DE4324445A1

DE4324445A1 - Anordnung zum Abschalten eines Motors mit Messung von Kohlenmonoxid in der Umgebungsluft

Info

Publication number: DE4324445A1
Application number: DE4324445A
Authority: DE
Inventors: Mordecai Shelef; Eleftherios M Logothetis; Jacobus H Visser
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1992-08-24
Filing date: 1993-07-21
Publication date: 1994-03-03
Anticipated expiration: 2013-07-22
Also published as: GB2270122A; US5199397A; GB2270122B; JPH06173750A; DE4324445C2; GB9316419D0

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf den Betrieb von Verbrennungs kraftmaschinen als Funktion der Auspuffgase, wie diese in der Umgebung auftreten.

2. Stand der Technik

Nicht jeder Verbrennungsvorgang, auch der in einer Verbren nungskraftmaschine stattfindet, verläuft vollständig. Ein Produkt einer unvollständigen Verbrennung ist Kohlenmonoxid. Bei Einatmen in ausreichenden Mengen kann Kohlenmonoxid uner wünschte Auswirkungen auf den menschlichen Körper aufweisen. Obgleich Vorrichtungen zur Emissionsregelung schon seit 1975 in US-Kraftfahrzeuge eingebaut werden, kann ein Leerlaufbe trieb in einem umschlossenen Raum einen Zustand verursachen, der zu erhöhten Konzentrationen von Kohlenmonoxid in der Luft des umschlossenen Raumes führt. Die vorliegende Erfin dung zielt auf das Vermeiden erhöhter Kohlenmonoxidkonzentra tionen aus den Auspuffgasen in der Umgebung ab.

Die US-PS 4 221 206 lehrt die Verwendung von zwei Kohlenmon oxid(CO)-Detektoren, von denen der eine elektrisch und der andere elektromechanisch ist, und die Deaktivierung eines Fahrzeugmotors nur dann, wenn die Signale von beiden CO-De tektoren das Vorhandensein von CO oberhalb eines vorbestimm ten Wertes anzeigen. Ein solches System kann bei einer Fahrt des Fahrzeuges zu einer unerwünschten Unterbrechung des Mo torbetriebes führen, wenn diese die Folge von zeitweilig ho hen CO-Konzentrationen ist, die sich aus dem Vorbeifahren von Auspuffgasquellen in der nächsten Nähe, wie zum Beispiel Schwerlastfahrzeugen, Traktoren oder Erdbewegungsmaschinen, ergeben. Das Vermeiden des plötzlichen Abschaltens eines sich bewegenden Fahrzeuges aufgrund eines äußeren Ereignis ses, wie zum Beispiel der Nähe zu einem Auspuffrohr eines Schwerlastfahrzeuges oder jeder anderen zufälligen Quelle, die relativ hohe Konzentrationen an Kohlenmonoxid in die Aus puffgase ausstößt, wäre erwünscht.

Fig. 3 zeigt schematisch den zeitlichen Ablauf nach Beginn des Leerlaufbetriebes eines Motors in einem umschlossenen Raum (zum Beispiel einer Garage) von (a) dem A/F-Verhältnis des Motors, (b) der Breite des nacheinander jedem Zylinder des Motors zugeführten Brennstoffimpulses, (c) der Sauer stoffkonzentration in dem umschlossenen Raum und (d) dem Aus maß des emittierten CO wie auch der sich einstellenden Kon zentration von CO in dem umschlossenen Raum. Nach wenigen Se kunden im Anschluß an die Zündung wird das A/F-Verhältnis durch das rückkopplungsgesteuerte Brennstoffzumeßsystem auf dem stöchiometrischen Wert gehalten. Unter diesen Umständen und bei einem richtig arbeitenden Dreiwegekatalysator ist die Bildungsgeschwindigkeit von CO sehr klein (und konstant) und seine Konzentration steigt in dem umschlossenen Raum nur sehr langsam an.

Mit fortschreitender Zeit wird Sauerstoff von der Luft in den umschlossenen Raum abgegeben. Folglich wird weniger Brennstoff gebraucht, um das A/F-Verhältnis auf dem stöchio metrischen Wert zu halten, und die Breite des Brennstoffim pulses wird durch das Regelsystem kontinuierlich vermindert. Nach Verstreichen einer bestimmten Zeit T₁ erreicht die Brei te des Brennstoffimpulses den durch die Konstruktion des Brennstoffzumeßsystems vorgegebenen Minimumwert. An diesem Punkt beginnt das A/F-Verhältnis in das reiche Gebiet abzu wandern, und die Geschwindigkeit der CO-Produktion im Aus puff steigt aus zwei Gründen schnell an: Erstens steigt die Konzentration des CO in dem aus dem Motor austretenden Gas an, und zweitens nimmt die Wirksamkeit des Dreiwegekatalysa tors zum Oxidieren des CO schnell bis auf Null ab, da A/F reicher und reicher wird. Der Motor setzt den Leerlauf fort, bis A/F zum Zeitpunkt T₂ (zum Beispiel A/F = 6) so reich wird, daß die Verbrennung nicht aufrecht erhalten werden kann. Obgleich der Motorbetrieb zu diesem Zeitpunkt endet, kann der Kohlenmonoxidwert für die Insassen in dem Fahrgast raum des Fahrzeuges bereits einen gefährlichen Wert erreicht haben. Damit wäre eine Anordnung zum Verhindern eines sol chen Anstieges von Kohlenmonoxid erwünscht.

Zusammenfassende Beschreibung der Erfindung

Diese Erfindung beinhaltet eine Anordnung zum Unterbrechen des Leerlauf- und Standbetriebes einer Verbrennungskraftma schine eines Kraftfahrzeuges, mit der gemessen wird, wenn der Kohlenmonoxidwert in der Umgebungsluft über einen vorbe stimmten Wert ansteigt. Das Verfahren schließt auch das Er kennen eines Leerlaufzustandes und das Unterbrechen des Laufs des Motors ein, wenn gleichzeitig Signale einlaufen, die sowohl den vorbestimmten Kohlenmonoxidwert als auch den Leerlaufzustand des Motors anzeigen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäß aufgebauten Anordnung,

Fig. 2 ein logisches Fließbild mit der Darstellung der erfin dungsgemäßen Aufeinanderfolge der Ereignisse,

Fig. 3 eine graphische Darstellung über der Zeit in Fig. 3A des Verhältnisses Luft/Brennstoff (A/F), in Fig. 3B der Breite des Brennstoffimpulses, in Fig. 3C des Sauerstoffs in Prozent und in Fig. 3D des Kohlenmon oxids in Prozent und der Geschwindigkeit von dessen Herstellung und

Fig. 4 eine graphische Darstellung einer typischen Empfind lichkeitscharakteristik des für die erfindungsgemäße Verwendung geeigneten Sensors.

Ins einzelne gehende Beschreibung der Erfindung

Gemäß Fig. 1 enthält ein elektronisches Motorsteuersystem 10 einen Sensor 11 für Kohlenmonoxid, der an einen Komparator 12 angeschlossen ist. Der Komparator 12 enthält einen Ein gangswert auch von einer Quelle 13 einer Sollspannung V₀. Falls das Ausgangssignal des Sensors 11 für Kohlenmonoxid größer als die Sollspannung V₀ der Quelle 13 ist, steht am Ausgang des Komparators 12 eine Sollspannung V₁ (die einen "hohen" Wert des CO in der Umgebungsluft anzeigt). Ein Leer lauf-Entscheidungskomparator 14 enthält einen ersten Ein gangswert von einem Drehzahlmesser 15 und einen zweiten Ein gangswert von einer Quelle 16 eines Sollpunktes S₀. Der Leer lauf-Entscheidungskomparator 14 stellt fest, ob das Ausgangs signal S vom Drehzahlmesser 15 kleiner als S₀ ist. Falls S kleiner als S₀ ist, wird ein Stellsignal S₁, das den Motor leerlauf anzeigt, vom Komparator 14 abgegeben. Die Ausgangs signale der Komparatoren 12 und 14 werden einem Aktivie rungs-Entscheidungsblock 17 zugeleitet. In diesem wird fest gestellt, ob sich die Ausgangssignale der Komparatoren 12 und 14 in einem Sollzustand befinden. Falls dies zutrifft, wird ein Aktivierungssignal vom Entscheidungsblock 17 auf ei nen Block 18 gegeben. In diesem wird die Motorsteuersystem- Zündung abgeschaltet.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 zeigt ein logisches Fließdia gramm die Aufeinanderfolge der Ereignisse für den Betrieb der Einrichtung nach Fig. 1 an. Die Aufeinanderfolge der Er eignisse beginnt an einem Block 20 und läuft dann zu einem Entscheidungsblock 21. In diesem wird gefragt, ob der Motor läuft. Bei einer Antwort ja geht der logische Fluß zu einem Entscheidungsblock 22. Dort wird gefragt, ob der Motor leer läuft. Bei einer Antwort ja geht der logische Fluß zu einem Entscheidungsblock 23. Dort wird gefragt, ob der Kohlenmon oxidwert hoch liegt. Bei einer Antwort ja, geht der logische Fluß zu einem Entscheidungsblock 24. Dort wird gefragt, ob der Schalter N sich in einem "1"-Zustand befindet, das heißt, ob er eingeschaltet ist. Bei einer Antwort ja geht der logische Fluß zu einem Block 25. Dort wird die Zündim pulsspannung abgeschaltet. Der logische Fluß geht dann zu ei nem Block 26. In diesem werden die Schalter N und M auf "2" gesetzt. Die Bezeichnung des Schalters N = 2 und M = 2 bedeu tet, daß die Zündspannung abgeschaltet ist. Wenn die Schalt zustände N = 1 und M = 1 sind, ist die Zündspannung einge schaltet. Der logische Fluß vom Block 26 geht zu einem End block 27.

Bei erneuter Bezugnahme auf Block 21 sei ausgeführt, daß bei nichtlaufendem Motor der logische Fluß zum Entscheidungs block 23 geht. Am Block 22 gelangt der logische Fluß, falls der Motor nicht leerläuft, zum Endblock 27. Am Block 23 ge langt der logische Fluß, falls der Gehalt an Kohlenmonoxid nicht hoch ist, zu einem Entscheidungsblock 28, in dem ge prüft wird, ob der Schalter M aus, das heißt in einem "2"-Zu stand, ist. Falls nicht, gelangt der logische Fluß zum End block 27. Bei JA gelangt der logische Fluß zu einem Block 29, in dem die Zündimpulsspannung eingeschaltet wird. Der lo gische Fluß vom Block 29 gelangt zu einem Block 30, in dem die Schalter N und M gleich auf "1" gesetzt werden. Dies zeigt an, daß die Zündspannung eingeschaltet ist. Bei erneu ter Bezugnahme auf Block 24 sei ausgeführt, daß, falls der Schalter N nicht auf "1" liegt, der logische Fluß zum End block 27 geht.

Unter Bezug auf Fig. 2 sei ausgeführt, daß ein zusätzlicher Entscheidungsblock auf Wunsch hinter dem Entscheidungsblock 22 eingeführt werden kann. Der Entscheidungsblock 31 ist so angeschlossen, daß er das NEIN-Ausgangssignal des Entschei dungsblocks 22 empfängt. Am Entscheidungsblock 31 wird ge fragt, ob sich das Fahrzeuggetriebe in der Stellung Neutral oder Parken befindet. Bei NEIN läuft der logische Fluß zum Endblock 27. Bei JA läuft der logische Fluß zum Entschei dungsblock 23. In diesem wird geprüft, ob der Gehalt an Koh lenmonoxid hoch liegt. Dieser zusätzliche Entscheidungsblock 31 ist in einem Fall nützlich, in dem das Gaspedal niederge treten wird, so daß der Motor auf einer verhältnismäßig ho hen Drehzahl oberhalb des normalen Leerlaufs arbeitet, das Übertragungsgetriebe sich jedoch in der Stellung Neutral oder Parken befindet. Der logische Fluß vom Startblock 20 zum Endblock 27 kann mit irgendeiner zweckmäßigen Geschwin digkeit wiederholt werden.

Der Motorbetrieb kann auf vielerlei Weise beendet werden. Wie oben erörtert, kann die den Zündkerzen zugeführte Zündim pulsspannung abgeschaltet werden. Alternativ können die den Brennstoffeinspritzdüsen zugeführten Spannungsimpulse unter brochen oder die Brennstoffpumpe oder der Zündschalter abge schaltet werden. Eine Möglichkeit des Abschaltens des Zünd schalters liegt darin, einen zusätzlichen sekundären Schal ter mit der Hauptzündung oder dem Startschalter in Reihe zu legen. Der sekundäre Schalter wird dann unterbrochen.

Falls erwünscht kann das Fahrzeug mit der Fähigkeit ausge stattet werden festzustellen, ob es sich bewegt oder nicht. In diesem Fall wird die oben beschriebene Motorleerlauf-Prü fung durch eine Fahrzeug-Nichtbewegungs-Prüfung ersetzt. Wei ter kann noch eine Unterroutine erwünscht sein, die bei nie drigen Kohlenmonoxidwerten - die Dauer des Fahrzeugleerlaufs oder -stillstandes verfolgt. Beim Feststellen eines hohen Ge halts an Kohlenmonoxid wird der Motorbetrieb dann nicht be endet, es sei denn, daß der Fahrzeugleerlauf oder -still stand für eine vorgegebene minimale Zeitdauer stattgefunden hat.

Eine Ausführungsform dieser Erfindung kann einen CO-Sensor zum Überwachen der CO-Konzentration in der das Fahrzeug umge benden Atmosphäre verwenden und dem Fahrzeugrechner ein Sig nal zum Abschalten des Motors zuleiten, wenn die CO-Konzen tration eine vorgegebene Höhe erreicht. Der CO-Sensor kann von einer von mehreren Bauarten sein, zum Beispiel ein Wider standssensor auf SnO₂-Grundlage oder ein kalorimetrischer Sensor. Als ein Beispiel zeigt Fig. 4 das Ansprechverhalten eines Sensors auf SnO₂-Grundlage auf die CO-Konzentrationen in Luft. Der CO-Sensor kann am Fahrzeug an mehreren Stellen angeordnet werden. Eine vorteilhafte Stelle liegt unter der Motorhaube. Der Sollpunkt, der den Zustand zum Abschalten des Motors anzeigt, sollte im Bereich von 0,01 bis 0,05% liegen. Dies bedeutet 100 bis 500 ppm Kohlenmonoxid in der Umgebungsluft.

Wie besprochen kann ein Signal von einem elektronischen Mo tormodul zur Anzeige des Leerlaufbetriebes verwandt werden. Alternativ kann man auch die Ausgabe des Auspuffgas-Sauer stoffsensors (EGO oder aufgeheizter EGO) verwenden. Bei Auf treten von gefährlichen CO-Werten in einem umschlossenen Raum sollte die Ausgabe des EGO/HEGO-Sensors hoch (zum Bei spiel über 500 bis 600 mv) sein. Folglich wird bei diesem Schema der Betrieb des Motors beendet, wenn der CO-Sensor ei nen CO-Stand oberhalb eines vorbestimmten Wertes anzeigt und die Ausgabe des EGO/HEGO-Sensors oberhalb eines vorgegebenen hohen Wertes (zum Beispiel 500 bis 600 mv) liegt.

Es ist verständlich, daß bei einem automatischen Abschalten des Motors gemäß der oben genannten Reihenfolge der Ereignis se der Fahrer ein erneutes Anlassen des Motors versuchen möchte. In diesem Fall kann der Motorsteuerrechner so einge stellt werden, daß der Motor nur dann wieder angelassen wer den kann, wenn mindestens eines der Signale das Fehlen des "Gefährliches CO"-Zustandes anzeigt. Umgekehrt wird der Lauf des Motors nicht behindert, wenn ein "Gefährlicher CO"-Zu stand nicht vorliegt.

Claims

1. Anordnung zum Unterbrechen des Betriebes eines mit einer Verbrennungskraftmaschine ausgerüsteten Kraftfahrzeuges, gekennzeichnet durch:
Mittel, die ein Ansteigen des Kohlenmonoxidgehaltes in der Umgebungsluft über einen vorbestimmten Wert fest stellen und ein erstes Ausgangssignal liefern,
Mittel, die einen Leerlaufbetrieb des Motors erken nen und ein zweites Ausgangssignal liefern, und
Mittel zum Unterbrechen des Betriebes des Motors, wenn das erste Ausgangssignal einen Gehalt an Kohlenmon oxid oberhalb des vorbestimmten Wertes und das zweite Ausgangssignal einen Leerlaufbetrieb anzeigt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Feststellen der Konzentration von Kohlen monoxid ein Solid-State-Sensor für die CO-Konzentration in der Umgebungsluft ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Unterbrechen des Betriebes des Motors ei ne Wiederaufnahme des Betriebes des Motors vorsieht, wenn der Gehalt an Kohlenmonoxid in der Umgebungsluft un ter den vorbestimmten Wert abfällt.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert in den Bereich zwischen 100 bis 500 ppm Kohlenmonoxid in der Umgebungsluft eingestellt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Erkennen des Leerlaufbetriebes eine elek tronische Motorsteuerung enthält.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Stellung Neutral und Par ken des Getriebes festzustellen, und daß das Mittel zum Unterbrechen des Motorbetriebes weiter einen Eingang zur Aufnahme eines zusätzlichen Signals, das die Stellung Neutral oder Parken des Motorgetriebes anzeigt, enthält.

7. Verfahren zum Unterbrechen des Betriebes eines mit einer Verbrennungskraftmaschine ausgerüsteten Kraftfahrzeuges, insbesondere mit einer Anordnung nach einem der Ansprü che 1 bis 6, gekennzeichnet durch die folgenden Stufen:
Feststellen, wenn der Gehalt an Kohlenmonoxid in der Umgebungsluft über einen vorbestimmten Wert ansteigt, und Erzeugen eines ersten Ausgangssignales zur Anzeige dieses Gehaltes an Kohlenmonoxid,
Erkennen eines Leerlaufbetriebes des Motors und Lie fern eines zweiten Ausgangssignales zum Anzeigen dieses Betriebes und
Unterbrechen des Motorbetriebes, wenn das erste Aus gangssignal einen Gehalt an Kohlenmonoxid über dem vorbe stimmten Wert und das zweite Ausgangssignal einen Leer laufbetrieb anzeigt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des Messens der Konzentration von Kohlenmon oxid einen Solid-State-Sensor für die CO-Konzentration in der Umgebungsluft verwendet.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des Unterbrechens des Motorbetriebes dessen Wiederaufnahme vorsieht, wenn der Gehalt an Kohlenmon oxid in der Umgebungsluft unter den vorbestimmten Wert abfällt.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert in den Bereich zwischen 100 bis 500 ppm Kohlenmonoxid in der Umgebungsluft eingestellt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe zum Erkennen des Leerlaufbetriebes eine elek tronische Motorsteuerung enthält.

12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Feststellung, ob sich das Getriebe in der neutralen oder in der Parkstellung befindet, und die Stu fe des Unterbrechens des Motorbetriebes das Messen eines zusätzlichen Signals verlangen, das anzeigt, ob sich das Getriebe in der neutralen oder in der Parkstellung befin det.