DE60207475T2

DE60207475T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Schadstoffausstosses von Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE60207475T2
Application number: DE60207475T
Authority: DE
Inventors: Alessandro Venturoli; Cesare Balen; Leonardo Trozzi
Original assignee: Ducati Energia SpA
Current assignee: Ducati Energia SpA
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2022-03-22
Also published as: CN1291147C; EP1253308A1; CN1379171A; EP1253308B1; ITMI20010701A0; DE60207475D1; JP2002364459A; ITMI20010701A1; ES2248429T3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Steuern der Emissionen von schädlichen Gasen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Ottomotoren mit niedriger Leistung des Zwei- oder Vier-Takt-Typs für Kraftfahrzeuge, die mit einem Vergaser-Kraftstoffsystem versehen sind, gemäß dem der Motor mit einem Strom eines Kraftstoffgemischs versorgt wird, das primäre Verbrennungsluft und sekundäre Verbrennungsluft umfasst, um eine vollständige Nachverbrennung der Gase in einem katalysierten Abgassystem zu vervollständigen.
Die Verschlechterung der Umweltbedingungen und die zunehmende Verschmutzung, die durch schädliche Gase verursacht werden, die von den zahlreichen Fahrzeugen, die die Straßen verstopfen, emittiert werden, hat das Problem der schädlichen Emissionen noch kritischer gemacht und hat folglich zur Einführung strengerer Regelungen mit dem daraus folgenden Bedarf, nach neuen Lösungen zu suchen, die in der Lage sind, die Emission unverbrannter Gase wesentlich zu verringern, geführt.
STAND DER TECHNIK
Um das Problem unverbrannter Gase teilweise zu lösen, wird im Allgemeinen von Nachbrennsystemen vom katalytischen Typ Gebrauch gemacht, die in gewisser Weise durch die Betriebsbedingungen des Motors, durch ihre Temperatur und durch die Menge an Luft oder Sauerstoff, die/der zur Nachverbrennung zur Verfügung steht, benachteiligt werden.
Im Allgemeinen ist es erforderlich, auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, d. h. auf die Stärke des dem Motor zugeführten Gemisches, einzuwirken, wobei mit einem Luftüberschuss gearbeitet wird, um eine vollständige Nachverbrennung der unverbrannten Kohlenwasserstoffe zu ermöglichen.
Um die Emission von schädlichen Gasen zu begrenzen, ist es folglich wichtig, nicht nur geeignete katalytische Nachbrennsysteme zu haben, sondern es ist genau so wichtig, eine effiziente Einstellung des Kraftstoffzuführungssystems auszuführen, wobei dasselbe mit dem Zündsystem koordiniert wird.
Die Einstellung und Steuerung des Kraftstoffzuführungssystems muss im Allgemeinen eine Anzahl von Betriebsfaktoren des Motors berücksichtigen, beispielsweise die Drehzahl, mit der der Motor läuft, die Menge an Luft im Kraftstoffgemisch, das dem Motor zugeführt wird, die Lufttemperatur, die Temperatur des Motors, sowie variable Verwendungsbedingungen insbesondere in Übergangszuständen, unter gedrosselten Betriebsbedingungen, beim Aufwärmen oder die Zündbedingung beim Start.
Aus US-A-3 759 239 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern von schädlichen Emissionen eines Motors gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6 bekannt, wobei von einer Umleitrohrleitung für den Vergaser, die ein Drosselventil umfasst, das durch das Fahrpedal betätigt wird, und von einer Steuereinheit, die speziell zum Drosseln eines zusätzlichen Luftstroms lediglich in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt in den Abgasen und von der Drehzahl des Motors vorgesehen ist, Gebrauch gemacht wird.
BOSCH Motronic, 1. Ausgabe, Januar 1983, betrifft eine Vorrichtung zum Steuern des Leerlaufs eines Motors unter Verwendung eines Drehventils, das durch einen Elektromotor mit entgegengesetzten Wirkwicklungen, die mit einer Steuereinheit verbunden sind, betätigt wird, um die Öffnungsposition des Drehventils zu ändern, um einen zusätzlichen Luftstrom in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors zu drosseln.
AUFGABEN DER ERFINDUNG
Die Hauptaufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Steuern der schädlichen Emission von Brennkraftmaschinen, wodurch es möglich ist, eine beträchtliche Verringerung des unverbrannten Gases mittels einer geeigneten Steuerung des Versorgungssystems für das Kraftstoffgemisch zu erhalten, wodurch es möglich ist, einen neuen Freiheitsgrad in die Einstellung des Kraftstoffsystems selbst einzuführen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, wie vorstehend angegeben, durch welche es möglich gemacht wird, eine Koordination zwischen dem Kraftstoffzuführungssystem und dem Zündsystem zu erreichen, und zwar sowohl während des anfänglichen Aufwärmens des Motors als auch unter normalen Betriebsbedingungen, bei denen der Motor während der Fahrt des Kraftfahrzeugs in einem stationären Zustand läuft.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, durch die es möglich ist, einen integrierten Betrieb und eine Steuerung der Funktion eines "automatischen Starters" des Vergasers zu erreichen.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoffzuführungssystems einer Brennkraftmaschine, die es nicht nur möglich macht, eine wesentliche Verringerung der schädlichen Emissionen zu erreichen, sondern auch derart hergestellt ist, dass sie leicht an bereits konstruierte und industrialisierte Kraftfahrzeuge angefügt wird, ohne den Bedarf, aufwändige Modifikationen an den grundlegenden Komponenten auszuführen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Das Obige kann mittels eines Verfahrens zum Steuern der schädlichen Emissionen von Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1 und mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 6 erreicht werden.
Für die Zwecke dieser Erfindung wird der Ausdruck "Lastbedingung des Motors" gewöhnlich so verstanden, dass er eine Steuerbedingung der Vergasung in Abhängigkeit vom Öffnungszustand des Ventils innerhalb des Vergasers und/oder von den Saug- oder Vakuumbedingungen, die stromabwärts vom Vergaser selbst existieren, die durch eine Niederdruck-Erfassungsvorrichtung erfasst werden, bedeutet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale des Verfahrens und der Vorrichtung zum Steuern der schädlichen Emissionen von Brennkraftmaschinen gemäß dieser Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung und aus den Beispielen der beglei tenden Zeichnungen deutlicher ersichtlich, in denen:
1 das allgemeine Blockdiagramm der Vorrichtung zeigt;
2 eine detaillierte Ansicht der elektronischen Steuereinheit von 1 zeigt;
3 ein Kurvenbild zeigt, das dazu ausgelegt ist, die Modulationsbetriebsart des Ventils, das den Durchfluss von sekundärer Verbrennungsluft steuert, zu erläutern;
4 ein Diagramm zeigt, das die Steuerbetriebsarten des Starters darstellt;
5 ein Diagramm zeigt, das die Steuerbetriebsarten der Zündtaktung während des anfänglichen Aufwärmens des Motors bzw. während des normalen Laufs im stationären Zustand darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In 1 gibt das Bezugszeichen 10 schematisch eine Brennkraftmaschine der festgelegten Art an, die mittels einer Rohrleitung 11 mit der Auslassseite eines Vergasers 12 verbunden ist, um den Motor 10 mit einem Kraftstoffgemisch zu versorgen, das einen Strom von primärer Verbrennungsluft umfasst, die durch einen Filter 13 von außen angesaugt wird; der Strom des Kraftstoffgemischs wird gewöhnlich durch ein Ventil 14 innerhalb des Vergasers in Abhängigkeit vom Betriebszustand und von der Leistung, die für den Motor erforderlich ist, eingestellt.
In 1 gibt das Bezugszeichen 15 eine Sekundärluftzufuhr-Rohrleitung an, die zwischen dem Luftfilter 13 stromaufwärts vom Vergaser 12 und der Auslassseite desselben Vergasers an einem Punkt der Rohrleitung 11 zum Zuführen des Gemisches zum Motor 10 abgezweigt ist.
Die abgezweigte Rohrleitung 15 zum Zuführen der sekundären Verbrennungsluft umfasst wiederum ein Luftdurchfluss-Steuerventil 16, das beispielsweise aus einem Magnetventil besteht, dessen Betriebszyklus weiterhin mit Bezug auf 2 und 3 der begleitenden Zeichnungen erläutert wird.
Ebenfalls in 1 gibt das Bezugszeichen 17 den gewöhnlichen Starter des Vergasers 12 an, während das Bezugszeichen 18 schematisch eine elektronische Steuereinheit zum Steuern des Betriebs der gesamten Vorrichtung, insbesondere des Ventils 16, das den Durchfluss der Sekundärluft steuert, des Starters 17 des Vergasers 12 und der Zündschaltung 19 des Motors 10, angibt.
In der gleichen 1 gibt das Bezugszeichen 20 ein erstes Mittel zum Erfassen des offenen Zustands des Ventils 14 des Vergasers an, das beispielsweise von der Position der Fahrpedalsteuerung abweichen kann, um die elektronische Steuereinheit 18 mit ersten Prozessdaten D1 zu versorgen, die mit einem ersten Betriebsparameter entsprechend der Menge des dem Motor zugeführten Kraftstoffgemischs in Abhängigkeit vom Öffnungsprozentsatz des Ventils 14 des Vergasers korreliert sind.
Das Bezugszeichen 21 gibt ein zweites Erfassungsmittel an, das dazu ausgelegt ist, die Temperatur der Luft, die vom Vergaser 12 angesaugt wird, zu erfassen, um die Steuereinheit 18 mit zweiten Prozessdaten D2 zu versorgen, die mit einem zweiten Betriebsparameter des Motors korreliert sind.
Wieder in 1 gibt das Bezugszeichen 22 ein drittes Motortemperatur-Erfassungsmittel an, das dazu ausgelegt ist, die Steuereinheit 18 mit dritten Prozessdaten D3 zu versorgen, während das Bezugszeichen 23. einen Motortaktungssensor angibt, um sowohl die elektronische Steuereinheit 18 als auch die Zündung 19 mit vierten Prozessdaten D4 zu versorgen.
Schließlich gibt das Bezugszeichen 24 in 1 ein katalysiertes System für das Nachverbrennen der Abgase an.
2 der begleitenden Zeichnungen zeigt eine detaillierte Ansicht der Hauptkomponenten der elektronischen Steuereinheit 18.
Wie gezeigt, umfasst die Steuereinheit 18 eine Mikrosteuereinheit 25 mit einer Zentralverarbeitungseinheit CPU, einen Speicher 26, in dem beispielsweise in tabellarischer Form die Hauptsteueralgorithmen der Vorrichtung gesteuert werden, und umfasst auch einen Zeitgeber 27 und einen Analog/Digital-Umsetzer A/D.
Der A/D-Umsetzer ist mit den Auslässen einer Aufbereitungsschaltung 29 für die analogen Eingänge, die die Eingangssignale D1, D2, D3 von den Sensoren 20, 21 und 22 empfangen, verbunden. Ein zusätzlicher Temperatursensor 30 kann in einer strukturell integrierten Form mit derselben Steuereinheit 18 als Alternative zu den zwei Temperatursensoren 21 und 22 vorgesehen sein.
Aus 2 ist zu sehen, dass der Taktungssensor 23 ein Signal oder Prozessdaten D4 aussendet, das/die dem Zeitgeber 27 der Mikrosteuereinheit über eine Aufbereitungsschaltung 31 zugeführt wird/werden; außerdem wird der Ausgang I1 der Mikrosteuereinheit 25 zu einer Schaltung 32 zur Betätigung des Magnetsteuerventils 16 übertragen, das den Durchfluss der sekundären Verbrennungsluft steuert, während der Ausgang I2 einer Schaltung 33 zum Speisen des automatischen Starters 17 zugeführt wird; der letztere umfasst, wie bekannt ist, ein Widerstandselement, gewöhnlich einen PTC, das eine Menge an Wachs erhitzt, dessen Volumen sich gemäß der Temperatur beträchtlich ändert.
Die Ausdehnung des Wachses bewegt eine Vorrichtung, die einen Hilfskreis des Vergasers progressiv absperrt, welcher in der Lage ist, die Einströmung einer gegebenen Menge an Kraftstoffgemisch in den Motor zu bestimmen. Der Betrieb und die Steuerbetriebsarten des Starters werden weiterhin mit Bezug auf das Diagramm von 4 erläutert.
Schließlich gibt das Bezugszeichen 34 in 2 eine Versorgungsschaltung für die Steuereinheit 18 an, die mit einer Gleichstromquelle 35, beispielsweise mit einer Batterie, verbunden ist.
Wie vorher erwähnt, wirkt die Steuereinheit 18 mittels des Ventils 16 zum Steuern des Durchflusses von sekundärer Verbrennungsluft zum Modifizieren der Stärke, d. h. des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem Kraftstoffgemisch, das dem Motor 10 zugeführt wird, welches in den herkömmlichen Zuführungssystemen ausschließlich durch die Eigenschaften und durch die Einstellungsbedingungen des Vergasers 12 definiert ist.
Gemäß dieser Erfindung steuert die Steuereinheit 18 die Zuführung des sekundären Verbrennungsluftstroms durch zyklisches Steuern der Öffnungszeit des Ventils 16 der Luftzufuhr-Rohrleitung 15 mittels eines Betriebszyklus, der nachstehend als "Tastverhältnis" definiert wird, in Abhängigkeit von den von den Betriebsparametern des Motors erhaltenen Prozessdaten, insbesondere von folgendem:

min^–1: = Drehzahl des Motors 10 (Umdrehungen pro Minute), die vom Taktungssensor 23 geliefert wird;
TPS: = Position der Drossel des Ventils 16 zur Steuerung des Durchflusses von Sekundärluft, ausgedrückt im Öffnungsprozentsatz, welche vom Sensor 20 geliefert wird;
Teng: = Temperatur des Motors 10, die vom Sensor 22 erfasst wird;
Tas: = Temperatur der angesaugten Luft, die vom Temperatursensor 21 erfasst wird.

Die Drehzahl min^–1 wird durch die Mikrosteuereinheit 25 durch Koppeln mit der Aufbereitungsschaltung 31 und dem Taktungssensor 23 bewertet, wobei auch vom Zündsystem 19 für die korrekte Zeitsteuerung des Funkens Gebrauch gemacht wird. Die Aufbereitungsschaltung 31 muss folglich derart dimensioniert werden, dass sie den korrekten Betrieb der Zündung nicht gefährdet, indem sie eine Eingangsimpedanz aufweist, die größer ist als jene der Zündschaltung 19.
Der strukturellen Einfachheit halber und um die Kosten zu verringern, können die Temperatur Teng des Motors und die Temperatur Tas der Einlassluft auch durch einen einzigen Sensor 30 erfasst werden, der strukturell in die elektronische Steuereinheit 18 integriert ist, die nach geeigneter Positionierung der letzteren nahe dem Motor eine Zwischenangabe zwischen den zwei vorstehend genannten Temperaturen liefert; während praktischer Tests hat diese Lösung zufrieden stellende Ergebnisse ergeben.
Informationen über die Öffnungsbedingungen des Ventils 14 des Vergasers können beispielsweise von der Fahrpedalsteuerung durch geeignetes Aufbereiten des Signals, das von einem Potentiometer geliefert wird, das mit der Drehung des Steuergriffs verbunden ist, erfasst werden.
Die Menge an Sekundärluft, die in den abgezweigten Kreis 15 zwischen der Einlass- und der Auslassseite des Vergasers 12 strömt, wird gemäß einem Verfahren der Impulsbreitenmodulation (PWM) gesteuert, dessen Wirkungsprinzip im Steuern eines Ventils vom offenen/geschlossenen Typ mit einem Signal mit konstanter Frequenz, in diesem speziellen Fall einer Frequenz von ungefähr 10 Hz, durch Verändern der Zeit, während der das Ventil in jeder Periode offen bleibt, besteht; diese Zeit, dividiert durch die Periode selbst, wird normalerweise als "Tastverhältnis" bezeichnet. Die Modulation des "Tastverhältnisses" ist folglich zur Modulation des Durchflusses der Sekundärluft, die in den abgezweigten Kreis 15 strömt, äquivalent, wodurch es möglich gemacht wird, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor zugeführten Gemisches zu ändern, wobei eine ausreichende Menge an Luftüberschuss, der zum Durchführen der Verbrennung des Abgases in der katalytischen Nachbrennvorrichtung 24 erforderlich ist, geliefert wird.
In der Praxis sieht diese Steuerung der Menge an Hilfsluft, die durch die Mikrosteuereinheit 25 in Abhängigkeit von den von den verschiedenen Sensoren empfangenen Prozessdaten ausgeführt wird, einen zusätzlichen Freiheitsgrad in der Einstellung des Kraftstoffsystems im Vergleich zu den Einstellungsverfahren von herkömmlichen vor.
Ein Beispiel eines "Tastverhältnisses" zum Modulieren der Öffnung des Steuerventils 16 für den Durchfluss von Hilfsluft ist in 3 der begleitenden Zeichnungen gezeigt, wobei T die Länge des Modulationszyklus angibt und Ton die Öffnungszeit des Steuerventils 16 angibt; das Modulations-"Tastverhältnis" ist durch die folgende Beziehung Tastverhältnis = Ton/Tgegeben. Es sollte jedoch daran gedacht werden, dass das Gewicht der "Tastverhältnis"-Modulation am Wert λ, d. h. am Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das mit dem stöchiometrischen Wert in Beziehung steht, auch vom Öffnungsgrad des Ventils 14 abhängt, das den Hauptdurchfluss des Vergasers 12 drosselt.
Wenn der Wert des Durchflusses von Luft, die durch den Vergaser 12 zugeführt wird, mit Φ1 angegeben wird und das jeweilige Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das durch die Einstellung des Vergasers definiert ist, mit λ1 angegeben wird, und der Wert des Durchflusses von Sekundärluft, die dem Motor 10 zugeführt wird, mit Φ2 angegeben wird, ist der Gesamtdurchfluss Φ3 von Luft, die dem Motor 10 zugeführt wird:
Φ3 = Φ1 + Φ2, und die Menge an Kraftstoff, die am Auslass des Vergasers vorliegt, ist äquivalent zu Φ1/λ1.
Folglich ist das effektive Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches, das dem Motor zugeführt wird, gegeben durch: λ3 = λ1·(Φ1 + Φ2)/Φ1,d. h. λ3 = λ1·(1 + Φ2/Φ1)
Aus dem Vorangehenden ist daher ersichtlich, dass es beim Programmieren des Mikroprozessors der Steuereinheit 18 erforderlich ist sicherzustellen, dass seine Ausgänge I1 und I2 die geeigneten Steuersignale für das Ventil 16 des Sekundärluftkreises und der Startervorrichtung in Abhängigkeit von den von den verschiedenen Sensoren empfangenen Prozessdaten liefern, die in einer programmierten Weise gemäß geeigneten Algorithmen verarbeitet werden, um die Zeiten und Modulationsbetriebsarten des Ventils 16 zu steuern und zu berechnen.
Wie angegeben, werden die schädlichen Emissionen durch Modifizieren der Stärke des Luft/Kxaftstoff-Gemisches, das dem Motor 10 zugeführt wird, durch Einwirken auf verschiedene Parameter, insbesondere auf das "Tastverhältnis" zum Modulieren des Steuersignals des Ventils 16 des Luftzufuhrkreises für die Hilfsluft parallel zum Vergaser 12 und auf die Speisebedingung der automatischen Startervorrichtung 17 des Vergasers 12 gesteuert.
Die Steuereinheit 18 arbeitet folglich mittels des Steuerventils 16 und der Startervorrichtung 17, um die Stärke des Gemisches von Zeit zu Zeit zu modifizieren, insbesondere um die Menge an Luft, die unter den verschiedenen Verwendungsbedingungen des Motors 10 erforderlich ist, zu erhöhen oder zu verringern; wobei eine solche Stärke ansonsten ausschließlich durch die Eigenschaften und durch die normalen Einstellungsbedingungen des Vergasers definiert werden würde.
Die folgende Beschreibung stellt die Hauptsteueralgorithmen dar, die die Beziehung zwischen den Eingangsdaten und den Signalen an den Ausgängen der Steuereinheit 18 charakterisieren; wobei angegeben wird mit:

min^–1:: Drehzahl des Motors (Umdrehungen pro Minute);
TPS:: die Stellung der Fahrpedalsteuerung des Kraftfahrzeuges, in das die Vorrichtung eingesetzt ist (Öffnungsprozentsatz des Ventils 14 des Vergasers);
Tmp:: die Temperatur der Steuereinheit 18, die vom Sensor 30 erfasst wird (Grad Celsius);
VB:: die Spannung der Spannungsversorgungsbatterie 35 (Volt);

Der Ausdruck, mit dem das "Tastverhältnis" zum Modulieren des Steuerventils 16 berechnet wird, ist durch die folgende Formel gegeben: Tastverhältnis = F1(min–1, TPS)F2(Tmp) + F3(VB)
Die Funktionen F2 und F3 sind durch die lineare Interpolation von Daten, die in Tabellen des Speichers 26 der Mikrosteuereinheit 25 gespeichert sind, eindeutig definiert; die Tabellen müssen offensichtlich während der Entwurfsphase durch den Hersteller vorbereitet werden und mittels geeigneter Tests und/oder Berechnungskriterien definiert werden, die die variablen Betriebsbedingungen des Motors 10 sowie die verschiedenen Verwendungsbedingungen in Abhängigkeit davon, ob das Fahrzeug entlang einer flachen, Aufwärts- oder Abwärtsstrecke fährt, oder von gedrosselten oder stationären Speisebedingungen, einschließlich Übergangsbetriebsbedingungen, berücksichtigen.
Die folgenden Tabellen veranschaulichen rein zur Erläuterung die verschiedenen Funktionen F1, F2 und F3 zum Berechnen des "Tastverhältnisses"; die Zwischenwerte werden von der Verarbeitungseinheit durch einfache lineare Interpolation berechnet.
TABELLE I F1 (MIN^–1, TPS)
In dieser Tabelle, die die Funktion F1 betrifft, zeigt die erste Zeile die Drehzahl des Motors (min^–1), die erste Spalte gibt die Öffnungsprozentsätze des Ventils des Vergasers (TPS) an, während die restlichen Spalten entsprechend jeder Drehzahl des Motors und jedes Öffnungsprozentsatzes für das Ventil des Vergasers die Öffnungsprozentsätze des Steuerventils 16 für den Sekundärluft-Zufuhrkreis angeben.
TABELLE II F2 (Tmp)
Diese zweite Tabelle, die die Funktion F2 betrifft, zeigt die Temperaturen (Tmp), die vom Sensor 30 erfasst werden, zusammen mit den relevanten Korrekturkoeffizienten des Öffnungsprozentsatzes des Ventils 16, die durch die Funktion F1 der vorangehenden Tabelle berechnet werden.
TABELLE III F3 (VB)
In dieser dritten Tabelle, die die Funktion F3 betrifft, gibt die erste Zeile die Werte der Spannung (VB) der Spannungsversorgungsbatterie 35 an, während die zweite Zeile die entsprechenden Öffnungsprozentsätze des Steuerventils 16 zum Steuern des Durchflusses von Hilfsluft angibt, die zum Prozentsatz wert, der von den vorangehenden Tabellen geliefert wird, addiert werden sollen.
Es ist tatsächlich auch notwendig, die Spannung VB der Spannungsversorgungsbatterie zu berücksichtigen, die, obwohl sie keine direkte Auswirkung auf den Betrieb des Motors und des Vergasers hat, trotzdem eine Veränderung der sekundären Verbrennungsluft verursachen kann, indem sie die Öffnungsgeschwindigkeit des Ventils 16 beeinflusst; die Spannung der Batterie VB wird folglich durch die Steuereinheit erfasst, um diese Wirkung zu kompensieren.
Die Daten in den verschiedenen Tabellen wurden nur teilweise angegeben, da sie nur zum Veranschaulichen von hypothetischen Arbeitsbedingungen des Motors 10 dienen. Wenn die Anzahl von Umdrehungen des Motors, der Öffnungsprozentsatz des Ventils 14 des Vergasers, die vom Sensor 5 oder von den Sensoren 21 und 22 erfasste Temperatur variiert, oder in Abhängigkeit von der Spannung der Spannungsversorgungsbatterie 35 führt die Mikrosteuereinheit 25 folglich die erforderlichen Berechnungen aus und moduliert das "Tastverhältnis" des Sekundärluftstroms, der dem Motor zugeführt wird; überdies beachtet die Steuereinheit 18 die Steuerung des automatischen Starters 17 des Vergasers, wobei sie zwischen den zwei möglichen Bedingungen von "Starter gespeist" und "Starter nicht gespeist" in Abhängigkeit von einer Schwellentemperatur Tsg, die in der Mikrosteuereinheit 25 gespeichert ist, unterscheidet, wie durch den Ablaufplan von 4 dargestellt.
In dieser Fig. ist zu sehen, dass, wenn der Motor läuft, in dem Zustand, in dem die Temperatur Teng des Motors höher ist als die Schwellentemperatur Tsg (JA), die Mikrosteuereinheit 25 mit ihrem Ausgang I2 die Speiseschaltung 33 der automatischen Startervorrichtung 17 aktiviert.
Sobald die vorstehend genannte Aussage nicht bestätigt wird (NEIN), deaktiviert die Steuereinheit die Speisung der Startervorrichtung 17.
Um schädliche Emissionen weiter zu verringern, ist es auch nützlich, eine korrekte Steuerung der Aufwärmphase des Motors auszuführen, um anschließend einen zufrieden stellenden Verbrennungsprozess sicherzustellen.
Es ist tatsächlich gut bekannt, dass einer der kritischen Hauptpunkte der katalysierten Nachbrennsysteme in ihrer beträchtlichen Ineffizienz, bis ihre Temperatur bei jedem Kaltstart des Motors eine bestimmte Aktivierungsschwelle erreicht, besteht.
Einer der grundlegenden Parameter zum Erreichen der Betriebstemperatur des Katalysators, die aus der Temperatur des Abgases besteht, steht eng mit der anfänglichen Zündphase in Beziehung.
Ein weiteres Merkmal dieser Erfindung zieht eine differenzierte Steuerung der Zündschaltung im Moment des Kaltstarts des Motors in Erwägung, die darauf abzielt, den Aktivierungszustand des katalysierten Nachbrennsystems schneller zu erreichen.
All dies wird mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch Behandeln der Zündphase während eines Übergangsaufwärmens des Motors in einer differenzierten Weise im Vergleich zur Behandlung der Zündphase während des normalen stationären Betriebs des Motors erreicht, um den vollständigen Wirkungsgrad des Nachbrennsystems schneller zu erreichen.
Die Strategie zum Steuern der Zündphase während der vorübergehenden Aufwärmperiode ist im Diagramm von 5 beschrieben, das auf der linken Seite schematisch eine allgemeine Kurve A zur Behandlung der Vorzündung während des vorübergehenden Aufwärmens des Motors zeigt, während die rechte Seite eine allgemeine Kurve zur Behandlung der Zündphase während des normalen stationären Betriebs des Motors zeigt.
Insbesondere, wenn wir mit Bezug auf die vorstehend genannte Fig. angeben mit:
Zeit = die Zeit, die nach dem Start des Motors abgelaufen ist;
Tmax = der Parameter, der die maximale Dauer der vorübergehenden Aufwärmperiode angibt und der im Mikroprozessor der Steuereinheit gespeichert ist;
Teng = die Temperatur des Motors, die vom Sensor 22 oder vom Sensor 30 erfasst wird;
Ts = die Temperatur, bei der der Motor als warm betrachtet wird und die im Speicher der Mikrosteuereinheit 25 der Steuereinheit gespeichert ist;
folgt, dass, wenn die Aussage: (Zeit < Tmax) & (Teng < Ts) erfüllt ist (JA), die Steuereinheit 18 die Zündung 19 des Motors steuert, wobei sie der Phase folgt, die für die vorübergehende Aufwärmperiode des Motors programmiert ist; wenn eine solche Aussage im Gegenteil nicht erfüllt ist (NEIN), steuert die Steuereinheit 18 die Zündung 19 gemäß den Daten, die für die stationäre Zündphase parametrisiert sind, was durch die in 5 gezeigte rechte Kurve veranschaulicht ist.
Aus dem, was in den verschiedenen Fig. der Begleitzeichnungen beschrieben und gezeigt wurde, ist ersichtlich, dass das, was bereitgestellt wird, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der schädlichen Emissionen von Brennkraftmaschinen sind, die zum Erreichen der gewünschten Zwecke geeignet sind; insbesondere machen sie es möglich, sowohl das System zum Zuführen von Kraftstoff zum Motor zu steuern als auch die Zündphasen in einer programmierten Weise zu steuern, und zwar in Abhängigkeit von Prozessdaten, die wahlweise von einer Reihe von Motorbetriebsparametern erfasst werden, die aus der Drehzahl, der Menge an Luft im Kraftstoffgemisch, das dem Motor zugeführt wird, in Abhängigkeit vom Öffnungsprozentsatz des Ventils des Vergasers, der Temperatur der Einlassluft, der Temperatur des Motors oder der Temperatur der Steuereinheit selbst, in die ein geeigneter Sensor integriert ist, ausgewählt sind, sowie unter Berücksichtigung des indirekten Einflusses der Spannung der Spannungsversorgungsbatterie.
Es ist jedoch selbstverständlich, dass das, was mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben und gezeigt wurde, rein zur nicht-einschränkenden Veranschaulichung der Erfindung gegeben ist. Folglich können eine andere Modifikation oder andere Veränderungen an der gesamten Vorrichtung und/oder an den Verfahren zum Steuern des Ventils zum Zuführen der sekundären Verbrennungsluft und/oder des Starters sowie an der Strategie zum Steuern der Zündphasen vorgenommen werden, ohne vom Schutzbereich der begleitenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Steuern der schädlichen Emissionen einer Brennkraftmaschine (10), bei dem der Motor (10) mittels eines Vergasers (12), der ein erstes Luftdurchfluss-Steuerventil (14) aufweist, mit einem Kraftstoffgemisch versorgt wird und bei dem der Motor (10) über eine katalytische Nachbrennvorrichtung (24) mit dem Auspuff verbunden ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – wahlweises Erfassen von Prozessdaten (D1–D4) auf Betriebsparametern (20–23) des ersten Luftdurchfluss-Steuerventils (14) und des Motors (10) einschließlich der Drehzahl und der Lastbedingungen dieses Motors (10); – Zuführen einer dosierten Menge sekundärer Verbrennungsluft zu dem Kraftstoffgemisch durch eine Rohrleitung (15), die zwischen der Einlassseite und der Auslassseite des Vergasers (12) abgezweigt ist, wobei die abgezweigte Rohrleitung (15) mit einem zweiten Luftdurchfluss-Steuerventil (16) versehen ist; und – Steuern der Menge der dem Kraftstoffgemisch zugeführten Sekundärluft mittels des zweiten Luftdurchfluss-Steuerventils (16) in Übereinstimmung mit den erfassten Prozessdaten (D1–D4) des ersten Luftdurchfluss-Steuerventils (14) und des Motors (10), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Vorsehen des zweiten Luftdurchfluss-Steuerventils (16) der abgezweigten Rohrleitung (15) in Form eines EIN/AUS-Steuerventils (16); – Bereitstellen eines zyklischen EIN/AUS-Steuersignals (I1), um das zweite Steuerventil (16) zu öffnen und zu schließen, wobei das Steuersignal (I1) eine Frequenz mit konstanter Periode besitzt; und – Ändern der Menge der Sekundärluft, die dem Kraftstoffgemisch von der abgezweigten Rohrleitung (15) zugeführt wird, durch zyklisches Modulieren des EIN/AUS-Zeitverhältnisses des Steuersignals (I1), um die Öffnungszeit (Ton) des zweiten Steuerventils (16) in jeder Periode (T) des EIN/AUS-Steuersignals (I1) in Abhängigkeit von den Prozessdaten (D1–D4), die aus den Betriebsparametern (20–23) des ersten Luftdurchfluss-Steuerventils (14) des Vergasers (12) und des Motors (10) erfasst werden, zu ändern.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt des Erfassens der Temperatur (22) des Motors (10) und des Einstellens der Menge der sekundären Verbrennungsluft durch das Luftdurchfluss-Steuerventil (16) in Abhängigkeit von der erfassten Motortemperatur (22).
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt des Erfassens der Temperatur (21) der Einlassluft und des Einstellens der Menge der Sekundärluft durch das Luftdurchfluss-Steuerventil (16) in Abhängigkeit von der erfassten Lufttemperatur (21).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Vergaser eine automatische Startervorrichtung (17) umfasst, gekennzeichnet durch den Schritt des Betätigens der Startervorrichtung (17) des Vergasers (12) während des Laufs des Motors (10), wenn die erfasste Motortemperatur (22) höher als eine im Voraus festgelegte und in einer Steuereinheit (18) gespeicherte Schwellentemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Phasensensor (23) mit einer elektronischen Steuereinheit (18) funktional verbunden ist und bei dem eine erste Steuerphase vorgesehen ist, um eine Zündschaltung (19) in stationären Zuständen des Motors zu steuern, gekennzeichnet durch das Vorsehen einer zweiten differenzierten Steuerphase, um die Zündschaltung (19) während einer Aufwärmperiode des Motors (10) zu steuern, und Zulassen, dass die differenzierte Steuerphase die Zündschaltung (19) steuert, wenn die nach dem Starten des Motors (10) verstrichene Zeit kürzer ist als eine im Voraus festgelegte Zeitdauer, die die maximale Zeitdauer angibt, die für das Aufwärmen des Motors (10) zugelassen ist, und wenn die erfasste Motortemperatur (22) niedriger als eine in der Steuereinheit (18) gespeicherte Referenztemperatur ist.
Vorrichtung zum Steuern der schädlichen Emissionen einer Brennkraftmaschine (10), bei der der Motor (10) mittels eines Vergasers (12), das ein ersten Luftdurchfluss-Steuerventil (14) aufweist, mit einem primäre Verbrennungsluft enthaltenen Kraftstoffgemisch versorgt wird und bei der der Motor (10) über eine katalytische Nachbrennvorrichtung (10) mit einem Auspuff verbunden ist, wobei die Vorrichtung umfasst: – eine Hilfsluftzufuhr-Rohrleitung (15), die zwischen der Einlassseite und der Auslassseite des Vergasers (12) abgezweigt ist, um dem Kraftstoffgemisch sekundäre Verbrennungsluft zuzuführen; – ein zweites Luftdurchfluss-Steuerventil (16) in der abgezweigten Rohrleitung (15); – eine elektronische Steuereinheit (18), die mit dem ersten und dem zweiten Luftdurchfluss-Steuerventil (14–16) des Vergasers bzw. der abgezweigten Rohrleitung (15) funktional verbunden ist; – erste Erfassungsmittel (23), um die Steuereinheit (18) mit Prozessdaten (D4) zu versorgen, die die Drehzahl des Motors (10) angeben; – zweite Erfassungsmittel (21–22), um die Steuereinheit (18) mit Prozessdaten (D1–D3) zu versorgen, die den Lastzustand des Luftdurchfluss-Steuerventils (14) des Vergasers (12) und des Motors (10) angeben; dadurch gekennzeichnet, dass – das zweite Steuerventil (16) die Form eines EIN/AUS-Steuerventils hat; und eine Steuereinheit (18) vorgesehen ist, die ein zyklisches EIN/AUS-Steuersignal (I1) für das zweite Steuerventil (16), das eine Frequenz (T) mit konstanter Periode besitzt, bereitstellt; und die elektronische Steuereinheit (18) so programmiert ist, dass sie das Öffnen und Schließen des zweiten EIN/AUS-Steuerventils (16) der Hilfsluftzufuhrrohrleitung zyklisch veranlasst und das Öffnungs- und Schließungs-Zeitverhältnis dieses EIN/AUS-Steuerventils (16) in jeder Periode T des zyklischen EIN/AUS-Steuersignals (I1), das durch die elektronische Steuereinheit (18) bereitgestellt wird, moduliert, um das zweite EIN/AUS-Steuerventil (16) in Abhängigkeit von den Prozessdaten (D1–D4), die durch das erste und das zweite Erfassungsmitel (21–23) erfasst werden, zu betätigen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motortemperatursensor (22) vorgesehen ist und dass die Steuereinheit (18) so programmiert ist, dass sie das Verhältnis zwischen der Öffnungs- und der Schließzeit des Luftdurchfluss-Steuerventils (16) der Hilfsluftzufuhr-Rohrleitung (15) in Abhängigkeit von den Prozessdaten (D3) verändert.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lufttemperatursensor (21) vorgesehen ist und dass die Steuereinheit (18) so programmiert ist, dass sie das Verhältnis zwischen der Öffnungs- und der Schließzeit des Luftdurchfluss-Steuerventils (16) der Hilfsluftzufuhr- Rohrleitung (15) in Abhängigkeit von durch den Lufttemperatursensor (21) erfassten Prozessdaten (D2) verändert.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motortemperatursensor (30) vorgesehen ist, der in die elektronische Steuereinheit (18) integriert ist, und dass die elektronische Steuereinheit (18) so programmiert ist, dass sie das Verhältnis zwischen der Öffnungs- und der Schließzeit des Luftdurchfluss-Steuerventils (16) der abgezweigten Rohrleitung (15) in Abhängigkeit von durch den integrierten Temperatursensor (30) erfassten Prozessdaten verändert.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 9, bei der der Vergaser (12) für die Zuführung des Kraftstoffgemisches eine automatische Startervorrichtung (17) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (18) so programmmiert ist, dass sie die automatische Startervorrichtung (17) während des Laufs des Motors (10) betätigt, wenn die Temperatur des Motors (10), die durch den Temperatursensor (22; 30) erfasst wird, höher als eine im Voraus festgelegte und in der elektronischen Steuereinheit (18) gespeicherte Schwellentemperatur ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 9, die einen Phasensensor (23) umfasst, der mit der Zündschaltung des Motors (10) und mit der elektronischen Steuereinheit (18) funktional verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektroniscle Steuereinheit (18) so programmiert ist, dass sie eine Steuerphase für die Zündung im stationären Betriebszustand des Motors (10) veranlasst und eine entsprechende differenzierte Steuerphase für die Zündung in einer Aufwärmperiode des Motors (10) veranlasst und die differenzierte Steuerphase dann veranlasst, wenn die seit dem Starten des Motors (10) verstrichene Zeitdauer kürzer ist als eine im Voraus festgelegte Zeitdauer, die die zum Aufwärmen des Motors (10) maximal zulässige Zeitdauer angibt und in der Steuereinheit (18) gespeichert ist, und wenn die durch den Sensor (22; 30) erfasste Motortemperatur niedriger ist als eine Referenztemperatur, die in der Steuereinheit (18) gespeichert ist und bei der der Motor (10) als warm angesehen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, die eine Batterie (35) umfasst, um die Steuereinheit (18) mit Leistung zu versorgen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (18) so programmiert ist, dass sie das Verhältnis zwischen der Öffnungs- und der Schließzeit des Luftzufuhr-Steuerventils (16) der abgezweigten Rohrleitung (15) in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung der Batterie (35) verändert.