment, Schubüberwa­ chung). Null-Last ist dabei die Last der Brennkraftmaschine, bei der die Brennkraftmaschine kein positives Moment mehr abgibt. Bei größeren Pedalwinkeln, z. B. größer 10% wird das zulässige Moment so vorgegeben, daß Lastwerten größer Null- Last entstehen. Zusätzlich kann das zulässige indizierte Mo­ ment unter Berücksichtigung von Verbraucher- und Verlustmo­ menten der Brennkraftmaschine in das abgegebene Drehmoment und damit in einem Lastwert der Brennkraftmaschine umgerech­ net werden.

Das ermittelte Drehmoment mi wird mit dem maximal zulässigen Drehmoment mizul verglichen (UFMVER). Alternativ wird das ermittelte Drehmoment mit dem Sollmoment misoll und das Sollmoment misoll mit dem zulässigen Moment verglichen. Bei der ersten Ausführung wird ein Fehler erkannt, wenn das Ist­ moment größer als das zulässige Moment ist. Bei der Alterna­ tive wird ein Fehler erkannt, wenn das ermittelte Istmoment größer als das vorgegebene Sollmoment ist und/oder gleich­ zeitig das vorgegebene Sollmoment größer als das zulässige Moment ist.

Zusätzlich zu dieser Überwachungsmaßnahme ist bei kleinen Pedalwinkeln vorgesehen, die Brennkraftmaschine dahingehend zu überwachen, daß kein Kraftstoff eingespritzt wird. Diese Überwachung findet dann statt, wenn keine Ausnahmebedingun­ gen wie z. B. Katalysatorschutz, Katalysatorheiz- oder -warmhaltmaßnahmen aktiv sind. Ein Fehler wird erkannt, wenn bei diesen Bedingungen Kraftstoff eingespritzt wird.

Zur Absicherung der Momentenüberwachung im Falle von Fehler­ zuständen wie Leckagen, Endstufenfehlern ungewollte Kraft­ stoffzuführung aus der Tankentlüftung oder aus dem Kurbel­ wellengehäuse ist vorgesehen, bei abgeschalteter Kraftstof­ feinspritzung (ti = 0 und/oder rk = 0) einen Meßwert λ für den Sauerstoffgehalt des Abgases auf das Erreichen eines Schwellenwertes (Schwelle) zu überwachen (UFRKC). Der Schwellenwert dieser Lambdaüberwachung ergibt sich dabei aus der Toleranz der Lambdasonde LSU. Die Lambdasonde LSU wird bei Betriebspunkten, bei denen ein Lambda < oder = 1 ist, mit einer Zweipunkt-Lambdasonde auf Fehler überprüft. Alter­ nativ wird bei Einspritzzeiten größer Null überwacht, ob das gemessene Lambda in einem betriebspunktabhängigen, erlaubten Bereich liegt. Der erlaubte Lambdabereich berechnet sich un­ ter Berücksichtigung der positiven und negativen Toleranz der Lambdasonde aus der gemessenen Luftmasse (erfaßt durch den Luftmassenmesser HFM), die dem Motor zugeführt wird, und der Soll- oder der ermittelten Kraftstoffmasse. Beim Anspre­ chen der Lambdaüberwachung wird eine Fehlerreaktion durch­ geführt, z. B. wird als Ersatzfunktion ein λ = 1-Betrieb ausge­ führt und überwacht. Das Istmoment wird dann aus der Luftma­ sse statt aus der Kraftstoffmasse berechnet und zur Überwa­ chung des Betriebs die aus dem Stand der Technik bekannte Überwachungsstrategie durchgeführt. Alternativ wird eine eingespritzte Kraftstoffmasse aus zugeführter, gemessener Luftmasse (HFM) und Abgaszusammensetzung ermittelt und mit einem zumindest für einem Betriebszustand vorgegebenen Grenzwert (z. B. rk = 0) verglichen.

In Fig. 3 ist ein Flußdiagramm dargestellt, welches ein be­ vorzugtes Ausführungsbeispiel des Überwachungskonzepts als Rechnerprogramm darstellt. Das dargestellte Programm wird in vorgegebenen Zeitintervallen durchlaufen.

Im ersten Schritt 100 wird die ausgegebene Einspritzzeit ti eingelesen. Bei der ausgegebenen Einspritzzeit handelt es sich entweder um ein gemessenes Signal, beispielsweise im Bereich jedes Einspritzventils oder im Bereich des Ausgangs der Steuereinheit oder um die von dem Mikroprozessor ausge­ gebene Einspritzzeit, die in einer Speicherzelle abgelegt ist. Auf der Basis der eingelesenen Einspritzzeit wird im Schritt 102 die tatsächlich eingespritzte relative Kraft­ stoffmasse rk ermittelt. Die Berechnung der relativen Kraft­ stoffmasse, d. h. die auf einen Normwert bezogene Kraftstoff­ masse, in Abhängigkeit der Einspritzzeit erfolgt im bevor­ zugten Ausführungsbeispiel auf der Basis einer vom Kraft­ stoffdruck im Rail abhängigen Kennlinie. Im darauffolgenden Schritt 104 wird überprüft, ob die Einspritzzeit Null ist, d. h. ein Betriebszustand vorliegt, in dem die Kraftstoffein­ spritzung abgeschaltet ist. Ist die Kraftstoffzufuhr abge­ schaltet, wird im Schritt 106 zur Feststellung von Leckagen, Endstufenfehlern, ungewollter Kraftstoffzufuhr aus einer Tankentlüftung oder aus dem Kurbelwellengehäuse eine Überwa­ chung auf der Basis des Meßwertes für den Sauerstoffgehalt im Abgases (λ) durchgeführt. Dazu wird im Schritt 106 von der Lambdasonde der Meßwert λ oder ein aus dem Meßsignal ab­ geleiteter Wert eingelesen und im darauffolgenden Schritt 108 dahingehend überprüft, ob er eine vorgegebene Schwelle (λSchwelle) überschreitet. Dieser Schwellenwert ergibt sich aus der Toleranz der Lambdasonde und wird im Rahmen der Ap­ plikation festgelegt. Ist die Lambdaschwelle nicht über­ schritten, so ist davon auszugehen, daß einer der obenge­ nannten Fehler vorliegt und trotz fehlender Einspritzzeit Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine gelangt.

In diesem Fall wird gemäß Schritt 106 ein Betrieb der Brenn­ kraftmaschine eingeleitet, in dem das Luft-/Kraftstoff- Gemisch stöchiometrisch ist, d. h. der λ-Wert 1 ist. Die Brennkraftmaschine wird also im homogenen Betrieb betrieben. Die weitere Überwachung erfolgt dann auf der Basis des Ist­ moments, welches auf der Basis der relativen Füllung, d. h. der zugeführten Luftmasse, wie im eingangs genannten Stand der Technik gezeigt, berechnet wird. Danach wird das Pro­ gramm beendet und im nächsten Intervall durchlaufen.

In einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird die Lambdaüberwachung nicht nur bei Einspritzzeit Null sondern auch bei Einspritzzeiten größer Null durchgeführt. In diesem Fall wird überprüft, ob der λ-Wert in einem betriebspunktab­ hängigen Toleranzband liegt. In diesem Fall berechnet sich das zulässige Toleranzband für den Lambdawert unter Berück­ sichtigung der positiven und negativen Toleranz der Lambdasonde aus der gemessenen Luftmasse, die dem Motor zu­ geführt wird, und der Soll- oder ermittelten Kraftstoffmasse. Über- oder unterschreitet der gemessene Lambdawert den vorgegebenen Toleranzbereich, wird die Maßnahme gemäß Schritt 110 eingeleitet, ansonsten wie im Falle einer Ja- Antwort im Schritt 108 fortgefahren.

Ist im in Fig. 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel die Einspritzzeit nicht Null (Nein-Antwort im Schritt 104) oder die im Schritt 108 überprüfte Lambdabedingung erfüllt, so wird gemäß Schritt 112 der Fahrpedalwinkel β oder das daraus abgeleitete Fahrerwunschmoment eingelesen. Der Be­ reich kleiner Fahrpedalwinkel, der in Schritt 114 überprüft wird, ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Be­ reich des Fahrpedalwinkels, der kleiner 2% (vollständig losgelassenes Fahrpedal 0%, voll betätigtes Fahrpedal 100%) ist und ein losgelassenes Fahrpedal repräsentiert. Im darauffolgenden Schritt 114 wird überprüft, ob der Fahrpe­ dalwinkel größer als ein bestimmter unterer Grenzwert ist, der einen Bereich kleiner Fahrpedalwinkeln bzw. Fahrerwunsch­ momente gegenüber dem übrigen Betriebsbereich abgrenzt. Ist dies der Fall, wird im Schritt 116 überprüft, ob ein Ausnahmebetriebszustand vorliegt, welcher zu einer nicht planmäßigen Einspritzung von Kraftstoff führt. Derartige Be­ triebsbereiche sind z. B. Betriebsbereiche, in denen zum Ka­ talysatorschutz oder zum Katalysatorheizen oder -warmhalten eine größere Kraftstoffmenge entgegen dem aktuellen Be­ triebszustand eingespritzt wird. Liegt eine derartige Aus­ nahmebetriebssituation vor, so wird mit der nachfolgend be­ schriebenen Momentenüberwachung im Mager- bzw. Schichtla­ dungsbetrieb gemäß den Schritten 118 bis 124 fortgefahren. Liegt kein derartiger Ausnahmebetriebszustand vor, so befin­ det sich die Brennkraftmaschine im Schubbetrieb. In diesem Betriebszustand ist zumindest bei Drehzahlen oberhalb eines Grenzwertes die Einspritzzeit bzw. die eingespritzte Kraft­ stoffmasse Null infolge der im Normalbetrieb wirkenden Kraftstoffabschaltung im Schubbetrieb. Daher wird im Schritt 126 überprüft, ob die Einspritzzeit bzw. die Kraftstoffmasse Null ist, wenn die Motordrehzahl eine bestimmte Drehzahl überschritten hat. Ist die Einspritzzeit bzw. die Kraft­ stoffmasse nicht Null, liegt ein Fehler vor, so daß gemäß Schritt 124 eine Fehlerreaktion eingeleitet wird. Diese liegt im bevorzugten Ausführungsbeispiel beispielsweise in der Begrenzung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine, in ei­ nem Übergang auf einen Homogenbetrieb mit stöchiometrischem Gemisch oder in einer Begrenzung der Motorleistung. Nach Schritt 124 wird das Programm beendet und zum nächsten In­ tervall durchlaufen.

Im Ausnahmebetriebszustand gemäß Schritt 116, bei Fahrpedal­ winkeln oberhalb des Grenzwinkels β0 gemäß Schritt 114 sowie bei einer Einspritzzeit bzw. einer Kraftstoffmasse gleich Null wird die nachfolgend beschriebene Momentenüberwachung durchgeführt. Dazu wird im Schritt 118 das maximal zulässige Moment auf der Basis wenigstens der Motordrehzahl und des Fahrerwunsches, d. h. des Fahrerwunschmomentes oder Fahrpe­ dalwinkels β bestimmt. Dazu wird ein vorgegebenes Kennfeld verwendet, dessen tendenzielles Aussehen am Beispiel einer konstanten Motordrehzahl nachfolgend anhand Fig. 3 skiz­ ziert ist. Wenn die Überwachung nur bei β<Schwelle ausge­ führt wird reicht eine Kennlinie aus, zulässiges Moment 100% bis max. Leerlaufdrehzahl und ab 1500/min Nullast bzw. klei­ ner Nullast. Ein solcher Verlauf des zulässigen Moments für diesen Betriebszustand ist in Fig. 4 dargestellt. Nach Be­ stimmung des maximal zulässigen Moments wird im Schritt 120 das Istmoment auf der Basis der berechneten relativen Kraft­ stoffmasse, die eingespritzt wird, so wie Wirkungsgraden be­ züglich des Einspritzzeitpunktes, des Zündzeitpunkts, der aktuellen Lambdaeinstellung sowie der aktuellen Drosselklap­ penstellung (Entdrosselung), etc. berechnet. Diese Berech­ nung erfolgt durch Multiplikation der Kraftstoffmasse mit den Wirkungsgraden, die den prozentualen Einfluß der Abwei­ chung der jeweiligen Betriebsgröße von einer Normgröße dar­ stellen, für die der Zusammenhang zwischen der relativen Kraftstoffmasse und dem Istmoment beschrieben ist.

Nach Schritt 120 wird in Schritt 122 überprüft, ob das Ist­ moment kleiner als das maximal zulässige Moment ist. Ist dies der Fall, so wird von einem korrekten Betrieb der Steuerung ausgegangen und das Programm beendet. Überschrei­ tet das Istmoment das maximal zulässige Moment, so wird die Fehlerreaktion gemäß Schritt 140 eingeleitet und das Pro­ gramm danach beendet sowie im nächsten Intervall erneut durchlaufen. Diese Fehlerreaktion besteht im bevorzugten Ausführungsbeispiel in einer Stillegung der Brennkraftma­ schine z. B. durch Abschalten der Kraftstoffzufuhr und/oder der Zündung, zumindest so lange, bis das Istmoment wieder unter das zulässige Moment abgesunken ist.

Neben dem Vergleich von Istmoment und maximal zulässigem Mo­ ment gemäß Schritt 122 wird in einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel das ermittelte Motormoment mit dem ab­ hängig vom Fahrerwunschmoment vorgegebenen Sollmoment ver­ glichen und das vorgegebene Sollmoment mit dem maximal zu­ lässigen Moment. In diesem Fall wird eine Fehlerreaktion eingeleitet, wenn das ermittelte Motormoment das vorgegebene Sollmoment überschreitet und/oder gleichzeitig das Sollmo­ ment über dem maximal zulässigen Moment liegt.

Zur Bestimmung des maximal zulässigen Moments abhängig von Fahrerwunsch und Drehzahl ist ein Kennfeld vorgesehen oder ein vereinfachtes Funktionsmodell des Steuergeräts, durch welches die Meßgrößen den maximal zulässigen Moment zugeord­ net werden. Tendenziell ist dabei vorgesehen, daß das zu­ lässige Moment bei kleinen Pedalwinkeln immer kleiner dem Nullmoment ist, d. h. der Motor kein positives Moment abgeben darf. Bei größeren Pedalwinkeln, bei denen Schubbetrieb vor­ liegt, ist das maximal zulässige Moment höchstens das Null­ moment. Bei größeren Pedalwinkeln zeigt das zulässige Moment ein mit dem Fahrerwunsch ansteigenden Verlauf. Unterhalb ei­ nes Fahrpedalwinkels von 2% (losgelassenes Fahrpedal) wird nur ein maximal negatives Moment zugelassen. Bis zu einem Fahrpedalwinkel von 10% (auch noch losgelassenes Fahrpedal) wird das Nullmoment einer akzeptablen maximalen Drehzahl zu­ gelassen. Oberhalb des Fahrpedalwinkels von 10% (betätigtes Pedal) zeigt sich ein mit dem Fahrpedalwinkel steigender Verlauf des maximal zulässigen Moments.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei dem eine Überwa­ chung lediglich bei einer Fahrpedalstellung kleiner als ei­ ner Schwelle durchgeführt wird, ist in Fig. 4 dargestellt. Diese zeigt den Verlauf einer Kennlinie, wobei das maximal zulässige Moment mizul umgerechnet auf das von der Brenn­ kraftmaschine an die Ausgangswelle abgegebene Moment über der Motordrehzahl aufgetragen ist. Das zulässige Moment ist 100% bis max. Leerlaufdrehzahl (1500/min) und ab 1500/min Nullast bzw. kleiner Nullast.

Die vorstehend beschriebene Überwachungsmaßnahme ist sowohl bei Benzinbrennkraftmaschinen, welche mit mageren Luft-/Kraftstoff-Gemisch betrieben werden, zum Beispiel Brennkraftmaschinen mit Benzindirekteinspritzung, anwendbar, als auch bei Dieselmotoren.

Claims (12)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, welche in wenigstens einem Betriebszustand mit magerem Luft-/Kraftstoff-Gemisch betrieben wird, wobei abhängig von einem Sollwert die einzuspritzende Kraftstoffmasse bestimmt wird, eine auszugebende Einspritzzeit ermittelt wird und diese ausgegeben wird, wobei abhängig von wenig­ stens einer dieser Größen ein Istdrehmoment der Brenn­ kraftmaschine ermittelt und mit einem zulässigen Moment verglichen wird, wobei eine Fehlerreaktion eingeleitet wird, wenn das Istmoment größer als das zulässige Moment ist, wobei ferner überprüft wird, ob eine die Sauerstoff­ konzentration des Abgases der Brennkraftmaschine reprä­ sentierende Größe einen vorbestimmten Grenzwert über­ schreitet, wobei eine Fehlerreaktion eingeleitet wird, wenn der Meßwert den Grenzwert nicht überschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingespritzte Kraftstoffmasse auf der Basis der Ein­ spritzzeit, ggf. unter Berücksichtigung des Kraftstoff­ druckes, bestimmt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Istmoment aus der tatsäch­ lich eingespritzten Kraftstoffmasse und Wirkungsgraden von Betriebsgrößen wie Einspritzzeitpunkt, Zündwinkel, Entdrosselung, etc. berechnet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das maximal zulässige Moment wenigstens auf der Basis des Fahrerwunsches und der Mo­ tordrehzahl derart bestimtnt wird, daß bei kleinsten Fah­ rerwunschwerten die Brennkraftmaschine nur negatives Mo­ ment abgibt, und bei kleinen Fahrerwunschwerten nur maxi­ mal Nullmoment abgibt und bei größeren Fahrerwunschwerten eine Fahrerwunschabhängigkeit des maximal zulässigen Mo­ ments im Bereich positiver Momente vorgegeben ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten des maximal zulässigen Moments durch das berechnete Istmoment die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet wird, wenigstens bis das Istmoment das maximal zulässige Moment wieder unter­ schreitet.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachung der Größe für die Sauerstoffkonzentration dann erfolgt, wenn ein Be­ triebszustand vorliegt, in dem keine Einspritzzeit ausge­ geben wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die eingespritzte Kraftstoffmasse aus zugeführter Luftmasse und Abgaszusammensetzung ermittelt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Größe für die Sauerstoffkonzentra­ tion mit einem betriebsgrößenabhängigen Toleranzband ver­ glichen wird, wobei bei Verlassen des erlaubten Bereichs eine Fehlerreaktion eingeleitet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Fehlerreaktion, die in Ab­ hängigkeit der Größe für die Sauerstoffkonzentration im Abgas eingeleitet wird, darin besteht, daß die Brenn­ kraftmaschine mit stöchiometrischem Gemisch betrieben wird und daß das Istmoment auf der Basis der gemessenen Luftmasse berechnet wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zusätzlich bei kleinsten Pedal­ winkeln die Einspritzzeit auf den Wert Null überwacht wird, wenn kein Ausnahmebetriebszustand wie z. B. Kataly­ satorschutz, Katalysatorheizen und/oder -warmhalten vor­ liegt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das ermittelte Motormoment mit dem vorgegebenen Sollmoment und das vorgegebene Sollmo­ ment mit dem maximal zulässigen Moment verglichen wird.

12. Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wel­ che in wenigstens einem Betriebszustand mit mageren Luft-/Kraftstoff-Gemisch betrieben wird, mit einer Steu­ ereinheit, die wenigstens einen Mikrocomputer umfaßt, welcher abhängig von einem Sollwert die einzuspritzende Kraftstoffmenge, daraus eine auszugebende Einspritzzeit bestimmt und diese ausgibt, der auf der Basis wenigstens einer dieser Werte das Istmoment der Brennkraftmaschine bestimmt, dieses mit einem maximal zulässigen Moment ver­ gleicht und eine Fehlerreaktion einleitet, wenn das Ist­ moment das maximal zulässige Moment überschreitet, der ferner eine Größe, die die Sauerstoffkonzentration des Abgas repräsentiert, empfängt und diesen mit wenigstens einem vorgegeben Grenzwert vergleicht und eine Fehlerre­ aktion einleitet, wenn dieser Grenzwert überschritten wird.