DE3931501A1 - Steuergeraet fuer verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmo­ tor mit einzeln gesteuerten Einspritzventilen für jeden Zylin­ der und genauer eine Steuerung für einen Verbrennungsmotor, um die Verunreinigung der Abgase zu verhindern, wenn einige der Zylinder Fehlzündungen haben bzw. aussetzen.

Um die Verunreinigung der Abgase eines Verbrennungsmotors zu verhindern, sind verschiedene Mittel bekannt.

Verfahren zur Krafstoffeinspritzung für Verbrennungsmoto­ ren von Kraftfahrzeugen umfassen das Zentraleinspritzverfah­ ren, bei dem der Kraftstoff mittels eines einzigen Einspritz­ ventils oberhalb des Verzweigungspunktes im Ansaugtrakt ge­ meinsam den entsprechenden Zylindern zugeführt wird. Au­ ßerdem gibt es die Mehrfach-Einspritzung, bei der jeder Zylin­ der mittels eines eigenen Einspritzventils einzeln mit Kraft­ stoff versorgt wird.

Dabei geht die Tendenz zu einer Einspritzpumpe für das Mehrfach-Verfahren, die als nützliche Einrichtung in einem Kraftstoffsystem allgemein eingesetzt wird.

Verglichen mit dem Zentraleinspritzverfahren weist das Mehrfachverfahren Vorteile bei der Verteilung des Krafstoffes auf die entsprechenden Zylinder auf. Beim Mehrfach-Verfahren wird der Kraftstoff in den Einlaß des entsprechenden Zylinders eingespritzt, und daher schlägt sich nur eine sehr geringe Menge auf der Innenoberfläche des Ansaugtraktes nieder. Dies stellt einen sauberen Abgasstrom und gute Regeleigenschaften sicher.

Die hervorragende Leistung der Mehrfach-Einspritzpumpe erlaubt einen sauberen Abgasstrom im normalen Betrieb. Wenn jedoch aufgrund irregulärer Betriebsbedingungen im Motor, im Kraftstoffsystem, oder im Zündsystem irgendeiner der Zylinder Fehlzündung hat bzw. aussetzt, so wird eine große Menge an unverbranntem Gasgemisch ausgestoßen und verursacht erhöhte Umweltverschmutzung.

In dem Fall, in dem der Kraftfahrzeugmotor mit einem Ka­ talysator zur Abgasreinigung ausgerüstet ist, gerät das unver­ brannte Kraftstoff-Luft-Gemisch in Kontakt mit dem Katalysa­ tor, wodurch eine Oxidation des Gases verursacht wird, die wiederum die Katalysatortemperatur ansteigen läßt.

Insbesondere wenn nur einer von mehreren Zylindern aus­ setzt, kann der Fahrer dies übersehen, wodurch nicht nur die Abgase extrem verschmutzt sind, sondern auch die Temperatur des Katalysators auf einen ungewöhnlichen Punkt ansteigt. Dies ist eine potentielle Gefahr, die den Katalysator beschädigen kann.

Um das oben beschriebene Problem zu beseitigen, offenbart beispielsweise das offengelegte japanische Patent Nr. 61-23 876 ein Verfahren zur Feststellung von Fehlzündung bzw. Aussetzen, bei dem Drucksensoren in der Brennkammer angeordnet sind, um durch den Vergleich des Verbrennungsdruckes bei zwei Winkel­ positionen der Kurbelwelle direkt vor und nach dem oberen Totpunkt des Kompressionstaktes Fehlzündung bzw. Aussetzen festzutstellen und anzuzeigen.

Das Verfahren nach dem Stand der Technik, das in der of­ fengelegten japanischen Patentschrift Nr. 61-23 876 offenbart ist, zielt nur auf das Feststellen und Anzeigen von Fehlzün­ dung bzw. Aussetzen ab. Der Anstieg der Katalysatortemperatur und der Ausstoß von unverbranntem Kraftstoff-Luft-Gemisch kann daher nicht verhindert werden, es sei denn, der Motor wird sofort abgeschaltet. Das Fahrzeug kann bis zum Erreichen einer Reparaturwerkstatt weitergefahren werden, auch wenn dem Fahrer das Fehlzünden bzw. Aussetzen zur Warnung angezeigt wird.

Die Verschmutzung der Umwelt und das Überhitzen und Be­ schädigen des Katalysators während der Fahrt zur Reparatur­ werkstatt bleiben ungelöst.

Im folgenden sind mit Fehlzündung alle Arten von Fehlzün­ dungen aufgrund verschiedener Ursachen bis hin zum vollstän­ digen Aussetzen bezeichnet.

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die beschrie­ benen Nachteile der Geräte nach dem Stand der Technik zu ver­ meiden. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuergerät be­ reitzustellen, bei dem die Kraftstoffzufuhr so unterbrochen wird, daß verhindert wird, daß unverbranntes Kraftstoff-Luft- Gemisch ausgestoßen wird, wenn irgendeiner der Zylinder fehlzündet, daß jedoch die übrigen Zylinder es erlauben, daß das Fahrzeug normal fährt, wobei sauberes Abgas abgegeben wird.

Das Steuergerät für einen Verbrennungsmotor entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet das sogenannte Mehrfach- Verfahren mit einem eigenen Einspritzventil für jeden Zylin­ der.

Das Steuergerät umfaßt einen an jedem Zylinder vorgesehe­ nen Fehlzündungs-Detektor, zur Feststellung von Fehlzündung an diesem Zylinder und eine Ansteuerungssperre, um die Ansteue­ rung des dem fehlzündenden Zylinder zugeordneten Einspritz­ ventils zu sperren.

Um die übrigen Zylinder so zu steuern, daß sie mit einem passenden Luft-Kraftstoff-Gemisch normal arbeiten, während die Kraftstoffversorgung des fehlzündenden Zylinders unterbrochen ist, wird die Ansteuerung des dem fehlzündenden Zylinder zuge­ ordneten Einspritzventils vorteilhafterweise gestoppt, während gleichzeitig für die übrigen Zylinder eine Korrektur durch Rückkopplung entsprechend dem Signal des Sensors für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, eines Sauerstoffsensors z.B., geeignet durchgeführt werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeich­ nung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele näher er­ läutert.

Fig. 1 zeigt eine Übersichtsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Steuergerätes für einen Verbren­ nungsmotor entsprechend der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 stellt ein Flußdiagramm dar, zur Durchführung der Steuerung des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels.

Fig. 3 stellt ein Flußdiagramm dar, zur Durchführung der Steuerung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfin­ dung.

In einer Open-Loop-Steuerung stoppt eine Ansteuerungs­ sperre die Ansteuerung des dem fehlzündenden Zylinder zuge­ ordneten Einspritzventils, wenn ein Fehlzündungs-Detektor das Fehlzünden des entsprechenden Zylinders feststellt. Die Ein­ spritzventile der übrigen Zylinder werden weiterhin entspre­ chend dem Lufteinlaß, der Motordrehzahl und der vom Fahrer verlangten Krattstoffmenge angesteuert.

Bei einer Regelung mit geschlossener Regelschleife stoppt eine Ansteuerungssperre die Ansteuerung des dem fehlzündenden Zylinder zugeordneten Einspritzventils, wenn ein Fehlzündungs- Detektor das Fehlzünden des entsprechenden Zylinders fest­ stellt. Die Einspritzventile der übrigen Zylinder werden weiterhin entsprechend dem Lufteinlaß und der Motordrehzahl angesteuert, außerdem jedoch durch eine Closed-Loop-Regelung, bei der die Öffnung an den normal zündenden Zylindern entspre­ chend dem Signal für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Sauer­ stoffsensors so geregelt wird, daß der sich einstellende Wert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Zylinder durch die Gleichung L=n L ₀ /(n-p) gegeben ist. Dabei bedeuten L das sich einstellende Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Zylinder wenn p Zylinder fehlzünden. Die Zahl der Zylinder ist n, das Luft- Kraftstoff-Verhältnis, wenn alle Zylinder normal arbeiten, beträgt L ₀, die Zahl der fehlzündenden Zylinder ist p.

Im folgenden wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Er­ findung mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt die Gesamtansicht eines Steuergerätes ent­ sprechend der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungs­ beispiel wird angenommen, daß es sich bei dem Motor 1 um ein Vierzylindermodell handelt. Ein Ansaugrohr 2 mit einem nicht dargestellten Luftfilter spaltet nach einem Druckausgleichs­ behälter 3 in vier Luftwege 2 a, 2 b, 2 c, 2 d auf, die jeweils mit dem Einlaß eines Zylinders verbunden sind. Ein Drossel­ ventil 4, das die angesaugte Luftmenge steuert, ist vor dem Druckausgleichsbehälter 3 im Ansaugrohr 2 vorgesehen. Vor dem Drosselventil 4 ist ein Luftmengensensor 5 vorgesehen, um die angesaugte Luftmenge zu messen. Die Wege 2 a bis 2 d sind je­ weils mit Einspritzventilen 6 a bis 6 d versehen, um den Luft­ einlaß zu regeln.

In den entsprechenden Brennkanmern sind Verbrennungs­ drucksensoren 7 a bis 7 d vorgesehen, die den Verbrennungsdruck der entsprechenden Zylinder messen.

Der Motorblock 1 ist mit einem Kurbelwellenwinkelsensor 8 versehen, um den Kurbelwellenwinkel zu messen.

Im Abgassystem 9 ist ein Sauerstoffsensor 10 vorgesehen, um die Sauerstoffkonzentration im Abgas zu messen. Er dient als Kraftstoff-Luft-Sensor.

Nach dem Sauerstoffsensor 10 ist ein Katalysator 11 ange ordnet.

Das Öffnen der Einspritzventile 6 a bis 6 d wird durch eine Steuereinheit 12 kontrolliert, die aus einem Mikroprozessor 101, einem Speicher 102, einem Eingangsschaltkreis 103 und Einspritzventil-Treibern 104 a bis 104 d, um die Einspritz­ ventile 6 a bis 6 d anzusteuern, besteht. Das Progranm für die Steuerung ist in dem Speicher 102 abgelegt.

Die Steuereinheit 12 berechnet die Pulsbreite eines Roh­ signals zur Ansteuerung der Einspritzventile auf der Basis des vom Luftmengensensor 5 gelieferten Signals und der Motordreh­ zahl, die aus dem Signal des Kurbelwellenwinkelsensors 8 er­ rechnet wird. Dann korrigiert sie die Pulsbreite entsprechend dem vom Sauerstoffsensor 10 ausgegebenen Signal für das Luft- Kraftstoff-Verhältnis, um die endgültige Pulsbreite des Steuersignals für die Einspritzventile zu bestimmen. Die Pulsbreite gibt das Zeitintervall an, in dem die Einspritzventile geöffnet sind und das Steuersignal für die Einspritzventile mit der endgültigen Pulsbreite entspricht dem Kraftstoff-Luft-Verhältnis für die Zylinder, bei dem die ent­ sprechenden Zylinder mit der geringsten Verunreinigung der Ab­ gase arbeiten. In dieser Weise wird die Sauerstoffdichte im Abgas auf die Steuereinheit 12 zurückgekoppelt, um die Öffnung der entsprechenden Einspritzventile fein einzustellen und das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis jedes Zylinders fest­ zulegen.

Aufgrund der Signale der Verbrennungsdrucksensoren 7 a bis 7 d entscheidet die Steuereinheit 12, ob der entsprechende Zy­ linder fehlzündet. Mögliche Gründe für ein Fehlzünden umfassen eine Fehlfunktion der Zündeinrichtungen, die in der Abbildung nicht gezeigt sind, wie z.B. der Zündspule, der Zündkerzen, der Hochspannungsleitungen und der Unterbrecherkontakte, lose Kontakte an den Verbindungen dieser Zündeinrichtungen, ver­ dreckte Zündkerzen, Fehlfunktion der Einspritzventil-Treiber­ schaltkreise 104 a bis 104 d, die die Einspritzventile ansteuern, und unvollständige Verbrennung aufgrund von Wasser, das in die Zylinder eindringt.

In diesem Ausführungsbeispiel wird der Verbrennungsdruck unmittelbar vor und nach dem oberen Totpunkt des Kolbens beim Kompressionstakt miteinander verglichen, um zu bestimmen, ob das Druckverhältnis mit einem im Speicher 102 abgelegten be­ stimmten Muster übereinstimmt, um dadurch festzustellen, ob Fehlzündung vorliegt oder nicht. Wenn ein Fehlzünden festge­ stellt wird, wird der fehlzündende Zylinder durch die Steuereinheit 12 auf der Basis des Signals des Kurbelwellenwinkelsensors 8 bestimmt. Dann verändert die Steuereinheit 12 das auf die Einspritzventiltreiber 104 a bis 104 d übertragene Signal, das dem fehlzündenden Zylinder entspricht, so daß die Kraftstoffzufuhr zu diesem Zylinder unterbrochen wird. Die Steuereinheit 12 dient so als Ansteuersperre.

Der Steuervorgang des oben genannten Ausführungsbeispiels wird im folgenden mit Bezug auf das Flußdiagramm der Fig. 2 näher beschrieben.

Die Steuerung wird entsprechend dem in dem Speicher 102 abgelegten Programm durchgeführt.

Im Schritt 201 werden die Zylinder abgefragt, ob sie fehlzünden oder nicht. Wenn ein Zylinder fehlzündet, wird in Schritt 202 bestimmt, um welchen es sich handelt. Anschließend wird in Schritt 203 die Kraftstoffzufuhr zu diesem Zylinder gestoppt. In Schritt 204 schließlich wird die Rückkopplung vom Ausgang des Sauerstoffsensors 10 auf die übrigen Zylinder unterbrochen. Anders ausgedrückt, werden die übrigen Zylinder nun unter einer Open-Loop-Steuerung mit Kraftstoff versorgt, bei der die korrigierende Rückkopplung entsprechend dem Kraftstoff-Luft-Verhältnis nicht angewendet wird.

Wenn die Kraftstoffversorgung zu dem aussetzenden Zylin­ der unterbrochen wird, enthalten die Abgase einen hohen Sauer­ stoffanteil, der das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors an­ dauernd ein mageres Gemisch anzeigen läßt. Das Kraftstoff- Luft-Verhältnis der normal zündenden Zylinder wird sich daher zu einer fetteren Einstellung hin verschieben.

Aus diesem Grund wird wie oben beschrieben nicht nur die Kraftstoffeinspritzung des fehlzündenden Zylinders unter­ brochen, sondern außerdem die korrigierende Rückkopplung für die normal arbeitenden Zylinder gestoppt, wenn wie oben be­ schrieben Zylinder fehlzünden.

Wenn alle Zylinder normal arbeiten, wird die Pulsbreite des Steuersignals für die Einspritzventile, die auf der Basis der angesaugten Luftmenge und der Motordrehzahl oder des Kur­ belwellenwinkels berechnet wird, durch Rückkopplung entspre­ chend dem Ausgangssignal des Sauerstoffsensors korrigiert.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung, bei dem die normal zündenden Zylinder unter der Kontrol­ le einer Closed-Loop-Regelung verbleiben. Die in Fig. 3 ge­ zeigte Funktionsweise gleicht der der Fig. 2 mit der Ausnah­ me, daß die Rückkopplung nicht gestoppt wird, wenn einige der Zylinder fehlzünden.

Im ersten Ausführungsbeispiel wird nicht nur die Kraft­ stoffeinspritzung für den fehlzündenden Zylinder unterbrochen, sondern auch die korrigierende Rückkopplung für die normal arbeitenden Zylinder gestoppt, wenn ein Zylinder fehlzündet.

Wenn es sich bei dem Sauerstoffsensor jedoch um einen Typ handelt, bei dem das Ausgangssignal im wesentlichen direkt proportional zur Sauerstoffkonzentration ist, kann die Closed- Loop-Regelung weiterhin so angewendet werden, daß die übrigen Zylinder mit dem gleichen Luft-Kraftstoff-Gemisch arbeiten, wie in dem Zustand, in dem alle Zylinder normal zünden.

Das sich einstellende Luft-Kraftstoff-Verhältnis L der Zylinder ist dann gegeben durch:

L₀ = n Q _a /n Q _f = Q _a /Q _f
L = n Q _a /(n - p)Q _f ,
also:
L = L₀n/(n - p).

Dabei bedeutet n die Zylinderzahl, Q _a die angesaugte Luftmenge eines Zylinders, Q _f die zugeführte Kraftstoffmenge des entsprechenden Zylinders, L ₀ das Luft-Kraftstoff-Ver­ hältnis der Zylinder, wenn alle Zylinder normal arbeiten, p die Zahl der fehlzündenden Zylinder und L das sich einstel­ lende Luft-Krafststoff-Verhältnis der Zylinder, wenn p Zylin­ der fehlzünden.

Wenn ein Zylinder fehlzündet, kann also durch Festlegen des neuen erwünschten Wertes für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen Wert, der das n/(n-1)­ fache des Wertes beträgt, der gilt, wenn alle Zylinder normal arbeiten, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der übrigen Zylinder auf dem normalen Wert gehalten werden.

Im allgemeinen wird für die korrigierende Rückkopplung ein Grenzwert festgesetzt, um Motorprobleme zu verhindern, die aus verschiedenen Gründen aufgrund eines ungewöhnlich hohen rückgekoppelten Signals entstehen können. Wenn Fehlzündung auftritt, kann dieser Grenzwert weiter reduziert werden.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde der Ver­ brennungsdruck an zwei Punkten direkt vor und nach dem oberen Totpunkt des Kolbens miteinander verglichen, um Fehlzündung festzustellen. Dieses Verfahren ist jedoch nur ein Beispiel. Andere Sensoren zur Feststellung von Fehlzündung können eben­ falls verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls auf ein Steuer­ gerät für eine Kraftstoffeinspritzung angewandt werden, das nach dem Open-Loop-Verfahren arbeitet und keinen rückkop­ pelnden Regelzweig aufweist.

Auch wenn einige der Zylinder fehlzünden, kann das Fahr­ zeug beispielsweise zu einer Reparaturwerkstatt gefahren wer­ den, ohne daß Probleme durch Umweltverschmutzung und Überhit­ zung und/oder Beschädigung des Katalysators auftreten.

Die Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr der fehlzündenden Zylinder und des rückkoppelnden Regelzweiges für die übrigen Zylinder erlaubt es, sowohl ein Überhitzen und eine Schädigung des Katalysators zu verhindern, als auch zu vermeiden, daß die übrigen Zylinder mit zu fettem Kraftstroff-Luft-Gemisch ange­ steuert werden, weil der Sauerstoffsensor einer ungewöhnlich hohen Sauerstoffkonzentration ausgesetzt ist und daher dauernd eine magere Einstellung anzeigt.

Claims (3)

1. Steuergerät für einen Verbrennungsmotor mit Zylindern, die jeweils mit einem eigenen Kraftstoffeinspritzventil (6 a- 6 d) versehen sind, dessen Öffnung individuell gesteuert wird, und mit Einrichtungen (7 a-7 d) zum Feststellen eines Aussetzers oder einer Fehlzündung, gekennzeichnet durch eine Ansteuersperre (12), um die Ansteuerung des dem fehlzündenden oder aussetzenden Zylinder zugeordneten Ein­ spritzventils (6 a-6 d) so zu stoppen, daß die Kraftstoffzufuhr zu diesem Zylinder unterbrochen ist.

2. Steuergerät für einen Verbrennungsmotor mit Zylindern, die jeweils mit einem eigenen Kraftstoffeinspritzventil (6 a- 6 d) versehen sind, dessen Öffnung entsprechend der angesaugten Luftmenge und der Motordrehzahl individuell gesteuert wird, und mit einem Sensor (7 a-7 d) zum Feststellen eines Aussetzers oder einer Fehlzündung,
wobei das Steuergerät einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sensor (10) im Abgasweg des Motors aufweist, um ein Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Signal auszugeben, und
wobei das Steuergerät das entsprechende Kraftstoffein­ spritzventil (6 a-6 d) mit einer Rückkopplungs-Regelung so steuert, daß dessen Öffnung entsprechend dem Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Signal eingestellt wird, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (12), um die Ansteuerung des dem aus­ setzenden oder fehlzündenden Zylinder zugeordneten Einspritz­ ventils (6 a-6 d) so zu stoppen, daß die Kraftstoffzufuhr zu diesem Zylinder unterbrochen ist, und um die Regelung ent­ sprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Signal des Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensors (10) nur auf die normal ar­ beitenden Zylinder anzuwenden.

3. Steuergerät für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungs-Regelung so durchgeführt wird, daß der sich einstellende Wert L für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Zylinder durch die Gleichung L=n L ₀ /(n-p) gegeben ist, wobei n die Zahl der Zylinder ist, L ₀ das Luft-Kraftstoff- Verhältnis, wenn alle Zylinder normal arbeiten und p die Zahl der Zylinder, die aussetzen oder eine Fehlzündung haben.