DE69914571T2

DE69914571T2 - Verfahren zur Steuerung der Einspritzung und der Zündung in einer Brennkraftmaschine zum aufheizen eines Abgaskatalysators

Info

Publication number: DE69914571T2
Application number: DE69914571T
Authority: DE
Inventors: Luca Poggio; Marco Secco; Andrea Gelmetti
Original assignee: Magneti Marelli Powertrain SpA
Current assignee: Marelli Europe SpA
Priority date: 1998-11-26
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2019-11-26
Also published as: US6516608B1; BR9907325B1; BR9907325A; JP2000257494A; ES2215357T3; DE69914571D1; EP1004762B1; EP1004762A1; IT1304135B1; ITBO980661A0; ITBO980661A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Einspritzung und Zündung in einem endothermen Motor mit Direkteinspritzung, um die Erwärmung des Katalysators zu beschleunigen.
Bei Fahrzeugen, die mit einem endothermen Motor mit Direkteinspritzung versehen sind, d. h. die mit Einspritzventilen versehen sind, die direkt gegenüber den Brennräumen angeordnet sind, um den Kraftstoff in letztere einzuspritzen, ist bekanntlich ein Katalysator längs des Abgasrohres montiert, um die Schadstoffe zu unterdrücken, die in den von dem Motor abgegebenen Abgasen vorhanden sind.
Das korrekte Funktionieren des Katalysators hängt davon ab, daß die Temperatur des Katalysators ein vorbestimmtes Betriebsniveau erreichen muß, während der maximale Wirkungsgrad des Katalysators, d. h. die Fähigkeit, die Schadstoffe auf optimale Weise zu unterdrücken, damit zusammenhängt, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor zugeführten Gemisches nahe bei dem stöchiometrischen Wert gehalten werden muß, d. h. innerhalb eines vorbestimmten Intervalls, das den stöchiometrischen Wert selbst einschließt.
Beim Kaltstart des Motors besteht das Problem, daß der Katalysator rasch auf die vorbestimmte Betriebstemperatur erwärmt und die Emission von Schadstoffen innerhalb der durch die gültigen Normen vorbestimmten Werte gehalten werden muß.
Um dieses Problem zu lösen, wird bekanntlich ein Verfahren zum Steuern der Einspritzung und Zündung verwendet, nach dem im Kontext eines einzelnen Motortaktes ein fettes Gemisch einer ersten Anzahl von Zylindern zugeführt wird und ein mageres Gemisch einer zweiten Anzahl von Zylindern zugeführt wird, so daß im allgemeinen das dem Motor während des Taktes zugeführte Gemisch im wesentlichen stöchiometrisch ist. Für jeden Zylinder findet die Kraftstoffeinspritzung vor dem Verdichtungshub des Zylinders selbst statt. Die Verbrennung in den mit dem fetten Gemisch versorgten Zylindern erzeugt Abgase, die reich an Kohlenmonoxid sind, während die Verbrennung in den mit magerem Gemisch versorgten Zylindern Abgase erzeugt, die reich an Sauerstoff sind.
Das so erzeugte Kohlenmonoxid und der so erzeugte Sauerstoff führen zu einer exothermen Reaktion, die entlang des Abgasrohres Wärme erzeugt, wodurch es möglich wird, die Erwärmung des Katalysators zu beschleunigen.
Außerdem wird in den mit fettem Gemisch versorgten Zylindern der Moment der Zündung des Kraftstoffes gegenüber dem nominalen Moment der Zündung verzögert, so daß die durch die Verbrennung des fetten Gemisches verursachte Zunahme an Drehmoment durch eine durch die Zündverzögerung verursachte Abnahme an Drehmoment teilweise kompensiert wird. In den mit magerem Gemisch versorgten Zylindern findet die Zündung des Gemisches jedoch im Moment der nominalen Zündung statt.
Wenngleich es das oben beschriebene bekannte Verfahren ermöglicht, die Erwärmung des Katalysators zu beschleunigen und die Emissionen innerhalb vorbestimmter Grenzen zu halten, hat es einen Nachteil, der darauf zurückzuführen ist, daß man die Erzeugung von Wärme durch Maßnahmen (wie zum Beispiel die Anreicherung des Gemisches und die Verzögerung im Zündmoment) erhält, die die Erzeugung des Drehmoments im Verhältnis zu dem Drehmomentwert, der unter der tatsächlichen Betriebsbedingung des Motors erforderlich ist, nachteilig beeinflussen. In der Tat ist der Ausgleich zwischen der Zunahme an Drehmoment, die auf die Anreicherung des Gemisches zurückzuführen ist, und der Abnahme an Drehmoment, die durch die Zündverzögerung verursacht wird, niemals perfekt, was zur Folge hat, daß das Drehmoment, das durch die mit fettem Gemisch versorgten Zylinder auf die Motorwelle übertragen wird, von dem durch die mit magerem Gemisch versorgten Zylinder übertragenen Drehmoment verschieden ist. Was also die Erzeugung von Drehmoment betrifft, verhalten sich die verschiedenen Zylinder im Verhältnis zueinander etwas anders, und die Steuerung der Fahrweise des Fahrzeugs wird daher etwas beeinflußt.
Beispiele für bekannte Verfahren werden beschrieben in EP-A-0 856 655 und in EP-A-0 831 226.
Somit ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern der Einspritzung und Zündung in einem endothermen Motor mit Direkteinspritzung bereitzustellen, mit dem die Erwärmung des Katalysators beschleunigt werden kann, so daß die Emissionen von Schadstoffen minimiert werden, und das gleichzeitig den obigen Nachteil überwindet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern der Einspritzung und Zündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in einem endothermen Motor mit Direkteinspritzung bereitgestellt, um die Erwärmung eines Katalysators zu beschleunigen, wie dies in Anspruch 1 beansprucht wird.
Dadurch ist die Erzeugung von Wärme, die notwendig ist, um die Erwärmung des Katalysators zu beschleunigen, getrennt von der Erzeugung des Drehmoments, da die Zündung des mit der ersten Einspritzung zugeführten Gemisches Drehmoment erzeugt, während die Restverbrennung des bei der zweiten Einspritzung zugeführten Kraftstoffes stattfindet, wenn das zu dem Zylinder gehörige Auslaßventil bereits geöffnet ist, und somit das zu dem Motor übertragene Drehmoment nicht nachteilig beeinflußt. Außerdem erzeugen alle Zylinder das gleiche Drehmoment, und folglich wird die Steuerung der Fahrweise des Fahrzeugs nicht beeinflußt.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, die eine nichteinschränkende Ausführungsform veranschaulichen. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Steuern der Einspritzung und Zündung in einem endothermen Motor mit Direkteinspritzung, bei der das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert ist;
2 mit Bezug auf einen Zylinder des Motors die zeitliche Abfolge der Kraftstoffeinspritzungen, die in dem Zylinder nach dem Verfahren, das Gegenstand der Erfindung ist, durchgeführt werden;
3 eine schematische Darstellung der Kette von Berechnungen zur Ermittlung der Kraftstoffmengen, die dem Zylinder während der Einspritzungen von 2 zugeführt werden müssen;
4 eine Anwendung des Verfahrens in bezug auf einen Vierzylindermotor; und
5, 6 und 7 jeweilige Varianten der in 4 veranschaulichten Anwendung.
Mit Bezug auf 1 zeigt 1 eine Steuervorrichtung für einen endothermen Motor 2 mit Direkteinspritzung in einer schematischen Darstellung. In dem veranschaulichten Beispiel ist der Motor 2 ein Benzinmotor mit vier Zylindern, die mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet sind und von denen jeder an seinem oberen Ende einen jeweiligen Brennraum begrenzt.
Der Motor 2 hat einen Ansaugkrümmer 4 zum Zuführen eines Luftstroms zu den Zylindern 3, eine Einspritzvorrichtung 5, um den Brennräumen das Benzin direkt zuzuführen, und eine Zündvorrichtung 6, um die Verbrennung des Luft/Benzin-Gemisches in den Zylindern 3 in Gang zu setzen.
Der Motor 2 hat außerdem einen Abgaskrümmer 7, der die aus den Brennräumen ausgestoßenen verbrannten Gase in ein Abgasrohr 8 befördern kann, an dem entlang ein Katalysator 9 (eines bekannten Typs) angeordnet ist, der die in den Abgasen vorhandenen Schadstoffe unterdrücken kann, bevor letztere in die äußere Umgebung ausgestoßen werden.
Die Einspritzvorrichtung 5 umfaßt einen Kraftstoffverteiler 10, in dem sich das den Zylindern 3 zuzuführende, unter hohem Druck stehende Benzin ansammelt, und mehrere Einspritzventile 11, die jeweils mit dem Kraftstoffverteiler 10 verbunden sind, und kann gesteuert werden, um den Kraftstoff direkt ins Innere der Brennräume zuzuführen. In dem veranschaulichten Beispiel hat die Einspritzvorrichtung 5 vier Einspritzventile 11, die jeweils einem jeweiligen und getrennten Brennraum des Motors 2 gegenüberliegen.
Die Zündvorrichtung 6 umfaßt mehrere Zündkerzen 12, die jeweils an einem jeweiligen Zylinder 3 angeordnet sind, und kann durch einen Zündkreis 14 gesteuert werden, um die Verbrennung des Gemisches in dem Zylinder 3 selbst in Gang zu setzen.
Die Steuervorrichtung 1 umfaßt ein elektronisches Motorsteuersystem 15, das mit mehreren in dem Motor 2 angeordneten Sensoren zusammenwirkt, um als Eingang mehrere Datensignale zu empfangen, die in dem Motor 2 selbst gemessen werden. Insbesondere ist das System 15 mit einem Drucksensor 16 verbunden, um ein Signal Pcoll zu empfangen, das den Druck in dem Ansaugkrümmer 4 angibt, und wirkt mit dem Stellungssensor 18 zusammen, der die Stellung der Drosselklappe 19 erfassen kann, die längs des Abgasrohres 4 angeordnet ist, um den in die Zylinder 3 eingelassenen Luftstrom zu regulieren. Das System 15 empfängt außerdem ein Drehzahlsignal von einem Winkelgeschwindigkeitssensor 21, der an der Motorwelle 22 angeordnet ist, und ist mit zwei Temperatursensoren (nicht dargestellt) verbunden, um ein Signal Tar und ein Signal Tac zu empfangen, die jeweils die Temperatur der Luft und die Temperatur des Kühlwassers angeben. Das Elektroniksystem 15 empfängt außerdem als Eingang ein Signal Pacc für die von dem Fahrpedal (nicht dargestellt) eingenommene Stellung und kann einen Aktuator 23 steuern, um die Stellung der Drosselklappe 19 (und somit des in die Zylinder eingelassenen Luftstroms) gemäß dem Signal Pacc und den gegenwärtigen Betriebszustand des Motors 2 zu regulieren.
Außerdem wirkt das System 15 mit einem Sauerstoffsensor 24 eines bekannten Typs zusammen, der längs des Abgasrohres 8 stromabwärts von dem Katalysator 9 angeordnet ist, gegenüber den in den Abgasen vorhandenen Sauerstoffionen empfindlich ist und dem System selbst ein Signal λ_m zuführen kann, das mit der stöchiometrischen Zusammensetzung der Abgase und damit mit dem Luft/Benzin-Verhältnis des dem Motor 2 insgesamt zugeführten Gemisches korreliert.
Das System 15 kann sowohl die Einspritzventile 11 steuern, um das Einspritzen von Benzin in die Brennräume zu regulieren, als auch den Zündkreis 14, um die Momente der Zündung des Gemisches in den verschiedenen Zylindern 3 zu regulieren. Insbesondere gibt es in dem System 15 zwei mit 30 und 31 bezeichnete Steuerkreise, von denen der Schaltkreis 30 den Zündkreis 14 über die Abgabe von Signalen ACC steuern kann, die die tatsächlichen Momente des Ingangsetzens der Verbrennung in den Zylindern 3 angeben. Der Schaltkreis 31 kann dagegen das Öffnen und Schließen jedes Einspritzventils 11 über die Abgabe eines jeweiligen Signals INJ steuern, welches das Zeitintervall angibt, in dem das Einspritzen von Kraftstoff in dem Brennraum stattfinden muß.
Der Steuerkreis 31 umfaßt wiederum einen Rechenblock 32, der für jeden Zylinder 3 die Benzinmenge Q_inj berechnen kann, die entsprechend jeder Einspritzung dem Zylinder selbst zugeführt werden muß. Der Schaltkreis 31 hat außerdem einen Rechenblock 33, der für jede Einspritzung die Einspritzphase φ_inj in bezug auf diese Einspritzung berechnen kann, d. h. das Zeitintervall, das zum Beispiel zwischen dem Moment, in dem die Einspritzung enden muß, und dem Moment, in dem der zu dem Zylinder gehörige Kolben den oberen Totpunkt PMS erreicht, verstreicht. Die Rechenblöcke 32 und 33 übertragen dann die einzuspritzende Benzinmenge Q_inj und die Einspritzphase φ_inj zu einem Verarbeitungs- und Aktivierungsblock 34, der anhand dieser Werte das Steuersignal INJ für das Einspritzventil 11 generieren kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Steuervorrichtung 1 eine Strategie zum Steuern der Einspritzung und Zündung implementieren, die die Erwärmung des Katalysators 9 nach einem sogenannten "Kalt"start des Motors 2 beschleunigen soll.
Die Strategie, die nachfolgend beschrieben wird, ist aktiv, wenn die folgenden Bedingungen gegeben sind:

– die von dem System 15 beim Anlassen des Motors gelesenen Temperatursignale Tar und Tac (für die Temperatur der Luft in dem Ansaugkrümmer 4 und die Temperatur des Kühlwassers) nehmen Werte innerhalb der jeweils vorbestimmten Intervalle an; und
– die Zeit, die nach dem Moment, in dem der Motor angelassen wird, verstreicht, liegt innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls.

Die Strategie wird nun anhand von 2 beschrieben, die die Abfolge der Schritte in bezug auf einen Zylinder 3 des Motors 2 veranschaulicht. Insbesondere geben A, C, E und S jeweils den Ansaug-, Verdichtungs-, Expansions- und Auslaßhub an.
Gemäß der Strategie wird in bezug auf einen einzelnen Verbrennungstakt des Zylinders 3 während des Ansaughubs A und/oder des Verdichtungshubs C mindestens eine Benzineinspritzung durchgeführt, um dem Zylinder 3 insgesamt ein mageres Gemisch zuzuführen, d. h. ein Gemisch, das durch ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis gekennzeichnet ist, das größer ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
Vorzugsweise, aber nicht unbedingt, werden zwei Einspritzungen INJ_A und INJ_C durchgeführt (2), von denen die Einspritzung INJ_A während des Ansaughubs A durchgeführt wird, um ein homogenes Gemisch in dem Zylinder zu schaffen, während die Einspritzung INJ_C während des Hubs C des Zylinders selbst durchgeführt wird, um eine Masse an Benzin zu schaffen, die in dem Brennraum über dem Kopf des Kolbens geschichtet ist. Das magere Gemisch, das in Hub A und C dem Zylinder 3 insgesamt zugeführt wird, wird dann zu einem vorbestimmten Zündmoment gezündet, d. h. mit einer vorbestimmten Zündverstellung nach früh in bezug auf den Moment, in dem der Kolben im Verdichtungshub C den oberen Totpunkt PMS erreicht. Diese Verbrennung überträgt Drehmoment zu der Motorwelle 22 und produziert sauerstoffreiche Abgase.
Gemäß der Erfindung wird mindestens eine Folgezündung INJ_S am Ende des Expansionshubs E und/oder während des Auslaßhubs S durchgeführt. Die Benzinmenge, die während dieser Einspritzung INJ_S eingespritzt wird, ist so groß, daß sichergestellt ist, daß das Verhältnis zwischen der eingesaugten Luftmenge und der in dem gesamten Zyklus aus Ansaugen, Verdichten, Entspannen und Ausstoßen insgesamt zugeführten Benzinmenge einem Kalibrierungswert entspricht, der nahe bei dem Wert des stöchiometrischen Luft/Benzin-Verhältnisses liegt.
Der Kraftstoff, der während der Einspritzung INJ_S in Gegenwart der Abgase, die immer noch entzündet werden und aus der Verbrennung des mageren Gemisches stammen, eingespritzt wird, kann den in diesen Gasen vorhandenen überschüssigen Sauerstoff verbrennen, so daß Wärme für den Katalysator 9 erzeugt wird, ohne die Erzeugung von Drehmoment zu beeinträchtigen. Mit anderen Worten, der Kraftstoff für die Einspritzung INJ_S führt zu einer Restverbrennung, die stattfindet, wenn das zu dem Zylinder 3 gehörige Auslaßventil bereits geöffnet ist; diese Restverbrennung beeinträchtigt die Erzeugung von Drehmoment nicht und liefert einfach Wärme entlang des Abgasrohres 8, um die Erwärmung des Katalysators 9 zu beschleunigen.
Gemäß einem ersten Anwendungstyp des erfindungsgemäßen Verfahrens (siehe 4) wird die Einspritzung INJ_S in bezug auf einen einzelnen Takt CL des Motors bei dem Auslaßhub in einem einzelnen Zylinder 3 durchgeführt, während die Einspritzung in den übrigen Zylindern 3 nur während das Ansaug- und/oder Verdichtungshubs unter Verwendung der oben beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Dadurch erzeugen alle Zylinder 3 des Motors 2 das gleiche Drehmoment, und der Nachteil der bekannten und bereits beschriebenen Steuerverfahren wird überwunden, da diese Drehmomentschwankungen, die zu Problemen mit dem Fahrkomfort führen, ausgeschaltet werden.
Gemäß 4 wird der Zylinder, in dem die Einspritzung INJ_S durchgeführt wird, dann nach einem vorbestimmten Rotationsgesetz unter Fortführung der Motortakte CL gedreht, wobei jeder Takt CL eine 720°-Drehung der Motorwelle 22 darstellt. Der erste Zylinder liefert also zum Beispiel Wärme während des ersten Takts CL des Motors, der dritte Zylinder liefert Wärme während des zweiten Takts CL, der vierte Zylinder liefert Wärme während des dritten Takts CL, und der zweite Zylinder liefert Wärme während des vierten Takts CL. Offensichtlich kann das Rotationsgesetz von dem hier dargestellten verschieden sein und beruht darauf, daß alle Zylinder unter einem funktionellen Gesichtspunkt homogen gemacht werden.
Außerdem ist es gemäß der Erfindung möglich, die Menge an Wärme zu verändern, die während des Auslaßhubs erzeugt wird, und damit die Geschwindigkeit der Erwärmung des Katalysators 9, indem die Anzahl von Zylindern verändert wird, in denen die zusätzliche Einspritzung INJ_S in einem einzelnen Takt CL des Motors durchgeführt wird.
Je nach der Menge an Wärme, die beim Auslaßhub erzeugt werden muß, um den Katalysator 9 zu erwärmen, kann man tatsächlich beschließen, die Einspritzung INJ_S in einem einzigen Zylinder (4), in zwei Zylindern (5), in drei Zylindern (6) oder in allen Zylindern (7) durchzuführen.
Wenn die zusätzliche Einspritzung INJ_S in allen Zylindern durchgeführt wird, wird vor allem die dem Katalysator 9 zugeführte Wärmemenge maximiert, und die zum Erwärmen des Katalysators auf die vorbestimmte Betriebstemperatur notwendige Zeit wird minimiert.
Anhand von 3 wird nun die Rechenkette beschrieben, mit der die während jeder Einspritzung einzuspritzende Menge an Benzin ermittelt werden soll. Diese Rechenkette ist in dem in 1 veranschaulichten Rechenblock 32 implementiert.
Anhand des Werts einiger Eingangssignale für das System, wie zum Beispiel das Signal für die Drehzahl (Zahl der Umdrehungen pro Minute) und das Signal Pcoll (Druck im Ansaugkrümmer), werden zwei objektive Parameter, die als λ_CICLO und λ_COMP angegeben sind, mit Hilfe von elektronischen Tabellen generiert, die hier nicht dargestellt sind. Insbesondere stellt der Parameter λ_CICLO den objektiven Titer des einem Zylinder zugeführten Gemisches in bezug auf einen ganzen Zyklus aus Ansaugen, Verdichten, Entspannen und Ausstoßen dar, während der Parameter λ_COMP den objektiven Titer des einem Zylinder zugeführten Gemisches in bezug auf den Ansaug- und Verdichtungshub darstellt, und somit den objektiven Titer des Gemisches, das während der Aktivierung der Strategie, mit der die Erwärmung des Katalysators beschleunigt werden kann, das Drehmoment liefern soll.
Die Parameter λ_CICLO und λ_COMP werden den jeweiligen Eingängen 40a und 40b eines Selektors 40 zugeführt, der zum Beispiel aus einem Schalter besteht, der einen Ausgang 40u hat. Die Eingänge 40a und 40b können anhand des Wertes eines bistabilen Steuersignals ATT, das anzeigt, ob die Bedingungen für die Aktivierung der Strategie erfüllt sind oder nicht, abwechselnd mit dem Ausgang 40u kommunizieren, um den Katalysator 9 zu erwärmen. Insbesondere verbindet der Selektor 40 den Eingang 40b mit dem Ausgang 40u, wenn die Bedingungen für die Aktivierung der Strategie erfüllt sind.
Der Ausgang 40u wird dann mit einem Multiplizierblock 41 verbunden, der den für das stöchiometrische Luft/Benzin-Verhältnis (L/K)_STEC eingegebenen Parameter multiplizieren kann. Der Ausgang des Blocks 41 wird einem Eingang 42a eines Dividierblocks 42 zugeführt, der einen weiteren Eingang 42b hat, dem die Luftmenge Luft zugeführt wird. Der Block 42 kann die Luftmenge Luft durch das Signal dividieren, das am Eingang 42b vorhanden ist, um die objektive Benzinmenge QB_N zu erhalten, die vor dem Ende des Verdichtungshubs insgesamt in den Zylinder eingespritzt werden muß.
Die Benzinmenge QB_N wird dann einem Korrekturblock 43 zugeführt, der mindestens eine Korrektur durchführen kann, um den aktuellen Wert des Signals λ_m zu berücksichtigen, das von dem Sauerstoffsensor 24 kommt, um die einzuspritzende Benzinmenge QB_C zu erhalten, die in einem geschlossenen Regelkreis geregelt wird. Diese Korrektur kann zum Beispiel eine multiplikative Korrektur sein, um QB_C = QB_N·K zu erhalten, wobei K ein Parameter ist, der eine Funktion des Wertes des Parameters λ_m ist.
Der Korrekturblock 43 kann auch komplexer sein und zusätzliche Korrekturen durchführen, was hier nicht dargestellt ist.
Der Ausgang des Korrekturblocks 43, d. h. die während des Ansaug- und Verdichtungshubs dem Zylinder insgesamt zuzuführende, korrekte Benzinmenge QB_C, wird einem Eingang 44a eines Verarbeitungsblocks 44 zugeführt, der einen weiteren Eingang 44b hat. Dem Eingang 44b wird ein Parameter K_ASP zugeführt, den man als Ausgang von einer Tabelle 45 erhält, die als Eingang die Drehzahl U/min und den Druck Pcoll des Ansaugkrümmers 4 erhält. Der Parameter K_ASP stellt den Prozentsatz an Kraftstoff dar, der während des Ansaughubs A, d. h. während der Einspritzung INJ_A, einzuspritzen ist (siehe 2).
Der Verarbeitungsblock 44 kann als Ausgang die Benzinmengen QB_ASP und QB_COMP liefern, die dem Zylinder jeweils während des Ansaughubs und während des Verdichtungshubs (d. h. während der Einspritzungen INJ_A und INJ_C) zuzuführen sind. Insbesondere werden die Benzinmengen QB_ASP und QB_COMP nach den folgenden Formeln berechnet: QBASP = QBC·KASP QBCOMP = QBC – QBASP
Die Parameter λ_CICLO und λ_COMP werden außerdem einem Verarbeitungsblock 47 zugeführt, der sie verarbeiten kann, um einem Eingang 49a eines Selektors 49 den durch die folgende Formel definierten Parameter zuzuführen:
Der Selektor 49 hat einen weiteren Eingang 49b, dem ein extrem hoher Wert (angedeutet durch das Unendlichkeitssymbol ∞) zugeführt wird, und einen Ausgang 49u. Die Eingänge 49a und 49b können auf der Basis des Wertes des Signals ATT, das anzeigt, ob die Bedingungen für die Aktivierung der Strategie zum Erwärmen des Katalysators 9 erfüllt sind oder nicht, abwechselnd mit dem Ausgang 49u kommunizieren. Insbesondere verbindet der Selektor 49 den Eingang 49a mit dem Ausgang 49u, wenn die Bedingungen für die Aktivierung der Strategie erfüllt sind.
Der Ausgang 49b wird dann mit einem Multiplizierblock 50 verbunden, der den für das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (L/K)_STEC eingegebenen Parameter multiplizieren kann. Der Ausgang des Blocks 50 wird dem Eingang 51a eines Dividierblocks 51 zugeführt, der einen weiteren Eingang 51b hat, dem die Luftmenge Luft zugeführt wird. Der Block 51 kann die Luftmenge Luft durch das am Eingang 51b vorhandene Signal dividieren, um die Benzinmenge QS_SCA zu erhalten, die während des Auslaßhubs des Zylinders zu injizieren ist, um dem Katalysator 9 Wärme zuzuführen.
Wenn die Bedingungen für die Aktivierung der Strategie erfüllt sind, verbinden die Selektoren 40 und 49 die Eingänge 40b und 49a mit den Ausgängen 40u und 49u, und in den Zylindern, in denen die Einspritzung INJ_S durchgeführt werden muß, ist die während des Auslaßhubs zugeführte Benzinmenge QB_SCA somit definiert durch die folgende Formel:
Die bei der Verbrennung zum Erzeugen von Drehmoment verwendete Benzinmenge wird dagegen bereitgestellt durch die Summe der Benzinmengen, die bei den Einspritzungen INJ_A und INJ_C eingespritzt werden (siehe 2), d. h.:
ohne die von Block 43 vorgenommene Korrektur.
Die Verbrennung, die Drehmoment erzeugt, findet in allen Zylindern 3 in der gleichen Weise statt, während die restliche Verbrennung nur für die Zylinder stattfindet, in denen die Einspritzung INJ_S durchgeführt wird.
Wenn dagegen die Aktivierungsbedingungen nicht erfüllt sind, wird die zusätzliche Einspritzung INJ_S in keinem Zylinder 3 durchgeführt (QB_SCA = 0).
Wenn die bei jeder Einspritzung einzuspritzende allgemeine Benzinmenge Q_INJ berechnet wurde, wird dann die Einspritzphase φ_INJ über den Rechenblock 33 berechnet, und schließlich aktiviert der Verarbeitungsblock 34 das Steuersignal INJ für das entsprechende Einspritzventil 11.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird ersichtlich, daß während der Aktivierung der Strategie, mit der die Erwärmung des Katalysators 9 beschleunigt werden soll, das Gemisch, das den Zylindern zugeführt wird, um Drehmoment zu erzeugen, im wesentlichen mager ist. Im Rahmen vorgegebener Grenzen kann damit auch weiterhin der vom Fahrer erzeugte Bedarf an Drehmoment durch Drücken des Fahrpedals erfüllt werden. Da die Stellung der Drosselklappe 19 nicht direkt durch Drücken des Fahrpedals gesteuert wird, kann das System 15 in der Tat die Stellung der Klappe selbst über den Aktuator 23 regulieren, so daß das den Zylindern 3 während des Verdichtungshubs zugeführte Gemisch mager ist und die Verbrennung in den Zylindern 3 das von dem Fahrer angeforderte Drehmoment erzeugt.
Das beschriebene Steuerverfahren hat den Vorteil, daß es die Erwärmung des Katalysators 9 auf die erforderliche Temperatur innerhalb einer Zeit ermöglicht, die im Vergleich zu bekannten Verfahren sehr kurz ist. Wenn die Einspritzung INJ_S in jedem Zylinder durchgeführt wird (7), tragen in der Tat alle Zylinder direkt und unabhängig voneinander zur Erzeugung von Wärme bei, anders als bei der Situation nach den Steuerverfahren des bekannten Typs.
Schließlich sei angemerkt, daß die Emissionen von Schadstoffen während der Aktivierung der Strategie auf minimale Werte beschränkt sind.

Claims

Verfahren zum Steuern der Einspritzung und Zündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in einem endothermen Motor (2) mit Direkteinspritzung, um die Erwärmung eines Katalysators (9) zu beschleunigen, der längs des Abgasrohres (8) des Motors (2) selbst angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: a) während eines einzelnen Taktes (CL) des Motors (2), und für jeden Zylinder (3) des Motors selbst, wird während des Ansaughubs (A) und/oder des Verdichtungshubs (C) des Zylinders (3) selbst mindestens eine erste und eine zweite Kraftstoffeinspritzung (INJ_C, INJ_A) ausgeführt, um ein mageres Gemisch zuzuführen; b) die Verbrennung in jedem Zylinder (3) wird mit einer vorbestimmten Zündverstellung nach früh in bezug auf einen oberen Totpunkt (PMS) des Verdichtungshubs (C) ausgelöst; und c) in mindestens einem Zylinder (3) des Motors wird während des Endes des Expansionshubs (E) und/oder bei dem Auslaßhub (S) des Zylinders (3) selbst eine dritte Kraftstoffeinspritzung (INJ_S) ausgeführt; wobei der Kraftstoff, der bei der dritten Einspritzung (INJ_S) eingespritzt wird, zu einer Restverbrennung in Gegenwart der sauerstoffreichen Abgase führt, die aus der Verbrennung des mageren Gemisches stammen; wobei die Restverbrennung das erzeugte Drehmoment nicht beeinflußt und Wärme zum Erwärmen des Katalysators (9) erzeugt; dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Zylinder (3) während eines Zyklus aus Ansaugen, Verdichten, Entspannen und Ausstoßen mit einem Gemisch versorgt wird, das insgesamt ein im wesentlichen stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist, und daß die Kraftstoffmenge (QB_SCA), die während der dritten Einspritzung (INJ_S) in den Zylinder eingespritzt werden muß, nach der folgenden Formel berechnet wird:
worin Luft die Menge an Luft ist, die in den Zylinder gesaugt wird, (Luft/K)_STEC das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, λ_CICLO der objektive Titer des dem Zylinder zugeführten Gemisches ist, bezogen auf den gesamten Zyklus aus Ansaugen, Verdichten, Entspannen und Ausstoßen, und λ_COMP der objektive Titer des einem Zylinder zugeführten Gemisches ist, bezogen auf Ansaug-Verdichtungs-Takte, und somit der objektive Titer des Gemisches, welches das Drehmoment bereitstellen soll.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Fortsetzung der Zyklen (CL) des Motors, der wenigstens eine Zylinder (3), in dem die dritte Einspritzung (INJ_S) ausgeführt wird, anhand eines vorbestimmten Gesetzes der Rotation der Zylinder ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einspritzung (INJ_S) in allen Zylindern (3) des Motors (2) ausgeführt wird, um die Erzeugung von Wärme zu maximieren und die Zeit zu minimieren, die erforderlich ist, um den Katalysator (9) auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur zu erwärmen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Zylinder (3) die erste Einspritzung während des Ansaughubs (A) ausgeführt wird, um ein homogenes Gemisch in dem Zylinder zu schaffen, und die zweite Einspritzung (INJ_C) während des Verdichtungsschrittes (C) durchgeführt wird, um eine Masse an Kraftstoff zu schaffen, die über dem Kopf des zu dem Zylinder (3) gehörigen Kolbens geschichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die tatsächliche Kraftstoffmenge (QB_C), die während des Ansaughubs (A) und des Verdichtungshubs (C) des Zylinders (3) insgesamt einzuspritzen ist, durch die Ausführung der folgenden Schritte erhält: – Messen der Luftmenge (Luft), die in den Zylinder gesaugt wird; – Berechnen (41, 42) der objektiven Kraftstoffmenge (QB_N), die während des Ansaughubs (A) und des Verdichtungshubs (C) dem Zylinder zuzuführen ist, unter Verwendung der folgenden Formel:
worin QB_ASP die während des Ansaughubs eingespritzte Kraftstoffmenge ist, QB_COMP die während des Verdichtungshubs eingespritzte Kraftstoffmenge ist und (Luft/K)_STEC das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist; – Korrigieren (43) der objektiven Kraftstoffmenge (QB_N) gemäß dem Wert eines Ausgangssignals (λ_m) eines Sauerstoffsensors (24), der längs des Abgasrohrs (8) angeordnet ist, wobei das Ausgangssignal (λ_m) mit der stöchiometrischen Zusammensetzung der Abgase und somit mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor (2) insgesamt zugeführten Gemisches korreliert.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die tatsächliche Kraftstoffmenge, die bei dem Ansaughub (A) eingespritzt werden muß, einen spezifischen Prozentsatz der tatsächlichen Kraftstoffmenge darstellt, die vor dem Expansionshub (E) eingespritzt werden muß; wobei der Prozentsatz anhand des Drucks (Pcoll) in dem Ansaugkrümmer (4) des Motors und anhand der Drehzahl (UpM) der Motorwelle (22) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zuvor die Werte erfaßt werden, die von einer Vielzahl von Datensignalen (Tar, Tac) angenommen werden, die mit einem Betriebszustand des Motors (2) korrelieren, und daß die Ausführung der dritten Einspritzung (INJ_S) nur dann freigegeben wird (ATT), wenn die erfaßten Werte den vorbestimmten Bedingungen genügen.