EP1045966A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben und zur überwachung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben und zur überwachung einer brennkraftmaschine

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EP1045966A1
EP1045966A1 EP99936349A EP99936349A EP1045966A1 EP 1045966 A1 EP1045966 A1 EP 1045966A1 EP 99936349 A EP99936349 A EP 99936349A EP 99936349 A EP99936349 A EP 99936349A EP 1045966 A1 EP1045966 A1 EP 1045966A1
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EP
European Patent Office
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internal combustion
operating
combustion engine
torque
operating state
Prior art date
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EP99936349A
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English (en)
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Winfried Langer
Frank Bederna
Martin Streib
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP1045966B1 publication Critical patent/EP1045966B1/de
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D31/00—Use of speed-sensing governors to control combustion engines, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F02D41/2425—Particular ways of programming the data
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    • F02D41/2441—Methods of calibrating or learning characterised by the learning conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/2425—Particular ways of programming the data
    • F02D41/2429—Methods of calibrating or learning
    • F02D41/2451—Methods of calibrating or learning characterised by what is learned or calibrated
    • F02D41/2454—Learning of the air-fuel ratio control

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for operating and monitoring an internal combustion engine.
  • DE-A 195 36 038 (US Pat. No. 5,692,472) describes the monitoring of the control of a conventional internal combustion engine on a torque basis. There, a maximum permissible torque or a maximum permissible power is determined at least on the basis of the accelerator pedal position. Furthermore, the current torque or the current output of the internal combustion engine is calculated depending on the engine speed, ignition angle and load (air mass, etc.). For monitoring, the maximum permissible value is compared with the calculated current value. Fault response measures are initiated when the current value exceeds the maximum permitted. The error reaction measures consist in a power limitation, for example in switching off the fuel supply to the internal combustion engine, until the current value falls below the maximum permissible again.
  • This monitoring strategy offers reliable and satisfactory monitoring of the control of the internal combustion engine in the entire operating range. However, this is based on the measured air mass supplied to the internal combustion engine. In internal combustion engines, which are operated at least in one operating state with a lean air / fuel mixture, the torque or the power determined from the measured air mass does not correspond to the actual values, so that the monitoring described can only be used to a limited extent.
  • the object of the invention is to provide measures for monitoring the control of an internal combustion engine which is operated at least in some operating states with a lean air / fuel mixture.
  • a procedure for the control for a directly injected gasoline internal combustion engine is from the DE-A 196 31 986 known.
  • This internal combustion engine is essentially controlled in two different operating modes, stratified operation and homogeneous operation. In homogeneous operation, fuel is injected during the intake phase and the internal combustion engine is throttled, in stratified operation injection is carried out in the compression phase and the internal combustion engine is operated without throttling.
  • a target torque value is determined at least from the position of an accelerator pedal, which is converted into a fuel mass to be injected. Furthermore, a target throttle valve angle for adjusting the air supply to the internal combustion engine is determined on the basis of this fuel mass in the sense of setting a predetermined target value for the exhaust gas composition. The latter does not apply to stratified operation in which the internal combustion engine is throttled, i.e. with the throttle valve open. Homogeneous operation takes place at least in the area of higher loads, while stratified operation is used in the area of low loads or in the partial load area. Measures to monitor the function of the control system are not described in the publication mentioned.
  • the solution according to the invention allows effective and satisfactory monitoring of the control of an internal combustion engine which is operated at least in some operating states with a lean air / fuel.
  • the fresh air supply is advantageously set such that if an injection were to take place, a torque would result with a stoichiometric mixture composition, which would not lead to an inadmissible vehicle reaction.
  • switching to stoichiometric or rich operation is particularly advantageous, in which case the monitoring method known from the prior art is used. This is advantageously carried out when the accelerator pedal is released. It is also advantageous here if the quantity of fresh air supplied is adjusted by controlling the throttle valve as a function of the driver specification and speed so that there is an idling torque. Then exceeds the currently calculated torque or the currently calculated This error is recognized and countermeasures initiated.
  • the maximum speed is used for monitoring and the amount of fresh air is limited, with either the SC fuel supply being switched off at the same time or in special operating states in which e.g. switching off above the speed, for example due to a hot catalytic converter or for comfort reasons e.g. stoichiometric operation is not initiated in first gear.
  • the known monitoring method is used based on the determined air supply.
  • FIG. 1 shows a control device for controlling an internal combustion engine
  • FIG. 2 an embodiment of the solution according to the invention is outlined as a flowchart using the preferred embodiment of an internal combustion engine with direct petrol injection.
  • the mode of operation of this solution is illustrated in FIG. 3 on the basis of time diagrams.
  • FIG. 1 shows a control unit 10 which comprises at least one input circuit 12, at least one microcomputer 14, an output circuit 16 and a communication system 18 connecting these as elements.
  • the input circuit 12 is supplied with input lines via which signals are supplied from corresponding measuring devices, which represent operating variables or from which operating variables can be derived.
  • an input line 20 is shown which connects the control unit to a measuring device 22 which determines a variable representing the degree of actuation ⁇ of the accelerator pedal.
  • an input line 24 is provided which is connected by a
  • Measuring device 26 originates and via which a variable representing the engine speed NMOT is supplied. Furthermore, an input line 28 connects the control unit 10 to a measuring device 30, which emits a signal representing the supplied air mass HFM. An input line 32 supplies a quantity from a measuring device 34 which corresponds to the current translation IGES in the drive train. In addition, input lines 36 to 40 are provided, which produce signals from measuring devices 42 to 46 representing operating variables. Examples of such operating variables, which are used in the control of the internal combustion engine, are temperature variables, the position of the throttle valve angle, etc. To control the internal combustion engine, in the exemplary embodiment shown in FIG. 1, output lines 48 to 52 for controlling the injection valves 54 and an output line 56 for controlling the electric motor-adjustable throttle valve 58. In addition, at least lines, not shown, are provided for controlling the ignition.
  • the fuel and air supply is controlled in accordance with a predetermined air / fuel ratio.
  • the latter can be lean or, depending on the operating situation, change between a rich, an almost stoichiometric or a lean setting during operation.
  • a torque setpoint is formed on the basis of the degree of actuation ⁇ , which is converted into a value for the fuel mass to be injected.
  • the conversion takes place, for example, taking into account the engine speed and the current operating mode.
  • the switchover between homogeneous and stratified operation takes place, for example, depending on the load state of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is operated, for example, with a higher load in homogeneous operation, with a lower load, even when idling and at partial load in shift operation.
  • a desired throttle valve angle is calculated, depending on which the throttle valve adjustable by the electric motor and thus the air supply to the internal combustion engine is set.
  • a specified target value for the air-fuel ratio is taken into account.
  • stratified operation the internal combustion engine works without throttling, ie with a lean mixture composition. The throttle valve is not adjusted. Switching strategies between the two operating states are known, for example, from the prior art mentioned at the beginning.
  • control unit described in FIG. 1 is used to control an intake manifold injection engine that is operated lean, or to control an engine with direct petrol injection.
  • the at least one operating state is an operating state in which the accelerator pedal is almost released, in particular its position falls below a predetermined threshold value and the engine speed exceeds a limit value. Then only at least one of the operating modes shown above is permitted. If deviations e.g. Based on the torque monitoring, error measures are initiated. If the speed is below the limit and / or the accelerator pedal position is above the threshold, operation with a lean air / fuel ratio is permitted. Monitoring by torque comparison does not take place.
  • a threshold value e.g. 1500 rpm
  • the throttle valve position is set using a corresponding speed-dependent characteristic curve.
  • the known comparison of moments or performance takes place on the basis of a comparison value calculated from a measured signal representing the fresh air quantity or mass. If the comparison value exceeds the maximum permissible, the power supply for the electrically controlled throttle valve is switched off and / or the fuel supply is interrupted.
  • a shift is carried out in a first exemplary embodiment to check whether the accelerator pedal is in the idle position, that is to say is completely released, in order to detect errors.
  • a maximum engine speed for example 1500 rpm, is specified. If the actual speed exceeds this maximum speed, the fuel supply to the internal combustion engine is switched off until the engine speed drops below the maximum speed again. An increased rail pressure can therefore not have a negative effect, undesired operating situations in this operating phase are effectively avoided.
  • a maximum speed is specified not only in the idling operating state, ie when the accelerator pedal is released, but in the entire accelerator pedal position range. A characteristic curve is stored in which the maximum speed is read out depending on the degree of actuation of the accelerator pedal. If the actual speed exceeds the Maximaid dependent on the degree of actuation number, the fuel supply is switched off as shown above.
  • a preferred exemplary embodiment for an internal combustion engine with gasoline direct injection is shown on the basis of the flow slide 2 outlines a computer program.
  • a corresponding program results when the described solution is used for intake manifold injectors.
  • the program is started at specified time intervals.
  • the necessary operating variables such as degree of actuation ⁇ , engine speed NMOT, gear ratio IGES and, if appropriate, catalyst temperature TKAT are read.
  • a comparison is made between the degree of actuation and a limit value to determine whether the accelerator pedal is in the idle position (LL). If this is not the case, the program is ended and initiated at the next point in time.
  • step 108 determines the permissible torque MZUL on the basis of the degree of actuation of the accelerator pedal and, if applicable, other operating variables, and the current actual torque MIST on the basis of the air mass and other operating variables.
  • step 110 the actual torque is compared with the maximum permissible torque. If the actual torque exceeds the maximum permissible torque, an error reaction is initiated in step 112, for example the fuel supply is switched off and / or the electrically controllable throttle valve is disconnected from the power supply. This is then returned to its rest position by a reset device. If the actual torque does not exceed the maximum permissible torque, the program is ended as in step 112 and carried out again at the next point in time.
  • step 104 If step 104 has shown that the fuel supply would be switched off above the limit speed, the current engine speed NMOT is compared with the predetermined limit value NO in step 114. If the engine speed exceeds this limit value, the fuel supply is switched off in accordance with step 116. Furthermore, the fresh air supply is limited as described above. The program then ends in step 104, as in the case of a no answer, or continues with step 110.
  • FIG. 3 shows the course of the degree of actuation ⁇ over time
  • FIG. 3b shows the course of the engine speed NMOT or the limit value NO of the engine speed
  • FIG. 3c shows the course of the maximum permissible torque MZUL and the actual torque MIST.
  • Figure 3d the
  • FIG. 3b shows how the engine speed NMOT (solid line) changes in accordance with the driver specification (cf. FIG. 3a).
  • the limit speed NO dashed line
  • the engine speed exceeds the limit value (see FIG. 3b), at time T2, the limit value is again undershot.
  • FIG. 3d shows the curve of the maximum permissible torque (dashed line) and the current actual torque (solid line).
  • the actual torque and the maximum permissible torque essentially correspond to the driver specification ß.
  • a maximum permissible torque is specified for the idle state.
  • the check is carried out on the basis of the engine speed curve.
  • the stoichiometric metric mode switched. This means that in this case the monitoring takes place on the basis of the moment signals. If the actual torque exceeds the maximum permissible torque at time T3 and falls below this torque at time T4, the fuel supply is switched off between times T3 and T4 (cf. FIG. 3d).
  • the engine speed curve and the actual torque curve are clearly separated from each other for clarification. In the second operating phase, therefore, exceeding the limit speed by the engine speed does not lead to one

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben und zur Überwachung einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei welchem in wenigstens einem Betriebszustand mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis betrieben wird, wobei wenigstens eine den Fahrpedalbetätigungsgrad repräsentierende Grösse und eine die Motordrehzahl repräsentierende Grösse erfasst wird und in wenigstens einem Betriebszustand nur ein Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem näherungsweisen stöchiometrischen oder fetten Gemisch und/oder nur ein Betrieb mit begrenzter Luftzufuhr zulässig ist und der Betrieb auf Basis wenigstens einer Betriebsgrösse der Brennkraftmaschine überwacht wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben und zur Überwachung einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben und zur Überwachung einer Brennkraftmaschine .
Aus der DE-A 195 36 038 (US-Patent 5 692 472) wird die Überwachung der Steuerung einer herkömmlichen Brennkraftmaschine auf Drehmomentenbasis dargestellt. Dort wird wenigstens auf der Basis der Fahrpedalstellung ein maximal zulässiges Drehmoment oder eine maximal zulässige Leistung ermittelt. Ferner wird das aktuelle Drehmoment bzw. die aktuelle Leistung der Brennkraftmaschine abhängig von Motordrehzahl, Zündwinkeleinsteilung und Last (Luftmasse, etc.) berechnet. Zur Überwachung wird der maximal zulässige Wert mit dem berechneten aktuellen Wert verglichen. Fehlerreaktionsmaßnahmen werden eingeleitet, wenn der aktuelle Wert den maximal zulässigen überschreitet. Die Fehlerreaktionsmaßnahmen be- stehen in einer Leistungsbeschränkung, zum Beispiel in einer Abschaltung der Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine, bis der aktuelle Wert den maximal zulässigen wieder unterschreitet. Diese Überwachungsstrategie bietet eine zuverlässige und zufriedenstellende Überwachung der Steuerung der Brennkraftmaschine im gesamten Betriebsbereich. Die basiert allerdings auf der gemessenen der Brennkraftmaschine zugeführten Luft- masse. Bei Brennkraftmaschinen, die zumindest in einem Betriebszustand mit magerem Luft-/Kraftstoff-Gemisch betrieben werden, entspricht das aus der gemessenen Luftmasse ermittelte Drehmoment bzw. die ermittelte Leistung nicht den tatsächlichen Werten, so daß die beschriebene Überwachung nur bedingt einsatzfähig ist.
Dies gilt vor allem für Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung, da dort im Schichtbetrieb die erfaßte Luftmasse und der eingestellte Zündwinkel zur Berechnung des aktuellen Drehmoments nicht ausreichend ist. Die nicht meßbare, eingespritzte Kraftstoffmasse besitzt hier wie bei allen mager betriebenen Motoren einen starken Einfluß auf das Drehmoment, der durch die Vorgehensweise im Stand der Technik nicht berücksichtigt werden kann. Insbesondere die Kraft- stoffmasse kann aber durch Fehlereinflüsse wie ein zu hoher Raildruck oder ein zu langsam schließendes Einspritzventil zu hoch sein, so daß ein zu hohes Drehmoment auftreten kann und somit ungewollte Betriebszustände der Brennkraftmaschine sich ergeben können.
Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen zur Überwachung der Steuerung einer Brennkraftmaschine anzugeben, die zumindest in einigen Betriebszuständen mit einem mageren Luft-/Kraft- stoffgemisch betrieben wird.
Dies wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils der unabhängigen Patentansprüche erreicht .
Eine Vorgehensweise zur Steuerung für eine direkteinge- spritzte Benzinbrennkraftmaschine ist aus der DE-A 196 31 986 bekannt. Diese Brennkraftmaschine wird im wesentlichen in zwei unterschiedlichen Betriebsarten, dem Schichtbetrieb und einem Homogenbetrieb, gesteuert. Im Homogenbetrieb wird Kraftstoff während der Ansaugphase einge- spritzt und die Brennkraftmaschine gedrosselt, im Schichtbetrieb wird in die Verdichtungsphase eingespritzt und die Brennkraftmaschine ungedrosselt betrieben.
Im Homogenbetrieb wird zumindest aus der Stellung eines Fahrpedals ein Sollmomentenwert bestimmt, der in eine einzuspritzende Kraftstoffmasse umgesetzt wird. Ferner wird ausgehend von dieser Kraftstoffmasse ein Solldrosselklappenwinkel zur Einstellung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine bestimmt im Sinne einer Einstellung eines vorgegebenen Soll- wertes für die AbgasZusammensetzung. Letzteres gilt nicht für den Schichtbetrieb, in dem die Brennkraftmaschine ungedrosselt, d.h. mit geöffneter Drosselklappe, betrieben wird. Der Homogenbetrieb findet zumindest im Bereich höherer Lasten statt, während der Schichtbetrieb im Bereich niederer Lasten bzw. im Teillastbereich Anwendung findet. Maßnahmen zur Funktionsüberwachung des Steuersystems werden in der genannten Veröffentlichung nicht beschrieben.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt eine wirkungsvolle und zufriedenstellende Überwachung der Steuerung einer Brennkraftmaschine, die zumindest in einigen Betriebszuständen mit einem mageren Luft-/Kraftstoff emisch betrieben wird.
Besondere Vorteile zeigen sich bei der Überwachung der Funktion der Steuerung von Brennkraftmaschinen mit Benzindirekteinspritzung. Von besonderem Vorteil ist, daß beim Betrieb der Brennkraftmaschine mit magerem Gemisch abhängig von der Fahrpedalstellung eine maximal zulässige Drehzahl abgeleitet wird, oberhalb derer die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine begrenzt wird. Dies erfolgt vorzugsweise durch Schließen der Drosselklappe .
Von besonderem Vorteil ist, daß lediglich bei losgelassenem Fahrpedal, d.h. bei Pedalstellung Leerlauf, eine Maximal- drehzahl vorgegeben wird, oberhalb derer die Luftzufuhr begrenzt wird. Dadurch wird zumindest ein besonders kritischer Betriebszustand durch eine genaue und sichere Fehlererkennung abgedeckt, so daß es in diesem Betriebszustand zu keiner ungewollten Betriebssituationen kommt.
Dadurch wird sichergestellt, daß bei abgeschaltetem Kraftstoff z.B. durch ein undichtes Einspritzventil weiterhin zu einem zündfähigen Gemisch kommt, das Drehmoment bzw. die Leistung nicht unzulässig hoch wird. In vorteilhafter Weise wird die Frischluftzufuhr so eingestellt, daß wenn eine Einspritzung erfolgen würde, sich bei stöchiometrischer Gemischzusammensetzung ein Drehmoment ergeben würde, welches zu keine unzulässigen Fahrzeugreaktion führt.
Von besonderem Vorteil ist ergänzend oder alternativ zur obigen Lösung das Umschalten auf stöchiometrischen oder fetten Betrieb, wobei dann auf das aus dem Stand der Technik bekannte Überwachungsverfahren zurückgegriffen wird. In vorteilhafter Weise wird dies durchgeführt, wenn das Fahrpedal losgelassen ist. Auch hier es vorteilhaft, wenn die zugeführte Frischluftmenge durch Steuerung der Drosselklappe abhängig von Fahrervorgabe und Drehzahl so eingestellt wird, daß sich ein Leerlaufmoment ergibt. Überschreitet dann das aktuell berechnete Moment oder die aktuell berechnete Lei- stung, so wird dieser Fehler erkannt und Gegenmaßnahmen eingeleitet .
In besonders vorteilhafter Weise wird bei losgelassenem Pe- dal die Maximaldrehzahl zur Überwachung herangezogen und die Frischluftmenge begrenzt, wobei entweder gleichzeitig SCKraftstoffzufuhr abgeschaltet wird oder in besonderen Be- triebszuständen, in denen z.B. ein Abschalten oberhalb der Drehzahl beispielsweise aufgrund eines heißen Katalysators oder aus Komfortgründen z.B. im ersten Gang nicht stattfinden kann, der stöchiometrische Betrieb eingeleitet wird. In beiden Fällen wird auf das bekannte Überwachungsverfahren basierend auf der ermittelten Luftzufuhr zurückgegriffen.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt Figur 1 eine Steuereinrichtung zur Steuerung einer Brenn- kraftmaschine, während in Figur 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung als Flußdiagramm am bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Brennkraf maschine mit Benzindirekteinspritzung skizziert ist. Die Wirkungsweise dieser Lösung ist in Figur 3 anhand von Zeitdiagrammen verdeutlicht.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In Figur 1 ist eine Steuereinheit 10 dargestellt, welche als Elemente zumindest eine Eingangsschaltung 12, wenigstens ei- nen Mikrocomputer 14, eine Ausgangsschaltung 16 und ein diese verbindendes Kommunikationssystem 18 umfaßt. Der Eingangsschaltung 12 werden Eingangsleitungen zugeführt, über die von entsprechenden Meßeinrichtungen Signale zugeführt werden, die Betriebsgrößen repräsentieren oder aus denen Be- triebsgrößen ableitbar sind. In Bezug auf die nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Lösung sind in Figur 1 eine Eingangsleitung 20 dargestellt, welche die Steuereinheit mit einer Meßeinrichtung 22 verbindet, die ein den Betätigungs- grad ß des Fahrpedals repräsentierende Größe ermittelt. Fer- ner ist eine Eingangsleitung 24 vorgesehen, die von einer
Meßeinrichtung 26 stammt und über die ein die Motordrehzahl NMOT repräsentierende Größe zugeführt wird. Ferner verbindet eine Eingangsleitung 28 die Steuereinheit 10 mit einer Meßeinrichtung 30, welche ein die zugeführte Luftmasse HFM repräsentierendes Signal abgibt. Eine Eingangsleitung 32 führt von einer Meßeinrichtung 34 eine Größe zu, die der aktuellen Übersetzung IGES im Antriebsstrang entspricht. Ferner sind Eingangsleitungen 36 bis 40 vorgesehen, die Betriebsgrößen repräsentierende Signale von Meßeinrichtungen 42 bis 46 herbeiführen. Beispiele für derartige Betriebsgrößen, die bei der Steuerung der Brennkraftmaschine Verwendung finden, sind Temperaturgrößen, die Stellung des Drosselklappenwinkels, etc. Zur Steuerung der Brennkraftmaschine gehen in dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel von der Ausgangsschaltung 16 Ausgangsleitungen 48 bis 52 zur Steuerung der Einspritzventile 54 sowie eine Ausgangsleitung 56 zur Steuerung der elektromotorisch verstellbaren Drosselklappe 58 aus. Daneben sind zumindest nicht dargestellte Leitungen zur Steuerung der Zündung vorgesehen.
Auf der Basis des Betätigungsgrads ß des Fahrpedals wird die Kraftstoff- und Luftzufuhr nach Maßgabe eines vorbestimmten Luft-/Kraftstoffverhältnisses gesteuert. Letzteres kann mager sein oder während des Betriebs je nach Betriebssituation sich zwischen einer fetten, einer nahezu stöchiometrischen oder einer mageren Einstellung verändern.
Bei der Steuerung von Motoren mit Benzindirekteinspritzung gemäß dem eingangs genannten Stand der Technik wird auf der Basis des Betätigungsgrads ß ein Momentensollwert gebildet, welcher in einen Wert für die einzuspritzende Kraftstoffmasse umgesetzt wird. Die Umrechnung erfolgt beispielsweise unter Berücksichtigung der Motordrehzahl und des jeweilig aktuellen Betriebsart. Die Umschaltung zwischen Homogen- und Schichtbetrieb erfolgt beispielsweise abhängig vom Lastzustand der Brennkraftmaschine. So wird die Brennkraftmaschine z.B. bei höherer Last im Homogenbetrieb, bei niedriger Last, auch im Leerlauf und bei Teillast im Schichtbetrieb betrieben. Im Homogenbetrieb wird abhängig von der berechneten Kraftstoffmasse unter Berücksichtigung des aktuellen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine ein Solldrosselklappenwinkel berechnet, in dessen Abhängigkeit die elektromotorisch verstellbare Drosselklappe und damit die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine eingestellt wird. Dabei wird ein vor- gegebener Sollwerte für das Luft-Kraftstoffverhältnis berücksichtigt. Im Schichtbetrieb arbeitet die Brennkraftmaschine ungedrosselt, d.h. mit magerer Gemischzusammensetzung. Eine Einstellung der Drosselklappe findet nicht statt. Umschaltstrategien zwischen den beiden Betriebszuständen sind z.B. aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt .
Die in Figur 1 beschriebene Steuereinheit dient je nach Aus- führungsbeispiel für die Steuerung eines Saugrohreinsprit- zermotors, der mager betrieben wird, oder zur Steuerung eines Motors mit Benzindirekteinspritzung.
Im Magerbetrieb ist die zufriedenstellende Funktionsfähigkeit der eingangs genannten Vergleich zur Überwachung der Funktion der Steuerung des Brennkraftmaschine nicht gewährleistet. Um dennoch auch diesen Steuerungskonzepten eine zufriedenstellende Überwachung der Steuerungsfunktion bereitzustellen, ist vorgesehen, wenigstens in einem bestimmten Betriebszustand nur einen Betrieb mit stöchiometrischem bzw. nahezu stöchiometrischem oder mit fettem Luft-/Kraftstoff- Verhältnis oder mit begrenzter Frischluftzufuhr zuzulassen. Dadurch kann die eingangs genannte Momenten- bzw. Leistungsüberwachung in diesem Betriebszustand zufriedenstellend durchgeführt werden.
Der wenigstens eine Betriebszustand ist ein Betriebszustand, in dem das Fahrpedal nahezu losgelassen ist, insbesondere seine Stellung einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet und die Motordrehzahl einen Grenzwert überschreitet . Dann wird nur wenigstens eine der oben dargestellten Betriebsarten zugelassen. Werden Abweichungen z.B. aufgrund der Momentenüberwachung erkannt, werden Fehlermaßnahmen eingeleitet. Ist die Drehzahl unterhalb des Grenzwertes und/oder die Fahrpedalstellung oberhalb des Schwellenwerts ist der Betrieb mit magerem Luft-/Kraftstoffverhältnis zugelassen. Eine Überwachung durch Momentenvergleich findet nicht statt.
Ist im bestimmten Betriebszustand die Motordrehzahl oberhalb eines Schwellenwerts (z.B. 1500 Umdr./min), so wird die
Kraftstoffzufuhr abgeschaltet (Schubabschaltung) . Gleichzeitig beim Betrieb mit begrenzter Frischluftzufuhr wird die Drosselklappe und damit die Frischluftzufuhr so eingestellt, daß sich ein Motormoment im Bereich des Leerlaufmoments er- geben würde, wenn anstelle der Schubabschaltung z.B. infolge eines Fehlerzustandes eine zur Frischluftmenge bzw. -masse stöchiometrische Kraftstoffmenge bzw. -masse eingespritzt würde. Beispielsweise wird die Drosselklappenstellung über eine entsprechende drehzahlabhängige Kennlinie eingestellt.
Dies gilt auch, wenn die Brennkraftmaschine mit einem stöchiometrischem bzw. nahezu stöchiometrischem oder mit einem fettem Luft-/Kraftstoffverhältnis betrieben wird. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn die Schubabschaltung z.B. aus Abgasgründen nicht erlaubt ist, also Kraftstoff einge- spritzt wird. Auch hier wird die Frischluftmenge bzw. -masse und damit die Kraftstoffmenge bzw. -masse derart begrenzt, daß sich ein im Bereich des Leerlaufmoments liegender Momentenwert ergibt. Ist die Drehzahl unterhalb des Schwellen- werts, übernimmt der Leerlaufregier die Momentensteuerung.
Während des Betriebs mit stöchiometrischem bzw. nahezu stöchiometrischem oder mit fettem Luft-/Kraftstoffverhältnis oder mit begrenzter Frischluftzufuhr findet der bekannte Mo- menten- bzw. Leistungsvergleich auf der Basis eines aus einem gemessenen, die Frischluftmenge bzw. -masse repräsentierenden Signals berechneten Vergleichswert statt. Überschreitet der Vergleichwert den maximal zulässigen, wird die Stromzufuhr für die elektrisch gesteuerte Drosselklappe ab- geschaltet und/oder die Kraftstoffzufuhr unterbrochen.
Wird die Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung betrieben, wird im Schichtbetrieb zur Fehlererkennung in einem ersten Ausführungsbeispiel überprüft, ob das Fahrpedal sich in LeerlaufStellung befindet, d.h. vollständig losgelassen ist. In diesem Betriebszustand wird eine Maximalmotordrehzahl, beispielsweise 1500 Umdr./min vorgegeben. Überschreitet die Istdrehzahl diese Maximaldrehzahl wird die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine abgeschaltet, bis die Mo- tordrehzahl wieder unter die Maximaldrehzahl absinkt. Ein erhöhter Raildruck kann sich daher nicht negativ auswirken, ungewollte Betriebssituationen in dieser Betriebsphase sind wirksam vermieden. In einem ergänzenden Ausführungsbeispiel wird eine Maximaldrehzahl nicht nur im Betriebszustand Leer- lauf, d.h. bei losgelassenem Fahrpedal, vorgegeben, sondern im gesamten Fahrpedalstellungsbereich. Dabei ist eine Kennlinie abgelegt, in der die Maximaldrehzahl abhängig vom Betätigungsgrad des Fahrpedals ausgelesen wird. Überschreitet die Istdrehzahl die vom Betätigungsgrad abhängige Maximaid- rehzahl, wird die Kraftstoffzufuhr wie oben dargestellt abgeschaltet .
Alternativ wird in wenigstens einem Betriebszustand bei Schichtbetrieb, zumindest, wenn sich das Fahrpedal in Leerlaufstellung befindet, auf stöchiometrischen Betrieb umgeschaltet (λ = 1) . In diesem Betriebszustand wird dann der aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannte Momentenvergleich durchgeführt. Die Kraftstoffmasse muß nicht be- rücksichtigt werden, so daß mögliche Fehlerzustände erkannt und ungewollte Betriebssituationen in diesem Betriebszustand wirksam vermieden werden. Anstelle einer Momentenüberwachung wird eine entsprechende Überwachung der Leistung der Brennkraftmaschine durchgeführt .
Ferner können diese beiden Maßnahmen kombiniert werden. Dabei wird bei Schichtbetrieb zunächst der Maximaldrehzahlvergleich durchgeführt. In Betriebszuständen, in denen eine Kraftstoffabschaltung oberhalb der vorgegebenen Motordreh- zahl nicht durchgeführt wird, beispielsweise in Betriebszuständen, in denen die Motordrehzahl aufgrund eines heißen Katalysators überschritten werden muß oder aus Komfortgründen, wie beispielsweise im ersten Gang, nicht durchgeführt wird, wird auf λ=l-Betrieb umgeschaltet. In diesen speziel- len Betriebssituationen wird dann der oben genannte Momenten- oder Leistungsvergleich zur Fehlerüberwachung eingesetzt .
Ergebnis ist somit eine zufriedenstellende Überwachung einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung, wobei im
Homogenbetrieb die aus dem Stand der Technik bekannte Momenten- bzw. Leistungsüberwachung durchgeführt wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Brennkraftma- schine mit Benzindirekteinspritzung ist anhand des Flußdia- gramms in Figur 2 ein Rechnerprogramm skizziert. Ein entsprechendes Programm ergibt sich bei der Anwendung der beschriebenen Lösung bei Saugrohreinspritzern.
Das Programm wird in vorgegebenen Zeitintervallen gestartet. Im ersten Schritt 100 werden die notwendigen Betriebsgrößen wie beispielsweise Betätigungsgrad ß, Motordrehzahl NMOT, Getriebeübersetzung IGES und ggf. Katalysatortemperatur TKAT eingelesen. Im darauffolgenden Schritt 102 wird durch Ver- gleich des Betätigungsgrades mit einem Grenzwert überprüft, ob sich das Fahrpedal in LeerlaufStellung (LL) befindet. Ist dies nicht der Fall, wird das Programm beendet und zum nächsten Zeitpunkt eingeleitet.
Ist dies der Fall, so wird gemäß Schritt 104 überprüft, ob eine Kraftstoffabschaltung oberhalb der bei LeerlaufStellung des Fahrpedals vorgegebenen Maximaldrehzahl nicht durchgeführt werden würde. Dies wird z.B. anhand der Getriebeübersetzung und/oder der Katalysatortemperatur ermittelt. Ist die Katalysatortemperatur hoch und/oder weist die Getriebeübersetzung auf einen eingelegten ersten Gang hin, wird die Abschaltung nicht durchgeführt. In diesem Fall wird gemäß Schritt 106 auf stöchiometrischen Betrieb (λ=l-Betrieb) umgeschaltet bzw. der bereits eingeleitete stöchiometrische Betrieb weitergeführt. Ferner wird zumindest für Motordrehzahl oberhalb des Leerlaufbereichs die Frischluftzufuhr begrenzt, inden die Drosselklappe entsprechend gesteuert wird. Dadurch wird eine Einstellung der Drosselklappe und damit der Frischluftzufuhr sichergestellt, die zu einem Leerlauf- moment führt. Kann dies in fehlerhafter Weise nicht erfolgen oder wurde der stöchiometrische Betrieb nicht oder nicht vollständig eingeleitet, wird ein wie nachfolgend beschrieben ein Fehler erkannt. Anstelle einer nahezu stöchiometrischen Einstellung kann auch eine fette Einstellung des Ge- mischs erfolgen. Daraufhin wird im Schritt 108 wie bekannt auf der Basis des Betätigungsgrades des Fahrpedals sowie ggf. weiterer Betriebsgrößen das zulässige Drehmoment MZUL sowie auf der Basis der Luftmasse und weiteren Betriebsgrößen das aktuelle Istmoment MIST bestimmt. Im nächsten Schritt 110 wird das Istmoment mit dem maximal zulässigen Moment verglichen. Überschreitet das Istmoment das maximal zulässige Moment, wird gemäß Schritt 112 eine Fehlerreaktion eingeleitet, beispielsweise die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet und/oder die elektrisch steuerbare Drosselklappe strom- los geschaltet. Diese wird dann durch eine Rückstelleinrichtung in ihre Ruheposition zurückgeführt. Überschreitet das Istmoment das maximal zulässige Moment nicht, wird das Programm wie nach Schritt 112 beendet und zum nächsten Zeitpunkt erneut durchgeführt .
Hat Schritt 104 ergeben, daß die Abschaltung der Kraftstoffzufuhr oberhalb der Grenzdrehzahl durchgeführt werden würde, so wird im Schritt 114 die aktuelle Motordrehzahl NMOT mit dem vorgegebenen Grenzwert NO verglichen. Überschreitet die Motordrehzahl diesen Grenzwert, wird gemäß Schritt 116 die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet. Ferner wird wie oben beschrieben die Frischluftzufuhr begrenzt. Danach das Programm wie im Falle einer Nein-Antwort im Schritt 104 beendet oder mit Schritt 110 fortgeführt.
In einem anderen Ausführungsbeispiel wird im Schritt 106 nicht λ=l-Betrieb, sondern ein Betrieb mit einem anderen vorgegebenen λ-Wert durchgeführt, wobei bei der Istmomenten- berechnung die Abweichung des λ-Werts von 1 berücksichtigt wird.
Im Homogenbetrieb, in dem die Kraftstoffmasse während der Ansaugphase eingespritzt wird, wird die Funktionsweise wie bekannt im Rahmen des Momenten- oder Leistungsvergleichs überprüft, so daß das in Figur 2 dargestellte Programm nur bei Betrieb im Schichtbetrieb, d.h. bei Einspritzung in die Verdichtungsphase durchlaufen wird.
Das in Figur 2 beschriebene Ausführungsbeispiel ist in Figur 3 anhand einer beispielhaften Betriebssituation mit Hilfe von Zeitdiagrammen verdeutlicht. Figur 3a zeigt dabei den Verlauf des Betätigungsgrades ß über der Zeit, Figur 3b den der Motordrehzahl NMOT bzw. des Grenzwertes NO der Motordrehzahl, Figur 3c den Verlauf des maximal zulässigen Mo- ments MZUL sowie des Istmoments MIST. In Figur 3d ist der
Betriebszustand Abschalten der Kraftstoffzufuhr anhand eines zweiwertigen Signals über der Zeit dargestellt.
Zunächst sei das Fahrpedal betätigt. Bis zum Zeitpunkt T0 (vgl. Figur 3a) läßt der Fahrer das Pedal los, so daß ab dem Zeitpunkt T0 für die restliche Zeit des dargestellten Betriebszustandes das Fahrpedal sich in LeerlaufStellung befindet. Die Brennkraftmaschine wird im Schichtbetrieb betrieben. In Figur 3b ist dargestellt, wie sich die Mo- tordrehzahl NMOT (durchgezogene Linie) entsprechend der Fahrervorgabe (vgl. Figur 3a) verändert. Zum Zeitpunkt T0 ist die Leerlaufdrehzahl erreicht . Es wird die Grenzdrehzahl NO (gestrichelte Linie) vorgegeben. Zum Zeitpunkt Tl überschreitet die Motordrehzahl den Grenzwert (vgl. Figur 3b), zum Zeitpunkt T2 wird der Grenzwert wieder unterschritten.
Daher wird zwischen den Zeitpunkten Tl und T2 gemäß Figur 3d die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet. In Figur 3c ist der Verlauf des maximal zulässigen Moments (gestrichelte Linie) und des aktuellen Istmoments (durchgezogene Linie) dargestellt. Vor dem Zeitpunkt T0 verläuft das Istmoment und das maximal zulässige Moment im wesentlichen entsprechend der Fahrervorgabe ß. Ab dem Zeitpunkt T0 wird das für den Leerlaufzustand ein maximal zulässiges Moment vorgegeben. Zu den Zeitpunkten Tl und T2 wird die Überprüfung anhand des Motordrehzahlver- laufes durchgeführt. Nach dem Zeitpunkt T2 wird auf stöchio- metrischen Betrieb umgeschaltet. Dies bedeutet, daß in diesem Fall die Überwachung auf der Basis der Momentensignale stattfindet. Überschreitet das Istmoment also zum Zeitpunkt T3 das maximal zulässige Moment und unterschreitet es dieses Moment zum Zeitpunkt T4 , so wird zwischen den Zeitpunkten T3 und T4 die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet (vgl. Figur 3d) . Zur Verdeutlichung ist der Motordrehzahlverlauf und der Ist- momentenverlauf deutlich voneinander getrennt aufgezeichnet. In der zweiten Betriebsphase führt daher ein Überschreiten der Grenzdrehzahl durch die Motordrehzahl nicht zu einer
Kraftstoffabschaltung, sondern lediglich die Überschreitung des maximal zulässigen Moments durch das Istmoment zum Zeitpunkt T3.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben und zur Überwachung einer Brennkraftmaschine, die in wenigstens einem Betriebszustand mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis betrieben wird, wo- bei wenigstens eine den Fahrpedalbetätigungsgrad repräsentierende Größe und eine die Motordrehzahl repräsentierende Größe erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem Betriebszustand nur ein Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem näherungsweisen stöchiometrischen oder fetten Luf -/KraftstoffVerhältnis und/oder nur ein Betrieb mit begrenzter Luftzufuhr zulässig ist und der Betrieb dann auf Basis wenigstens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine überwacht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Betrieb mit einem näherungsweisen stöchiometrischen oder fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis die Luftzufuhr so eingestellt wird, daß sich ein Drehmoment oder eine Leistung im Bereich des Leerlaufwerts sich ergibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Betrieb mit begrenzter Luftzufuhr und abgeschalteter Kraftstoffzufuhr die Luftzufuhr derart eingestellt wird, daß sich ein Motormoment bzw. eine Motorleistung im Bereich des Leer- laufwerts ergeben würde, wenn eine zur Luftzufuhr in etwa stöchiometrische Kraftstoffmenge eingespritzt würde.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Betriebszustand abhängig von Fahrpedalbetätigungsgrad und Motordrehzahl bestimmt wird, insbesondere dann vorliegt, wenn bei einem Fahrpedalbetätigungsgrad unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts, vorzugsweise nahe der LeerlaufStellung, eine Motordrehzahl oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts vorliegt .
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem wenigstens einen Betriebszustand ein maximal zulässiges Drehmoment oder eine maximal zulässige Leistung berechnet wird, dieser Wert mit einem Vergleichswert verglichen wird und ein Fehler erkannt wird, wenn der Vergleichswert den zulässigen Wert überschreitet .
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichswert aus wenigstens einem die aktuelle Luftzufuhr repräsentierenden Signal berechnet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei erkanntem Fehler die Stromzufuhr zu einer elektrisch betätigten Drosselklappe unterbrochen wird und/oder die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird.
8. Vorrichtung zum Betreiben und zur Überwachung einer Brenn- kraftmaschine, die in wenigstens einem Betriebszustand mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis betrieben wird, mit einer Steuereinheit, die wenigstens eine den Fahrpedalbetätigungsgrad repräsentierende Größe und eine die Motordrehzahl repräsentierende Größe erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem Betriebszustand nur ein Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem näherungsweisen stöchiometrischen oder fetten Gemisch und/oder nur ein Betrieb mit begrenzter Luftzufuhr zulässig ist und die Steuereinheit Mittel aufweist, die den Betrieb dann auf Basis wenigstens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine überwachen.
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