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WO2001002711A1 - Verfahren zum überwachen einer mit luftüberschuss betreibbaren brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum überwachen einer mit luftüberschuss betreibbaren brennkraftmaschine Download PDF

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Publication number
WO2001002711A1
WO2001002711A1 PCT/DE2000/002159 DE0002159W WO0102711A1 WO 2001002711 A1 WO2001002711 A1 WO 2001002711A1 DE 0002159 W DE0002159 W DE 0002159W WO 0102711 A1 WO0102711 A1 WO 0102711A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tqi
internal combustion
combustion engine
torque
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2000/002159
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Debusmann
Thomas Pfeufer
Lothar Rehm
Tobias Roulet
Stefan Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Mercedes Benz Group AG
Siemens Corp
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG, Siemens AG, Siemens Corp filed Critical DaimlerChrysler AG
Priority to EP00952891A priority Critical patent/EP1192346B1/de
Priority to DE50006419T priority patent/DE50006419D1/de
Publication of WO2001002711A1 publication Critical patent/WO2001002711A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3076—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion with special conditions for selecting a mode of combustion, e.g. for starting, for diagnosing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1497—With detection of the mechanical response of the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/18—Control of the engine output torque
    • F02D2250/26—Control of the engine output torque by applying a torque limit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3017—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
    • F02D41/3023—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the stratified charge spark-ignited mode
    • F02D41/3029—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the stratified charge spark-ignited mode further comprising a homogeneous charge spark-ignited mode

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring an internal combustion engine that can be operated both with a homogeneous air-fuel mixture and with a high excess of air to form a stratified air-fuel mixture, in particular an internal combustion engine with direct injection.
  • the internal combustion engine In the lower load range, the internal combustion engine is operated with a strongly stratified cylinder charge and a large excess of air (stratified charge mode). This is achieved by late injection into the compression stroke just before the ignition point. The internal combustion engine is operated largely unthrottled while avoiding throttle losses. A high exhaust gas recirculation rate is aimed at in order to reduce the raw NOx emission.
  • the internal combustion engine In the upper load range, the internal combustion engine is operated with a homogeneous cylinder charge. The injection takes place during the intake stroke in order to obtain a good mixture of fuel and air.
  • the intake air mass is adjusted according to the driver's torque request via a throttle valve.
  • the required injection quantity is calculated from the air mass and the speed and corrected using the lambda control, among other things.
  • the fuel is injected either in a conventional manner into the intake manifold or directly into the cylinder or cylinders of the internal combustion engine (direct injection).
  • WO 99/18343 discloses a method and a device for monitoring an internal combustion engine with direct fuel injection and / or largely throttle-free load control.
  • a treasure value of the fuel mass is calculated, which is metered into one cylinder per work cycle, since the actual fuel mass is the decisive influencing variable for the value of the actual indicated torque.
  • the treasure value for the fuel mass is calculated as a function of an air ratio, which is determined by an oxygen sensor arranged in the exhaust tract of the internal combustion engine.
  • a treasure value for the indicated torque of the internal combustion engine is calculated.
  • Emergency running of the internal combustion engine is controlled when the treasure value and a target value of the indicated torque meet a predetermined condition.
  • a setpoint value of a torque to be set via the air mass flow is determined using a device for specifying the torque.
  • a treasure value of an ignition-normalized actual torque is either derived from the measurement signal of a torque sensor or from the air mass flow sucked into the combustion chambers.
  • An ignition angle is adjusted as a function of the deviation of the target value from the normalized treasure value of the torque.
  • the object of the invention is to specify a method for controlling an internal combustion engine of the type mentioned at the outset, which makes it possible to control the internal combustion engine into a safe operating state even in the event of an excessive torque failure.
  • This object is achieved by the features of patent claim 1.
  • Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
  • TQI excessive torque
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an internal combustion engine with direct injection, in which the method according to the invention is used and
  • Figure 2 is a flowchart for monitoring and controlling the internal combustion engine
  • Reference number 10 denotes a piston which delimits a combustion chamber 12 in a cylinder 11.
  • An intake duct 13 opens into the combustion chamber 12, through which the combustion air flows into the combustion chamber 12, controlled by an inlet valve 14.
  • an exhaust duct 16 branches off from the combustion chamber 12, in the further course of which an oxygen sensor in the form of a broadband (linear) lambda probe 17 and a NOx storage catalytic converter 18 are arranged.
  • the air ratio is regulated in accordance with the setpoint values in the various operating ranges of the internal combustion engine.
  • This function is performed by a lambda control device known per se, which is preferably integrated in a control device 21 of the internal combustion engine.
  • the signal from an oxygen sensor 32 arranged after the NOx storage catalytic converter 18 is required as a guide probe.
  • This probe signal of the lambda probe 32 arranged after the NOx storage catalytic converter 18 is also used to control the storage regeneration and to adapt model variables such as the oxygen or NOx Storage capacity used.
  • a NOx sensor can also be used.
  • the temperature of the NOx storage catalytic converter 18, which is required for the consumption and emission-optimal control of the exhaust gas aftertreatment system, is calculated using a temperature model from the sensor signal of a temperature sensor 33. Based on this measurement signal, catalyst heating and catalyst protection measures are also initiated. As an alternative to this, the temperature of the NOx storage catalytic converter 18 can also be measured directly by arranging a temperature sensor directly in the housing thereof.
  • the NOx storage catalytic converter is used to comply with the required exhaust gas limit values in operating areas with lean combustion. Due to its coating, it adsorbs the NOx compounds generated in the exhaust gas during lean combustion.
  • An exhaust gas recirculation device is provided in order to reduce the NOx emissions of the internal combustion engine that occur especially in internal combustion engines with direct injection and stratified charge operation. By adding exhaust gas to the fresh air drawn in, the peak combustion temperature is reduced, which reduces the temperature-dependent nitrogen oxide emission.
  • an exhaust gas recirculation line 19 branches off from the exhaust gas duct 16 in the flow direction of the exhaust gas, in front of the NOx storage catalytic converter 18
  • Throttle valve 20 mouths in the intake duct 13.
  • the amount of the recirculated exhaust gas is adjusted by changing the duty cycle of a signal output by the control device 21 for a controllable valve 22, generally referred to as an exhaust gas recirculation valve.
  • the fresh air necessary for combustion in the cylinder 11 flows through an air filter (not shown) and an air mass meter 23 into the intake tract 13 to the throttle valve 20.
  • This throttle valve 20 is an electric motor-controlled throttle element (E-gas system), the opening cross section of which in addition to actuation by the driver (driver's request), it can also be set independently of this via signals from control device 21.
  • E-gas system electric motor-controlled throttle element
  • this can reduce disturbing load change reactions of the vehicle when accelerating and decelerating, as well as torque jumps during the transition from operation with a homogeneous mixture to operation with stratified charge and unrestricted air flow.
  • a signal for the position of the throttle valve 20 is output to the control device 21 for monitoring.
  • a temperature sensor 24 detects the temperature of the intake air in the intake duct 13 of the internal combustion engine and emits a corresponding signal to the control device 21.
  • the temperature sensor 24 can be integrated in the air mass meter 23.
  • a spark plug 25 and an injection valve 26 protrude into the combustion chamber 12, through which the fuel is injected against the compression pressure in the combustion chamber 12.
  • the demand and provision of the fuel for this injection valve 26 is carried out by a known fuel supply system for gasoline direct injection, of which only a high-pressure accumulator 27 is shown from the associated fuel circuit, to which the individual injection valves are connected.
  • a temperature sensor 28 detects a signal corresponding to the temperature of the internal combustion engine, for example by measuring the coolant temperature.
  • the speed N of the internal combustion engine is detected with the aid of a markings on the crankshaft or a sensor 29 which scans the sensor wheel connected to it. Both signals are used by the control direction 21 for further processing, inter alia for controlling the internal combustion engine with respect to the control strategy to be chosen — homogeneous mixture or stratified mixture.
  • control parameters that are required for operating the internal combustion engine such as, for example, accelerator pedal position, signals from knock sensors, battery voltage, driving dynamics requirements, etc., are also supplied to the control device 21 and are generally identified in the figure by the reference symbol 30.
  • the above-mentioned parameters are used in the control device 21 by processing stored control routines, among other things.
  • the load state of the internal combustion engine is recognized, the raw NOx emission of the internal combustion engine and the degree of loading of the NOx storage catalytic converter are determined.
  • the parameters are also processed and processed in such a way that, in certain operating states of the internal combustion engine, i.a. a switchover from operation with a homogeneous mixture to operation with stratified charging and vice versa can be carried out and / or a recirculation of exhaust gas can be initiated.
  • a block 31 for torque determination and torque monitoring is provided in the control device 21, the function of which will be explained in more detail.
  • control device 21 is connected to a storage device 34 in which, among other things, Various threshold values TQI_SW1, TQI_SW2, and at least one map KF1 are stored, the respective meaning of which is explained in more detail with reference to the description of the following figure.
  • FIG. 2 shows the process for monitoring and controlling the internal combustion engine when an impermissibly high torque occurs in the form of a flowchart which is only shown schematically.
  • the internal combustion engine is operated with a stratified air-fuel mixture (air ratio ⁇ »l, left branch in FIG. 2) or with a homogeneous air-fuel mixture (air ratio ⁇ > l, right branch in FIG. 2) different monitoring mechanisms for the torque of the internal combustion engine are activated.
  • the torque delivered by the internal combustion engine is almost exclusively dependent on its speed and the fuel mass. For this reason, the torque can be determined in this operating mode via a map KF1, which is spanned over the speed and the fuel mass.
  • the fuel mass supplied to the cylinders of the internal combustion engine can be estimated as a function of the signal from the lambda probe 17, as specified, for example, in W099 / 18343.
  • the current torque TQI determined according to the specified method is compared with a predetermined value for a maximum permissible torque, namely a first threshold value TQI_SW1.
  • the first threshold value TQI_SW1 is determined by tests on a test bench, by driving tests or by simulation and is stored in the memory 34. If the current torque TQI is less than the first threshold value TQI_SW1, the process jumps back either to method step S1 when the internal combustion engine is operating with a stratified air-fuel mixture ( ⁇ »l) (dashed line), or to the method step S3, when the internal combustion engine is in operation with a homogeneous air-fuel mixture ( ⁇ > l).
  • the threshold value SW1 applies to the current torque TQI of the internal combustion engine, regardless of whether the operation with a stratified air-fuel mixture ( ⁇ »l) or the operation with a homogeneous air-fuel mixture ( ⁇ > l) is activated.
  • the determination of the current torque and the monitoring, i.e. the comparison with the threshold values takes place in block 31 of control device 21.
  • the current torque TQI determined in a known manner is then compared in a method step S5 with a maximum torque (second threshold value SW2) desired by the driver of the vehicle driven by the internal combustion engine.
  • the second threshold is also TQI SW2 determined by tests on a test stand, by driving tests or by simulation and is stored in the memory 34.
  • the query in method step S5 delivers a positive result, ie if the torque TQI exceeds the second threshold value TQI_SW2, it is ensured by initiating emergency running reactions that the internal combustion engine is brought into a safe state (method step S6).
  • the torque of the internal combustion engine can be limited, for example, by switching off the electric gas throttle valve, or the speed is limited by suppressing the injection for a specific number of cylinders.
  • interventions in the ignition can also take place, which on the one hand limit the torque or the acceleration, but on the other hand allow the vehicle to continue to the next workshop.
  • the predetermined condition for an emergency operation can also be designed such that the difference between the current torque and the permissible maximum value is integrated for a predetermined period of time, starting at a point in time at which the current value becomes greater than the maximum value of the torque.
  • the condition is met if the integral is larger than another threshold value.
  • the condition can also be designed in any other way.
  • the method erfindungssgemä- SSE the example of the torque control has been explained, but Moreover, it is also possible not the torque itself, but to attract a proportional torque magnitude manufacturing •. For example, in the case of operation the
  • the fuel mass flow supplied to the internal combustion engine can be used in an advantageous manner.

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  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

Wird während des Betriebes der Brennkraftmaschine mit Schichtladung lambda >> oder mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch lambda >1 ein zu hohes Drehmoment (TQI) erkannt, wird unmittelbar in den Betriebszustand Homogenbetrieb lambda =1 umgeschaltet. Wird auch in diesem Betriebszustand ein zu hohes Drehmoment (TQI) erkannt, werden Notlaufreaktionen aktiviert.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Überwachen einer mit Luftüberschuß betreibbaren Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer sowohl mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch als auch mit einem hohen Luftüberschuß unter Bildung eines geschichteten Luft- Kraftstoff-Gemisches betreibbaren Brennkraftmaschine, insbe- sondere einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung.
Um den Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen mit ottomotorischem Antrieb weiter zu reduzieren, kommen immer häufiger Brennkraftmaschinen zum Einsatz, die mit magerem Gemisch be- trieben werden. Dabei wird zwischen zwei grundlegenden Betriebsarten unterschieden.
Im unteren Lastbereich wird die Brennkraftmaschine mit einer stark geschichteten Zylinderladung und hohem Luftüberschuß betrieben (Schichtladebetrieb) . Dies wird durch eine späte Einspritzung in den Verdichtungshub, kurz vor dem Zündzeitpunkt erreicht. Die Brennkraftmaschine wird dabei unter Vermeidung von Drosselverlusten weitgehend ungedrosselt betrieben. Zur Absenkung der NOx-Rohemission wird eine hohe Abgas- rückführrate angestrebt.
Im oberen Lastbereich wird die Brennkraftmaschine mit homogener Zylinderladung betrieben. Die Einspritzung erfolgt bereits während des Ansaugtaktes, um eine gute Durchmischung von Kraftstoff und Luft zu erhalten. Die angesaugte Luftmasse wird entsprechend dem Drehmomentwunsch des Fahrers über eine Drosselklappe eingestellt. Die benötigte Einspritzmenge wird aus der Luftmasse und der Drehzahl berechnet und u.a. über die Lambdaregelung korrigiert. Die Einspritzung des Kraftstoffes erfolgt dabei entweder in herkömmlicher Weise in das Saugrohr oder direkt in den oder die Zylinder der Brennkraftmaschine (Direkteinspritzung) .
Aus der WO 99/18343 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum überwachen einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung des Kraftstoffes und/oder weitgehender drosselfreier Laststeuerung bekannt. Dabei wird ein Schatzwert der Kraftstoffmasse berechnet, die pro Arbeitsspiel in einen Zylinder zugemessen wird, da die tatsachliche Kraftstoffmasse die entscheidende Einflußgröße für den Wert des tatsachlichen indizierten Drehmomentes ist. Der Schatzwert für die Kraftstoffmasse wird abhangig von einer Luftzahl berechnet, die von einem in dem Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoffsensor ermittelt wird. Abhangig von diesem Schatzwert für die Kraftstoffmasse wird ein Schatzwert für das indizierte Drehmoment der Brennkraftmaschine berechnet. Ein Notlauf der Brennkraftmaschine wird gesteuert, wenn der Schatzwert und ein Sollwert des indizierten Drehmomentes eine vorgegebene Bedingung erfüllen.
Bei einem bekannten Verfahren (DE 42 32 974 AI) zum Steuern einer Brennkraftmaschine wird ein Sollwert eines über den Luftmassenstrom einzustellenden Drehmoments m einer Einπch- tung zur Drehmomentvorgabe ermittelt. Ein Schatzwert eines zundwmkelnormierten tatsachlichen Drehmoments wird entweder aus dem Meßsignal eines Drehmomentsensors abgeleitet oder aus dem m die Verbrennungskammern gesaugten Luftmassenfluß. Ein Verstellen eines Zundwinkels erfolgt abhangig von der Abwei- chung des Sollwertes von dem normierten Schatzwerts des Drehmoments .
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art anzuge- ben, das es ermöglicht, auch im Fehlerfall eines zu hohen Drehmomentes die Brennkraftmaschine in einen sicheren Betriebszustand zu steuern. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelost. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen angegeben.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß wahrend des Betriebes der Brennkraftmaschine mit Schichtladung λ>>l oder mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch λ>l das von der Brennkraftmaschine indizierte Drehmoment oder eine zu diesem Drehmoment proportionale Große standig ermittelt wird und die so erhaltenen Werte mit einem maximal zulassigen Wert verglichen werden. Wird ein zu hohes Drehmoment erkannt, wird unmittelbar in den Betriebszustand Homogenbetrieb λ=l umgeschaltet. In diesem Betriebsbereich können dann bekannte und bewahrte Drehmomentuberwachungsmaßnahmen aktiviert werden.
Dadurch ergibt sich eine einfache Realisierung m bestehende Uberwachungssysteme .
Wird auch m diesem Betriebszustand ein zu hohes Drehmoment (TQI) erkannt, werden Notlaufreaktionen aktiviert, die mit eingeschränkter Funktionalitat eine Weiterfahrt des Fahrzeuges zur Fehlerbeseitigung in die Werkstatt erlauben. Somit ist eine hohe Verfügbarkeit des Fahrzeuges auch im Fehlerfall eines zu hohen Drehmomentes gegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung naher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschi- ne mit Direkteinspritzung, bei der das erfmdungsge- maße Verfahren angewandt wird und
Figur 2 ein Ablaufdiagramm zum Überwachen und Steuern der Brennkraftmaschine
Die Figur 1 zeigt in grob schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine mit Benzm-Direktemspritzung, die abhan- gig von Betriebsparametern sowohl mit homogenem Gemisch (homogen mit einer Luftzahl λ=l oder homogen λ>l) , als auch mit geschichteter Ladung λ»l betreibbar ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind dabei nur diejenigen Teile gezeich- net, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Insbesondere ist nur ein Zylinder einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung dargestellt.
Mit dem Bezugszeichen 10 ist ein Kolben bezeichnet, der in einem Zylinder 11 einen Verbrennungsraum 12 begrenzt. In den Verbrennungsraum 12 mündet ein Ansaugkanal 13, durch den gesteuert durch ein Einlaßventil 14 die Verbrennungsluft in den Verbrennungsraum 12 strömt. Gesteuert durch ein Auslaßventil 15 zweigt vom Verbrennungsraum 12 ein Abgaskanal 16 ab, in dessen weiterer Verlauf ein Sauerstoffsensor in Form einer breitbandigen (linearen) Lambdasonde 17 und ein NOx- Speicherkatalysator 18 angeordnet ist.
Mit dem Signal der Lambdasonde 17 wird die Luftzahl entspre- chend den Sollwertvorgaben in den verschiedenen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine geregelt. Diese Funktion übernimmt eine an sich bekannte Lambdaregelungseinrichtung, die vorzugsweise in eine Steuerungseinrichtung 21 der Brennkraftmaschine integriert ist.
Zur Regelung des Kraftstoff-/Luftgemisches der Brennkraftmaschine im optimalen Lambda-Fenster während des stöchiometri- schen Betriebs ist das Signal eines nach dem NOx- Speicherkatalysator 18 angeordneten Sauerstoffmeßaufnehmers 32 als Führungssonde erforderlich. Als Sauerstoffmeßaufnehmer 32 dient vorzugsweise eine binäre Lambdasonde (2-Punkt- Lambdasonde) auf der Basis von Zirkonoxid Zr02, die bei einem Lambdawert λ=l bezüglich ihres Ausgangssignales eine Sprungcharakteristik aufweist. Dieses Sondensignal der nach dem NOx-Speicherkatalysator 18 angeordneten Lambdasonde 32 wird auch zur Steuerung der Speicherregeneration und zur Adaption von Modellgrößen wie z.B. der Sauerstoff- bzw. NOx- Speicherkapazität eingesetzt. Alternativ zu dem als Fuhrungs- sonde dienenden Sauerstoffmeßaufnehmer 32 kann auch ein NOx- Sensor verwendet werden.
Die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators 18, die zur Verbrauchs- und emissionsoptimalen Steuerung des Abgasnachbehandlungssystems erforderlich ist, wird mittels eines Temperaturmodells aus dem Sensorsignal eines Temperatursensors 33 errechnet. Basierend auf diesem Meßsignal werden auch Kataly- satorheiz- bzw. Katalysatorschutzmaßnahmen eingeleitet. Alternativ hierzu kann die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators 18 auch direkt gemessen werden, indem ein Temperatursensor unmittelbar im Gehäuse desselben angeordnet wird.
Der NOx-Speicherkatalysator dient dazu, um in Betriebsbereichen mit magerer Verbrennung die geforderten Abgasgrenzwerte einhalten zu können. Er adsorbiert aufgrund seiner Beschichtung die bei magerer Verbrennung erzeugten NOx-Verbindungen im Abgas.
Um die speziell bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung und Schichtladebetrieb auftretenden NOx-Emissionen der Brennkraftmaschine zu verringern, ist eine Abgasruckfuhrvor- richtung vorgesehen. Durch Zumischen von Abgas zur angesaug- ten Frischluft wird die Verbrennungs-Spitzentemperatur gesenkt, wodurch die temperaturabhangige Stickoxidemission reduziert wird. Zum Rückführen eines definierten Teilstromes des Abgases zweigt deshalb vom Abgaskanal 16 in Stromungsrichtung des Abgases gesehen vor dem NOx-Speicherkatalysator 18 eine Abgasruckfuhrleitung 19 ab, die stromabwärts einer
Drosselklappe 20 in den Ansaugkanal 13 mundet. Die Menge des ruckgefuhrten Abgases wird durch das Verandern des Tastver- haltnisses eines von der Steuerungseinrichtung 21 ausgegebenen Signales für ein ansteuerbares Ventil 22, in der Regel als Abgasrückfuhrventil bezeichnet, eingestellt. Die zur Verbrennung im Zylinder 11 notwendige Frischluft strömt über ein nichtdargestelltes Luftfilter und einen Luftmassenmesser 23 in den Ansaugtrakt 13 zu der Drosselklappe 20. Bei dieser Drosselklappe 20 handelt es sich um ein elek- tromotorisch angesteuertes Drosselorgan (E-Gas-System) , dessen Offnungsquerschnitt neben der Betätigung durch den Fahrer (Fahrerwunsch) auch unabhängig davon über Signale der Steuerungseinrichtung 21 einstellbar ist. Damit lassen sich beispielsweise störende Lastwechselreaktionen des Fahrzeugs beim Gasgeben und -wegnehmen genauso reduzieren wie Drehmomentsprunge beim Übergang vom Betrieb mit homogenem Gemisch zum Betrieb mit geschichteter Ladung und ungedrosseltem Luftweg. Zugleich wird zur Überwachung ein Signal für die Stellung der Drosselklappe 20 an die Steuerungseinrichtung 21 abgegeben.
Ein Temperatursensor 24 erfaßt die Temperatur der Ansaugluft im Ansaugkanal 13 der Brennkraftmaschine und gibt ein entsprechendes Signal an die Steuerungseinrichtung 21 ab. Der Temperatursensor 24 kann in einer bevorzugten Ausfuhrungsform in den Luftmassenmesser 23 integriert sein.
In den Verbrennungsraum 12 ragt eine Zündkerze 25 und e n Einspritzventil 26, durch das entgegen den Kompressionsdruck im Verbrennungsraum 12 der Kraftstoff eingespritzt wird. Die Forderung und Bereitstellung des Kraftstoffes für dieses Em- spritzventil 26 erfolgt durch ein bekanntes Kraftstoffversorgungssystem für Benzin-Direkteinspritzung, wobei von dem zugehörigen Kraftstoff reislauf lediglich ein Hochdruckspeicher 27 dargestellt ist, an den die einzelnen Emspπtzventile an- geschlossen sind.
Ein Temperatursensor 28 erfaßt ein der Temperatur der Brennkraftmaschine entsprechendes Signal, beispielsweise über eine Messung der Kuhlmitteltemperatur. Die Drehzahl N der Brenn- kraftmaschine wird mit Hilfe eines Markierungen der Kurbelwelle oder eines mit ihr verbundenen Geberrades abtastenden Sensors 29 erfaßt. Beide Signale werden der Steuerungsein- richtung 21 zur weiteren Verarbeitung, u.a. zur Steuerung der Brennkraftmaschine hinsichtlich der zu wahlenden Steuerstrategie -homogenes Gemisch oder geschichtetes Gemisch- zugeführt .
Weitere Steuerparameter, die zum Betrieb der Brennkraftmaschine benotigt werden, wie beispielsweise Gaspedalstellung, Signale von Klopfsensoren, Batteriespannung, Fahrdynamik- Anforderungen usw. sind ebenfalls der Steuerungseinrichtung 21 zugeführt und sind allgemein in der Figur mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet. Über die bereits erwähnten Parameter wird in der Steuerungseinrichtung 21 durch Abarbeiten abgelegter Steuerungsroutinen u.a. der Lastzustand der Brennkraftmaschine erkannt, die NOx-Rohemission der Brennkraftma- schme und der Beladungsgrad des NOx-Speicherkatalysators bestimmt. Auch werden die Parameter derart aufbereitet und weiterverarbeitet, daß bei bestimmten Betriebszustanden der Brennkraftmaschine u.a. eine Umschaltung vom Betrieb mit homogenem Gemisch auf Betrieb mit Schichtladung und umgekehrt durchgeführt und/oder eine Rückführung von Abgas eingeleitet werden kann.
Außerdem ist m der Steuerungseinrichtung 21 e n Block 31 zur Drehmomentermittlung und Drehmomentuberwachung vorgesehen, dessen Funktion noch eingehender erklart w rd.
Ferner ist die Steuerungseinrichtung 21 mit einer Spei- chereinπchtung 34 verbunden, in dem u.a. verschiedene Schwellenwerte TQI_SW1, TQI_SW2, sowie mindestens ein Kenn- feld KF1 gespeichert sind, deren jeweilige Bedeutung anhand der Beschreibung der nachfolgenden Figur noch naher erläutert wird.
In der Figur 2 ist in Form eines nur schematisch wiedergege- benen Ablaufplanes das Verfahren zum Überwachen und Steuern der Brennkraftmaschine be Auftreten eines unzulässig hohen Drehmomentes wiedergegeben. Abhängig davon, ob die Brennkraftmaschine mit einem geschichteten Luft-Kraftstoff-Gemisch (Luftverhältnis λ»l, linker Zweig in Figur 2) oder mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch (Luftverhältnis λ>l, rechter Zweig in Figur 2) betrieben wird, sind unterschiedliche Überwachungsmechanismen für das Drehmoment der Brennkraftmaschine aktiviert.
Bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit homogen magerem Luft- Kraftstoff-Gemisch wird das bei Lambda λ=l Betrieb ermittelte Drehmoment der Brennkraftmaschine mit einem von Lambda abhängigen Wirkungsgrad korrigiert. Da der optimale Zündwinkel bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem Luftverhältnis λ>l, z.B. λ=l...l,4 von demjenigen bei λ=l Betrieb abweicht, wird eine zusätzliche Korrektur durchgeführt. Hierzu wird der von der Lambdasonde 17 (Fig. 1) ermittelte Lambda-Istwert verwendet.
Im Betrieb mit geschichtetem Luft-Kraftstoff-Gemisch (λ»l) ist das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment fast ausschließlich von deren Drehzahl und der Kraftstoffmasse abhängig. Aus diesem Grunde kann in dieser Betriebsweise das Drehmoment über ein Kennfeld KF1 ermittelt werden, das über der Drehzahl und der Kraftstoffmasse aufgespannt ist. Die den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmasse kann dabei in Abhängigkeit des Signales der Lambdasonde 17 abgeschätzt werden, wie es beispielsweise in der W099/18343 angegeben ist.
Im Verfahrensschritt S2 wird das nach den angegebenen Verfah- ren ermittelte, aktuelle Drehmoment TQI mit einem vorgegebenen Wert für ein maximal zulässiges Drehmoment, nämlich einem ersten Schwellenwert TQI_SW1 verglichen.
Der erste Schwellenwert TQI_SW1 ist durch Versuche an einem Prüfstand, durch Fahrversuche oder durch Simulation ermittelt und ist in dem Speicher 34 abgelegt. Ist das aktuelle Drehmoment TQI kleiner als der erste Schwellenwert TQI_SW1, so wird entweder zum Verfahrensschritt Sl zurückgesprungen, wenn sich die Brennkraftmaschine m dem Betrieb mit geschichtetem Luft-Kraftstoff-Gemisch (λ»l) befin- det (gestrichelete Linie) , oder zum Verfahrensschritt S3, wenn sich die Brennkraftmaschine m dem Betrieb mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch (λ>l) befindet.
In dem m Figur 2 gezeigten Ablaufplan gilt der Schwellenwert SW1 für das aktuelle Drehmoment TQI der Brennkraftmaschine, unabbhangig davon, ob der Betrieb mit geschichtetem Luft- Kraftstoff-Gemisch (λ»l), oder der Betrieb mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch (λ>l) aktiviert ist. Es ist aber auch möglich, entsprechend der beiden Betriebsarten der Brennkraftmaschine zwei m ihrer Hohe unterschiedliche Schwellen- werte vorzusehen.
Übersteigt das aktuelle Drehmoment TQI den ersten Schwellenwert TQI_SW1, so wird unmittelbar auf homogenen Betrieb mit einem Luftverhaltnis λ=l umgeschaltet und das Drehmomenten- uberwachungsverfahren für Homogenbetrieb λ=l aktiviert (Verfahrensschritt S4). Aus betriebsrelevanten Großen für den Homogenbetrieb bei λ=l, insbesondere aus dem vom Luftmassenmesser 23 (Fig.l) ermittelten Luftmassenstrom LMM, der Drehzahl N und des Zundwmkels wird das Drehmoment der Brennkraftma- schme m diesem Betriebsfall ermittelt, wie es in der bereits eingangs erwähnten internationalen Patentanmeldung W099/183443 angegeben ist. Die Ermittlung des aktuellen Drehmomentes und die Überwachung, d.h. der Vergleich mit den Schwellenwerten erfolgt m dem Block 31 der Steuerungsem- richtung 21.
Das m bekannter Weise ermittelte aktuelle Drehmoment TQI wird anschließend in einem Verfahrensschritt S5 mit einem vom Fahrer des mit der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeu- ges gewünschten maximalen Drehmoment (zweiter Schwellenwert SW2) verglichen. Auch der zweite Schwellenwert TQI SW2 ist durch Versuche an einem Prufstand, durch Fahrversuche oder durch Simulation ermittelt und ist m dem Speicher 34 abgelegt. Der quantitatsgeregelte Betrieb der Brennkraftmaschine (Homogen-betrieb λ=l) wird beibehalten, wenn das aktuelle Drehmoment TQI unterhalb des zweiten Schwellenwertes TQI_SW2 liegt. Diese Abfrage vollzieht sich in einer Warteschleife . Es erfolgt kein Umschalten in den Schichtladebetrieb λ>>l oder m den homogenen Betrieb λ>l, auch wenn im homogenen Betrieb λ=l kein Fehler auftritt, d.h. der zweite Schwellenwert TQI_SW2 nie erreicht wird. Der Umschalteprozeß ist somit irreversibel für den laufenden Fahrzyklus.
Liefert die Abfrage im Verfahrensschritt S5 ein positives Ergebnis, überschreitet das Drehmoment TQI also den zweiten Schwellenwert TQI_SW2, so wird durch Einleiten von Notlaufre- aktionen sichergestellt, daß die Brennkraftmaschine in einen sicheren Zustand übergeführt wird (Verfahrensschritt S6) . Das Drehmoment der Brennkraftmaschine kann beispielsweise begrenzt werden, in dem die E-Gas-Drosselklappe stromlos ge- schaltet wird oder es erfolgt eine Begrenzung der Drehzahl durch Ausblendung der Einspritzung für eine bestimmte Anzahl der Zylinder. Als Notlauffunktion können neben Eingriffen n die Füllung oder in die Kraftstoffversorgung auch Eingriffe m die Zündung erfolgen, welche einerseits eine Begrenzung des Drehmomentes oder der Beschleunigung bewirken, aber anderseits noch eine Weiterfahrt des Fahrzeuges bis zur nächsten Werkstatt erlauben.
Alternativ kann die vorgegebene Bedingung für einen Notlauf (Abfrage in Verfahrensschritt S 5) auch derart ausgestaltet sein, daß die Differenz des aktuellen Drehmomentes und des zulassigen maximalen Wertes für eine vorgegebene Zeitdauer integriert w rd und zwar beginnend bei einem Zeitpunkt, an dem der aktuelle Wert großer wird als der maximale Wert des Drehmoments. Die Bedingung ist dann erfüllt, wenn das Integral großer ist als ein weiterer Schwellenwert. Die Bedingung kann auch beliebig anders ausgebildet sein. In dem Ablaufdiagramm nach Figur 2 wurde das erfindungssgemä- ße Verfahren am Beispiel der Drehmomentüberwachung erläutert, Darüberhinaus ist es aber auch möglich, nicht das Drehmoment selbst, sondern eine dem Drehmoment proportionale Größe her- • anzuziehen. So kann z.B. in dem Falle des Betriebes der
Brennkraftmaschine mit geschichteter Ladung in vorteilhafter Weise der der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmassenstrom benutzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Überwachen einer Brennkraftmaschine, die abhangig von Betriebsparametern entweder mit homogenem Luft- Kraftstoff-Gemisch oder mit einem hohen Luftuberschuß unter Bildung eines geschichteten Luft-Kraftstoff-Gemisches betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß
-wahrend des Betriebes der Brennkraftmaschine mit geschichte- tem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhaltnis λ>>l bzw. wahrend des Betriebes mit homogenem Luft-Kraftstoff- Gemisch m t einem Luftverhaltnis λ>l standig jeweils der aktuelle Wert des von der Brennkraftmaschine indizierten Drehmomentes (TQI) oder eine zum Drehmoment (TQI) proportio- nale Große ermittelt wird,
-die aktuellen Werte des Drehmomentes (TQI) oder die zum Drehmoment (TQI) proportionale Große mit einem ersten Schwellenwert (TQI_SW1) verglichen werden und -bei Überschreiten des ersten Schwellenwertes (TQI_SW1) auf Betrieb der Brennkraftmaschine mit homogenem Luft-
Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhaltnis λ=l umgeschaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß -im Betrieb der Brennkraftmaschine mit homogenem Luft-
Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhaltnis λ=l standig die aktuellen Werte des Drehmomentes (TQI) oder der zum Drehmoment (TQI) proportionalen Große ermittelt werden,
-die aktuellen Werte des Drehmomentes (TQI) oder der zum Drehmoment (TQI) proportionalen Große mit einem zweiten Schwellenwert (TQI_SW2) verglichen werden und
-und bei Überschreiten des zweiten Schwellenwertes (TQI_SW2) Notlaufmaßnahmen für das mit der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges eingeleitet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Notlauf einzeln oder in Kombination folgende Maßnahmen durchgeführt werden:
-stromlosschalten einer E-Gas Drosselklappe (20)., -Ausblendung der Einspritzung für einzelne Zylinder der Brennkraftmaschine, -Zündungseingriff .
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenwerte (TQI_SW1, TQI_SW2) experimentell er- mittelt werden und in einem Speicher (31) einer die Brennkraftmaschine steuernden Steuerungseinrichtung (21) abgelegt sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 , dadurch gekennzeichnet, daß für die Schwellenwerte (TQI_SW1, TQI_SW2) gilt:
TQI_SW1 > TQI_SW2
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Betrieb der Brennkraftmaschine mit geschichtetem
Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ>>l als die zum Drehmoment proportionale Größe der der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmassenstrom (KST) herangezogen wird.
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