DE4324447C2 - Anordnung und Verfahren zum Unterbrechen des Betriebs eines eine Verbrennungskraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Unterbrechen des Betriebs eines eine Verbrennungskraftma­ schine aufweisenden Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 6.

Nicht jeder Verbrennungsvorgang, auch nicht der in einer Ver­ brennungskraftmaschine, verläuft vollständig. Bei einer un­ vollständigen Verbrennung wird Kohlenmonoxid erzeugt. Das Einatmen von Kohlenmonoxid in erheblichen Mengen kann eine unerwünschte Auswirkung auf den menschlichen zur Folge haben. Obwohl bereits seit 1975 Vorrichtungen zur Emissionsregelung in US-Kraftfahrzeuge eingebaut werden, kann ein Leerlaufbe­ trieb in einem umschlossenen Raum zu einem Zustand führen, bei dem die Luft des umschlossenen Raumes eine erhöhte Kon­ zentration von Kohlenmonoxid aufweist. Ein Ziel der vorlie­ genden Erfindung ist es, herabgesetzte Sauerstoffkonzentra­ tionen in der Umgebung zu vermeiden.

Aus der US-PS 42 21 206 ist die Verwendung von zwei Kohlen­ monoxid (CO)-Detektoren bekannt, von denen der eine elek­ trisch und der andere elektromechanisch ausgebildet ist. Da­ bei erfolgt die Deaktivierung eines Fahrzeugmotors nur dann, wenn die Signale beider CO-Detektoren das Vorhandensein von CO oberhalb eines vorbestimmten Wertes anzeigen. Ein derarti­ ges System kann bei einer Fahrt des Fahrzeuges eine uner­ wünschte Unterbrechung des Motorbetriebes dann zur Folge ha­ ben, wenn zeitweilig hohe CO-Konzentrationen auftreten, wie es etwa bei dem Vorbeifahren von Auspuffgasquellen in der nächsten Nähe, wie zum Beispiel dem Vorbeifahren von Schwer­ lastfahrzeugen, Traktoren oder Erdbewegungsmaschinen, der Fall ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein abruptes Ab­ schalten eines fahrenden Fahrzeugs aufgrund eines äußeren Er­ eignisses, wie zum Beispiel der Nähe zu einem Auspuffrohr ei­ nes Schwerlastfahrzeuges oder jeder anderen zufälligen Quelle, welche relativ hohe Konzentrationen von Kohlenmonoxid in seinen Aufpuffgasen ausstößt, zu vermeiden.

Fig. 3 zeigt schematisch den zeitlichen Ablauf nach Beginn des Leerlaufbetriebes eines Motors in einem umschlossenen Raum (z. B. in einer Garage) von (a) dem A/F-Verhältnis des Motors, (b) der Breite des nacheinander jedem Zylinder des Motors zugeführten Brennstoffimpulses (c) der Sauerstoffkon­ zentration in dem umschlossenen Raum und (d) dem Ausmaß des emittierten CO wie auch der sich einstellenden Konzentration von CO in dem umschlossenen Raum. Wenige Sekunden nach der Zündung wird das A/F-Verhältnis durch das rückkopplungsge­ steuerte Brennstoffzumeßsystem auf dem stöchiometrischen Wert gehalten. Unter diesen Umständen und bei einem richtig arbei­ tenden 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 Luftsauerstoff in den um­ schlossenen Raum abgegeben. Folglich wird weniger Brennstoff benötigt, um das A/F-Verhältnis auf dem stöchiometrischen Wert zu halten, und die Breite des Brennstoffimpulses wird durch das Regelsystem kontinuierlich verringert. Nach Ver­ streichen einer bestimmten Zeit T₁ erreicht die Breite des Brennstoffimpulses den durch die Konstruktion des Brenn­ stoffzumeßsystems vorgegebenen Minimumwert. An diesem Punkt beginnt das A/F-Verhältnis in das reiche Gebiet abzuwandern, und die Geschwindigkeit der CO-Produktion im Auspuff 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 Dreiwegekatalysators schnell bis auf Null ab, da A/F reicher und reicher wird. Der Motor setzt den Leerlauf fort, bis A/F zum Zeitpunkt T₂ (z. B. A/F = 6) so reich wird, daß die Verbrennung nicht aufrecht erhalten wer­ den kann. Obgleich der Motorbetrieb zu diesem Zeitpunkt en­ det, kann der Sauerstoffwert für die Insassen in dem Fahr­ gastraum des Fahrzeugs bereits einen unerwünscht niedrigen Wert erreicht haben. Dies sollte vermieden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren zum Unterbrechen des Betriebs eines eine Ver­ brennungskraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs zu schaf­ fen, bei der bzw. bei dem eine niedrige Sauerstoffkonzentra­ tion in der Umgebungsluft und/oder ein abruptes Abschalten des Verbrennungsmotors aufgrund einer erhöhten CO-Konzentra­ tion in der Umgebung vermieden wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnungsgemäß im Patentanspruch 1 beschriebene Anordnung gelöst.

Die jeweiligen Unteransprüche stellen zweck­ mäßige Ausgestaltungen der Erfindung dar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen bei­ spielhaft näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäß aufgebauten Anordnung,

Fig. 2 ein logisches Fließbild mit der Darstellung der er­ findungsgemäßen Aufeinanderfolge der Ereignisse,

Fig. 3 eine graphische Darstellung über der Zeit, und zwar 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 Koh­ lenmonoxids in Prozent und

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

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 S₁, 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 des 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 (10)

1. Anordnung zum Unterbrechen des Betriebs eines eine Ver­ brennungskraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs, ge­ kennzeichnet durch:
Einrichtungen, die einen Abfall des Sauerstoffgehaltes in der umgebenden Atmosphäre unter einen vorherbestimmten Wert feststellen und ein erstes Ausgangssignal liefern,
Einrichtungen, die einen Leerlaufbetrieb des Motors erkennen und ein zweites Ausgangssignal liefern, und
Einrichtungen zum Unterbrechen des Betriebes des Motors, wenn das erste Ausgangssignal einen Gehalt an Sauerstoff unter dem vorbestimmten Wert und das zweite Ausgangssi­ gnal einen Leerlaufbetrieb anzeigt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Feststellen der Konzentration von Sauerstoff ein elektrochemischer, an dem Kraftfahrzeug befestigter Solid-State-Sensor ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Unterbrechen des Betriebes des Motors eine Wiederaufnahme des Betriebs des Motors vorsieht, wenn der Gehalt an Sauerstoff in der umgebenden Atmos­ phäre 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 die Einrichtung zum Erkennen des Leerlaufbetriebs eine elektronische Motorsteuerung enthält.

6. Verfahren zum Unterbrechen des Betriebs eines eine Ver­ brennungskraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs, ins­ besondere mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Feststellen, wenn der Gehalt an Sauerstoff in der umge­ benden Atmosphäre unter einen vorbestimmten Wert abfällt und Erzeugen eines ersten Ausgangssignals zur Anzeige dieses Wertes,
Erkennen eines Leerlaufbetriebs des Motors und Liefern eines zweiten Ausgangssignals zum Anzeigen dieses Wertes, und
Unterbrechen des Motorbetriebs, wenn das erste Ausgangs­ signal einen Gehalt an Sauerstoff unter dem vorbestimmten Wert und das zweite Ausgangssignal einen Leerlaufbetrieb anzeigt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Schritt des Messens der Konzentration von Sauer­ stoff ein Solid-State-Sensor für die Sauerstoffkonzentra­ tion in der umgebenden Atmosphäre verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Unterbrechens des Motorbetriebs dessen Wiederaufnahme vorsieht, wenn der Gehalt an Sauerstoff in der umgebenden Atmosphäre über den vorbestimmten Wert an­ steigt.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert in den Bereich zwischen 16 und 20% Sauerstoff in der umgebenden Atmosphäre eingestellt ist.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zu Erkennen des Leerlaufbetriebs die Verwen­ dung einer elektronischen Motorsteuerung beinhaltet.