DE4308813A1

DE4308813A1 - Steuersystem für die Kraftstoffzumessung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4308813A1
Application number: DE4308813A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Gras; Siegfried Dipl Ing Hertzler; Jan-Tian Ing Grad Tjoa
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1994-09-22
Also published as: JPH07506886A; JP3466192B2; DE59406118D1; US5533491A; EP0641414A1; EP0641414B1; WO1994021909A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Steuersystem für die Kraftstoffzumes sung einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Be kannt ist aus der DE 28 05 805 C2 ein Verfahren sowie eine Einrichtung zum Betrieb einer Kraftstoffversorgungsanlage mit Lambda-Regelung. Dort ist vorgesehen, die Lambda-Regelung dann einzuschalten, wenn ne ben der Betriebsbereitschaft der Sonde auch eine bestimmte Brennkraft maschinentemperatur erreicht worden ist. Die Größe dieser Temperatur ist mit "vorzugsweise 50 bis 85°" angegeben. Ferner zeigt die DE 30 24 606 A1 eine "Regeleinrichtung für die Zusammensetzung des in einer Brennkraftmaschine zur Verbrennung kommenden Betriebsgemisches". Die ses Dokument lehrt die Lambda-Regelung bei zwei unterschiedlichen Ab gastemperaturen einzuschalten und zwar abhängig davon, ob Leerlauffall gegeben ist oder nicht.

Es hat sich nun gezeigt, daß diese bekannten Verfahren nicht in allen Betriebszuständen optimal zu arbeiten vermögen. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ausgehend von diesem Stand der Technik ein Steuersy stem für die Kraftstoffzumessung einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das vor allem flexibler ist im Vergleich zu den bisher bekannten.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Steuersystem mit den Merkmalen des Hauptan spruchs hat gegenüber den bekannten Systemen den Vorteil, im Rahmen einer Optimierung bei gutem Fahrverhalten der Brennkraftmaschine die Lambda-Regelung bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt einzuschalten und dadurch die Schadstoffemission weiter zu verringern.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh rungsbeispiels.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung (mit Alternativlösungen) ist in der Zeichnung dargestellt und wird im nachfolgenden näher be schrieben und erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Übersichtsdarstel lung eines Steuersystems einer Brennkraftmaschine, Fig. 2 ein Fluß diagramm zur Bestimmung des Einschaltpunktes der Lambda-Regelung und Fig. 3 ein Beispiel für Werte in Verbindung mit dem Flußdiagramm von Fig. 2.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Fig. 1 zeigt in einer Übersichtsdarstellung die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wesentlichen Systemkomponenten und Be triebskenngrößen. Dabei ist die Brennkraftmaschine selbst mit 10 be zeichnet, ihr Ansaugrohr mit 11 und ihr Abgasrohr mit 12. Im Ansaug rohr 11 liegen in Flußrichtung hintereinander ein Luftmassen- oder Luftmengensensor 14, eine Drosselklappe 15 sowie ein Einspritzventil 16. Im Abgasrohr ist eine Lambda-Sonde 18 angebracht, die in an sich bekannter Weise nach Erreichen ihrer Betriebstemperatur auf das Vor kommen von Sauerstoff im Abgas reagiert. Zusätzlich kann ein Abgas temperatursensor 25 im Abgasrohr angebracht sein.

Der Brennkraftmaschine 10 selbst ist noch ein Drehzahlsensor 19 so wie ein Temperatursensor 20 zugeordnet. Ein Steuergerät 22 erhält Eingangssignale von einem mit der Drosselklappe 15 in Verbindung stehenden Drosselklappensensor 24, dem Luftmengensensor 14, der Lambda-Sonde 18, dem optional vorhandenen Abgastemperatursensor 25 sowie den beiden Sensoren 19 und 20 für Drehzahl und Brennkraftma schinentemperatur TMot. Sowohl die Abgastemperatur als auch die Temperatur des Katalysators kann auch innerhalb des Steuergeräts mo dellhaft aus anderen Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine be rechnet werden. Ausgangseitig stellt das Steuergerät 20 wenigstens ein Einspritzsignal für das wenigstens eine Einspritzventil 16 sowie Zündsignale für die nicht speziell angegebenen Zündkerzen der Brenn kraftmaschine zur Verfügung.

Die in Fig. 1 dargestellte Struktur eines Steuersystems für eine Brennkraftmaschine ist bekannt, ebenfalls ihre Wirkungsweise. Abhän gig von Last und Drehzahl sowie weiteren Betriebskenngrößen wie Brennkraftmaschinentemperatur und Signal vom Drosselklappensensor 24 bildet das Steuergerät 22 pulsweitenmodulierte Signale für das we nigstens eine Einspritzventil 16 sowie die Zündsignale für die ein zelnen Zündkerzen. Im betriebswarmen Zustand von Brennkraftmaschine und Lambda-Sonde findet eine Regelung der Kraftstoffzumessung auf einen bestimmten Lambda-Wert statt, vorzugsweise Lambda = 1. Die vorliegende Erfindung gibt nun Maßnahmen an, wie im Hinblick auf ei ne möglichst schnell einsetzende Lambda-Regelung im Sinne eines mög lichst schadstoffarmen Abgases Maßnahmen getroffen werden, um mög lichst optimale Ergebnisse zu erzielen. Dabei wird auf dem eingangs erwähnten Stand der Technik aufgebaut.

Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm für die Bestimmung des Einsetzpunktes der Lambda-Regelung ausgehend von einem Steuerungsbetrieb im An schluß an einen Startvorgang. Dabei ist die Abfrage, ob ein Start vorgang vorliegt, mit 30 bezeichnet. Liegt ein Startvorgang vor, dann werden aus nachfolgenden Kennlinien 31 jeweils zwei Schwellwer te abhängig von der zum Startzeitpunkt herrschenden Brennkraftma schinentemperatur TMot-Start (Starttemperatur) ausgelesen.

Die beiden Schwellwerte sind X0LL für den Leerlauffall (LL) und X0NLL (Nicht-Leerlauffall). Aus einer nachfolgenden Kennlinie 32 wird ein Zeitdauerwert TV0 ebenfalls abhängig von der zum Startzeit punkt herrschenden Brennkraftmaschinentemperatur TMot-Start ausgele sen. Die nachfolgende Abfrage 33 bestimmt, ob seit dem Startzeit punkt die vorgegebene Zeitdauer TV0 abgelaufen ist.

Ist dies der Fall, wird im folgenden eine Aussage darüber getroffen, ob Leerlauf gegeben ist oder nicht (Abfrage 34). Im Falle eines Leerlaufbetriebs kommt die nachfolgende Abfrage 35 zum Tragen, wo ermittelt wird, ob ein bestimmter Wert X den aus der Kennlinie 31 ausgelesenen Schwellwert X0LL bereits erreicht hat oder nicht. Ent sprechend ist eine Abfrage 36 vorgesehen, bei der im Falle des Fahr betriebs, d. h. Nicht-Leerlaufbetrieb, der Wert X auf das Erreichen des Schwellwerts X0NLL festgestellt wird. Wurden die Schwellwerte in einer der beiden Abfragen 35 und 36 noch nicht erreicht, befindet sich das System weiterhin im Steuerbetrieb (Block 38), andernfalls wird auf Regelungsbetrieb (Block 39) übergegangen. Auf die weiteren Blöcke 41 und 42 wird später noch eingegangen werden.

Im Rahmen einer vereinfachten Ausführungsform der Erfindung ist es auch möglich, lediglich einen lastunabhängigen Schwellwert anstelle der beiden Schwellwerte X0LL oder X0NLL zu verwenden. Es ist auch möglich, die vorgebbare Zeitdauer zusammen oder alternativ mit dem wenigstens einen Schwellwert einer die Betriebsdauer der Brennkraft maschine charakterisierenden Größe als Einschaltkriterium für die Lambdaregelung zu benutzen.

Weiterhin ist es auch möglich, eine die Betriebstemperatur des Katalysators kennzeichnende Größe, die modellhaft aus Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine berechnet werden kann, als Einschaltkriterium zu verwenden.

Erläutert wird die Wirkungsweise des Flußdiagramms nach Fig. 2 zweckmäßigerweise anhand der in Fig. 3 dargestellten Signalverläu fe. Dort ist über der Abszisse die Brennkraftmaschinentemperatur zum Zeitpunkt des Starts aufgetragen (Starttemperatur, TMot-Start). Die Ordinate bilden Zeitdauer TV und ein Wert X0. In gestrichelter Linie sind Zeitdauerwerte in ihrem Verlauf angegeben. Ferner sind zwei Kurven mit ausgezogenen Linien eingetragen, wobei X0LL für einen Temperaturverlauf im Leerlauffall steht und X0NLL für einen Temperaturverlauf im Nicht-Leerlauffall.

Es sei betont, daß die angegebenen Kurvenverläufe nur als Beispiel dienen und sich die Werte im speziellen System an zweckmäßigen Wer ten bei einem bestimmten Brennkraftmaschinentyp zu orientieren haben.

Als wesentliche Aussage von Fig. 3 bleibt festzuhalten, daß zu ein zelnen Temperaturwerten zum Startzeitpunkt der Brennkraftmaschine (TMot-Start) unterschiedliche Brennkraftmaschinentemperaturen X0 für die Fälle Leerlauf (LL) und Nicht-Leerlauf (NLL) erreicht werden müssen, um die Lambda-Regelung zu aktivieren. Die Werte der beiden Kurven X0LL und X0NLL entstammen dabei den Kennlinien in Block 31 des Flußdiagrammes von Fig. 2.

Entsprechend werden die aus Fig. 3 ersichtlichen Zeitdauerwerte TV0 aus der Kennlinie 32 des Flußdiagramms von Fig. 2 ausgelesen. Dabei ist ersichtlich, daß die vorgebbare Zeitdauer mit steigender Temperatur der Brennkraftmaschine zum Startzeitpunkt geringer ge wählt wird.

Ein Blick auf Fig. 2 verdeutlicht in Verbindung mit den Kurvenver läufen von Fig. 3 die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Steuer systems.

Liegt Startfall vor, dann wird entsprechend Block 31 aus zwei Kenn linien der für eine bestimmte Starttemperatur geltende Wert für den Leerlauffall (X0LL) sowie der Wert für den Nicht-Leerlauffall (X0LL) ausgelesen. Anschließend erfolgt entsprechend Block 32 das Auslesen eines Wertes für eine Zeitdauer TV0, die ebenfalls von der Start temperatur abhängig ist. Nach Ablauf dieser Zeitendauer erfolgt mit der Abfrage 34 eine Klärung der Frage, ob zum Zeitpunkt des ent sprechenden Programmdurchlaufs Leerlauffall gegeben ist oder nicht.

Liegt Leerlauf vor, doch ist ein Schwellwert X0LL noch nicht er füllt, bleibt der Steuerungsbetrieb nach Block 38 erhalten. Ent sprechend verhält es sich, wenn im Nicht-Leerlauffall ein Schwell wert X0NLL noch nicht erreicht worden ist. Andernfalls wird auf Re gelung mittels des Blocks 39 übergegangen.

Mit der Angabe X im Zusammenhang mit den Kennfeldwerten X0LL und X0NLL soll deutlich gemacht werden, daß für diese Werte unterschied liche Größen einsetzbar sind. Als wesentlichste Größe ist hier die Temperatur zu nennen. Dies bedeutet, daß aus Block 31 über der Start-Temperatur Temperaturschwellwerte für den Leerlauffall und den Nicht-Leerlauffall auslesbar sind und in den Abfragen 35 und 36 er mittelt wird, der momentane Temperaturmeßwert die beiden Schwellwer te für den Leerlaufbetrieb und den Nicht-Leerlaufbetrieb bereits er reicht hat. Erst beim Überschreiten dieser Schwellwerte im Leer lauf- bzw. Nicht-Leerlauffall wird von Steuerung auf Regelung über gegangen.

Als weitere zu messende Größe statt Tmot kann ein Signal dienen, das mittelbar oder unmittelbar den Energieumsatz in der Brennkraftmaschine seit dem Start wiedergibt. Dies bedeutet, daß mittelbar oder unmittelbar wenigstens eine der folgenden Größen erfaßt werden kann:

- Anzahl der seit dem Start erfolgten Zündungen,
- Summe der seit Start angesaugten Luftmasse, bzw. Luftmasse,
- Summe der seit Start zugeführten Kraftstoffmasse, insbesondere Summe der ausgegebenen Einspritzzeiten,
- Integral über dem Drosselklappenwinkel, was ebenfalls einem summierten Lastsignal entspricht.
- die Katalysatortemperatur, die bspw. aus Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine modellhaft berechnet werden kann. Auch mit Hilfe der Abgastemperatur, die bspw. mit Hilfe des Abgas temperatursensors 25 gemessen oder in bekannter Weise aus dem Innenwiderstand der Lambdasonde 18 ableitbar ist, kann modell haft auf die Katalysatortemperatur und damit auf die Betriebs bereitschaft des Katalysators geschlossen werden.

Block 41 von Fig. 2 verdeutlicht verschiedene zweckmäßige Maßnahmen während des Steuerbetriebes (Block 38). So hat sich als besonders zweckmäßig herausgestellt, den Leerlaufdrehzahlsollwert in der Warm laufphase um ein bestimmtes Delta zu erhöhen, ferner - jeweils al ternativ oder ergänzend - die Wiedereinsetzdrehzahl zur Freigabe der Kraftstoffzufuhr nach der Kraftstoffabschaltung im Schiebebetrieb anzuheben bzw. die Zündung nach spät zu verstellen.

Block 42 im Flußdiagramm nach Fig. 2 verdeutlich die Möglichkeit beim Einschalten des Regelungsbetriebs oder während der Verzögerung seiner Wirksamkeit einen Warmlaufanreicherungsfaktor WL zeit- und/oder zündungsabhängig über eine Rampe abzuregeln bzw. alternativ oder er gänzend im Falle der Möglichkeit einer Sekundärluftzugabe diese Sekundärluftzugabe zuerst abzuschalten und erst anschließend mit wählbarer Verzögerung die Regelung in Block 39 zur Wirkung kommen zu lassen.

Claims

1. Steuersystem für die Kraftstoffzumessung einer Brennkraftmaschine abhängig von Betriebskenngrößen wie Last, Drehzahl, und Temperatur, mit Mitteln zur Regelung der Kraftstoffzumessung abhängig vom Aus gangssignal einer im Abgasrohr der Brennkraftmaschine befindlichen Sonde und zur Umschaltung zwischen Steuer- und Regelbetrieb abhängig von Betriebskenngrößen, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die abhängig von der Temperatur der Brenn kraftmaschine zum Startzeitpunkt

- eine vorgebbare Zeitdauer und/oder
- wenigstens einen Schwellwert einer die Betriebsdauer der Brenn kraftmaschine charakterisierende Größe bestimmen, und ferner Mittel vorgesehen sind, mit denen auf Regelbetrieb umgeschaltet wird, wenn die vorgebbare Zeitdauer abgelaufen ist und/oder die charakterisierende Größe den Schwellwert erreicht hat.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die charakterisierende Größe die Temperatur der Brennkraftmaschine ist.

3. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, auch unabhängig von der vorgebbaren Zeitdauer, als charakterisierende Größe ein Signal dient, das mittelbar oder unmittelbar den Energie umsatz (geleistete Arbeit) in der Brennkraftmaschine seit dem Start angibt.

4. Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal von wenigstens einer der folgenden Größen abhängt:

- Anzahl der seit dem Start erfolgten Zündungen,
- Summe der seit Start angesaugten Luftmasse bzw. Luftmenge,
- Summe der seit Start zugeführten Kraftstoffmasse, insbesondere Summe der ausgegebenen Einspritzzeiten,
- Integral über dem Drosselklappenwinkel,
- Integral über dem Saugrohrdruck,
- Wert der Abgastemperatur,
- Wert der Katalysatortemperatur.

5. Steuersystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß bis zum Einschalten des Regelbetriebes wenig stens eine der folgenden Maßnahmen getroffen werden:

- Erhöhung der Leerlauf-Soll-Drehzahl,
- Erhöhung der Wiedereinsetzdrehzahl zur Freigabe der Kraftstoff zufuhr nach der Kraftstoffabschaltung im Schiebebetrieb,
- Spätverstellung der Zündung.

6. Steuersystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit dem Übergang auf Regelbetrieb wenigstens eine der folgenden Maßnahmen zur Wirkung kommt:

- Abregelung des Warmlaufanreicherungsfaktors zeit- und/oder zün dungsabhängig über eine Rampe,
- Verzögern des Regelbeginns bis zum Abschalten der Sekundärluft zugabe.

7. Steuersystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebbare Zeitdauer mit steigender Tempera tur der Brennkraftmaschine zum Startzeitpunkt geringer gewählt wird.

8. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerte für die Temperatur der Brennkraftmaschine mit steigen der Starttemperatur frei gewählt werden.

9. Steuersystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß für die die Betriebsdauer der Brennkraftmaschine charakterisierende Größe wenigstens für zwei unterschiedliche Last zustände unterschiedliche Schwellwerte gewählt werden und daß ferner von Steuerung auf Regelung umgeschaltet wird, wenn die charakteri sierende Größe beim dann gegebenen Lastzustand den lastabhängigen Schwellwert erreicht hat und/oder die vorgebbare Zeitdauer abgelau fen ist.