DE4102910C2

DE4102910C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4102910C2
Application number: DE4102910A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Nishimura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-02-02
Filing date: 1991-01-31
Publication date: 1994-01-20
Anticipated expiration: 2011-02-01
Also published as: US5150680A; KR0146697B1; DE4102910A1; KR910021525A; JPH03229936A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 (Verfahren) bzw. 6 (Vorrichtung) angegebenen Gattung.

Moderne Brennkraftmaschinen sind zur Erzielung eines geringen Kraftstoffverbrauchs bei hoher Ausgangsleistung so ausgelegt, daß im Teillastbereich bei teilweise geöffneter Drosselklappe ein abgemagertes Gemisch und bei voll geöffneter Drosselklappe ein angereichertes bzw. fetteres Gemisch verwendet wird. Um in der Übergangsphase einen plötzlichen Anstieg des Ausgangsdrehmoments zu verhindern, wird bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen das abgemagerte Gemisch allmählich angereichert, bevor die Drosselklappe ihre voll geöffnete Lage erreicht hat. Bei dieser Vorgehensweise verringert sich jedoch der Betriebsbereich, in dem die Brennkraftmaschine mit dem aus ökonomischen und ökologischen Gründen vorteilhafteren abgemagerten Gemisch arbeitet.

In der EP-A-0 142 818 wird auf ein Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine hingewiesen, bei welchem der Übergang vom oberen Teillastbereich zum Vollastbereich bei maximal geöffneter Drosselklappe und in der Endstellung des Gaspedals durch Vergrößerung der Kraftstoffmenge erfolgen soll. Weiterhin wird die im Vollastbereich zugeführte Kraftstoffmenge drehzahl- und lastabhängig gesteuert, um einen gleichförmigen Übergang vom Teillastbereich zum Vollastbereich zu erzielen. Ferner ist aus dieser EP-A-0 142 818 bekannt, die Drosselklappe über das Fahrpedal bereits am Ende des Teillastbereiches in eine voll geöffnete Stellung zu bringen, sie zu Beginn des Vollastbereichs um einen definierten Wert zurückzustellen und im weiteren Verlauf dieses Vollastbereichs erneut vollständig zu öffnen. Die plötzliche Rückstellung der Drosselklappe bei Erreichen eines vorgegebenen Leistungswertes führt zu einer plötzlichen Auffettung des Gemisches, um die in diesem Bereich besonders hohen NO_x-Emissionen zu vermindern. Zur Erzielung dieser Rückstellbewegung der Drosselklappe ist ein von der Fahrpedalverstellung unabhängiger zusätzlicher Stellantrieb mit aufwendigen Steuermitteln notwendig, um den Stellantrieb bei Erreichen der vorgegebenen Betriebsbedingungen zu aktivieren. Darüber hinaus wirkt sich die zurückgestellte Drosselklappe nachteilig auf das Leistungsverhalten der Brennkraftmaschine im Vollastbereich aus, weil am Beginn des Vollastbereiches der Durchflußquerschnitt für die Ansaugluft durch die rückgestellte Drosselklappe verkleinert ist.

Zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen ist es zweckmäßig, den Vollastbereich mit fettem Gemisch zu verkleinern und den Teillastbereich mit magerem Gemisch zu erweitern. Um die schädlichen Stickoxide zu verringern, wird häufig im Teillastbereich eine Abgasrückführung durchgeführt, wobei zur Erzielung weicher Übergänge die rückgeführte Abgasmenge bereits ab der etwa halb geöffneten Drosselklappe allmählich bis auf Null vermindert wird. Der Bereich der optimalen Abgasrückführung und damit auch die effektive Verringerung der Stickoxidmenge wird dadurch eingeengt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine aufzuzeigen, die durch Erweiterung des mageren Betriebsbereiches der Brennkraftmaschine den Kraftstoffverbrauch und den Stickoxidausstoß auf technisch einfache Weise verringern, ohne die maximale Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine zu beeinrächtigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 (Verfahren) bzw. 6 (Vorrichtung) angegebenen Merkmale gelöst.

Da die Drosselklappe im Vollastbereich in ihrer voll geöffneten Endstellung verbleibt, kann der Brennkraftmaschine die größtmögliche Luftmenge zugeführt werden, wobei die Zumessung der Kraftstoffmenge im Vollastbereich allein von der weitergehenden Verstellung des Fahrpedals und der Ausgangsdrehzahl der Brennkraftmaschine bestimmt wird. Dadurch ergibt sich ein relativ weiter Teillastbereich, in dem die Brennkraftmaschine mit abgemagertem Gemisch arbeitet, sowie eine hohe Ausgangsleistung im Vollastbereich, wobei auch eine gleichförmige Übergangsphase durch allmählich zunehmende Auffettung des Gemisches erzielt werden kann. Im Vollastbereich werden schließlich die Pumpverluste der Brennkraftmaschine verringert und ihr Wärmewirkungsgrad verbessert, was sich vorteilhaft auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt.

Weitere Besonderheiten und Vorzüge ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 schematisch ein Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine;

Fig. 2A eine Vorrichtung zur Betätigung einer Drosselklappe in schematischer Seitenansicht;

Fig. 2B graphisch die erfindungsgemäße Beziehung zwischen der Verstellung einer Drosselklappe und des Fahrpedals;

Fig. 3 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Betriebssystems;

Fig. 4 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäß eingesetzten Steuereinheit;

Fig. 5 ein Daten-Flußdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren;

Fig. 6 bis 9 Tabellen für Luft-Kraftstoff-Verhältnisse, Zündzeitpunkte und Korrekturwerte für den Zündzeitpunkt;

Fig. 10A, 10B graphisch die Beziehung zwischen einem erfindungsgemäß festgelegten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem dementsprechenden Drehmoment, verglichen mit dem Stand der Technik;

Fig. 11 teilgeschnitten ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 12 schematisch eine Einzelheit des Drosselklappenantriebs nach Fig. 11;

Fig. 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 14 ein Flußdiagramm des Ausführungsbeispiels nach Fig. 13;

Fig. 15, 16 EGR-Mengentabellen zur Verwendung bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 14;

Fig. 17A, 17B graphisch die Überwachung der EGR-Menge gemäß der Erfindung bzw. gemäß dem Stand der Technik.

In Fig. 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 1, ein Luftfilter 2, eine in einem Gehäuse 42 angeordnete Drosselklappe 4, eine Steuereinheit 5 mit einem Mikrocomputer zur Festlegung der einzuspritzenden Kraftstoffmengen und der Zündzeitpunkte, ein Fahrpedal 8 als Teil eines Verstellsystems, ein Seilzug 17 als Teil einer Drosselklappenverstellung, ein Einspritzventil 6 als Teil eines Einspritzsystems, eine Zündkerze 7 als Teil eines Zündsystems, ein an der Auslaßseite des Luftfilters angeordneter Luftmengenmesser 3, ein Drosselklappensensor 9 zur Erfassung der Stellung der Drosselklappe 4, ein Fahrpedalsensor 10 und ein Drehzahlmesser 11 dargestellt. Anstelle des Luftmengenmessers 3 kann an der Auslaßseite des Drosselklappengehäuses 42 ein Unterdruckmesser 3′ angeordnet sein. Ein O₂-Sensor 12 zur indirekten Messung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist an einem Auspuffrohr angeordnet. Die Ausgangssignale dieses O₂-Sensors 12 werden der Steuereinheit 5 zur Bestimmung der jeweils einzuspritzenden Kraftstoffmenge zugeführt.

Der in Fig. 2a dargestellte Antriebsmechanismus 17 für die Drosselklappe 4 enthält eine Torsionsfeder 13′, die schraubenförmig um die Drosselklappenwelle 13 angeordnet ist und die Drosselklappe 4 in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Ein Hebel 14 ist einteilig mit der Drosselklappe 13 verbunden. Auf einer parallel zur Drosselklappenwelle 13 ausgerichteten Trommelwelle ist ein Scheibensegment 15 mit einem Querzapfen 19 drehbar gelagert, der den Hebel 14 kontaktiert. Das Fahrpedal 8 nach Fig. 1 ist mit dem Kreissegment 15 über einen Seilzug 17 verbunden. Eine Rückholfeder 18 für das Kreissegment 15 ist auf der Trommelwelle 16 festgelegt und ein - nicht dargestellter - Endanschlag verhindert eine weitergehende Verdrehung der Drosselklappe über ihre volle Öffnungsstellung hinaus. Durch Eindrücken des Fahrpedals 8 wird der Seilzug 17 in Richtung des Pfeiles a in Fig. 2A gezogen, wodurch die Segmentscheibe 15 in Richtung des Pfeils b gegen die Kraft der Rückholfeder 18 verdreht wird. Die entsprechende Verdrehbewegung des Zapfens 19 ermöglicht eine Öffnungsbewegung der Drosselklappe 4 im Uhrzeigersinn durch die Kraft der Torsionsfeder 13. Bei einer Rückstellung des Fahrpedals 8 dreht das Kreissegment 15 entgegengesetzt zur Pfeilrichtung b, wobei der Hebel 14 durch den Andruck des Zapfens 19 gegen die Kraft der Torsionsfeder 13 im Gegenuhrzeigersinn bewegt und damit die Drosselklappe 4 geschlossen wird. Dieser Antriebsmechanismus für die Drosselklappenverstellung ist so ausgelegt, daß nach dem vollständigen Öffnen der Drosselklappe das Fahrpedal 8 bis zu einem vorbestimmten Maximalbetrag weiter niedergedrückt werden kann.

Nach Fig. 2A ist der Drosselklappensensor auf der Drosselklappenwelle 13 befestigt und erfaßt einen Drosselklappen-Öffnungsgrad R_th, dessen Daten der Steuereinheit 5 zugeführt werden. Der Fahrpedalsensor ist auf der Trommelwelle 16 befestigt und erfaßt dessen Verstellbewegung R_A, deren Daten ebenfalls der Steuereinheit 5 zugeführt werden.

Aus Fig. 2B ist ersichtlich, daß der auf der Ordinate aufgetragene Drosselklappenöffnungswinkel vom voll geschlossenen Zustand proporptional zur auf der Abszisse dargestellten Fahrpedalverstellung zunimmt, wobei die Drosselklappe bei einem vorbestimmten Wert R_AW voll geöffnet ist, bevor die Fahrpedalverstellung ihren Maximalwert R_Amax erreicht hat. In dem Bereich zwischen dem Wert R_AW und dem Maximalwert R_Amax der Fahrpedalverstellung bleibt die Drosselklappe voll geöffnet. Der Wert R_AW ist entsprechend dem jeweiligen Typ der Brennkraftmaschine so bestimmt, daß das Ausgangsdrehmoment in einer gleichmäßig ansteigenden Kurve zunimmt. Zweckmäßig beträgt der Wert R_AW ca. zwei Drittel des Maximnalwertes R_Amax.

Nach dem in Fig. 3 dargestellten Blockschaltbild erfaßt der indirekt mit dem Fahrpedal 8 gekoppelte Fahrpedalsensor einen Verstellbetrag R_A, welcher der Steuereinheit 5 zugeführt wird. Zusätzlich erfaßt der Drosselklappensensor den Öffnungswinkel R_th der Drosselklappe und führt die Meßdaten ebenfalls der Steuereinheit 5 zu. Vom Luftmengenmesser 3 wird die Saugluftmenge Q_a erfaßt und der Steuereinheit zugeführt. Statt des Luftmengenmessers 3 kann ein Saugluft-Druckmesser 3′ verwendet werden, der den Unterdruck P_b der Ansaugluft erfaßt und die Meßwerte an die Steuereinheit 5 liefert. Der Drehzahlmesser 11 erfaßt die Ausgangsdrehzahl N der Brennkraftmaschine und führt die Meßwerte ebenfalls der Steuereinheit 5 zu.

Die Steuereinheit 5 erhält die Meßdaten für die Fahrpedalverstellung R_A vom Fahrpedalsensor 10, für den Öffnungswinkel R_th der Drosselklappe vom Sensor 9 und für die Saugluftmenge Q_a und errechnet auf dieser Grundlage Ausgangsbefehle für das Kraftstoff-Einspritzsystem 6, welches ein mageres Gemisch mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von beispielsweise 18-25 erzeugt, wenn sich die Drosselklappe im Teillastbereich zwischen einem kleinen Öffnungswinkel und ihrer voll geöffneten Stellung befindet. Im Vollastbereich bei voll geöffneter Drosselklappe 4 und bei weiterem Eindrücken des Fahrpedals 8 liefert die Steuereinheit 5 entsprechende Befehlssignale an das Einspritzsystem 6, so daß der Kraftstoffanteil im Gemisch entsprechend dem Meßwert R_A des Fahrpedalsensors 10 erhöht wird, bestimmt ferner Zündzeitpunkte Adv aus dem Verhältnis der Saugluftmenge Q_a zur Drehzahl N sowie der Drehzahl N und liefert Zündsignale an das Zündsystem 7. Nach Fig. 1 erfaßt der Luftmengenmesser 3 die Saugluftmenge Q_a an der Ausströmseite des Luftfilters 2 und liefert die Meßwerte an die Steuereinheit 5. Wenn statt des Luftmengenmessers 3 ein Saugluft-Druckmesser 3′ verwendet wird, mißt dieser den Saugluftdruck P_b an der Abströmseite des Drosselklappengehäuses 42 und führt diesen Meßwert der Steuereinheit 5 zu. Der als Tachometer ausgebildete Drehzahlmesser 11 ist an der Kurbelwelle befestigt und erfaßt die Ausgangsdrehzahl N der Brennkraftmaschine die als Meßwert ebenfalls der Steuereinheit 5 zugeführt wird.

Gemäß Fig. 4 enthält die Steuereinheit 5 eine CPU 20 in Form eines Mikroprozessors, einen Bus 21 zur Signalübertragung, einen Zeitgeber 22, eine Unterbrechungssteuerung 23, einen Zähler 24, eine digitale Eingabe 25, eine analoge Eingabe 26, einen RAM 27, einen ROM 28 sowie Ausgaben 29, 30. Die Batterie 31 ist über einen Schalter Ig mit einer Stromversorgung 32 für die einzelnen Bauteile der Steuereinheit verbunden.

Die CPU 20 führt Rechenvorgänge zur Bestimmung des jeweiligen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F, der Ist-Einspritzmenge T_i, der Zündzeitpunkte Adv, eines Korrekturwerts α usw. aus und liefert die Ergebnisse an die bezeichneten Teile. Der Zähler 24 zählt die Umdrehungen der Kurbelwelle. Im RAM 27 sind Informationen in Form von zweidimensionalen Tabellen entsprechend den Fig. 6 bis 9 gespeichert, die vom ROM 28 ausgelesen werden können. Die analoge Eingabe 26 empfängt die Beträge für die Fahrpedalverstellung R_A, die Öffnungswinkel R_th der Drosselklappe 4, die Kühlwassertemperatur T_w, die Saugluftmenge Q_a oder einen Saugluftdruck P_b. Die Ausgabe 29 ist mit dem Zündsystem 7 und die Ausgabe 30 mit dem Einspritzsystem 6 verbunden. Die Batterie 31 liefert Strom für den Betrieb der Steuereinheit, wenn der Zündschalter Ig eingeschaltet wird. Im übrigen wird der RAM 27 ständig mit Strom aus der Batterie 31 versorgt.

Anhand der Fig. 5 wird ein Beispiel des Betriebsverfahrens der Steuereinheit 5 erläutert.

Im Schritt 33 erhält die Steuereinheit 5 Meßsignale für eine Saugluftmenge Q_a (oder einen Ansaugdruck P_b), für die Drehzahl N, für die Kühlwassertemperatur T_w und für den Öffnungswinkel R_th der Drosselklappe 4. Im Schritt 34 wird eine Basis-Einspritzmenge T_p aus der Saugluftmenge Q_a und der Maschinendrehzahl N wie folgt errechnet:

Im Schritt 35 wird abgefragt, ob die Drosselklappe 4 vollständig geöffnet ist. Zu diesem Zweck kann entweder abgefragt werden, ob der Meßwert des Sensors 9 einen vorbestimmten Wert übersteigt oder ob bei Verwendung eines nicht dargestellten Vollastschalters sich die Drosselklappe 4 in der voll geöffneten Stellung befindet. Wenn die Drosselklappe 4 nicht voll geöffnet ist, befindet sich das Fahrpedal 8 gemäß Fig. 2B im Bereich zwischen 0 und R_AW. In diesem Fall wird im Schritt 40 ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis K_MR aus einer Tabelle gemäß Fig. 6 mit Drehzahl N und Verhältnis Q_a/N als Parameter ausgelesen und der Zündzeitpunkt Adv wird aus einer Tabelle gemäß Fig. 7 mit der Drehzahl N und dem Verhältnis Q_a/N als Parameter ausgelesen. Ferner wird im Schritt 41 eine Ist-Einspritzmgen T_i nach der folgenden Gleichung errechnet:

T_i=K_MR · T_p.

Ein Ausgangssignal für die im Schritt 41 erhaltene Ist-Einspritzmenge T_i wird dem Einspritzsystem 6 vom Ausgabekreis 30 (Fig. 4) zugeführt. Ein Ausgangssignal für den im Schritt 40 erhaltenen Zündzeitpunkt Adv wird dem Zündsystem 7 vom Ausgabekreis 29 (Fig. 4) zugeführt. Im Teillastbereich zwischen der geschlossenen und der geöffneten Drosselklappe 4 bestimmt die Steuereinheit 5 somit die Einspritzmenge auf der Basis der Saugluftmenge Q_a und der Drehzahl N und liefert ein Ausgangssignal zum Einspritzsystem 6, das in diesem Bereich ein mageres Gemisch erzeugt. Wenn dagegen im Schritt 35 bestimmt wird, daß die Drosselklappe 4 vollständig geöffnet ist, befindet sich das Fahrpedal nach Fig. 2B im Bereich zwischen R_AW und dem Maximalwert. In diesem Fall wird im Schritt 36 ein Fahrpedalbetrag R_A der Steuereinheit 5 vom Fahrpedalsensor 10 zugeführt, und im Schritt 37 werden ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis K_MR und ein Zündzeitpunkt Adv gebildet. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis K_MR wird aus einer zweidimensionalen Tabelle mit Maschinendrehzahl N und Fahrpedalbewegungsbetrag R_A als Parameter entsprechend Fig. 8 ausgelesen. Der Zündzeitpunkt Adv wird aus einer zweidimensionalen Tabelle mit Drehzahl N und Q_a/N als Parameter entsprechend Fig. 7 ausgelesen.

Im Schritt 38 werden eine Ist-Einspritzmenge T_i (T_i = K_MR · T_p) und ein Korrekturwert α des Zündzeitpunkts aus einer zweidimensionalen Tabelle mit Maschinendrehzahl N und Einspritzmenge T_i als Parameter entsprechend Fig. 9 ausgelesen, und der Zündzeitpunkt Adv (1 + α), dem der Korrekturwert α hinzuaddiert ist, wird berechnet, und im Schritt 39 wird die Ist-Einspritzmenge T_i vom Ausgabekreis 30 in Fig. 4 an das Einspritzsystem 6 ausgegeben, und der Zündzeitpunkt Adv, dem der Korrekturwert α hinzuaddiert ist, wird vom Ausgabekreis 29 von Fig. 4 an das Zündsystem 7 ausgegeben. Daraufhin wird ein Ausgangssignal an das Einspritzsystem 6 geliefert, so daß der Kraftstoffanteil im Gemisch entsprechend dem Fahrpedalbewegungsbetrag R_A erhöht und ein fettes Gemisch im Vollastbereich eingespritzt wird.

Beim Stand der Technik, bei dem die Drosselklappe vollständig geöffnet wird, wenn der Fahrpedalbewegungsbetrag R_A maximal wird, ändert sich gemäß den Strichlinien in Fig. 10A das festgelegte Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F in solcher Weise, daß allmählich ein fetteres Gemisch zugeführt wird, um das erzeugte Drehmoment zu erhalten, das im wesentlichen dem Drosselklappenöffnungswinkel im Betriebsbereich zwischen einem Punkt eines mittleren Öffnungsgrads und der vollständig geöffneten Drosselklappe proportional ist, und daß bei vollständig geöffneter Drosselklappe ein fettes Gemisch zugeführt wird, um das maximale Drehmoment zu entwickeln. Daher ist beim Stand der Technik der Zuführbereich des mageren Gemischs eng.

Dagegen ist gemäß den Fig. 2B und 10B die Drosselklappe 4 bei R_AW vollständig geöffnet, bevor die maximale Fahrpedalverstellung R_Amax erreicht wird. Entsprechend den Vollinien in Fig. 10A im Teillastbereich zwischen einem kleinen Öffnungswinkel bis unmittelbar vor der Vollaststellung der Drosselklappe wird ein mageres Gemisch erzeugt. Erst nachdem die Drosselklappe 4 voll geöffnet ist, kann das Fahrpedal weiter eingedrückt werden, während die Drosselklappe geöffnet bleibt. Daher kann der Bereich, in dem ein mageres Gemisch zugeführt wird, erweitert und der Kraftstoffverbrauch entsprechend verringert werden.

Im Vollastbereich, bei weiter eingedrücktem Fahrpedal 8 und voll geöffneter Drosselklappe 4 wird der Kraftstoffanteil im Gemisch entsprechend der Fahrpedalverstellung R_A erhöht, um ein fetteres Gemisch zu erhalten. Da somit das Drehmoment im Vollastbereich bei voll geöffneter Drosselklappe erzeugt wird, ist der Strömungsquerschnitt im Ansaugsystem größer als beim Stand der Technik, wodurch die Pumpverluste der Maschine geringer sind und der Maschinen-Wirkungsgrad höher ist.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 und 12 enthält anstelle des mechanischen Drosselklappen-Antriebs nach Fig. 1 einen Drosselklappensteller 43 mit einer Steuereinheit 5. Der in Fig. 12 im einzelnen dargestellte Drosselklappensteller 43 enthält einen Regler 44 und einen Motor 45. Auf einer Abtriebswelle des Motors 45 ist ein Zahnrad 46 befestigt, das mit einem auf der Drosselklappenwelle 12 sitzenden Zahnritzel 47 kämmt. Die Steuereinheit 5 wird einem Fahrpedal-Verstellsignal R_A zugeführt und ein Ausgangssignal steuert den Regler 44. Der Motor 45 verstellt über das Zahnrad 46 und das Zahnritzel 47 die Drosselklappe 4 gemäß dem Diagramm von Fig. 2B, d. h., die Drosselklappe 4 wird durch eine Fahrpedal-Verstellung R_A vollständig geöffnet und danach kann das Fahrpedal 8 weiter eingedrückt werden, während die Drosselklappe 4 geöffnet bleibt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Beziehung zwischen der Fahrpedalverstellung R_A und dem Öffnungswinkel R_th der Drosselklappe durch Ändern der Software der Steuereinheit 5 verstellt werden. Der sonstige Aufbau und der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels nach den Fig. 11 und 12 entsprechen dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 10.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 13 sind gleiche Teile wie bei den Ausführungen nach den Fig. 1 bis 11 mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Eine zusätzliche Abgasrückführung bewirkt eine Verringerung der schädlichen Stickoxide im Abgas. Die Abgasrückführung erfordert eine weitergehende Öffnung der Drosselklappe, um ein gleiches Ausgangsdrehmoment zu erzielen. Der größere Drosselklappenöffnungsgrad verringert die Pumpverluste und verbessert den Wirkungsgrad der Maschine. Ein Abgasrückführventil 50 ist in der Mitte einer Leitung 56 angeordnet, die ein Auspuffrohr 53 mit einem Ansaugrohr 55 verbindet. Das Abgasrückführventil 50 umfaßt ein Steuerventil 52, das von einem Stellmotor angetrieben wird. Aufgrund eines Signals vom Steuerteil 5 verstellt der Motor 51 das Steuerventil 52, wodurch der Querschnitt der Leitung 56 geändert wird, so daß eine entsprechende Abgasmenge in das Ansaugrohr 55 geleitet wird.

Der Betrieb des Ausführungsbeispiels nach Fig. 13 wird nach stehend mit Bezugnahme auf Fig. 14 beschrieben.

Im Schritt 56 empfängt der Steuerteil 5 Daten für eine Saugluftmenge Q_a (oder einen Ansaugdruck P_b), die Maschinendrehzahl N, die Kühlwassertemperatur T_w und den Drossel klappenöffnungswinkel R_th, und im Schritt 57 wird die Basis-Einspritzmenge T_p aus der Saugluftmenge Q_a und der Drehzahl N wie folgt berechnet:

Im Schritt 58 wird abgefragt, ob die Drosselklappe vollstän dig geöffnet ist. Dabei wird entweder festgestellt, ob der Meßwert des Drosselklappensensors 9 einen vorbestimmten Wert übersteigt, oder es wird ein Signal aus einem Vollastschalter (nicht gezeigt) genützt, der nur die Endstellung der Drosselklappe 4 erfaßt.

Wenn die Drosselklappe 4 nicht vollständig geöffnet ist, liegt die Fahrpedalverstellung nach Fig. 2B im Bereich zwischen 0 und R_AW. In diesem Fall wird im Schritt 59 ein vorzugebendes Luft-Kraftstoff-Verhältnis K_MR aus einem Kennfeld mit der Maschinendrehzahl und dem Quotienten Q_a/N als Parameter gemäß Fig. 6 ausgelesen, und der Zündzeitpunkt Adv wird aus einem Kennfeld mit der Drehzahl N und dem Quotienten Q_a/N als Parameter gemäß Fig. 7 ausgelesen. Dann wird aus einer Tabelle gemäß Fig. 15 eine Abgasrückführrate E_R ausgelesen. Ferner wird im Schritt 60 eine Ist-Einspritzmenge T_i gemäß der folgenden Gleichung gebildet:

T_i = K_MR · T_p.

Ein Ausgangssignal für diese im Schritt 60 bestimmte Ist-Einspritzmenge T_i wird vom Ausgabekreis 30 (Fig. 4) dem Einspritzsystem 6 zugeführt. Ein Ausgangssignal für den im Schritt 59 gebildeten Zündzeitpunkt Adv wird vom Ausgabekreis 29 (Fig. 4) dem Zündsystem 7 zugeführt. Im Teillastbereich zwischen der geschlossenen und voll geöffneten Drosselklappe 4 bestimmt somit der Steuerteil 5 eine Einspritzmenge auf der Basis der Saugluftmenge Q_a und der Drehzahl N und liefert ein Ausgangssignal an das Einspritzsystem 6 zur Bildung eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Gemischs.

Wenn dagegen in Schritt 58 festgestellt wird, daß die Drosselklappe 4 vollständig geöffnet ist, liegt der Fahrpedalverstellung nach Fig. 2B im Bereich zwischen R_AW und dem Maximalwert R_max. In diesem Fall wird im Schritt 61 die Fahrpedalverstellung R_A in den Steuerteil 5 vom Fahrpedalsensor 10 eingegeben, und im Schritt 62 werden ein vorzugebendes Luft-Kraftstoff-Verhältnis K_MR und ein Zündzeitpunkt Adv gebildet, wobei die Werte für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis K_MR und die rückführende Abgasmenge E_R aus zweidimensionalen Kennfeldern mit der Maschinendrehzahl N und der Fahrpedalverstellung R_A als Parameter gemäß den Fig. 8 und 16 ausgelesen werden. Der Zündzeitpunkt Adv wird aus einem zweidimensionalen Kennfeld mit der Drehzahl N und dem Quotienten Q_a/N als Parameter gemäß Fig. 7 ausgelesen.

Dann werden im Schritt 63 eine Ist-Einspritzmenge T_i (T_i=K_MR · T_p) und ein Korrekturwert α des Zündzeitpunkts aus einem zweidimensionalen Kennfeld mit der Drehzahl N und der Einspritzmenge T_i gemäß Fig. 9 ausgelesen. Und ferner wird der Zündzeitpunkt Adv(1 + α), dem α hinzuaddiert ist, berechnet, und im Schritt 64 wird die Ist-Einspritzmenge T_i vom Ausgabekreis 30 von Fig. 4 an das Einspritzsystem 6 ausgegeben, und der korrigierte Zündzeitpunkt Adv wird vom Ausgabekreis 29 von Fig. 4 an das Zündsystem 7 ausgegeben. Daraufhin wird ein Befehl in Form eines Ausgangssignals an das Einspritzsystem 6 geführt, so daß der Kraftstoffanteil im Gemisch entsprechend der Fahrpedalverstellung R_A erhöht wird, im Vollastbereich ein fetteres Gemisch einzuspritzen.

Das Diagramm von Fig. 17A zeigt eine Beziehung zwischen dem Drosselklappenöffnungswinkel, der Abgasrückführmenge E_R und dem erzeugten Drehmoment bei diesem Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Fig. 17B zeigt eine Beziehung zwischen dem Fahrpedalverstellung, der Abgasrückführmenge E_R und dem erzeugten Drehmoment.

Beim Stand der Technik, bei dem bei maximaler Fahrpedalverstellung R_A die Drosselklappe vollständig geöffnet ist, ist gemäß den Strichlinien in Fig. 17A die rückgeführte Abgasmenge E_R zwischen einem kleinen Öffnungswinkel und einem halbgeöffneten Zustand konstant gehalten, und bei weiterer Öffnung der Drosselklappe allmählich gegen Null verringert. Dies führt zu einem verengten Betriebsbereich, in dem eine Abgasrückführung durchgeführt wird.

Da gemäß der Erfindung die Drosselklappe bereits bei R_AW vollständig geöffnet ist, bevor die maximale Fahrpedalverstellung R_A erreicht wird, bleibt entsprechend den Vollinien in Fig. 17A die rückgeführte Abgasmenge in dem Betriebsbereich zwischen einem kleinen Öffnungswinkel und der voll geöffneten Drosselklappe 4 konstant. Nachdem die Drosselklappe 4 vollständig geöffnet ist, kann das Fahrpedal weiter verstellt werden, wobei gleichzeitig die rückgeführte Abgasmenge entsprechend dieser weitergehenden Fahrpedalverstellung bis gegen Null bei Erreichen der maximalen Fahrpedalstellung R_Amax reduziert wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden der Kraftstoffverbrauch und die Stickoxide durch Erweitern des Bereichs der Abgasrückführung ohne Verminderung der maximalen Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine wirksam reduziert.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, bei dem

- eine die Ansaugluft dosierende Drosselklappe durch Betätigen eines Fahrpedals verstellt wird,
- im Teillastbereich der Brennkraftmaschine ein erstes Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Basis der gemessenen Ansaugluft-Menge (Q_a) und der Maschinendrehzahl (N) bestimmt und im Vollastbereich der Brennkraftmaschine ein fetteres Gemisch mit einem zweiten Luft- Kraftstoff-Verhältnis und erhöhtem Kraftstoffanteil zugeführt wird, wobei
- die Drosselklappe am Ende des Teillastbereiches bereits ihre volle Öffnungsstellung bei dem in eine Zwischenstellung (R_AW) verstellten Fahrpedal erreicht und das Fahrpedal im Vollastbereich aus dieser Zwischenstellung bis in eine Endstellung (R_Amax) weiter verstellt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

- im Vollastbereich die Drosselklappe während der weitergehenden Verstellbewegung des Fahrpedals zwischen den Fahrpedal-Stellungen (R_AW) und (R_Amax) voll geöffnet bleibt und
- das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Vollastbereich auf der Basis der Verstellbewegung des Fahrpedals und der Maschinendrehzahl (N) bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Teillastbereich die Werte für das erforderliche erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer Tabelle (Fig. 6) entnommen werden, in der die von der Ansaugluft-Menge und der Maschinendrehzahl bestimmten Verhältniswerte enthalten sind, und daß im Vollastbereich die Verhältniswerte für das verminderte zweite Luft-Kraftstoff- Verhältnis einer weiteren Tabelle (Fig. 8) entnommen werden, in welcher die von der Fahrpedalstellung und der Maschinendrehzahl bestimmten Verhältniswerte enthalten sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffmenge im Teillastbereich und im Vollastbereich aus einem Quotienten (Q_a/N) der Ansaugluftmenge (Q_a) und der Maschinendrehzahl (N) sowie aus den jeweiligen Werten des ersten und zweiten Luft-Kraftstoff- Verhältnisses bestimmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Teillastbereich ein Basis-Zündzeitpunkt auf der Grundlage der Ansaugluftmenge (Q_A) und der Maschinendrehzahl (N) bestimmt wird und daß im Vollastbereich ein Zündzeitpunkt durch Addition des Basis-Zündzeitpunktes mit einem aus der Kraftstoffmenge (T_i) und der Maschinendrehzahl (N) errechneten Korrekturwert (α) bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Teillastbereich bis zur voll geöffneten Drosselklappe eine rückzuführende Abgasmenge (E_R) auf der Grundlage der Ansaugluftmenge (Q_A) und der Maschinendrehzahl (N) bestimmt wird und diese Abgasmenge (E_R) im Vollastbereich entsprechend der weitergehenden Fahrpedalverstellung bis gegen Null verringert wird.

6. Steuervorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit

- einem die Verstellung eines Fahrpedals (8) erfassenden Fahrpedalsensors (10),
- einem den Öffnungswinkel einer Drosselklappe (4) erfassenden Drosselklappensensor (9),
- einer die Verstellung des Fahrpedals (8) auf die Drosselklappe (4) übertragenden Einrichtung (17, 43),
- einem Kraftstoff-Einspritzsystem (6) mit zugeordnetem Zündsystem (7) und
- einer mit einem Ansaugluft-Messer (2, 3′) und einem Drehzahlmesser (11) verbundenen Steuereinrichtung (5), die im Teillastbereich bis zur voll geöffneten Drosselklappe (4) ein erstes Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage der Ausgangssignale des Ansaugluftmessers (2, 3′) und des Drehzahlmessers (11) bestimmt und die im Vollastbereich bei weitergehender Verstellung des Fahrpedals (8) ein fetteres Gemisch mit einem zweiten geringeren Luft-Kraftstoff-Verhältnis erzeugt,
dadurch gekennzeichnet, daß
- im Vollastbereich die Drosselklappe in ihrer voll geöffneten Stellung gehalten ist und die Steuereinrichtung (5) das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage der Ausgangssignale des Fahrpedalsensors (10) und des Drehzahlmessers (11) bestimmt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einer vom Auspuffrohr (53) zum Ansaugrohr (55) führenden Abgas-Rückführ-Leitung (56) ein Dosierventil (50) angeordnet ist, das die rückgeführte Abgasmenge (E_R) im Teillastbereich bis zur voll geöffneten Drosselklappe (4) auf der Grundlage der Ausgangssignale des Ansaugluftmessers (2, 3′) und des Drehzahlmessers (11) sowie im Vollastbereich auf der Grundlage der Ausgangssignale des Fahrpedalsensors (10) und des Drehzahlmessers (11) steuert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrpedal (8) über eine mechanische Übertragungsvorrichtung (17) mit der Drosselklappe (4) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellmotor (43) zum Verstellen der Drosselklappe (4) mit der Steuereinrichtung (5) elektrisch verbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung Rechenelemente (57) zum Berechnen einer einzuspritzenden Basis-Kraftstoffmenge (T_p) auf der Grundlage der Meßwerte des Ansaugluftmessers (2, 3′) und des Drehzahlmessers (11), Rechenelemente (60, 63) zum Berechnen einer Ist-Einspritzmenge (T_i) aus dem ersten oder dem zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Basis-Einspritzmenge (T_p) sowie einer Einrichtung zur Festlegung eines Basis-Zündzeitpunktes auf der Basis der Ist-Einspritzmenge (T_i) und der Maschinendrehzahl (N) enthält, wobei diese Einrichtung einen Ist-Zündzeitpunkt durch Addition eines Korrekturwertes (α) zu dem Basis-Zündzeitpunkt (Adv) besitzt und der Korrekturwert (α) entsprechend der Ist-Einspritzmenge (T_i) und der Maschinendrehzahl (N) bestimmt wird.