DE4324447A1

DE4324447A1 - Anordnung zum Abschalten eines Motors mit Messung von Sauerstoff in der umgebenden Atmosphäre

Info

Publication number: DE4324447A1
Application number: DE4324447A
Authority: DE
Inventors: Mordecai Shelef; Eleftherios M Logothetis
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: GB2270121A; US5199396A; GB9316405D0; DE4324447C2; JPH06173749A; GB2270121B

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf den Betrieb von Verbrennungs kraftmaschinen als Funktion der Gase in der umgebenden Atmo sphäre.

2. Stand der Technik

Nicht jeder Verbrennungsvorgang, auch der in einer Verbren nungskraftmaschine, verläuft vollständig. Ein Produkt einer unvollständigen Verbrennung ist Kohlenmonoxid. Bei Einatmen in ausreichenden Mengen kann Kohlenmonoxid eine unerwünschte Auswirkung auf den menschlichen Körper aufweisen. Obgleich Vorrichtungen zur Emissionsregelung schon seit 1975 in US- Kraftfahrzeuge eingebaut werden, kann ein Leerlaufbetrieb in einem umschlossenen Raum einen Zustand verursachen, der in der Luft des umschlossenen Raumes zu erhöhten Konzentratio nen von Kohlenmonoxid führt. Die vorliegende Erfindung zielt auf das Vermeiden herabgesetzter Sauerstoffkonzentrationen 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 schnell bis auf Null ab, da A/F reicher und reicher wird. Der Motor setzt den Leerlauf fort, bis A/F zum Zeit punkt T₂ (zum Beispiel A/F = 6) so reich wird, daß die Ver brennung nicht aufrecht erhalten werden kann. Obgleich der Motorbetrieb zu diesem Zeitpunkt endet, kann der Sauerstoff wert für die Insassen in dem Fahrgastraum des Fahrzeuges be reits einen unerwünscht niedrigen Wert erreicht haben. Damit wäre eine Anordnung zum Verhindern eines solchen Sauerstoff abfalls 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 Sauerstoffwert in der umgebenden Atmosphäre unter einen vorbestimmten Wert abfällt. Das Verfahren schließt auch das Erkennen eines Leerlaufzustandes und das Unterbrechen des Laufs des Motors ein, wenn gleichzeitig Signale einlaufen, die sowohl den vorbestimmten Sauerstoffwert 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

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 umgebenden Sauerstoff, der an einen Kom parator 12 angeschlossen ist. Der Komparator 12 enthält ei nen Eingangswert auch von einer Quelle 13 einer Sollspannung V₀. Falls das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 11 klei ner als die Sollspannung V₀ der Quelle 13 ist, steht am Aus gang des Komparators 12 eine Sollspannung V₁ (die eine nie drige Sauerstoffkonzentration in der umgebenden Atmosphäre anzeigt). Ein Leerlauf-Entscheidungskomparator 14 enthält ei nen ersten Eingangswert von einem Drehzahlmesser 15 und ei nen zweiten Eingangswert von einer Quelle 16 eines Sollpunk tes S₀. Der Leerlauf-Entscheidungskomparator 14 stellt fest, ob das Ausgangssignal S vom Drehzahlmesser 15 kleiner als S₀ ist. Falls S kleiner als S₀ ist, wird ein Stellsignal S₁₁ das den Motorleerlauf anzeigt, vom Komparator 14 abgegeben. Die Ausgangssignale der Komparatoren 12 und 14 werden einem Aktivierungs-Entscheidungsblock 17 zugeleitet. In diesem wird festgestellt, ob sich die Ausgangssignale der Komparato ren 12 und 14 in einem Sollzustand befinden. Falls dies zu trifft, wird ein Aktivierungssignal vom Entscheidungsblock 17 auf einen Block 18 gegeben. In diesem wird die Motor steuersystem-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 JA geht der logische Fluß zu einem Entscheidungs block 22. Dort wird gefragt, ob der Motor leerläuft. Bei JA geht der logische Fluß zu einem Entscheidungsblock 23. Dort wird gefragt, ob der Sauerstoffwert niedrig liegt. Bei JA, geht der logische Fluß zu einem Entscheidungsblock 24. Dort wird gefragt, ob der Schalter N sich in einem "1"-Zustand befindet, das heißt, daß er eingeschaltet ist. Bei 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 Sauerstoff nicht niedrig 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 Sauerstoff niedrig liegt. Dieser zusätzliche Entscheidungs block 31 ist in einem Fall nützlich, in dem das Gaspedal nie dergetreten wird, so daß der Motor auf einer verhältnismäßig hohen Drehzahl und nicht im Leerlauf arbeitet, das Übertra gungsgetriebe sich jedoch in der Stellung Neutral oder Par ken befindet. Der logische Fluß vom Startblock 20 zum End block 27 kann mit irgendeiner zweckmäßigen Geschwindigkeit 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 ho hen Sauerstoffwerten die Dauer des Fahrzeugleerlaufs oder -stillstandes verfolgt. Beim Feststellen eines niedrigen Ge halts an Sauerstoff wird der Motorbetrieb dann nicht been det, es sei denn, daß Fahrzeugleerlauf oder -stillstand für eine vorgegebene minimale Zeitdauer stattgefunden hat.

Eine Ausführungsform dieser Erfindung kann einen Sauerstoff sensor zum Überwachen der Sauerstoffkonzentration in der das Fahrzeug umgebenden Atmosphäre verwenden und dem Fahrzeug rechner ein Signal zum Abschalten dem Motors zuleiten, wenn die Sauerstoffkonzentration auf eine vorgegebene Höhe ab fällt. Der Sauerstoffsensor kann von einer von mehreren Bau arten sein, zum Beispiel ein Solid-State-Sensor nach dem Sauerstoff-Pumpprinzip mit elektrochemischen ZrO₂-Zellen. Ei ne einzige Zelle wird verwandt, oder falls erwünscht kann auch ein Doppelzellensensor verwandt werden. Diese letztere Vorrichtung ist genauer, da sie gegenüber Temperatur und Än derungen des absoluten Druckes weniger empfindlich ist. Eine vorteilhafte Stelle für den Sauerstoffsensor liegt unter der Motorhaube.

Der Sollpunkt, der die Bedingung für das Abschalten des Mo tors anzeigt, sollte bei etwa 18% Sauerstoff in der umgeben den Atmosphäre und in einem Bereich von 16 bis 20% liegen.

Wie besprochen kann ein Signal von einem elektronischen Mo tormodul zur Anzeige des Leerlaufbetriebes verwandt werden. Zusätzlich kann die Ausgabe des Sauerstoffsensors verwandt werden. Folglich wird bei diesem Schema der Betrieb des Mo tors beendet, wenn der Sauerstoffsensor einen Sauerstoffwert unter einem vorbestimmten Wert anzeigt und der Motor leer läuft.

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 die Signale vom Sauerstoff das Fehlen des nie drigen Sauerstoffzustandes anzeigt. Umgekehrt wird der Lauf des Motors nicht behindert, wenn ein angemessener Sauerstoff zustand vorliegt.

Claims

1. Anordnung zum Unterbrechen des Betriebes eines mit einer Verbrennungskraftmaschine ausgerüsteten Kraftfahrzeuges, gekennzeichnet durch:
Mittel, die einen Abfall des Sauerstoffgehaltes in der umgebenden Atmosphäre unter einen vorbestimmten Wert feststellen 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 Sauerstoff unter dem vorbestimmten Wert und das zweite Ausgangssig nal einen Leerlaufbetrieb anzeigt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Feststellen der Konzentration von Sauer stoff ein elektrochemischer, an dem Kraftfahrzeug befe stigter Solid-State-Sensor 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 Sauerstoff in der umgebenden Atmosphä re über den vorbestimmten Wert ansteigt.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert in den Bereich zwischen 16 und 20% Sauerstoff in der umgebenden Atmosphäre 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 Getriebes 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 Sauerstoff in der um gebenden Atmosphäre unter einen vorbestimmten Wert ab fällt, und Erzeugen eines ersten Ausgangssignales zur An zeige dieses Wertes,
Erkennen eines Leerlaufbetriebes des Motors und Lie fern eines zweiten Ausgangssignales zum Anzeigen dieses Wertes und
Unterbrechen des Motorbetriebes, wenn das erste Aus gangssignal einen Gehalt an Sauerstoff unter 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 Sauerstoff einen Solid-State-Sensor für die Sauerstoffkonzentration in der umgebenden Atmosphäre verwendet.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des Unterbrechens des Motorbetriebes dessen Wiederaufnahme vorsieht, wenn der Gehalt an Sauerstoff in der umgebenden Atmosphäre über den vorbestimmten Wert ansteigt.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert in den Bereich zwischen 16 und 20% Sauerstoff in der umgebenden Atmosphäre 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.