DE10320118B4

DE10320118B4 - Verfahren zur Regelung der Kraftstoffdampfspülung

Info

Publication number: DE10320118B4
Application number: DE10320118A
Authority: DE
Inventors: David Karl Livonia Bidner; Gopichandra West Bloomfield Surnilla
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2023-05-07
Also published as: US20030221681A1; US6715462B2; GB0312610D0; GB2390913B; GB2390913A; DE10320118A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Motors, der eine erste und zweite Zylindergruppe aufweist, umfassend:
den Betrieb in einer ersten Betriebsweise, wobei die erste Zylindergruppe mit Luft und im Wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff betrieben wird, und die zweite Zylindergruppe durch Verbrennen von Luft und eingespritztem Kraftstoff betrieben wird;
Anforderung nach einer Kraftstoffdampfspülung;
auf diese Anforderung hin, das Deaktivieren dieser ersten Betriebsweise und Betreiben des Motors in einer zweiten Betriebsweise, wobei die zweite Betriebsweise den Betrieb sowohl der ersten als auch der zweiten Zylindergruppe mit Verbrennen eines Luft-Kraftstoff-Gemisches umfaßt.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Das Gebiet der Erfindung betrifft allgemein Motorsteuerungen, die Kraftstoffdampfspülung verwenden.
2. Hintergrund der Erfindung
Motorsteuerungen verwenden Kraftstoffdampfspülung, um die Fahrzeugemissionen zu senken. In diesen Systemen werden Dämpfe in den Ansaugkrümmer des Motors und dann in die Motorzylinder geleitet, um verbrannt zu werden.

Die US 5,950,603 A beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Motors, der eine erste und eine zweite Zylindergruppe aufweist. Bei einer Anforderung nach einer Kraftstoffdampfspülung wechselt der Motor aus einer ersten Betriebsweise in eine zweite Betriebsweise, in der die erste Gruppe von Zylindern mit homogener Ladung und die zweite Gruppe von Zylindern mit Schichtladung betrieben wird.

Die Erfinder haben hierin eine Motorsteuermethodik entwickelt, die den effizienten Motorbetrieb erlaubt, wobei in einige der Zylinder Luft ohne eingespritzten Kraftstoff eingeleitet wird. Doch die Erfinder haben auch erkannt, dass, wenn Kraftstoffdämpfe in den Ansaugkrümmer des Motors geleitet werden, ein Teil des Kraftstoffdampfs in diese verbrennungslosen Zylinder eintritt und unverbrannt zum Auspuff strömt. Wenn die Abgasanlage eine hohe Temperatur aufweist, kann die Abgasanlage dadurch zu heiß werden. Doch wenn die Abgasanlage keine hohe Temperatur aufweist, können die Dämpfe den Auspuff unverbrannt durchlaufen, wodurch die Motoremissionen zunehmen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung der aufgezeigten Probleme. Die Aufgabe wird gelöst durch Verfahren nach Anspruch 1 oder 6. Weiterbildungen der Verfahren sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Verfahren beziehen sich auf einen Motor, der eine erste und zweite Gruppe von Zylindern umfasst, die in einer ersten Betriebsweise betrieben werden, wobei die erste Zylindergruppe mit Luft und im Wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff betrieben wird, und die zweite Zylindergruppe durch Verbrennung von Luft und eingespritztem Kraftstoff betrieben wird, eine Anforderung nach Kraftstoffdampfspülung vorgesehen wird, und, auf diese Anforderung hin, die erste Betriebsweise deaktiviert wird und der Motor in einer zweiten Betriebsweise betrieben wird. Durch Deaktivierung der ersten Betriebsweise ist es möglich, in eine andere Betriebsweise überzugehen, in der die eingeleiteten Kraftstoffdämpfe wirkungsvoller verbrannt werden können.

In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren Luft und eingespritzten Kraftstoff, die in der zweiten Gruppe beinahe stöchiometrisch verbrannt werden.

Indem die Kraftstoffdampfspülung in der ersten Betriebsweise zugelassen wird, wenn die Auslasstemperatur innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, ist es möglich, die Kraftstoffdämpfe über den Katalysator mit dem Sauerstoffüberschuss zur Reaktion zu bringen. Doch wenn die Temperatur dadurch den Bereich verlässt, kann der Übergang des Motors in eine zweite Betriebsweise erfolgen, die die Verbrennung der Kraftstoffdämpfe durch Erhöhung der Abgastemperatur erlaubt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B zeigen eine partielle Motoransicht;
2A-2D zeigen verschiedene schematische Konfigurationen gemäß der vorliegenden Erfindung;
2E-2H zeigen verschiedene Flussdiagramme in Bezug auf die Kraftstoffabgabe und adaptives Lernen;
3A zeigt ein codeunabhängiges Flussdiagramm zur Bestimmung der Betriebsweise und für den Übergang zwischen Betriebsweisen des Motors;
3B ist ein Graph, der verschiedene Betriebsweisen des Motors in verschiedenen Drehzahl/Drehmoment-Bereichen zeigt;
3C zeigt ein codeunabhängiges Flussdiagramm zur Programmierung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses;
3D(1)A-D veranschaulichen verschiedene Motorbetriebsparameter beim Übergang vom Achtzylinder- in den Vierzylinderbetrieb;
3D(2) zeigt ein codeunabhängiges Flussdiagramm zur Steuerung des Motors bei Zylinderübergängen;
3D(3)A-D veranschaulichen Motorbetriebsparameter beim Übergang von vier auf acht Zylinder;
3E zeigt ein codeunabhängiges Flussdiagramm zur Steuerung von Motorübergängen;
4A ist ein codeunabhängiges Flussdiagramm zur Drehzahlregelung abhängig von der Betriebsweise des Motors;
4B ist ein codeunabhängiges Flussdiagramm, das die Temporegelung des Fahrzeugs beschreibt;
4C ist ein codeunabhängiges Flussdiagramm, das die Drehmomentregelung des Motors zeigt;
4D ist ein codeunabhängiges Flussdiagramm, das die Schlupfregelung für die Fahrzeugräder zeigt;
5 ist ein codeunabhängiges Flussdiagramm zur Korrektur einer Ausgabe einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sonde;
6 ist ein codeunabhängiges Flussdiagramm zur Durchführung der Motordiagnose;
7 ist ein codeunabhängiges Flussdiagramm zur Anzeige des Ausfalls einer Motorsonde;
8 ist ein codeunabhängiges Flussdiagramm in Bezug auf das adaptive Lernen einer Luft-Kraftstoff-Sonde;
9 ist ein codeunabhängiges Flussdiagramm zum Aufruf der Sondendiagnose;
10 ist ein codeunabhängiges Flussdiagramm zur Schätzung der Katalysatortemperatur abhängig von der Betriebsweise des Motors;
11 ist ein codeunabhängiges Flussdiagramm zur Durchführung des Standardbetriebs bei einem Sensorausfall;
12 ist ein codeunabhängiges Flussdiagramm zur Deaktivierung bestimmter Betriebsweisen des Motors;
13A-B sind codeunabhängige Flussdiagramme zur Steuerung der Motorübergänge in katalysatorbeheizende Betriebsweisen;
13C ist eine graphische Darstellung von Motorbetriebsparametern bei Übergängen in und aus einer katalysatorbeheizenden Betriebsweise;
13D ist ein codeunabhängiges Flussdiagramm zur Steuerung des Motors aus einer katalysatorbeheizenden Betriebsweise;
13E-F sind codeunabhängige Flussdiagramme zur Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses während einer katalysatorbeheizenden Betriebsweise;
13G(1)-(3) veranschaulichen den Motorbetrieb bei Übergängen zwischen den Betriebsweisen des Motors;
13H ist ein codeunabhängiges Flussdiagramm zur Leerlaufdrehzahlregelung abhängig davon, ob die Katalysatorbeheizung im Gange ist;
13I stellt den Betrieb gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung graphisch dar;
13J stellt den Einfluss der Drosselklappenposition auf den Motorluftstrom graphisch dar;
13K ist ein codeunabhängiges Flussdiagramm zur Leerlaufdrehzahlregelung;
14 ist ein codeunabhängiges Flussdiagramm zur Regelung der Zündeinstellung des Motors;
15 ist ein codeunabhängiges Flussdiagramm zur Regelung des eingespritzten Kraftstoffs abhängig von der Betriebsweise.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1A und 1B zeigen einen Zylinder einer Mehrzylindermaschine sowie die Ansaug- und den Abgasleitung, die mit diesem Zylinder verbunden ist. Wie weiter unten Bezug nehmend auf 2 beschrieben, sind verschiedene Konfigurationen der Zylinder und der Abgasanlage möglich.
Wie in 1A gezeigt, wird der Verbrennungsmotor 10 mit Direkteinspritzung und Funkenzündung, der eine Vielzahl von Brennräumen umfasst, von einer elektronischen Motorsteuerung 12 gesteuert. Der Brennraum 30 des Motors 10 wird mit Brennraumwänden 32 und einem Kolben 36 dargestellt, der darin angeordnet ist und mit der Kurbelwelle 40 verbunden ist. Ein Anlassermotor (nicht gezeigt) ist über ein Schwungrad (nicht gezeigt) mit der Kurbelwelle 40 verbunden. In diesem speziellen Beispiel weist der Kolben 36 eine Aussparung oder eine Höhlung (nicht gezeigt) auf, um die Bildung von geschichteten Luft- und Kraftstoffladungen zu unterstützen. Der Brennraum oder Zylinder 30 ist über jeweilige Ansaugventile 52a und 52b (nicht gezeigt) und Abgasventile 54a und 54b (nicht gezeigt) mit dem Ansaugkrümmer 44 und mit dem Auspuff krümmer 48 verbunden. Das Einspritzaggregat 66A ist direkt mit dem Brennraum 30 verbunden, um den eingespritzten Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals fpw, das über den konventionellen elektronischen Treiber 68 von der Steuerung 12 empfangen wird, direkt dort hinein abzugeben. Der Kraftstoff wird dem Einspritzaggregat 66A durch ein konventionelles Hochdruckkraftstoffsystem (nicht gezeigt) zugeführt, das einen Kraftstoffbehälter, Kraftstoffpumpen und eine Kraftstoffschiene umfasst.
Der Ansaugkrümmer 44 ist über die Drosselklappe 62 mit dem Drosselventilkörper 58 verbunden. In diesem speziellen Beispiel ist die Drosselklappe 62 mit dem Elektromotor 94 gekoppelt, so dass die Position der Drosselklappe 62 über den Elektromotor 94 von der Steuerung 12 geregelt wird. Diese Konfiguration wird allgemein als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC) bezeichnet, die auch zur Regelung der Leerlaufdrehzahl verwendet wird. In einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt), die dem Fachmann wohlbekannt ist, ist parallel zur Drosselklappe 62 ein Nebenstromluftdurchgang angeordnet, um während der Leerlaufdrehzahlregelung über eine Leerlaufdüse, die im Luftdurchgang angeordnet ist, den eingeleiteten Luftstrom zu regeln.
Die Abgassonde 76 ist vor dem Abgaskatalysator 70 mit dem Abgaskrümmer 48 gekoppelt (die Sonde 76 entspricht je nach Abgaskonfiguration mehreren verschiedenen Sonden. Sie kann zum Beispiel der Sonde 230, oder 234, oder 230b, oder 230c, oder 234c, oder 230d, oder 234d entsprechen, wie weiter unten Bezug nehmend auf 2 beschrieben). Die Sonde 76 (oder jede der Sonden 230, 234, 230b, 230c, 230d oder 234d) kann jeder von vielen bekannten Sonden zur Messung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses im Abgas sein, wie z.B. eine lineare Sauerstoffsonde, eine binäre Sauerstoffsonde, oder eine HC- oder CO-Sonde. In diesem speziellen Beispiel ist die Sonde 76 eine binäre Sauerstoffsonde, die das Signal EGO an die Steuerung 12 sendet, welche das Signal EGO in das Binärsignal EGOS umwandelt. Ein hoher Spannungspegel des Signals EGOS zeigt an, dass die Abgase eine fette Stöchiometrie aufweisen, und ein niedriger Spannungspegel des Signals EGOS zeigt an, dass die Abgase eine magere Stöchiometrie aufweisen. Das Signal EGOS wird vorzugsweise während der Luft/Kraftstoff-Rückkopplungsregelung auf konventionelle Weise benutzt, um durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der stöchiometrischen homogenen Betriebsweise stöchiometrisch zu halten.
Das konventionelle verteilerlose Zündsystem 88 erzeugt dem Vorzündsignal SA von der Steuerung 12 entsprechend den Zündfunken im Brennraum 30 über die Zündkerze 92.
Die Steuerung 12 bewirkt, dass der Brennraum 30 in einer Betriebsweise mit homogenem Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder in einer Betriebsweise mit geschichtetem Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, indem sie die Zündeinstellung regelt. In der geschichteten Betriebsweise aktiviert die Steuerung 12 das Einspritzaggregat 66A während des Verdichtungstakts des Motors, so dass Kraftstoff direkt in die Höhlung des Kolbens 36 gespritzt wird. Dadurch werden geschichtete Luft/Kraftstoff-Schichten gebildet. Die Schichten, die der Zündkerze am nächsten liegen, enthalten ein stöchiometrisches Gemisch oder ein Gemisch, das leicht fett ist, und die nachfolgenden Schichten enthalten zunehmend magerere Gemische. In der homogenen Betriebsweise aktiviert die Steuerung 12 das Einspritzaggregat 66A während des Ansaugtakts, so dass ein im Wesentlichen homogenes Luft/Kraftstoff-Gemisch gebildet wird, wenn der Zündstrom vom Zündsystem 88 an die Zündkerze 92 angelegt wird. Die Steuerung 12 regelt die vom Einspritzaggregat 66A abgegebene Kraftstoffmenge so, dass das homogene Luft/Kraftstoff-Gemisch im Brennraum 30 entweder stöchiometrisch, fett oder mager gewählt werden kann. Das geschichtete Luft/Kraftstoff-Gemisch weist stets einen mageren Wert auf, wobei das genaue Luft/Kraftstoff-Verhältnis von der Kraftstoffmenge abhängig ist, die in den Brennraum 30 abgegeben wird. Eine zusätzliche geteilte Betriebsweise, bei der während des Auspuffhubs in der geschichteten Betriebsweise zusätzlicher Kraftstoff eingespritzt wird, ist ebenfalls möglich.
Das Stickoxid (NOx)-Absorptionsmittel oder die Trap 72 ist hinter dem Abgaskatalysator 70 angeordnet. Die NOx-Trap 72 ist ein Dreiwegekatalysator, der NOx absorbiert, wenn der Motor 10 mager betrieben wird. Das absorbierte NOx wird anschließend mit HC und CO zur Reaktion gebracht und katalysiert, wenn die Steuerung 12 den Motor 10 in einer fetten homogenen Betriebsweise oder in einer beinnahe stöchiometrischen homogenen Betriebsweise ist. Solch ein Betrieb tritt bei einem NOx-Spülzylus auf, wenn die gespeicherten NOx aus der NOx-Trap 72 gespült werden sollen, oder während eines Dampfspülzyklus, um über das Spülregelventil 168 Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstoffbehälter 160 und dem Kraftstoffdampfspeicherkanister 164 zurückzugewinnen, oder in Betriebsweisen, die mehr Motorleistung erfordern, oder in Betriebsweisen, um die Temperatur von Emissionskontrollgeräten wie dem Katalysator 70 oder der NOx-Trap 72 zu regeln. (Auch hier können die Emissionskontrollgeräte 70 und 72 verschiedenen Geräten entsprechen, die in 2 beschrieben werden. Zum Beispiel können sie den Geräten 220 und 224, 220b und 224b entsprechen, usw.).
Die Steuerung 12 in 1A ist ein konventioneller Mikrocomputer, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe/Ausgabeanschlüsse 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, der in diesem speziellen Beispiel ein Nur-Lese-Speicherbaustein 106 ist, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Hilfsspeicher 110 und einen konventionellen Datenbus umfasst. Die Steuerung 12 empfängt neben den Signalen, die bereits erwähnt wurden, verschiedene Signale von Sensoren, die mit dem Motor 10 gekoppelt sind, einschließlich der Messung des eingeleiteten Massenluftdurchsatzes (MAF) vom Massenluftdurchsatzmesser 100, der mit dem Drosselklappengehäuse 58 gekoppelt ist, der Motorkühlmitteltemperatur (ECW) vom Temperaturfühler 112, der mit dem Kühlmantel 114 gekoppelt ist; ein Kurbelwellensignal (PIP) vom Hallsensor 118, der mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt ist; und die Drosselklappenposition (TP) vom Drosselklappenfühler 120; und ein absolutes Ladedrucksignal MAP vom Sensor 122. Das Motordrehzahlsignal RPM wird von der Steuerung 12 auf konventionelle Weise aus dem Signal PIP erzeugt, und das Ladedrucksignal MAP aus dem Ladedrucksensor zeigt den Unterdruck oder Druck im Einlasskrümmer an. Während des stöchiometrischen Betriebs kann dieser Sensor eine Anzeige der Motorlast geben. Außerdem kann dieser Sensor, zusammen mit der Motordrehzahl, eine Schätzung der in den Zylinder eingeleiteten Ladung (einschließlich Luft) geben. In einem vorzugsweisen Aspekt der vorliegenden Erfindung erzeugt der Sensor 118, der auch als Motordrehzahlsensor verwendet wird, bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine bestimmte Zahl von gleichmäßig beabstandeten Impulsen.
In diesem speziellen Beispiel werden die Temperatur tcat des Abgaskatalysators 70 und die Temperatur Ttrp der NOx-Trap 72 aus dem Motorbetrieb abgeleitet, wie im US-Patent Nr. 5,414,994 offenbart, deren Patentschrift hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird. In einer anderen Ausführungsform wird die Temperatur tcat vom Temperaturfühler 124 und die Temperatur Ttrp vom Temperaturfühler 126 ermittelt.
Wie aus 1A zu ersehen, ist die Nockenwelle 130 des Motors 10 mit Kipphebeln 132 und 134 zur Betätigung der Ansaugventile 52a und 52b und der Abgasventile 54a und 54b verbunden. Die Nockenwelle 130 ist direkt an das Gehäuse 136 gekoppelt. Das Gehäuse 136 formt ein Zahnrad, das mehrere Zähne 138 aufweist. Das Gehäuse 136 ist hydraulisch mit einer inneren Welle (nicht gezeigt) gekoppelt, die wiederum über eine Steuerkette (nicht gezeigt) direkt mit der Nockenwelle 130 verbunden ist. Das Gehäuse 136 und die Nockenwelle 130 rotieren daher mit einer Geschwindigkeit, die im Wesentlichen der der inneren Nockenwelle entspricht. Die innere Nockenwelle rotiert in einem konstanten Geschwindigkeitsverhältnis zur Kurbelwelle 40. Durch Manipulation der hydraulischen Kupplung, wie weiter unten beschrieben, lässt sich die relative Position der Nockenwelle 130 zur Kurbelwelle 40 durch hydraulische Drucke in der Vorstellkammer 142 und Nachstellkammer 144 verstellen. Wenn Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit in die Vorstellkammer 142 eingeleitet wird, wird das relative Verhältnis zwischen der Nockenwelle 130 und der Kurbelwelle 40 vorgestellt. Dadurch öffnen und schließen sich die Ansaugventile 52a und 52b und die Abgasventile 54a und 54b relativ zur Kurbelwelle 40 früher als normal. Wenn dementsprechend Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit in die Nachstellkammer 144 eingeleitet wird, wird das relative Verhältnis zwischen der Nockenwelle 130 und der Kurbelwelle 40 nachgestellt. Dadurch öffnen und schließen sich die Ansaugventile 52a und 52b und die Abgasventile 54a und 54b relativ zur Kurbelwelle 40 später als normal.
Die Zähne 138, die mit dem Gehäuse 136 und der Nockenwelle 130 gekoppelt sind, erlauben die Messung der relativen Nockenposition über den Nockeneinstellungssensor 150, der das Signal VCT an die Steuerung 12 sendet. Die Zähne 1, 2, 3 und 4 werden vorzugsweise zur Messung der Nockeneinstellung benutzt und sind gleichmäßig beabstandet (in einem V8-Motor mit zwei Bänken sind sie zum Beispiel um 90 Grad voneinander beabstandet), während der Zahn 5 vorzugsweise zur Zylindererkennung benutzt wird, wie weiter unten beschrieben. Überdies sendet die Steuerung 12 Steuersignale (LACT, RACT) an konventionelle Magnetventile (nicht gezeigt), um den Strom der Hydraulikflüssigkeit in die Vorstellkammer 142, in die Nachstellkammer 144 oder in keine von beiden zu steuern.
Die relative Nockeneinstellung wird mit dem Verfahren gemessen, das in der Patentschrift US 5,548,995 A beschrieben wird, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird. Allgemein gesprochen gibt die Zeit oder der Rotationswinkel zwischen der steigenden Flanke des PIP-Signals und dem Empfang eines Signals von einem der Vielzahl der Zähne 138 am Gehäuse 136 ein Maß für die relative Nockeneinstellung. Im speziellen Beispiel eines V8-Motors mit zwei Zylinderbänken und einem Zahnrad mit fünf Zähnen wird eine Messung der Nockeneinstellung für eine bestimmte Bank vier mal pro Umdrehung empfangen, mit einem zusätzlichen Signal, das zur Zylindererkennung verwendet wird.
Die Sonde 160 erlaubt die Anzeige sowohl der Sauerstoffkonzentration im Abgas als auch der NOx-Konzentration. Das Signal 162 legt an die Steuerung eine Spannung an, die die O2-Konzentration anzeigt, während das Signal 164 eine Spannung anlegt, die die NOx-Konzentration anzeigt.
Wie oben beschrieben, zeigt 1A (und 1B) nur einen Zylinder einer Mehrzylindermaschine, und jeder Zylinder weist seinen eigenen Satz Ansaug-/Abgasventile, Einspritzaggregate, Zündkerzen usw. auf.
In 1B wird eine Ansaugschlitz-Kraftstoffeinspritzkonfiguration gezeigt, wobei das Einspritzaggregat 66B mit dem Ansaugkrümmer 44 verbunden ist, statt direkt mit dem Zylinder 30.
In jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Motor mit einem Anlassmotor (nicht gezeigt) zum Anlassen des Motors gekoppelt. Der Anlassmotor wird unter Strom gesetzt, wenn der Fahrer zum Beispiel einen Schlüssel im Zündschloss an der Lenksäule umdreht. Der Anlasser wird ausgekuppelt, sobald der Motor 10 angelassen ist, was zum Beispiel nachweisbar ist, wenn er nach bestimmter Zeit eine bestimmte Drehzahl erreicht hat. Zudem leitet in jeder Ausführungsform ein Abgasrückführungssystem (AGR) über ein AGR-Ventil (nicht gezeigt) einen gewünschten Teil des Abgases aus dem Auspuffkrümmer 48 in den Ansaugkrümmer 44. Alternativ dazu kann ein Teil der Verbrennungsgase durch Regelung der Abgasventilsteuerzeiten in den Brennräumen zurückgehalten werden.
Der Motor 10 wird in verschiedenen Betriebsweisen betrieben, einschließlich des mageren Betriebs, des fetten Betriebs und des „beinahe stöchiometrischen" Betriebs. Der „beinahe stöchiometrische" Betrieb bezeichnet einen Pendel betrieb um das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis herum. Dieser Pendelbetrieb wird typischerweise durch Rückkopplung aus den Abgas-Sauerstoffsonden geregelt. In dieser beinahe stöchiometrischen Betriebsweise wird der Motor bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben, das dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht.
Wie unten beschrieben, wird das rückgeführte Luft/Kraftstoff-Verhältnis für den beinahe stöchiometrischen Betrieb verwendet. Die Rückführung aus den Abgas-Sauerstoffsonden kann auch benutzt werden, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis während des mageren und während des fetten Betriebs zu regeln. Insbesondere eine beheizte Abgas-Sauerstoffsonde umschaltenden Typs (HEGO) kann zur stöchiometrischen Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses verwendet werden, indem der eingespritzte Kraftstoff (oder die Zusatzluft über die Drosselklappe oder VCT) auf der Basis der Rückkoppelung aus der HEGO-Sonde und des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis geregelt wird. Überdies kann eine UEGO-Sonde (die gegenüber dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases eine im Wesentlichen lineare Ausgabe aufweist) verwendet werden, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im mageren, fetten und stöchiometrischen Betrieb zu regeln. In diesem Fall wird die Kraftstoffeinspritzung (oder die Zusatzluft über die Drosselklappe oder VCT) auf der Basis eines Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von der Sonde geregelt. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis kann auf Wunsch auch für jeden Zylinder einzeln geregelt werden.
Erfindungsgemäß können verschiedene Methoden angewandt werden, um das Solldrehmoment zu halten, wie z.B. die Anpassung der Zündeinstellung, der Drosselklappenposition, die variable Nockeneinstellposition und die Abgasrückführungsmenge. Diese Variablen können sich zudem für jeden Zylinder einzeln angepasst werden, um das Gleichgewicht der Zylinder in allen Zylindergruppen zu halten. Die Motordrehmomentregelung wird hierin in 3A-C, 4C und andere wie z.B. 13J, K eingehender beschrieben.
In 2A-2D werden verschiedene Konfigurationen beschrieben, die erfindungsgemäß verwendet werden können. D.h., 2A beschreibt einen Motor 10, der eine erste Zylindergruppe 210 und eine zweite Zylindergruppe 212 umfasst. In diesem speziellen Beispiel weisen die erste und die zweite Gruppe 210 und 212 jeweils vier Brennräume auf. Die Gruppen können aber auch eine andere Zylinderzahl enthalten, einschließlich nur eines einzigen Zylinders. Und der Motor 10 muss kein V-Motor sein, sondern kann auch ein Reihenmotor sein, bei dem die Zylindergruppen keinen Motorbänken entsprechen. Die Zylindergruppen müssen auch nicht die gleiche Zahl von Zylindern in jeder Gruppe enthalten.
Die erste Brennraumgruppe 210 ist mit dem ersten Abgaskatalysator 220 verbunden. Vor dem Katalysator 220 und hinter der ersten Zylindergruppe 210 ist eine Abgas-Sauerstoffsonde 230 angeordnet. Hinter dem Katalysator 220 ist eine zweite Abgassonde 232 angeordnet.
Dementsprechend ist die zweite Brennraumgruppe 212 mit einem zweiten Abgaskatalysator 222 verbunden. Davor und dahinter sind jeweils die Abgas-Sauerstoffsonden 234 und 236 angeordnet. Das Abgas, das aus dem ersten und zweiten Katalysator 220 und 222 austritt, vermischt sich in einer Hosenrohrkonfiguration, bevor es in den nachgeschalteten Unterbodenkatalysator 224 eintritt. Die Abgas-Sauerstoffsonden 238 und 240 sind auch jeweils vor und hinter dem Katalysator 224 angeordnet.
In einem Ausführungsbeispiel sind die Katalysatoren 220 und 222 Platin- und Rhodiumkatalysatoren, die Sauerstoffträger zurückhalten, wenn sie mager betrieben werden, und die zurückgehaltenen Sauerstoffträger freisetzen und reduzieren, wenn sie fett betrieben werden. Dementsprechend wird auch der nachgeschaltete Unterbodenkatalysator 224 betrieben, um Sauerstoffträger zurückzuhalten, wenn er mager betrieben wird, und die zurückgehaltenen Sauerstoffträger freizusetzen und zu reduzieren, wenn er fett betrieben wird. Der nachgeschaltete Katalysator 224 ist typischerweise ein Katalysator, der ein Edelmetall und Alkalierde und Alkalimetall und unedles Metalloxid enthält. In diesem speziellen Beispiel enthält der nachgeschaltete Katalysator 224 Platin und Barium. In der vorliegenden Erfindung können aber auch verschiedene andere Emissionskontrollgeräte benutzt werden, wie z.B. Katalysatoren, die Palladium oder Perovskite enthalten. Auch die Abgas-Sauerstoffsonden 230 bis 240 können Sonden verschiedenen Typs sein. Sie können zum Beispiel lineare Sauerstoffsonden sein, die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis innerhalb eines breiten Bereichs anzeigen. Es können auch Abgas-Sauerstoffsonden umschaltenden Typs sein, deren Sondenausgabe am stöchiometrischen Punkt umschaltet.
Zudem kann das System weniger als alle Sonden 230 bis 240 umfassen, zum Beispiel nur die Sonden 230, 234 und 240.
Wenn das System von 2A in der Betriebsweise LUFT/MAGER ist, wird die erste Brennraumgruppe 210 ohne Kraftstoffeinspritzung betrieben, und die zweite Brennraumgruppe 212 wird mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis (typischerweise magerer als 18:1) betrieben. Dadurch sind in diesem Fall, und während dieses Betriebs, die Sonden 230 und 232 einem im Wesentlichen unendlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgesetzt. Im Gegensatz dazu sind die Sonden 234 und 236 im Wesentlichen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgesetzt, das in den Zylindern der Gruppe 212 verbrannt wird (ohne die Verzögerungen und die Filterung, die durch den Speicherreduktionskatalysator 222 bedingt sind). Die Sonden 238 und 240 sind einer Mischung aus dem im Wesentlichen unendlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis von der ersten Brennraumgruppe 210 und aus dem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis von der zweiten Brennraumgruppe 212 ausgesetzt.
Wie weiter unten beschrieben, kann die Diagnose der Sonden 230 und 232 in der Betriebsweise LUFT/MAGER durchgeführt werden, wenn die Sonden ein anderes Luft/Kraftstoff-Verhältnis als mager anzeigen. Auch die Diagnose der Katalysatoren 220 und 222 ist deaktiviert, wenn sie im System von 2A in der Betriebsweise LUFT/MAGER sind, da die Katalysatoren keinem variierenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgesetzt sind.
In 2B wird der Motor 10B mit einer ersten und zweiten Zylindergruppe 210b und 212b gezeigt. In diesem Beispiel wird ein Vierzylinder-Reihenmotor gezeigt, in dem die Brennraumgruppen gleichmäßig verteilt sind. Wie oben Bezug nehmend auf 2A beschrieben, müssen die Brennraumgruppen jedoch nicht die gleiche Zahl von Zylindern haben. In diesem Beispiel vermischen sich die Abgase aus beiden Zylindergruppen 210b und 212b im Auspuffkrümmer. Der Motor 10B ist mit den Katalysatoren 220b verbunden. Die Sonden 230b und 232b sind vor und hinter dem vorgeschalteten Katalysator 220b angeordnet. Der nachgeschaltete Katalysator 224b ist mit dem Katalysator 222b verbunden. Hinter dem Katalysator 224b ist zudem eine dritte Abgas-Sauerstoffsonde 234b angeordnet.
Wenn der Motor in 2B in der Betriebsweise LUFT/MAGER ist, sind alle Abgas-Sauerstoffsonden und Katalysatoren, unabhängig davon, welche Zylindergruppe mager betrieben wird und welche ohne Kraftstoffeinspritzung betrieben wird, einem Gemisch aus Gasen ausgesetzt, die ein im Wesentlichen unendliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis aus der Gruppe 210b aufweisen, und aus Gasen, die ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis aus der Gruppe 212b aufweisen.
In 2C wird ein System gezeigt, das dem in 2A ähnelt. In 2C sind die Zylindergruppen 210c und 212c jedoch so auf den Motorbänken verteilt, dass jede Bank einige Zylinder in einer ersten Gruppe und einige Zylinder in einer zweiten Gruppe aufweist. Daher sind in diesem Beispiel zwei Zylinder aus der Gruppe 210c und zwei Zylinder aus der Gruppe 212c mit dem Katalysator 220c verbunden. Dementsprechend sind zwei Zylinder aus der Gruppe 210c und 212c mit dem Katalysator 222c verbunden.
Wenn im System von 2C der Motor in der Betriebsweise LUFT/MAGER ist, sind alle Sonden (230c bis 240c) und alle Katalysatoren (220c bis 224c) einem Gemisch aus Gasen ausgesetzt, die ein im Wesentlichen unendliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweisen, und aus Gasen, die ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweisen, wie oben Bezug nehmend auf 2A beschrieben.
In 2D wird eine weitere Konfiguration beschrieben. In diesem Beispiel weisen die erste und zweite Zylindergruppe 210d und 212d völlig unabhängige Abgaswege auf. Wenn der Motor daher in der Betriebsweise LUFT/MAGER ist, wird die Zylindergruppe 210d ohne Kraftstoffeinspritzung betrieben, und die Sonden 230d, 232d und 238d sind alle einem Gas mit im Wesentlichen unendlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgesetzt. Im Gegensatz dazu sind die Sonden 234d, 236d und 240d einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgesetzt (ohne den verzögernden und filternden Einfluss der Katalysatoren 222d und 226d).
Allgemein wird das System von 2C für einen V8-Motor gewählt, in dem eine Bank des V mit einem Katalysator 220c und die andere Bank mit dem Katalysator 222c verbunden ist, wobei die erste und die zweite Zylindergruppe mit 210c und 212c angegeben wird. Doch bei einem V10-Motor wird typischerweise die Konfiguration von 2A oder 2D gewählt.
In 2E-2H werden verschiedene Kraftstoffabgabe- und Luft/Kraftstoff-Betriebsweisen beschrieben. Diese Betriebsweisen umfassen die Rückkopplungskorrektur des abgegebenen Kraftstoffs durch eine oder mehrere Abgas-Sauerstoffsonden, die mit dem Abgas des Motors 10 gekoppelt sind. Diese Betriebsweisen umfassen auch verschiedene adaptive Lernmodi, umfassend: das adaptive Lernen von Fehlern, die durch die Lufteinleitung oder die Kraftstoffabgabe in den Motor 10 erzeugt werden; das adaptive Lernen der Kraftstoffdampfkonzentration der Kraftstoffdämpfe, die in den Motor 10 eingeleitet werden; und das adaptive Lernen des Kraftstoffgemischs eines Mehrstoffmotors wie z.B. eines Motors, der geeignet ist, mit einer Mischung aus Benzin und Alkohol betrieben zu werden.
Bezug nehmend auf 2E, wird in Block 1220 die Kraftstoffregelung mit geschlossenem Regelkreis aktiviert, wenn bestimmte Motorbetriebsbedingungen wie z.B. eine ausreichende Motorbetriebstemperatur erfüllt werden. Zuerst ist der in 2E beschriebene Betrieb durchgeführt, wenn er nicht in der Betriebsweise LUFT/MAGER ist (Block 1218). 5 beschreibt die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in der Betriebsweise LUFT/MAGER. Wenn er nicht in der Betriebsweise LUFT/MAGER ist und die Kraftstoffregelung mit geschlossenem Regelkreis durchgeführt wird, wird zuerst das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/Fd) in Schritt 1222 bestimmt. Das Soll-A/Fd kann ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch sein, um durch Betrieb im Wesentlichen im Spitzenwirkungsgradfenster des Dreiwegekatalysators niedrige Emissionen zu erreichen. Das Soll-A/Fd kann auch ein mageres Luft-Kraftstoff-Gesamtgemisch sein, um einen sparsameren Kraftstoffverbrauch zu erreichen, und das Soll-A/Fd kann fett sein, wenn beschleunigt werden soll oder eine schnellere Aufwärmung des Katalysators erforderlich ist.
In Block 1224 wird die Sollkraftstoffmenge Fd aus der folgenden Gleichung erhalten:
wobei:
MAF eine Angabe des in den Motor 10 eingeleiteten Massenluftdurchsatzes ist, der entweder mit einem Massenluftdurchsatzmessgerät gemessen wird oder aus einer bekannten Luftdichteberechnung einer Anzeige des Ansaugkrümmerdrucks entsprechend abgeleitet wird;
Ka ein adaptiv gelernter Ausdruck zur Korrektur von langfristigen Fehlern im Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, die z.B. durch ein fehlerhaftes Massenluftdurchsatzmessgerät, ein ungenaues Einspritzaggregat oder jede andere Fehlerursache bezüglich des in den Motor 10 eingeleiteten Luftstroms oder des in den Motor 10 eingespritzten Kraftstoffs zurückzuführen ist. Die Regenerierung von Ka wird weiter unten Bezug nehmend auf 2F ausführlicher beschrieben;
FV eine Rückführungsvariable ist, die aus einer oder mehreren Abgas-Sauerstoffsonden abgeleitet wird. Ihre Erzeugung wird weiter unten Bezug nehmend auf 2E ausführlicher beschrieben;
Vpa eine adaptiv gelernte Korrektur ist, um die Kraftstoffdämpfe auszugleichen, die in den Motor 10 eingeleitet werden, deren Erzeugung weiter unten Bezug nehmend auf 2G ausführlicher beschrieben wird.
Die Sollkraftstoffmenge Fd wird dann in Block 1226 in eine Sollkraftstoffimpulsbreite umgewandelt, um die Einspritzaggregate zu treiben, die aktiviert sind, um Kraftstoff in den Motor 10 abzugeben.
Die Schritte 1228-1240 in 2E beschreiben allgemein einen proportionalen plus integralen Rückkopplungsregler, um die Rückführungsvariable FV einer oder mehreren Abgas-Sauerstoffsonden entsprechend zu erzeugen. Der integrale Ausdruck Δi und der proportionale Ausdruck Pi werden in Schritt 1228 bestimmt. Obwohl hier nur ein integraler und ein proportionaler Ausdruck gezeigt werden, können andere Ausdrücke verwendet werden, wenn Korrekturen in der mageren Richtung vorgenommen werden, als wenn Korrekturen in der fetten Richtung vorgenommen werden, um eine Gesamtverzerrung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu bewirken. In Schritt 1230 wird eine als EGO bezeichnete Gesamtausgabe der Abgas-Sauerstoffsonde gelesen und mit dem Soll-A/Fd verglichen. Das Signal EGO kann eine einfache Binärdarstellung eines mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs oder eines fetten Luft-Kraftstoff-Gemischs sein. Das Signal EGO kann auch eine Darstellung des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Gemischs im Motor 10 sein. Ferner kann das Signal EGO nur einer Abgas-Sauerstoffsonde entsprechen, die vor den Dreiwegekatalysatoren angeordnet ist. Und das Signal EGO kann beiden Abgas-Sauerstoffsonden entsprechen, die vor und hinter dem Dreiwegekatalysator angeordnet sind.
Wenn das Signal EGO größer als ist das Soll-A/Fd (Block 1230) und auch bei der letzten Abtastung größer als A/Fd war (Block 1232), wird die Rückführungsvariable FV um den Integralwert Δi dekrementiert (Block 1234). Anders ausgedrückt, wenn die Abgase als mager angezeigt werden und auch bei der vorherigen Abtastperiode mager waren, wird das Signal FV dekrementiert, um eine fette Korrektur des abgegebenen Kraftstoffs zu bewirken.
Wenn demgegenüber das Signal EGO größer als das Soll-A/Fd ist (Block 1230), aber bei der letzten Abtastung nicht größer als A/Fd war (Block 1232), wird der proportionale Ausdruck Pi von der Rückführungsvariable FV subtrahiert (Block 1236). Das heißt, wenn die Abgase von fett auf mager wechseln, wird eine kurze fette Korrektur durchgeführt, indem die Rückführungsvariable FV um den Proportionalwert Pi dekrementiert wird.
Andererseits, wenn das Signal EGO kleiner ist als A/Fd (Block 1230), was anzeigt, dass die Abgase fett sind, und die Abgase bei der letzten Abtastperiode fett waren (Block 1238), wird der integrale Ausdruck Δi zur Rückführungsvariable FV addiert (Block 1242). Doch wenn die Abgase fett sind (Block 1230), aber zuvor mager waren (Block 1238), wird der proportionale Ausdruck Pi zur Rückführungsvariable FV addiert (Block 1240).
Es ist anzumerken, dass die Rückführungsvariable FV in diesem speziellen Beispiel im Nenner der Kraftstoffabgabegleichung steht (Block 1224). Daher wird eine magere Luft-Kraftstoff-Korrektur durchgeführt, wenn die Rückführungsvariable FV größer als eins ist, und eine fette Luft-Kraftstoff-Korrektur wird durchgeführt, wenn die Rückführungsvariable FV kleiner als eins ist. In anderen Beispielen kann eine Rückführungsvariable im Zähler stehen, so dass umgekehrte Korrekturen vorgenommen werden.
Es ist anzumerken, dass auch verschiedene andere Luft-Kraftstoff-Regelungsverfahren verwendet werden können, wie z.B. die Zustandsraum-Regelung, die nicht lineare Regelung oder andere.
Bezug nehmend auf 2F wird nun eine Routine zum adaptiven Lernen eines Korrekturwerts für Fehler des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses beschrieben, die auf fehlerhafte Bauteile wie z.B. fehlerhafte Luftmengensmesser oder fehlerhafte Einspritzaggregate zurückzuführen sind. Nachdem bestimmt wurde, dass der Motor nicht in der Betriebsweise LUFT/MAGER ist (Block 1248) und das adaptive Lernen der langfristigen Luft-Kraftstoff-Fehler erwünscht ist (Block 1250), und die Kraftstoffregelung mit geschlossenem Regelkreis aktiviert ist (Block 1252), wird das adaptive Lernen der Kraftstoffdampfkonzentration in Block 1254 deaktiviert. Das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/Fd wird dann in Block 1258 auf den stöchiometrischen Wert gesetzt. Wenn die Rückführungsvariable FV größer ist als eins (Block 1260) oder andere Anzeigen vorliegen, dass eine magere Kraftstoffkorrektur erwünscht ist, da der Motor 10 zu fett betrieben wird, wird der adaptive Ausdruck Ka in Block 1264 dekrementiert. D.h., eine magere Korrektur der Kraftstoffabgabe (siehe Block 1224 von 2E) wird durchgeführt, wenn der Motor 10 offenbar zu fett betrieben wird und die Rückführungsvariable FV ständig magere Korrekturen vornimmt. Wenn die Rückkopplungsregelung andrerseits anzeigt, dass fette Kraftstoffkorrekturen vorgenommen werden (Block 1260), wird der adaptive Ausdruck Ka in Block 1266 inkrementiert. D.h., wenn die Rückkopplungsregelung ständig fette Korrekturen durchführt, wird der adaptive Ausdruck Ka inkrementiert, um diese fetten Korrekturen durchzuführen.
Bezug nehmend auf 2G wird nun das adaptive Lernen der Konzentration der in den Motor 10 eingeleiteten Kraftstoffdämpfe beschrieben. Wie bereits erwähnt, werden die Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstoffbehälter 160 und dem Kraftstoffdampfspeicherkanister 164 über das Dampfspülregelventil 168 in den Ansaugkrümmer 44 eingeleitet. In dieser Beschreibung ist die Erzeugung des adaptiven Korrekturwerts VPa zur Korrektur der Kraftstoffabgabe vorgesehen, um die in den Motor 10 eingeleiteten Kraftstoffdämpfe zu kompensieren. Die Kraftstoffdampfspülung wird zum Beispiel aktiviert, wenn eine Anzeige der Umgebungstemperatur einen Schwellwert übersteigt, oder wenn der Motor eine bestimmte Zeit lang ohne Spülung betrieben wurde, oder wenn die Motor temperatur einen Schwellwert übersteigt, oder der Motor in eine stöchiometrische, fette oder homogene Luft/Kraftstoff-Betriebsweise übergegangen ist.
Wenn der Motor nicht in der Betriebsweise LUFT/MAGER ist (Block 1268), und wenn die Kraftstoffdampfspülung aktiviert ist (Block 1270), und auch das adaptive Lernen der Kraftstoffdampfkonzentration aktiviert ist (Block 1274), und die Kraftstoffregelung mit geschlossenem Regelkreis aktiviert ist (1276), wird das adaptive Lernen der Luft-Kraftstoff-Fehler durch den adaptiven Ausdruck Ka deaktiviert (Block 1280).
Bei Block 1282 wird das Signal FV mit eins verglichen, um zu bestimmen, ob magere oder fette Luft-Kraftstoff-Korrekturen vorgenommen werden. In diesem speziellen Beispiel wird die Kraftstoffregelung um ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis herum verwendet, um die Rückführungsvariable FV zu erzeugen. Der Erfinder anerkennt aber, dass jeder Regelkreis mit jedem Luft/Kraftstoff-Verhältnis angewandt werden kann, um zu bestimmen, ob magere oder fette Luft-Kraftstoff-Korrekturen der Einleitung von Kraftstoffdämpfen in den Motor 10 entsprechend vorgenommen werden. Wenn in diesem speziellen Beispiel die Rückführungsvariable FV aber größer als eins ist (Block 1282), was anzeigt, dass magere Luft-Kraftstoff-Korrekturen durchgeführt werden, wird der adaptive Ausdruck Vpa in Block 1286 inkrementiert. Wenn andrerseits die Rückführungsvariable FV kleiner als eins ist, was anzeigt, dass fette Luft-Kraftstoff-Korrekturen durchgeführt werden, wird der adaptiv gelernte Dampfkonzentrationsausdruck Vpa in Block 1290 dekrementiert.
Dem oben in 2G beschriebenen Betrieb entsprechend lernt der adaptive Ausdruck Vpa auf anpassungsfähige Weise die Dampfkonzentration der eingeleiteten Kraftstoffdämpfe, und dieser adaptive Ausdruck wird benutzt, um zum Beispiel in Block 1224 von 2E die Kraftstoffabgabe zu korrigieren.
Bezug nehmend auf 2H folgt nun eine Beschreibung des adaptiven Lernens der Kraftstoffmischung. Der Motor 10 kann zum Beispiel mit einer unbekannten Mischung aus Benzin und einem Alkohol wie z.B. Methanol betrieben werden. Die adaptive Lernroutine, die nun beschrieben wird, ermöglicht die Angabe der Kraftstoffmischung, die tatsächlich verwendet wird. Auch dieses adaptive Lernen wird einer oder mehreren Abgas-Sauerstoffsonden entsprechend durchgeführt.
Wenn der Motor nicht in der Betriebsweise LUFT/MAGER ist, und wenn der Kraftstoffstand des Kraftstoffbehälters sich verändert hat (Block 1290), und der Motor 10 im Kraftstoffregelungsmodus mit geschlossenem Regelkreis betrieben wird (Block 1292), wird das adaptive Lernen der Luft-Kraftstoff-Fehler durch den adaptiven Ausdruck Ka und das adaptive Lernen der Kraftstoffdampfkonzentration durch den adaptiven Ausdruck VPa in Block 1294 deaktiviert. Die Rückführungsvariable FV wird wie zuvor Bezug nehmend auf 2E beschrieben in Block 1296 bestimmt. Der Rückführungsvariable FV entsprechend wird das Luft/Kraftstoff-Gesamtverhältnis des Motors bestimmt, woraus dann die Kraftstoffmischung abgeleitet wird (Block 1298). Anders ausgedrückt, das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Gemisch jeder Kraftstoffmischung ist bekannt. Und es ist auch bekannt, dass die Rückführungsvariable FV eine Anzeige des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gibt. Zum Beispiel bietet die Rückführungsvariable FV eine Angabe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für reines Benzin, wenn FV gleich eins ist. Wenn FV zum Beispiel gleich 1,1 ist, ist das Luft-Kraftstoff-Gesamtgemisch des Motors um 10 % magerer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis für reines Benzin. Dementsprechend kann die Kraftstoffmischung in Block 298 leicht aus der Rückführungsvariable FV abgeleitet werden.
Bezug nehmend auf 3A wird nun eine Routine zur Regelung der Motorleistung und für den Übergang zwischen verschiedenen Betriebsweisen des Motors beschrieben. Zuerst, in Schritt 310, bestimmt die Routine eine Sollmotorleistung. In diesem speziellen Beispiel ist die Sollmotorleistung ein Sollbremsdrehmoment. Es ist anzumerken, dass es verschiedene Methoden gibt, um das Sollantriebsdrehmoment des Motors zu bestimmen, z.B. auf der Basis eines Sollraddrehmoments und Übersetzungsverhältnisses, auf der Basis der Pedalstellung und der Motordrehzahl, auf der Basis der Pedalstellung und der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Übersetzungsverhältnisses, oder verschiedene andere Verfahren. Es ist auch anzumerken, dass verschiedene andere gewünschte Motorausgangsgrößen als das Motordrehmoment verwendet werden können, wie z.B.: Motorkraft oder Motorbeschleunigung.
Als nächstes, in Schritt 312, bestimmt die Routine, ob unter den aktuellen Bedingungen die Sollmotorleistung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt. In diesem speziellen Beispiel bestimmt die Routine, ob die Sollmotorleistung kleiner ist als ein bestimmtes Antriebsdrehmoment, und ob die aktuelle Drehzahl innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereichs liegt. Es ist anzumerken, dass für diese Bestimmung verschiedene andere Bedingungen verwendet werden können, wie z.B.: Motortemperatur, Katalysatortemperatur, Übergangsmodus, Übergangsübersetzungsverhältnis und andere. Mit anderen Worten, die Routine bestimmt in Schritt 312, welche Motorbetriebsweise auf der Basis der Sollmotorleistung und der aktuellen Betriebsbedingungen gewünscht wird. Zum Beispiel kann es Bedingungen geben, wo es auf der Basis des Sollantriebsdrehmoments und der Solldrehzahl möglich ist, die Zündung in weniger als allen Zylindern durchzuführen, während es aufgrund anderer Bedürfnisse wie z.B. der Spülung der Kraftstoffdämpfe oder der Erzeugung eines Unterdrucks im Ansaugkrümmer erwünscht sein kann, die Zündung in allen Zylindern durchzuführen. Mit anderen Worten, wenn der Unterdruck im Ansaugkrümmer einen bestimmten Wert unterschreitet, geht der Motor in eine Betriebsweise über, in der alle Zylinder eingespritzten Kraftstoff verbrennen. Alternativ dazu kann der Übergang aufgerufen werden, wenn der Druck im Bremskraftverstärker einen bestimmten Wert unterschreitet.
Zum anderen wird die Betriebsweise LUFT/MAGER während der Kraftstoffdampfspülung zugelassen, wenn die Temperatur des Katalysators hoch genug ist, um die gespülten Dämpfe zu oxidieren, die durch die verbrennungslosen Zylinder laufen.
Weiterhin Bezug nehmend auf 3A, wenn die Antwort auf Schritt 312 „ja" ist, bestimmt die Routine in Schritt 314, ob alle Zylinder aktuell betrieben werden. Wenn die Antwort auf Schritt 314 „ja" ist, wird ein Übergang geplant, um von der Zündung aller Zylinder auf die Deaktivierung einiger Zylinder überzugehen und die restlichen Zylinder mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben, das magerer ist, als wenn alle Zylinder zünden würden. Die Zahl der deaktivierten Zylinder basiert auf der gewünschten Motorleistung. Der Übergang von Schritt 316 öffnet in einem Beispiel die Drosselklappe und erhöht die Kraftstoffabgabe zu den zündenden Zylindern, während er die Kraftstoffabgabe zu einigen Zylindern deaktiviert. Dadurch geht der Motor von einer Betriebsweise, in der die Verbrennung in allen Zylindern erfolgt, zu einer Betriebsweise über, die nachstehend als Betriebsweise LUFT/MAGER bezeichnet wird. Mit anderen Worten, um einen sanften Übergang des Motordrehmoments zu bewirken, wird die Kraftstoffmenge zu den restlichen Zylindern schnell erhöht, während die Drosselklappe gleichzeitig geöffnet wird. Auf diese Weise ist es möglich, mit einigen Zylindern die Verbrennung bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchzuführen, das magerer ist, als wenn alle Zylinder zünden würden. Zudem werden die restlichen Zylinder, in denen die Verbrennung stattfindet, mit höherer Motorlast pro Zylinder betrieben, als wenn alle Zylinder zünden würden. Auf diese Weise wird eine größere Luft-Kraftstoff-Magergrenze ermöglicht, wodurch der Motor magerer betrieben werden kann und eine zusätzliche Kraftstoffeinsparung erreicht wird.
Als nächstes, in Schritt 318, bestimmt die Routine eine Schätzung der Istmotorleistung auf der Basis der Zahl der Zylinder, die Luft und Kraftstoff verbrennen. In diesem speziellen Beispiel bestimmt die Routine eine Schätzung des Motorantriebsdrehmoments. Diese Schätzung basiert auf verschiedenen Parametern wie z.B.: Motordrehzahl, Motorluftstrom, Motorkraftstoffeinspritzmenge, Zündeinstellung und Motortemperatur.
Als nächstes, in Schritt 320, passt die Routine die Kraftstoffeinspritzmenge so an die betriebenen Zylinder an, dass die bestimmte Motorleistung sich der Sollmotorleistung nähert. Mit anderen Worten, die Rückkopplungsregelung des Motorantriebsdrehmoments erfolgt durch Anpassung der Kraftstoffmenge, die in die Teilmenge der Zylinder eingespritzt wird, die eine Verbrennung durchführen.
Auf diese Weise ist erfindungsgemäß möglich, während der mageren Verbrennung in weniger als allen Motorzylindern eine schnelle Drehmomentregelung zu erreichen, indem die Kraftstoffeinspritzmenge geändert wird. Die zündenden Zylinder werden dadurch mit einer höheren Last pro Zylinder betrieben, was einen vergrößerten Luft-Kraftstoff-Betriebsbereich zur Folge hat. In die Zylinder wird zusätzliche Luft eingeleitet, so dass der Motor bei diesem erhöhten Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden kann, wodurch der Wärmewirkungsgrad verbessert wird. Als zusätzliche Wirkung reduziert die Öffnung der Drosselklappe zur Zuführung der zusätzlichen Luft die Pumparbeit des Motors, was zu einer weiteren Kraftstoffeinsparung führt. Der Wirkungsgrad des Motors und die Kraftstoffeinsparung können daher erfindungsgemäß erheblich verbessert werden.
Wenn die Antwort auf Schritt 312 „nein" ist, geht die Routine zu Schritt 322 über, wo bestimmt wird, ob alle Zylinder aktuell zünden. Wenn die Antwort auf Schritt 322 „nein" ist, geht die Routine zu Schritt 324 über, wo ein Übergang vom Betrieb einiger der Zylinder zum Betrieb aller Zylinder erfolgt wird. D.h., die Drosselklappe wird geschlossen und die Kraftstoffeinspritzung in die bereits zündenden Zylinder wird reduziert, während gleichzeitig Kraftstoff in die Zylinder abgegeben wird, in denen zuvor kein Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrannt wurde. Dann führt die Routine in Schritt 326 eine Schätzung der Motorleistung auf ähnliche Weise wie in Schritt 318 durch. In Schritt 326 setzt die Routine jedoch voraus, dass alle Zylinder ein Motordrehmoment erzeugen, während die Routine in Schritt 318 die Motorleistung auf der Basis der Zahl der Zylinder, die keine Motorleistung erzeugen, gemindert hat.
Schließlich passt die Routine in Schritt 328 mindestens die Kraftstoffeinspritzmenge oder die Luft zu allen Zylindern so an, dass die bestimmte Motorleistung sich der Sollmotorleistung nähert. Im stöchiometrischen Betrieb zum Beispiel kann die Routine die elektronische Drosselklappe anpassen, um das Motordrehmoment zu regeln, und die Kraftstoffeinspritzmenge wird angepasst, um das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis beim stöchiometrischen Sollwert zu halten. Andernfalls, wenn alle Zylinder mager betrieben werden, kann die Kraftstoffeinspritzmenge zu den Zylindern angepasst werden, um das Motordrehmoment zu regeln, während die Drosselklappe angepasst werden kann, um den Motorluftstrom zu regeln und dadurch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu regeln. Während des fetten Betriebs aller Zylinder wird die Drosselklappe angepasst, um das Motorantriebsdrehmoment zu regeln, und die Kraftstoffeinspritzmenge kann angepasst werden, um das fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu regeln.
3A zeigt ein Beispiel für die Programmierung und Steuerung einer Motorbetriebsweise. Wie nun beschrieben wird, können verschiedene andere verwendet werden.
D.h., in 3B wird ein Graph gezeigt, der die Motorleistung im Verhältnis zur Motordrehzahl veranschaulicht. In diesem speziellen Beispiel wird die Motorleistung durch das Motordrehmoment angezeigt, doch es können verschiedene andere Parameter verwendet werden, wie zum Beispiel: Rad-Drehmoment, Motorstärke, Motorlast und anderes. Der Graph zeigt das verfügbare Höchstdrehmoment, das in jeder der vier Betriebsweisen erzeugt werden kann. Es ist anzumerken, dass statt des verfügbaren Höchstdrehmoments ein Prozentsatz des verfügbaren Drehmoments oder sonstige geeignete Parameter verwendet werden könnten. Die vier Betriebsweisen in dieser Ausführungsform sind:
Der magere Betrieb einiger Zylinder und der Betrieb der restlichen Zylinder mit durchgepumpter Luft und im Wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff (Anmerkung: die Drosselklappe kann in dieser Betriebsweise im Wesentlichen offen sein), im Beispiel von 3B durch die Linie 336a dargestellt;
Der stöchiometrische Betrieb einiger Zylinder und der Betrieb der restlichen Zylinder mit durchgepumpter Luft und im Wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff (Anmerkung: die Drosselklappe kann in dieser Betriebsweise im Wesentlichen offen sein), im Beispiel von 3B durch die Linie 334a dargestellt;
Der magere Betrieb aller Zylinder (Anmerkung: die Drosselklappe kann in dieser Betriebsweise im Wesentlichen offen sein), im Beispiel von 3B durch die Linie 332a dargestellt;
Der im Wesentlichen stöchiometrische Betrieb aller Zylinder beim verfügbaren Höchstdrehmoment, im Beispiel von 3B durch die Linie 330a dargestellt.
Oben wird ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel beschrieben, in dem ein Achtzylindermotor verwendet wird und die Zylindergruppen in zwei gleiche Gruppen aufgeteilt sind. Erfindungsgemäß können aber verschiedene andere Konfigurationen verwendet werden. Insbesondere können Motoren mit anderen Zylinderzahlen verwendet werden, und die Zylindergruppen können in ungleiche Gruppen aufgeteilt sein sowie noch weiter aufgeteilt sein, um zusätzliche Betriebsweisen zu ermöglichen. Im Beispiel, das in 3B dargestellt ist und wo ein V8-Motor verwendet wird, zeigt die Linie 336a den Betrieb mit 4 Zylindern, die mit Luft und im Wesentlichen ohne Kraftstoff betrieben werden, die Linie 334a zeigt den Betrieb mit vier Zylindern, die stöchiometrisch betrieben werden, und mit vier Zylindern, die mit Luft betrieben werden, Linie 332a zeigt 8 Zylinder, die mager betrieben werden, und Linie 33a zeigt 8 Zylinder, die stöchiometrisch betrieben werden.
Der oben beschriebene Graph veranschaulicht den Drehmomentbereich, der in jeder der beschriebenen Betriebsweisen verfügbar ist. D.h., in jeder der be schriebenen Betriebsweisen ist das verfügbare Antriebsdrehmoment jedes Drehmoment, das kleiner ist als der Höchstbetrag, der durch den Graphen dargestellt wird. Es ist auch anzumerken, dass in jeder Betriebsweise, in der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gesamtgemischs mager ist, der Motor periodisch umschalten kann, um alle Zylinder stöchiometrisch oder fett zu betreiben. Dies wird durchgeführt, um die im (in den) Emissionskontrollgerät(en) gespeicherten Sauerstoffträger (z.B. NOx) zu reduzieren. Dieser Übergang kann zum Beispiel auf der Basis der im (in den) Emissionskontrollgerät(en) gespeicherten der NOx-Menge, der aus dem (den) Emissionskontrollgerät(en) austretenden NOx-Menge, oder der vom Fahrzeug zurückgelegten Entfernung (Meilen) entsprechend in der Abgasleitung enthaltenen NOx-Menge ausgelöst werden.
Um den Betrieb zwischen diesen verschiedenen Betriebsweisen zu veranschaulichen, werden mehrere Betriebsbeispiele beschrieben. Die folgenden Betriebsweisen sind nur beispielhafte Beschreibungen von vielen, die durchgeführt werden können, und stellen nicht die einzigen erfindungsgemäßen Betriebsweisen dar. Ein erstes Beispiel ist der Betrieb des Motors entlang der Bahn A. In diesem Fall wird der Motor anfangs mit vier Zylindern mager betrieben, und mit vier Zylindern, die Luft im Wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff pumpen. Dann ist es den Betriebsbedingungen entsprechend erforderlich, den Motorbetrieb entlang der Bahn A zu ändern. In diesem Fall ist es erforderlich, den Motorbetrieb auf den Betrieb mit vier Zylindern, die im Wesentlichen stöchiometrisch verbrennen, und mit vier Zylindern, die Luft im Wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff pumpen, umzustellen. In diesem Fall wird zusätzlicher Kraftstoff in die verbrennenden Zylinder eingeleitet, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur Stöchiometrie hin zu verringern und das Motordrehmoment entsprechend zu erhöhen.
Ein zweites Beispiel ist die als B bezeichnete Bahn. In diesem Fall beginnt der Motor mit vier Zylindern, die im Wesentlichen stöchiometrisch verbrennen, und mit vier Zylindern, die Luft im Wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff pumpen. Dann verändert sich die Motordrehzahl den Betriebsbedingungen entsprechend und die Erhöhung des Motordrehmoments ist erforderlich. Dementsprechend werden alle Zylinder aktiviert, um Luft und Kraftstoff bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu verbrennen. Dadurch ist es möglich, die Motorleistung zu erhöhen und einen mageren Betrieb zu erhalten.
Ein drittes Beispiel ist die als C bezeichnete Bahn. In diesem Fall wird der Motor mit allen Zylindern betrieben, die im Wesentlichen stöchiometrisch verbrennen. Einer Abnahme des Sollmotordrehmoments entsprechend werden vier Zylinder deaktiviert, um die gewünschte Motorleistung zu erhalten.
Weiter Bezug nehmend auf 3B, und vor allem auf die Linien 330-336, wird nun eine Veranschaulichung der Motorleistung bzw. des Drehmomentverlaufs für jede der vier beispielhaften Betriebsweisen beschrieben. Zum Beispiel zeigt bei der Motordrehzahl N1 die Linie 330 die Motorleistung bzw. das Antriebsdrehmoment, das in der stöchiometrischen Betriebsweise mit 8 Zylindern verfügbar ist. Als anderes Beispiel zeigt Linie 332 die Motorleistung bzw. das Antriebsdrehmoment, das bei der Motordrehzahl N2 in der mageren Betriebsweise mit 8 Zylindern verfügbar ist. Wenn 4 Zylinder stöchiometrisch und 4 Zylinder mit Luft betrieben werden, zeigt die Linie 334 die Motorleistung bzw. das Antriebsdrehmoment, das bei der Motordrehzahl N3 verfügbar ist. Und schließlich, wenn 4 Zylinder mager und 4 Zylinder mit Luft betrieben werden, zeigt die Linie 336 die Motorleistung bzw. das Antriebsdrehmoment, das bei der Motordrehzahl N4 verfügbar ist.
Bezug nehmend auf 3C wird nun eine alternative Routine zu 3A zur Auswahl der Betriebsweise des Motors beschrieben. In diesem speziellen Beispiel betrifft die Routine die Wahl zwischen der Verbrennung mit 4 Zylindern und 8 Zylindern, und zwischen magerer und stöchiometrischer Verbrennung. Die Routine kann aber leicht für verschiedene andere Kombinationen und Zylinderzahlen abgeändert werden. Weiter Bezug nehmend auf 3C, bestimmt die Routine in Schritt 340, ob das programmierte/angeforderte Drehmoment (TQ_SCHED) kleiner ist als das Drehmoment, das in der stöchiometrischen 4-Zylinder-Betriebsweise verfügbar ist, in der vier Zylinder im Wesentlichen stöchiometrisch verbrennen und die restlichen vier Zylinder Luft im Wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff pumpen. Es ist anzumerken, dass das Motordrehmoment nur als ein erfindungsgemäßes Beispiel verwendet wird. Es können verschiedene andere Methoden verwendet werden, wie z.B. der Vergleich des Raddrehmoments, der Motorkraft, der Radkraft, der Belastung und verschiedene andere. Zudem wird ein Anpassungsfaktor (TQ_LO_FR) benutzt, um das verfügbare Höchstdrehmoment in der stöchio metrischen 4-Zylinder-Betriebsweise anzupassen und zusätzlichen Regelspielraum zu lassen.
Wenn die Antwort auf Schritt 340 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 342 über, wo eine Drehmomentmodulation angefordert wird, indem der Merker (INJ_CUTOUT_FLG) auf 1 gesetzt wird. Mit anderen Worten, wenn die Antwort auf Schritt 340 „ja" ist, bestimmt die Routine, dass die Sollbetriebsweise vier verbrennende Zylinder und vier Zylinder aufweist, durch welche Luft im Wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff strömt. Außerdem ruft die Routine in Schritt 342 die Übergangsroutine auf (siehe 3D). Als nächstes werden in Schritt 343 die Einspritzaggregate in vier der Zylinder ausgeschaltet. In Schritt 344 bestimmt die Routine dann, ob das angeforderte Drehmoment kleiner ist als das Höchstdrehmoment, das in der Betriebsweise verfügbar ist, in der vier Zylinder mager betrieben werden und durch vier Zylinder Luft im Wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff strömt. Anders ausgedrückt, der Parameter TQ_SCHED wird mit dem Parameter (TQ_MAX_4L × TQ_LO_FR) verglichen. Wenn die Antwort auf Schritt 344 „ja" ist, zeigt dies an, dass der magere Betrieb verfügbar ist, und die Routine geht zu Schritt 346 über. In Schritt 346 wird das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (LAMBSE, das auch A/Fd entspricht) auf ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis gesetzt, das auf der Basis der Motordrehzahl und der Motorlast (LEAN_LAMBSE) bestimmt wird.
Wenn die Antwort auf Schritt 344 „nein" ist, geht die Routine zu Schritt 348 über, wo das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einen stöchiometrischen Wert gesetzt wird. Dadurch ist es diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß möglich, zwischen der mageren Vierzylinder- und der stöchiometrischen Vierzylinderbetriebsweise zu wählen, wenn eine Betriebsweise mit vier Zylindern möglich ist.
Wenn die Antwort auf Schritt 340 „nein" ist, geht die Routine zu Schritt 350 über. In Schritt 350 bestimmt die Routine, ob der Merker (INJ_CUTOUT_FLAG) gleich 1 ist. Mit anderen Worten, wenn die aktuellen Bedingungen anzeigen, dass der Motor in einer Vierzylinderbetriebsweise arbeitet, ist die Antwort auf Schritt 350 „ja". Wenn die Antwort auf Schritt 350 „ja" ist, ruft die Routine eine Übergangsroutine auf, die unten in 3E beschrieben wird, und setzt den Merker auf 0. Dann geht die Routine zu Schritt 354 über, wo die Routine bestimmt, ob das angeforderte Drehmoment kleiner ist als das in einer mageren Betriebsweise mit acht Zylindern verfügbare Höchstdrehmoment (TQ_MAX_8L). Wenn die Antwort auf Schritt 354 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 356 über. Mit anderen Worten, wenn es möglich ist, die aktuelle Drehmomentanforderung in der mageren 8-Zylinder-Betriebsweise zu erfüllen, dann wird das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (LAMBSE) in Schritt 356 auf der Basis der Drehzahl und Motorlast auf ein mageres Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis gesetzt.
Weiter Bezug nehmend auf 3C, wenn die Antwort auf Schritt 354 „nein" ist, wird der Motor in der stöchiometrischen 8-Zylinder-Betriebsweise betrieben, und das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (LAMBSE) wird in Schritt 358 auf einen stöchiometrischen Wert gesetzt.
Bezug nehmend auf 3D(1) wird nun ein Beispiel des Motorbetriebs beim Übergang aus einer 8-Zylinder-Betriebsweise in eine 4-Zylinder-Betriebsweise beschrieben. Der Graph 3D(1)a veranschaulicht die Zeitsteuerung der Umstellung der Betriebsweise mit acht Zylindern auf vier Zylinder. Graph 3D(1)b veranschaulicht die Änderung der Drosselklappenposition. Graph 3D(1)e veranschaulicht die Änderung der Zündeinstellung (Zündverzögerung). Graph 3D(1)2 veranschaulicht das Motordrehmoment. In diesem Beispiel zeigen die Graphen, wie mit zunehmender Öffnung der Drosselklappe die Zündeinstellung so weit verzögert wird, dass das Motordrehmoment im Wesentlichen konstant bleibt. Auch wenn der Graph gerade Linien zeigt, ist dies eine idealisierte Version des tatsächlichen Motorbetriebs, der natürlich Schwankungen aufweist. Es ist auch anzumerken, dass die Veränderung der Drosselklappenposition und der Zündeinstellung vor dem Übergang erfolgt. Sobald die Drosselklappenposition und die Zündeinstellung vorgegebene Werte erreicht haben, wird die Zylinderbetriebsweise umgestellt, und an diesem Punkt wird die Zündeinstellung auf die optimale Zündeinstellung (MBT) zurückgesetzt. Auf diese Weise wird der Übergang der Zylinderbetriebsweise im Wesentlichen ohne Änderung des Motordrehmoments erreicht.
Bezug nehmend auf 3D(2) wird nun eine Routine für den Übergang aus einer 8-Zylinder-Betriebsweise in eine 4-Zylinder-Betriebsweise beschrieben. In Schritt 360 bestimmt die Routine, ob der Motor aktuell in der 8-Zylinder-Betriebsweise betrieben wird. Wenn die Antwort auf Schritt 360 „ ja" ist, geht die Routine zu Schritt 362 über. In Schritt 362 bestimmt die Routine, ob die Bedingungen die Verfügbarkeit des Vierzylinderbetriebs anzeigen, wie zuvor Bezug nehmend auf 3C beschrieben. Solange die Antwort auf Schritt 362 „ja" ist, inkrementiert die Routine einen Zeitgeber (IC_ENA_TMR). Dann bestimmt die Routine in Schritt 366, ob der Zeitgeber kleiner ist als eine vorgewählte Zeit (IC_ENA_TIM). Diese Zeit kann abhängig von den Betriebsbedingungen an verschiedene vorgegebene Zeiten angepasst werden. In einem speziellen Beispiel kann die Zeit auf einen konstanten Wert von einer Sekunde gesetzt werden. Alternativ dazu kann die Zeit abhängig davon angepasst werden, ob der Fahrer mehr oder weniger Gas gibt.
Weiter Bezug nehmend auf 3D(2), wenn die Antwort auf Schritt 366 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 368 über. In Schritt 368 berechnet die Routine ein Drehmomentverhältnis (TQ_ratio), eine Zündverzögerung (spark_retard) und die relative Drosselklappenposition (TP_REL). Ein Drehmomentverhältnis wird insbesondere auf der Basis der Zahl der deaktivierten Zylinder (in diesem Falle vier) im Verhältnis zur Gesamtzahl der Zylinder (in diesem Falle acht), und des aktuellen Zeitgeberwerts und des Zeitgebergrenzwerts (IC_ENA_TIM) berechnet. Ferner wird die Zündverzögerung abhängig vom Drehmomentverhältnis berechnet. Schließlich wird die relative Drosselklappenposition abhängig vom Drehmomentverhältnis berechnet. Andernfalls, wenn die Antwort auf Schritt 366 „nein" ist, geht die Routine zu Schritt 370 über. In Schritt 370 arbeitet die Routine in der Vierzylinderbetriebsweise und setzt die Zündverzögerung auf null.
Es ist anzumerken, dass die Differenz der Zeiten t1 und t2 in 3D(1) dem Zeitgebergrenzwert (IC_ENA_TIM) entspricht.
In 3D(3), stellen die Graphen 3D(3)a–3D(3)d Übergänge von der 4-Zylinder- in die 8-Zylinder-Betriebsweise dar. In diesem Fall werden die Zündeinstellung und die Zahl der Zylinder am Zeitpunkt t geändert. Dann werden vom Zeitpunkt t1 bis am Zeitpunkt t2 (der dem Zeitgebergrenzwert entspricht) die Drosselklappenposition und die Zündeinstellung genähert, d.h. allmählich angepasst, um sich der optimalen Zündeinstellung zu nähern, wobei das Motordrehmoment im Wesentlichen konstant bleibt. Es ist auch anzumerken, dass drei unterschiedliche Ansprechverhalten an drei verschiedenen Übergangszeiten vorgesehen sind, die durch den Parameter (IC_ENA_TIM) gesetzt werden. Bei den ersten zwei Ansprechverhalten, die mit a und b bezeichnet sind, fordert der Fahrer zum Beispiel nur eine leichte, allmähliche Zunahme des Motordrehmoments an. Doch in der Situation c fordert der Fahrer eine schnelle Zunahme des Motordrehmoments an. In diesen Fällen veranschaulichen die Graphen die Anpassung der Drosselklappenposition und der Zündeinstellung und die Änderung der Zahl der Zylinder sowie die entsprechende Motorleistung.
Die Routine in 3E beschreibt nun den Übergang von vier Zylindern auf die 8-Zylinder-Betriebsweise. Zuerst bestimmt die Routine in Schritt 372, ob der Motor in der Vierzylinder-Betriebsweise betrieben wird. Wenn die Antwort auf Schritt 372 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 374 über, wo bestimmt wird, ob die 8-Zylinder-Betriebsweise erforderlich ist, wie oben Bezug nehmend auf 3C beschrieben. Wenn die Antwort auf Schritt 374 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 376 über. In Schritt 376 inkrementiert die Routine den Zeitgeber (IC_DIS_TMR) und aktiviert alle Zylinder. Dann bestimmt die Routine in Schritt 378, ob der Zeitgeberwert kleiner oder gleich der Zeitgrenze (IC_DIS_TIM) ist. Wie oben beschrieben, wird diese Zeitgrenze angepasst, um verschiedene Motoransprechverhalten zu erreichen. Wenn die Antwort auf Schritt 378 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 380 über, wo das Drehmomentverhältnis, die Zündverzögerung und die relative Drosselklappenposition wie gezeigt berechnet werden.
Bezug nehmend auf 4A wird nun eine Routine zur Regelung der Leerlaufdrehzahl beschrieben. Zuerst wird in Schritt 410a bestimmt, ob die Leerlaufdrehzahlregelung erforderlich ist. D.h., die Routine bestimmt, ob die Motordrehzahl in einem bestimmten Leerlaufdrehzahlregelbereich ist, ob die Pedalposition weniger als um einen bestimmten Betrag durchgedrückt ist, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein bestimmter Wert ist, und andere Hinweise darauf, dass die Leerlaufdrehzahlregelung erforderlich ist. Wenn die Antwort auf Schritt 410a „ja" ist, bestimmt die Routine in Schritt 412a eine Solldrehzahl. Diese Solldrehzahl basiert auf verschiedenen Faktoren, wie z.B.: Motorkühlmitteltemperatur, Zeit seit dem Anlassen des Motors, Schalthebelposition (zum Beispiel wird gewöhnlich eine höhere Motordrehzahl eingestellt, wenn der Hebel in der Leerlaufstellung ist, als wenn ein Gang eingelegt ist), und der Status des Zubehörs wie z.B. der Klimaanlage, und die Katalysatortemperatur. D.h., die Solldrehzahl kann erhöht werden, um während des Warmlaufens des Motors zusätzliche Wärme zur Erhöhung der Katalysatortemperatur zu erzeugen.
Dann bestimmt die Routine in Schritt 414a die Istdrehzahl. Es gibt verschiedene Verfahren zur Bestimmung der Istdrehzahl. Zum Beispiel kann die Drehzahl von einem Drehzahlfühler gemessen werden, der mit der Kurbelwelle des Motors gekoppelt ist. Alternativ dazu kann die Drehzahl auf der Basis anderer Sensoren geschätzt werden, wie z.B. einer Nockenwellenstellung-Sonde und Zeit. Dann berechnet die Routine in Schritt 416a auf der Basis der bestimmten Solldrehzahl und der gemessenen Drehzahl einen Regelvorgang. Zum Beispiel kann ein Vorwärts- und Rückführungs-Proportional/Integral-Regler benutzt werden. Alternativ dazu können verschiedene andere Steueralgorithmen verwendet werden, um die Istdrehzahl der Solldrehzahl anzunähern.
Als nächstes bestimmt die Routine in Schritt 418a, ob der Motor in der Betriebsweise LUFT/MAGER ist. Wenn die Antwort auf Schritt 418a „nein" ist, geht die Routine zu Schritt 420a über.
In Schritt 420a wird bestimmt, ob der Motor in eine Betriebsweise übergehen sollte, in der einige Zylinder mager und andere Zylinder ohne eingespritzten Kraftstoff betrieben werden, die als Betriebsweise LUFT/MAGER bezeichnet wird. Diese Bestimmung kann auf der Basis verschiedener Faktoren durchgeführt werden. Zum Beispiel können verschiedene Bedingungen auftreten, wo es erforderlich ist, mit allem Zylinder im gleichen Betriebszustand zu bleiben, zum Beispiel: Kraftstoffdampfspülung, adaptives Lernen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, eine Anforderung einer höheren Motorleistung durch den Fahrer, der fette Betrieb aller Zylinder zur Freisetzung und Reduktion der im Emissionskontrollgerät gespeicherten Sauerstoffträger, um die Abgas- und Katalysatortemperatur zu erhöhen und Schadstoffe wie Schwefel zu entfernen, der Betrieb zum Erhöhen oder Halten der Abgastemperatur, um das Emissionskontrollgerät auf eine Solltemperatur zu regeln, oder um die Temperatur des Emissionskontrollgeräts aufgrund eines Überhitzungszustands zu senken. Darüber hinaus können die oben beschriebenen Bedingungen nicht nur auftreten, wenn alle Zylinder betrieben werden oder alle Zylinder mit dem gleichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden, sondern auch unter anderen Betriebsbedingungen wie z.B.: Einige Zylinder, die stöchiometrisch betrieben werden, und andere fett, einige Zylinder, die ohne Kraftstoff und nur mit Luft, und andere, die fett betrieben werden, oder Bedingungen, in denen einige Zylinder mit einem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und andere Zylinder mit einem zweiten, anderen Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben. In jedem Fall können diese Bedingungen Übergänge aus der Betriebsweise LUFT/MAGER erfordern oder diese Betriebsweise verhindern.
In Schritt 422a von 4A wird ein anderer Parameter als der Kraftstoffmenge zur zweiten Zylindergruppe angepasst, um die Motorleistung und damit die Motordrehzahl zu regeln. Wenn zum Beispiel der Motor mit allen Zylindergruppen mager betrieben wird, dann wird der in alle Zylindergruppen eingespritzte Kraftstoff auf der Basis des bestimmten Regelvorgangs angepasst. Alternativ dazu, wenn der Motor in einer stöchiometrischen Betriebsweise betrieben wird, in der alle Zylinder stöchiometrisch betrieben werden, dann werden die Motorleistung und damit die Motordrehzahl durch Anpassung der Drosselklappe oder einer Leerlaufdüse geregelt. Zudem wird in der stöchiometrischen Betriebsweise das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis aller Zylinder geregelt, indem der in die Zylinder eingespritzte Kraftstoff auf der Basis des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und des von der Abgas-Sauerstoffsonde in der Abgasleitung gemessenen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses einzeln geregelt wird.
Die Leerlaufdrehzahlregelung erfolgt in der Betriebsweise LUFT/MAGER daher erfindungsgemäß durch Anpassung der Kraftstoffmenge zu den Zylindern, die Luft und Kraftstoff verbrennen, und die restlichen Zylinder werden ohne Kraftstoff und nur mit Luft betrieben. Es ist anzumerken, dass die Kraftstoffanpassung erreicht werden kann, indem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors über eine Änderung des verbrannten Kraftstoffs geändert wird, der eingespritzt oder dampfförmig eingeleitet wird. Wenn diese Betriebsweise LUFT/MAGER nicht verwendet wird, wird die Leerlaufdrehzahlregelung auf eine der folgenden oder verschiedene andere Weisen erreicht: Anpassung des Luftstroms und stöchiometrischer Betrieb mit verzögerter Zündeinstellung, Betrieb einiger Zylinder bei einem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und anderer Zylinder bei einem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und Anpassung mindestens des Luftstroms oder des Kraftstoffs zu den Zylindern, Anpassung einer Leerlaufdüse auf der Basis des Drehzahlfehlers oder verschiedene andere.
Wenn die Antwort auf Schritt 420a „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 424a über und der Motor geht vom Betrieb mit allen Zylindern zur Betriebsweise LUFT/MAGER über, in der einige Zylinder mager und andere Zylinder ohne Kraftstoffeinspritzung betrieben werden (siehe Übergangsroutinen weiter unten).
Von Schritt 424a aus, oder wenn die Antwort auf Schritt 418a „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 426a über und die Leerlaufdrehzahl wird in der Betriebsweise LUFT/MAGER geregelt. In Schritt 426a von 4A wird der Kraftstoff zu der Zylindergruppe, die ein Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt, auf der Basis eines bestimmten Regelvorgangs angepasst. Dadurch wird die Leerlaufdrehzahl geregelt, indem der Kraftstoff zu weniger als allen Zylindergruppen angepasst wird, wobei in einige Zylinder kein Kraftstoff eingespritzt wird. Wenn zudem die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der verbrennenden Zylinder oder des Luft/Kraftstoff-Gesamtverhältnisses des Gemischs aus reiner Luft und verbrannter Luft und Kraftstoff erforderlich ist, zum Beispiel auf der Basis einer Abgas-Sauerstoffsonde, dann wird die Drosselklappe auf der Basis des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und des gemessenen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses angepasst. Auf diese Weise wird der Kraftstoff zu den verbrennenden Zylindern angepasst, um die Motorleistung zu regeln, während das Luft/Kraftstoffverhältnis durch Anpassung des Luftstroms geregelt wird. Es ist anzumerken, dass die Drosselklappe auf diese Weise verwendet werden kann, um das Luft/Kraftstoffverhältnis der verbrennenden Zylinder innerhalb eines vorgewählten Bereichs zu halten, um eine gute Brennbarkeit und reduzierte Pumparbeit zu gewährleisten.
Dadurch wird in der Betriebsweise LUFT/MAGER erfindungsgemäß der Kraftstoff, der in die Zylinder eingespritzt wird, die ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennen, so angepasst, dass die Istdrehzahl sich einer Solldrehzahl nähert, während einige der Zylinder ohne eingespritzten Kraftstoff betrieben werden. Alternativ dazu, wenn der Motor nicht in der Betriebsweise LUFT/MAGER ist, wird mindestens die Luft oder der Kraftstoff zu allen Zylindern angepasst, um die Motordrehzahl so zu regeln, dass sie sich der Solldrehzahl nähert.
Die obige Beschreibung von 4A betraf die Ausführungsform zur Regelung der Leerlaufdrehzahl. Doch dies ist nur eine erfindungsgemäße Ausführungsform. 4B bis 4D betreffen zusätzliche andere Ausführungsformen.
Bezug nehmend auf 4B wird nun eine Ausführungsform zur Temporegelung (Regelung der Fahrzeuggeschwindigkeit) beschrieben. D.h., die Routine von 4B entspricht der von 4A, mit Ausnahme der Blöcke 410b bis 416b. D.h., in Schritt 410b wird bestimmt, ob der Temporegelungsmodus gewählt ist. Wenn die Antwort auf Schritt 410b „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 412b über, wo eine Sollfahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird. In Schritt 412b sind verschiedene Methoden verfügbar, um die Sollgeschwindigkeit zu wählen. Zum Beispiel kann dies eine Geschwindigkeit sein, die direkt vom Fahrer eingestellt wird. Alternativ dazu kann es eine Sollgeschwindigkeit sein, um eine bestimmte Fahrzeugbeschleunigung oder -abbremsung zu erhalten, die vom Fahrer über Lenkradsteuerungen angefordert wird. Als nächstes berechnet/schätzt die Routine in Schritt 414b die Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Diese Istgeschwindigkeit kann auf verschiedene Weisen berechnet/geschätzt werden, wie zum Beispiel: auf der Basis von Geschwindigkeitssensoren, auf der Basis der Motordrehzahl und eines Übersetzungsverhältnisses, auf der Basis eines Positionsbestimmungssystems oder verschiedener anderer Methoden. Als nächstes berechnet die Routine in Schritt 416b einen Regelvorgang auf der Basis der Soll- und Istgeschwindigkeit. Wie oben beschrieben, können verschiedene Regelverfahren angewandt werden, zum Beispiel: ein PID-Regler, ein Vorwärtsregler oder verschiedene andere.
Bezug nehmend auf 4C wird eine andere Ausführungsform zur Regelung des Motor- oder Raddrehmoments während der Betriebsweise LUFT/MAGER beschrieben. Auch 4C entspricht 4A und B, mit Ausnahme der Schritte 410c bis 416c. Zuerst bestimmt die Routine in Schritt 410c, ob die Drehmomentregelung gewählt ist. Wenn die Antwort auf Schritt 410c „ ja" ist, geht die Routine zu Schritt 412c über. In Schritt 412c bestimmt die Routine ein Solldrehmoment (entweder ein Motordrehmoment, ein Raddrehmoment oder ein sonstiger Drehmomentwert). D.h., dieser Solldrehmomentwert kann auf verschiedenen Parametern basieren, wie zum Beispiel: Eine Anforderung vom Fahrer (Pedalstellung), eine Solldrehzahl, eine Sollgeschwindigkeit, ein Sollradschlupf oder verschiedene andere Parameter. Als solche kann diese Drehmomentsteuerroutine zur Durchführung der Leerlaufdrehzahlregelung, Temporegelung, Fahrerregelung sowie zur Traktionsregelung verwendet werden.
Als nächstes berechnet/schätzt die Routine in Schritt 414c das Istdrehmoment. Dies kann über einen Drehmomentsensor oder auf der Basis anderer Motor betriebsparameter wie z.B. der Motordrehzahl, des Motorluftstroms, der Kraftstoffeinspritzung und anderer durchgeführt werden. Dann berechnet die Routine in Schritt 416c auf der Basis des Soll- und Istdrehmoments einen Regelvorgang. Wie oben können verschiedene Regelverfahren verwendet werden, wie z.B. ein PID-Regler.
Schließlich wird in 4D eine weitere Ausführungsform beschrieben, die die Traktionsregelung betrifft. In Schritt 410d bestimmt die Routine, ob die Traktionsregelung aktiviert ist. Wenn die Antwort auf Schritt 410d „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 412d über, wo die Routine eine Radschlupfgrenze bestimmt. Diese Grenze stellt den maximal zulässigen Schlupf zwischen antreibenden und angetriebenen Rädern dar, der toleriert wird. Dann berechnet/schätzt die Routine in Schritt 414d den Istradschlupf auf der Basis, zum Beispiel, der Radgeschwindigkeitssensoren an den antreibenden und angetriebenen Rädern. Dann berechnet die Routine in Schritt 416d auf der Basis des Grenzradschlupfs und des berechneten/geschätzten Radschlupfs einen Regelvorgang. Wie oben in 4A bis 4C entsprechen die Schritte 418d bis 426d den Schritten 418a bis 426a.
Bezug nehmend auf 5 wird nun eine Routine zur erfindungsgemäßen Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Motors beschrieben. Zuerst wird in Schritt 510 bestimmt, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit offenem oder geschlossenem Regelkreis geregelt wird. D.h., in einem Beispiel wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis während des Warmlaufens des Motors mit offenem Regelkreis geregelt, bis die Abgas-Sauerstoffsonden ihre Betriebstemperatur erreicht haben. Die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit offenem Regelkreis kann auch erforderlich sein, wenn der Betrieb vom stöchiometrischen Betrieb abweicht, falls die Abgas-Sauerstoffsensoren Abgas-Sauerstoffsensoren umschaltenden Typs sind, die am stöchiometrischen Punkt eine Umschaltung und eine Sensorausgabe erzeugen. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit offenem Regelkreis geregelt wird, bricht die Routine einfach ab. Ansonsten, bei einem Betrieb mit geschlossenem Regelkreis, geht die Routine zu Schritt 512 über, wo alle Abgas-Sauerstoffsensoren, die mit dem Motorabgas gekoppelt sind, gelesen werden. Es ist auch anzumerken, dass die Betriebsweise LUFT/MAGER gesperrt werden kann, wenn Bedingungen vorliegen, die einen offenen Regelkreis erfordern. Die Betriebsweise LUFT/MAGER ist aber auch mit offenem Regelkreis möglich.
Als nächstes wird in Schritt 514 bestimmt, ob der Motor in der Betriebsweise LUFT/MAGER ist. Wenn die Antwort auf Schritt 514 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 516 über. In Schritt 516 wird für jede Sonde bestimmt, ob die Sonde einem Gemisch aus Luft und verbranntem Kraftstoff ausgesetzt ist (d.h., ob der Sensor einem Gasgemisch aus einer ersten Zylindergruppe im Wesentlichen ohne Kraftstoffeinspritzung und einem Gasgemisch aus einer zweiten Brennraumgruppe ausgesetzt ist, in der die Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs durchgeführt wird). Wenn die Antwort auf Schritt 516 „nein" ist, dann ist es nicht notwendig, das Gemisch aus reiner Luft und verbrannten Gasen durch Nutzung der Information aus der Sonde zu berücksichtigen. D.h., die Routine kann zu Schritt 522 übergehen, wo die Luft/Kraftstoff-Regelung wie in 2E und in der zugehörigen schriftlichen Beschreibung gezeigt erfolgt. Andernfalls, wenn die Antwort auf Schritt 516 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 518 über. D.h., wenn die Sonde einem Gemisch aus Luft und verbrannter Luft und Kraftstoff ausgesetzt ist, geht die Routine zu Schritt 518 über.
In Schritt 518 wird bestimmt, ob die Sonde verwendet wird, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Zylinder, die ein Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennen, zu regeln. Mit anderen Worten, eine Sonde wie 230B zum Beispiel kann einem Gemisch aus Luft und verbrannter Luft und Kraftstoff ausgesetzt sein und dennoch verwendet werden, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der verbrennenden Zylindergruppe zu regeln, in diesem Falle 212B. Wenn die Antwort auf Schritt 518 „nein" ist, geht die Routine zu Schritt 522 über, wie weiter unten beschrieben. Andernfalls, wenn die Antwort auf Schritt 518 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 520 über. In Schritt 520 korrigiert die Routine das Verbrennungsluft-Kraftstoff-Gemisch für die Sondenablesung, indem sie entweder die Luft oder den Kraftstoff, die den verbrennenden Zylindern zugeführt werden, oder beides, auf der Basis der Zahl der Zylinder, die das Gemisch verbrennen, und der Zahl der Zylinder, die im Wesentlichen ohne Kraftstoffeinspritzung betrieben werden, anpasst, wodurch das Gemisch aus reiner Luft und verbrannten Gasen berücksichtigt wird. Anders ausgedrückt, die Routine korrigiert die Sondenabweichung, die durch die reine Luft aus der Verbrennungsgruppe (zum Beispiel 210B) verursacht wird, die zwar eingeleitete Luft, aber keinen eingespritzten Kraftstoff enthält. Überdies kann die Routine das in den Auspuffkanal oder Ansaugkanal rückgeführte Abgas berücksichtigen, falls vorhanden. In der Konfiguration von 2(C) zum Beispiel sind die vorgeschalteten Sonden einem Gemisch aus Luft und verbrannten Gasen ausgesetzt. Die unaufbereitete Sondenablesung entspricht daher nicht dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis der verbrannten Gase. Erfindungsgemäß wird dieser Fehler auf verschiedene Weisen kompensiert.
In einem speziellen Beispiel kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der verbrennenden Zylinder wie unten gezeigt aus der Sondenablesung bestimmt werden. In diesem Beispiel wird angenommen, dass eine perfekte Mischung der Abgase erfolgt. Ferner wird angenommen, dass die Zylinder, die ein Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennen, alle im Wesentlichen das gleiche Luft/Kraftstoff-Verhältnis verbrennen. In diesem Beispiel wird (werden) die Sensorablesung(en) als relatives stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis angegeben. Bei Benzin beträgt dieses Verhältnis etwa 14,6. Die Luft pro Zylinder bei Zylindern ohne eingespritzten Kraftstoff wird als a_A bezeichnet. Dementsprechend wird die Luft pro Zylinder bei verbrennenden Zylindern als a_C bezeichnet, während der pro Zylinder eingespritzte Kraftstoff bei verbrennenden Zylindern als s_C bezeichnet wird. Die Zahl der Zylinder ohne eingespritzten Kraftstoff wird als Na bezeichnet, während die Zahl der Zylinder, die ein Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennen, als N_C bezeichnet wird. Die allgemeine Gleichung, um diese Parameter miteinander in Bezug zu bringen, ist:
Angenommen, dass die Luft, die jeder Brennraumgruppe zugeführt wird, im Wesentlichen gleich ist, dann kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der verbrennenden Zylinder bestimmt werden, indem die Sondenablesung mit 14,6 multipliziert wird und die Zahl der Zylinder, die ein Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennen, durch die Gesamtzahl der Zylinder dividiert wird. In dem einfachen Fall, wo die gleiche Zahl von Zylindern mit und ohne Kraftstoff betrieben wird, zeigt die Sonde einfach das Doppelte des Verbrennungsluft/Kraftstoff-Verhältnisses an.
Auf diese Weise ist es möglich, die Sondenablesung zu verwenden, die durch die Luft aus den Zylindern ohne Kraftstoffeinspritzung verfälscht wurde. In diesem Beispiel wurde die Sondenablesung modifiziert, um eine Schätzung des in den verbrennenden Zylindern verbrannten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu erhalten. Diese angepasste Sondenablesung kann dann mit einer Rück kopplungsregelung verwendet werden, um das Zylinder-Luft/Kraftstoff-Verhältnis der verbrennenden Zylinder auf ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu regeln, unter Berücksichtigung der Luft aus den Zylindern ohne Kraftstoffeinspritzung, die die Sondenausgabe beeinflusst.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis angepasst werden, um die Luft aus den Zylindern ohne Kraftstoffeinspritzung zu berücksichtigen, die die Sondenausgabe beeinflusst. In dieser anderen Ausführungsform wird die Sondenausgabe nicht direkt angepasst, stattdessen wird das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend angepasst. Auf diese Weise ist es möglich, trotz des Einflusses der Luft aus den Zylindern ohne Kraftstoffeinspritzung auf die Sondenausgabe das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern, die ein Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennen, auf ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu regeln.
Auf ähnliche Weise ist es möglich, das rückgeführte Abgas zu berücksichtigen. Mit anderen Worten, wenn im mageren Betrieb im rückgeführten Abgas ein Luftüberschuss vorhanden ist, der in den Motor eintritt, ohne vom Luftdurchflussmesser (Luftmengensensor 100) gemessen worden zu sein. Die Menge des Luftüberschusses in den AGR-Gasen (Am_egr) kann mit der folgenden Gleichung berechnet werden, mit Hilfe der vom Sensor 100 gemessenen Luftmasse (am, in lbs/min), des AGR-Anteils oder Prozentsatzes (egrate) und des relativen stöchiometrischen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (lambse): am_egr = am·(egrate/(1 – egrate))·(lambse – 1)wobei egrate = 100·desem/(am + desem), wobei desem die Masse der AGR in lbs/min ist.
Die korrigierte Luftmasse entspricht daher am + am_egr.
Auf diese Weise ist es möglich, die Istluft zu ermitteln, die in den Motorzylinder eintritt, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis genauer geregelt werden kann.
Mit anderen Worten, im Kraftstoffregelungsbetrieb mit offenem Regelkreis bewirkt der durch die AGR hinzugefügte Luftüberschuss, dass der Zylinder magerer betrieben wird als angefordert, was zu Fehlzündungen des Motors führen kann, wenn er nicht berücksichtigt wird. Auf ähnliche Weise kann das Steuergerät im Kraftstoffregelungsbetrieb mit geschlossenem Regelkreis das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis so anpassen, dass mehr Kraftstoff hinzugefügt wird, damit das Luft/Kraftstoff-Gesamtverhältnis dem angeforderten Wert entspricht. Dies kann dazu führen, dass die Motorleistung nicht mit dem Wert am_egr im Verhältnis steht. Die Lösung besteht zum Beispiel darin, die angeforderte Luftmasse anzupassen, indem der angeforderte Luftstrom von der elektronisch geregelten Drosselklappe um einen Betrag von am_egr so verringert wird, dass die Motorleistung und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis konstant bleiben.
Es ist anzumerken, dass bei einigen der obigen Korrekturen die Anpassungen, die durchgeführt werden, um die unverbrannte Luft in einigen Zylindern zu kompensieren, eine Schätzung des Luftstroms in diesen Zylindern erfordern. Doch diese Schätzung kann einen Fehler enthalten (wenn sie zum Beispiel auf einem Luftmengenmesser basiert, kann der Fehler bis zu 5 % oder mehr betragen). Deshalb haben die Erfinder ein anderes Verfahren zur Bestimmung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des verbrannten Gemischs entwickelt. D.h., mit Hilfe eines Temperaturfühlers, der mit einem Emissionskontrollgerät (z.B. 220c) gekoppelt ist, ist es möglich, zu erkennen, wann die arbeitenden Zylinder den stöchiometrischen Punkt überschritten haben. Mit anderen Worten, wenn die verbrennenden Zylinder mager betrieben werden, und die anderen Zylinder im Wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff, findet im Inneren des Katalysators nahezu keine exotherme Reaktion statt, da nur Sauerstoffüberschuss vorhanden ist (und da fast keine Reduktionsmittel vorhanden sind, da kein Zylinder fett betrieben wird). Als solche weist die Katalysatortemperatur einen Wert auf, der den aktuellen Betriebsbedingungen entsprechend erwartet wird. Doch wenn die Zylinder in einen fetten Betrieb übergehen, können die fetten Gase mit dem Sauerstoffüberschuss im Katalysator reagieren, wodurch sie Wärme erzeugen. Diese Wärme kann die Katalysatortemperatur über den erwarteten Wert hinaus erhitzen, wodurch es möglich ist, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit Hilfe des Temperaturfühlers zu erkennen. Diese Korrektur kann mit den oben beschriebenen Verfahren zur Korrektur der Ablesung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses verwendet werden, so dass eine genaue Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses erreicht werden kann, wenn einige Zylinder im Wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff betrieben werden.
Weiter Bezug nehmend auf 5, wird in Schritt 522 das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Zylinder, in denen eine Verbrennung stattfindet, auf der Basis der Ausgabe der Sonden korrigiert, die in Schritt 512 gelesen wurden. Da der Motor nicht in der Betriebsweise LUFT/MAGER ist, ist es in diesem Falle allgemein nicht erforderlich, die Sondenausgaben zu korrigieren, da die Zylinder allgemein alle im Wesentlichen mit dem gleichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden. Eine ausführlichere Beschreibung dieser Rückkopplungsregelung ist in 2E und der zugehörigen schriftlichen Beschreibung zu finden. Es ist anzumerken, dass in einem erfindungsgemäßen speziellen Beispiel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Zylinder, die ein Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennen, in der Betriebsweise LUFT/MAGER geregelt wird, indem der in den Motor eintretende Luftstrom geregelt wird (siehe Schritt 520). Auf diese Weise ist es möglich, die Motorleistung durch Anpassung der Kraftstoffeinspritzung in die verbrennenden Zylinder zu regeln, während das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch Änderung der Luftmengen zu allen Zylindern geregelt wird. Andernfalls, wenn der Motor 10 nicht in der Betriebsweise LUFT/MAGER ist (siehe Schritt 522), wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis aller Zylinder auf ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis geregelt, indem die Kraftstoffeinspritzmenge geändert wird, während das Antriebsdrehmoment des Motors geregelt wird, indem der Luftstrom zu allen Zylindern angepasst wird.
Bezug nehmend auf 6 wird nun ein Routine zur Bestimmung des Ausfalls der Abgas-Sauerstoffsonden sowie zur Steuerung der Aktivierung des adaptiven Lernens auf der Basis der Abgas-Sauerstoffsonden beschrieben.
Zuerst bestimmt die Routine in Schritt 610, ob der Motor in der Betriebsweise LUFT/MAGER ist. Wenn die Antwort auf Schritt 610 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 612 über, wo bestimmt wird, ob eine Sonde einem Gemisch aus Luft und Luft plus verbrannten Gasen ausgesetzt ist. Wenn die Antwort auf Schritt 612 „nein" ist, bestimmt die Routine in Schritt 614, ob die Sonde reiner Luft ausgesetzt ist. Wenn die Antwort auf Schritt 614 „ja" ist, führt die Routine die Sondendiagnose dem dritten erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend durch (weiter unten beschrieben) und deaktiviert das adaptive Lernen (siehe 7). Mit anderen Worten, wenn eine Sonde nur einer Zylindergruppe ausgesetzt ist, die Luft im Wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff einleitet, dann wird die Sondendiagnose nach dem dritten erfindungsgemäßen Verfahren verwendet, und das adaptive Lernen der Kraftstoffabgabe- und Luftstromfehler wird deaktiviert.
Andernfalls, wenn die Antwort auf Schritt 612 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 618 über. In Schritt 618 führt die Routine die Diagnose und das Lernen dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend durch, das weiter unten beschrieben wird.
Wenn die Antwort auf Schritt 614 „nein" ist, geht die Routine zu Schritt 620 über und führt die Diagnose und das Lernen dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend durch (siehe 8).
Wenn die Antwort auf Schritt 610 „nein" ist, bestimmt die Routine in Schritt 622, ob der Motor im Wesentlichen beinahe stöchiometrisch betrieben wird. Wenn die Antwort auf Schritt 622 „ja" ist, aktiviert die Routine in Schritt 624 das adaptive Lernen von der Abgassonde. Mit anderen Worten, wenn alle Zylinder Luft und Kraftstoff verbrennen und der Motor beinahe stöchiometrisch betrieben wird, wird das adaptive Lernen von den Abgas-Sauerstoffsonden aktiviert. Eine ausführlichere Beschreibung des adaptiven Lernens ist in 2F und der zugehörigen schriftlichen Beschreibung zu finden.
Dann aktiviert die Routine in Schritt 626 die stöchiometrische Diagnose für die Sonden und den Katalysator.
Bezug nehmend auf 7 wird nun das dritte erfindungsgemäße adaptive/diagnostische Verfahren (siehe Schritt 616 in 6) beschrieben. Zuerst bestimmt die Routine in Schritt 710, ob der Motor für eine bestimmte Dauer in der Betriebsweise LUFT/MAGER gewesen ist. Dies kann eine bestimmte Zeitdauer, eine bestimmte Zahl an Motorumdrehungen oder eine variable Dauer sein, die auf den Motor- und Fahrzeugbetriebsbedingungen basiert, wie z.B. der Fahrzeuggeschwindigkeit und Temperatur. Wenn die Antwort auf Schritt 710 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 712 über, wo bestimmt wird, ob die Luft-Kraftstoff-Sonde ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigt. Die Routine kann zum Beispiel bestimmen, ob die Sonde einen mageren Wert anzeigt, der größer ist als ein bestimmtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Wenn die Antwort auf Schritt 712 „nein" ist, inkrementiert die Routine in Schritt 714 den Zähler e um eins. Dann bestimmt die Routine in Schritt 716, ob der Zähler e größer ist als ein erster Grenzwert (L1). Wenn die Antwort auf Schritt 716 „ja" ist, zeigt die Routine in Schritt 718 den Ausfall der Sonde an.
Wenn die Sonde nur mit einer Zylindergruppe gekoppelt ist, die Luft im Wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff einleitet, dann bestimmt die Routine erfindungsgemäß, dass die Sonde ausgefallen ist, wenn die Sonde nicht eine bestimmte Zeit lang ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigt.
Bezug nehmend auf 8 wird nun das zweite erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose und zum adaptiven Lernen (siehe Schritt 620 in 6) beschrieben. Zuerst bestimmt die Routine in Schritt 810, ob die Luft-Kraftstoff-Sonde funktioniert. Dies kann auf verschiedene Weisen erfolgen, wie zum Beispiel: Vergleich des gemessenen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit einem auf der Basis der Motorbetriebsbedingungen erwarteten Wert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Wenn die Sonde in Schritt 812 korrekt funktioniert, geht die Routine zu Schritt 814 über. Wenn die Sonde ausgefallen ist, geht die Routine von Schritt 812 zu Schritt 816 über und deaktiviert das adaptive Lernen auf der Basis der Luft-Kraftstoff-Sondenablesung.
Weiter Bezug nehmend auf 8, wenn die Antwort auf Schritt 812 „ ja" ist, bestimmt die Routine in Schritt 814, ob Kraftstoffdampf vorhanden ist. Wenn Kraftstoffdampf vorhanden ist, geht die Routine auch hier zu Schritt 816 über. Andernfalls geht die Routine zu Schritt 818 über und lernt einen adaptiven Parameter zur Berücksichtigung der Alterung des Einspritzaggregats, der Alterung des Luftdurchflussmessers und verschiedener anderer Parameter, wie hierin Bezug nehmend auf 2F ausführlicher beschrieben. Das adaptive Lernen kann verschiedene Formen annehmen, wie in der US-Patentschrift Nr. 6,102,018 beschrieben, die an den Abtretungsempfänger der vorliegenden Erfindung abgetreten wurde und durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
Bezug nehmend auf 9 wird nun die Diagnose und das adaptive Lernen nach dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren (siehe Schritt 618 in 6) beschrieben. Zuerst bestimmt die Routine in Schritt 910, ob die Luft-Kraftstoff-Sonde funktioniert, auf ähnliche Weise wie in Schritt 810 von 8. Dann wird das adaptive Lernen in Schritt 912 deaktiviert.
Das erfindungsgemäße Verfahren, das oben Bezug nehmend auf 6 bis 9 beschrieben wird, beschreibt die Diagnose und das adaptive Lernen für eine bestimmte Abgas-Sauerstoff- oder Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sonde. Die obigen Routinen können für jede Abgassonde der Abgasanlage wiederholt werden.
Bezug nehmend auf 10 wird die Routine zur Schätzung der Katalysatortemperatur abhängig von der Betriebsweise des Motors beschrieben. Zuerst bestimmt die Routine in Schritt 1010, ob der Motor in der Betriebsweise LUFT/MAGER ist. Wenn die Antwort auf Schritt 1010 „nein" ist, schätzt die Routine die Katalysatortemperatur mit Hilfe der konventionellen Temperaturschätzungsroutinen. Zum Beispiel wird die Katalysatortemperatur auf der Basis von Betriebsbedingungen wie die Kühlmitteltemperatur, der Motorluftstrom, die Kraftstoffeinspritzmenge, die Zündeinstellung und verschiedene andere Parameter geschätzt, wie z.B. in der US-Patentschrift Nr. 5,303,168 beschrieben. Der gesamte Inhalt der US-Patentschrift Nr. 5,303,168 wird hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
Andernfalls, wenn die Antwort auf Schritt 1010 „nein" ist, geht die Routine zu Schritt 1014 über, wo die Katalysatortemperatur auf der Basis der Zylinder, die ohne Kraftstoffeinspritzung betrieben werden, unter Berücksichtigung des Einflusses der reinen Luft geschätzt wird. Mit anderen Worten, die zusätzliche Kühlung vom Luftstrom durch die Zylinder ohne eingespritzten Kraftstoff kann eine erhebliche Abnahme der Katalysatortemperatur bewirken. Andernfalls, wenn die Abgase der verbrennenden Zylinder fett sind, kann dieser Sauerstoffüberschuss aus den Zylindern, die ohne eingespritzten Kraftstoff betrieben werden, eine erhebliche Zunahme der Abgastemperatur bewirken. Diese potentielle Zunahme oder Abnahme der konventionellen Katalysatortemperaturschätzung wird dadurch berücksichtigt.
In 11 wird eine Routine zur Steuerung des Motorbetriebs beschrieben, nachdem, wie oben Bezug nehmend auf 6 bis 9 beschrieben, einen Ausfall von Abgassonden festgestellt wurde. D.h., in Schritt 1110 bestimmt die Routine, ob Luft-Kraftstoff-Sonden ausgefallen sind. Wie oben beschrieben, kann dies bestimmt werden, indem die Sondenablesung mit einem für die Sondenablesung erwarteten Wert verglichen wird. Als nächstes, wenn die Antwort auf Schritt 1110 „ja" ist, bestimmt die Routine in Schritt 1112, ob die ausgefallene Sonde während der Betriebsweise LUFT/MAGER zur Motor steuerung des verwendet wird. Wenn die Antwort auf Schritt 1112 „ ja" ist, deaktiviert die Routine die Betriebsweise LUFT/MAGER.
Mit anderen Worten, wenn eine Sonde ausgefallen ist, die während der Betriebsweise LUFT/MAGER zur Motorsteuerung verwendet wird, dann wird die Betriebsweise LUFT/MAGER deaktiviert. Andernfalls, wenn die Sonde nicht in dieser Betriebsweise verwendet wird, dann kann die Betriebsweise LUFT/MAGER aktiviert werden und trotz der ausgefallenen Sonde durchgeführt werden.
Bezug nehmend auf 12 wird nun eine Routine zur Steuerung der Deaktivierung der Betriebsweise LUFT/MAGER beschrieben. Zuerst bestimmt die Routine in Schritt 1201, ob der Motor aktuell in der Betriebsweise LUFT/MAGER ist. Wenn die Antwort auf Schritt 1201 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 1202 über, wo sie bestimmt, ob eine Anforderung nach einer anderen Betriebsweise vorliegt. Diese Anforderung nach einer andere Betriebsweise kann verschiedene Formen annehmen, zum Beispiel: Die Anforderung einer Kraftstoffdampfspülung, die Anforderung des fetten Betriebs, um im Emissionskontrollgerät eingeschlossene NOx freizusetzen und zu reduzieren, die Anforderung der Erhöhung des Bremsverstärker-Unterdrucks durch Erhöhung des Ansaugkrümmer-Unterdrucks, eine Anforderung des Temperaturmanagements, um eine Solltemperatur eines Geräts zu erhöhen oder zu senken, die Anforderung der Durchführung von Diagnosetests für verschiedene Komponenten wie z.B. Sonden oder Emissionskontrollgeräte, eine Anforderung, den mageren Betrieb abzubrechen, eine Anforderung aufgrund der Feststellung, dass eine Motor- oder Fahrzeugkomponente ausgefallen ist, eine Anforderung des adaptive Lernens, eine Anforderung, weil ein Steuerglied einen Grenzwert erreicht hat. Wenn die Antwort auf Schritt 1202 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 1203 über, wo die Betriebsweise LUFT/MAGER deaktiviert wird.
Es ist anzumerken, dass die Anforderung nach Kraftstoffdampfspülung auf verschiedenen Bedingungen basieren kann, wie z.B. die Zeit seit der letzten Kraftstoffdampfspülung, die Umgebungsbetriebsbedingungen wie die Temperatur, die Motortemperatur, die Kraftstofftemperatur oder anderes.
Wenn, wie oben beschrieben, die Katalysatortemperatur zu stark (d.h. unter einen bestimmten Wert) abfällt, kann der Betrieb einiger Zylindern im Wesentlichen ohne Kraftstoffeinspritzung deaktiviert werden, und der Betrieb wird auf die Zündung aller Zylinder umgeschaltet, um mehr Wärme zu erzeugen. Doch es können auch andere Maßnahmen ergriffen werden, um die Katalysatortemperatur zu erhöhen. Zum Beispiel: Die Zündeinstellung der zündenden Zylinder kann verzögert werden, oder in die nicht verbrennenden Zylinder kann etwas Kraftstoff eingespritzt werden. Im letzteren Fall kann der eingespritzte Kraftstoff durch laufen (d.h. ungezündet) und dann mit dem Sauerstoffüberschuss in der Abgasanlage reagieren, um dadurch Wärme zu erzeugen.
Bezug nehmend auf 13A wird nun einer Routine zur Schnellbeheizung des Emissionskontrollgeräts beschrieben. Wie oben beschrieben, kann das Emissionskontrollgerät verschiedenen Typs sein, wie zum Beispiel: ein Dreiwegekatalysator, ein NOx-Katalysator oder verschiedene andere. In Schritt 1310 bestimmt die Routine, ob der Anlassmerker (crklfg) auf null gesetzt ist. Der Anlassmerker zeigt an, dass der Motor vom Motoranlasser gedreht wird, statt aus eigener Kraft zu laufen. Wenn er auf eins gesetzt ist, zeigt dies an, dass der Motor nicht mehr im Anlassmodus ist. Es gibt verschiedene bekannte Methoden, um zu ermitteln, wann der Motor den Anlassmodus beendet hat, zum Beispiel: wenn die sequentielle Kraftstoffeinspritzung in alle Motorzylinder begonnen hat, oder wenn der Anlasser nicht mehr eingekuppelt ist, oder verschiedene andere Methoden. Eine andere Möglichkeit, statt eine Anzeige für das Anlassen des Motors zu verwenden, wäre die Verwendung eines Merkers, der anzeigt, wann der Motor die synchrone Kraftstoffeinspritzung in alle Motorzylinder begonnen hat (sync_flg). Mit anderen Worten, wenn ein Motor anläuft, werden alle Zylinder gezündet, da die Motorposition nicht bekannt ist. Doch sobald der Motor eine bestimmte Drehzahl erreicht hat, und nach einer bestimmten Zahl von Umdrehungen kann die Motorsteuerung bestimmen, welcher Zylinder zündet. An diesem Punkt ändert der Motor den sync_flg, um solch eine Bestimmung anzuzeigen. Es ist auch anzumerken, dass der Motor während des Anlassens/Anlaufens im Wesentlichen beinahe stöchiometrisch betrieben wird, wobei alle Zylinder im Wesentlichen die gleiche Zündeinstellung haben (zum Beispiel MBT oder eine leicht verzögerte Zündeinstellung).
Wenn die Antwort auf Schritt 1310 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 1312 über, wo bestimmt wird, ob die Katalysatortemperatur (cat_temp) kleiner oder gleich einer Zündtemperatur ist. Es ist anzumerken, dass in einer alternativen Ausführungsform bestimmt werden kann, ob die Abgastemperatur kleiner als ein bestimmter Wert ist, oder ob verschiedene Temperaturen entlang des Abgaswegs oder in verschiedenen Katalysatoren bestimmte Temperaturen erreicht haben. Wenn die Antwort auf Schritt 1312 „nein" ist, zeigt dies an, dass die Zusatzbeheizung nicht aufgerufen wurde, und die Routine geht zu Schritt 1314 über. In Schritt 1314 wird die Zündeinstellung der ersten und zweiten Gruppe (spk_grp_1, spk_grp_2) mit Grundzündwerten (base_spk) gleichgesetzt, die auf der Basis der aktuellen Betriebsbedingungen bestimmt werden. Auch der Beheizungsmerker (ph_enable) wird auf null gesetzt. Es ist anzumerken, dass zur Deaktivierung des Beheizungsmodus (d.h. Deaktivierung der geteilten Zündeinstellung) verschiedene andere Bedingungen berücksichtigt werden können. Zum Beispiel, wenn der Ansaugunterdruck nicht ausreicht, oder wenn kein ausreichender Bremsverstärkerdruck vorhanden ist, oder wenn die Kraftstoffdampfspülung erforderlich ist, oder wenn die Spülung eines Emissionskontrollgeräts wie einer NOx-Trap erforderlich ist. Im beheizten Modus hat dementsprechend jede der obigen Bedingungen zur Folge, dass der beheizte Modus abgebrochen wird und alle Zylinder im Wesentlichen mit gleicher Zündeinstellung betrieben werden. Wenn eine dieser Bedingungen während des beheizten Modus auftritt, kann die unten beschriebene Übergangsroutine aufgerufen werden.
Andernfalls, wenn die Antwort auf Schritt 1312 „ja" ist, zeigt dies an, dass eine zusätzliche Beheizung der Abgasanlage erforderlich ist, und die Routine geht zu Schritt 1316 über. In Schritt 1316 setzt die Routine die Zündeinstellung der ersten und zweiten Zylindergruppe auf unterschiedliche Werte. D.h., die Zündeinstellung für die erste Gruppe (spk_gp_1) wird auf eine Zündeinstellung für ein Höchstdrehmoment oder beste Zündeinstellung (MBT_spk) gesetzt, oder auf einen anderen Zündverzögerungsbetrag, der noch eine gute Verbrennung zum Betreiben und Steuern des Motors gewährleistet. Ferner wird die Zündeinstellung für die zweite Gruppe (spk_gp_2) auf einen erheblich verzögerten Wert gesetzt, zum Beispiel –29°. Es ist anzumerken, dass je nach Motorkonfiguration, Motorbetriebsbedingungen und verschiedenen anderen Faktoren statt des Werts –29° verschiedene andere Werte verwendet werden können. Der Beheizungsmerker (ph_flag) wird auf null gesetzt. Der Betrag der Zündverzögerung, der für die zweite Gruppe (spk_gp_2) verwendet wird, kann auf der Basis der Motorbetriebsparameter wie z.B. dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, der Motorlast, der Kühlmitteltemperatur oder der Katalysatortemperatur variieren (d.h., mit zunehmender Katalysatortemperatur kann einer geringere Verzögerung in der ersten und/oder zweiten Gruppe erwünscht sein). Zudem kann auch der Stabilitätsgrenzwert von diesen Parametern abhängig sein.
Wie oben beschrieben, ist auch anzumerken, dass die Zündeinstellung der ersten Zylindergruppe nicht unbedingt auf die Zündeinstellung für das Höchstdrehmoment eingestellt werden muss. Stattdessen kann sie auf einen Wert gesetzt werden, der weniger verzögert ist als die zweite Zylindergruppe, wenn diese Bedingungen eine annehmbare Drehmomentregelung und Vibration gewährleisten (siehe 13B). D.h., sie kann auf die Verbrennungsstabilitätsgrenze (z.B. –10°) gesetzt werden. Auf diese Weise werden die Zylinder der ersten Gruppe mit höherer Last betrieben, als dies sonst der Fall wäre, wenn alle Zylinder die gleiche Motorleistung erzeugen würden. Mit anderen Worten, um eine bestimmte Motorleistung (zum Beispiel Drehzahl, Drehmoment usw.) konstant zu halten, während einige Zylinder mehr Motorleistung erzeugen als andere, erzeugen die Zylinder, die mit der höheren Motorleistung betrieben werden, mehr Motorleistung, als dies sonst der Fall wäre, wenn alle Zylinder im Wesentlichen die gleiche Motorleistung erzeugen würden. Wenn zum Beispiel in einem Vierzylindermotor alle vier Zylinder eine einheitslose Leistung von 1 erzeugen, entspricht die Gesamtmotorleistung 4. Andernfalls, um dieselbe Motorleistung von 4 mit einigen Zylindern zu halten, die mit höherer Motorleistung betrieben werden als andere, dann haben zum Beispiel zwei Zylinder eine Leistung von 1,5, während die zwei anderen Zylinder eine Leistung von 0,5 haben, was wieder einer Gesamtmotorleistung von 4 entspricht. Indem einige Zylinder mit einer stärker verzögerten Zündeinstellung betrieben werden als andere, ist es daher möglich, einige der Zylinder in einen höheren Motorlastzustand zu versetzen. Dies erlaubt den Zylindern, die mit der höheren Last betrieben werden, eine zusätzliche Zündeinstellungsverzögerung (oder verzögerungsbedingten mageren Betrieb) zu tolerieren. Daher können die Zylinder, die in den obigen Beispielen mit einer einheitslosen Leistung von 1,5 betrieben werden, eine erheblich größere Zündverzögerung tolerieren, als wenn alle Zylinder mit einer Motorleistung von 1 betrieben würden. Auf diese Weise wird dem Motorauslass zusätzliche Wärme zum Beheizen des Emissionskontrollgeräts zugeführt.
Ein Vorteil des obigen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass mehr Wärme erzeugt werden kann, wenn einige der Zylinder bei höherer Motorlast mit erheblich größerer Zündverzögerung betrieben werden, als wenn alle Zylinder im Wesentlichen mit der gleichen Zündverzögerung betrieben würden. Durch Wahl der Zylindergruppen, die mit der höheren Last und mit der niedrigeren Last betrieben werden, ist es zudem möglich, die Motorvibration zu minimieren. Deshalb lässt die obige Routine den Motor an, indem sie die Zylinder aus beiden Zylindergruppen zündet. Dann wird die Zündeinstellung der Zylindergruppen unterschiedlich eingestellt, um eine schnelle Beheizung zu gewährleisten, während gleichzeitig eine gute Verbrennung und Steuerung gewährleistet wird.
Es ist anzumerken, dass der obige Betrieb die Erwärmung sowohl der ersten als auch der zweiten Zylindergruppe gewährleistet, da die Zylindergruppe, die mit höherer Motorlast betrieben wird, einen größeren Wärmefluss zum Katalysator aufweist, während die Zylindergruppe, die mit mehr Verzögerung betrieben wird, bei hoher Temperatur betrieben wird. Wenn ein System mit der in 2C gezeigten Konfiguration betrieben wird (zum Beispiel ein V8-Motor), werden die zwei Bänke im Wesentlichen gleich erwärmt, da jeder Katalysator Gase sowohl aus der ersten als auch aus der zweiten Zylindergruppe erhält.
Wenn ein solcher Ansatz jedoch für einen V10-Motor (zum Beispiel mit einem System mit der in 2D gezeigten Form) verwendet wird, führen die Zylindergruppen nur den verschiedenen Katalysatorbänken Abgase zu. Daher kann eine Bank sich auf eine andere Temperatur erwärmen als die andere. In diesem Fall wird die obige Routine so abgeändert, dass der Betrieb der Zylindergruppen periodisch (zum Beispiel nach einer bestimmten Zeitdauer oder Zahl von Motorumdrehungen usw.) umschaltet. Mit anderen Worten, wenn beim Start der Routine die erste Gruppe mit einer größeren Verzögerung betrieben wird als die zweite Gruppe, dann wird nach dieser Dauer die zweite Gruppe mit einer größeren Verzögerung betrieben als die erste Gruppe, und so weiter. Auf diese Weise wird die gleichmäßige Erwärmung der Abgasanlage erreicht.
Wenn der Motor wie in 13A beschrieben betrieben wird, wird der Motor im Wesentlichen stöchiometrisch oder mager betrieben. Doch wie unten Bezug nehmend auf 13E-G beschrieben, kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Zylindergruppen auch auf andere Werte angepasst werden.
Es ist anzumerken, dass nicht alle Zylinder in der ersten Zylindergruppe unbedingt mit genau der gleichen Zündeinstellung betrieben werden müssen. Stattdessen können geringe Abweichungen (z.B. mehrere Grad) vorhanden sein, um die Variabilität von Zylinder zu Zylinder zu berücksichtigen. Dies gilt auch auf alle Zylinder in der zweiten Zylindergruppe. Außerdem können allgemein mehr als zwei Zylindergruppen vorhanden sein, und die Zylindergruppen können nur einen Zylinder aufweisen. In einem spezifischen Beispiel eines V8-Motors, der 2C entsprechend konfiguriert ist, sind zwei Gruppen mit jeweils vier Zylindern vorhanden. Zudem können die Zylindergruppen zwei oder mehr an der Zahl sein.
Es ist auch anzumerken, dass, wie oben beschrieben, während Betriebs gemäß 13A die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse der Motorzylinder unterschiedlich eingestellt sein können. In einem spezifischen Beispiel werden alle Zylinder im Wesentlichen stöchiometrisch betrieben. In einem anderen Beispiel werden alle Zylinder leicht mager betrieben. In einem weiteren Beispiel werden die Zylinder mit mehr Zündverzögerung leicht mager betrieben, und die Zylinder mit weniger Zündverzögerung werden leicht fett betrieben. Zudem wird in diesem Beispiel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gesamtgemischs auf einen leicht mageren Wert gesetzt. Mit anderen Worten, die mageren Zylinder mit größerer Zündverzögerung werden so mager eingestellt, dass der Sauerstoffüberschuss größer ist als der Überschuss an fetten Gasen aus den fetten Zylindergruppen, die mit weniger Zündverzögerung betrieben werden. Der Betrieb gemäß dieser anderen Ausführungsform wird weiter unten Bezug nehmend auf 13E, 13F, 13G und andere ausführlicher beschrieben.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zwei verschiedene Katalysatorbeheizungsmodi vorgesehen. Im ersten Modus wird der Motor mit einigen Zylindern betrieben, die mehr Zündverzögerung aufweisen als andere. Wie oben beschrieben, können die Zylinder dadurch mit wesentlich höherer Last (zum Beispiel bis zu 70 % Luftladung) betrieben werden, da die Zylinder mit mehr Verzögerung wenig Drehmoment erzeugen. Dadurch sind die Zylinder mit weniger Verzögerung als andere in der Lage, tatsachlich mehr Zündverzögerung zu tolerieren, als wenn alle Zylinder im Wesentlichen mit der gleichen Zündverzögerung betrieben würden, während sie gleichzeitig eine stabile Verbrennung gewährleisten. Dann erzeugen die restlichen Zylinder große Wärmemengen und die unstabile Verbrennung weist minimale NVH (Lärm, Vibration, Härte)-Effekte auf, da in diesen Zylinder sehr wenig Drehmoment erzeugt wird. In diesem ersten Modus kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Zylinder leicht mager eingestellt werden, oder auf andere Werte, wie oben beschrieben.
In einem zweiten Modus wird der Motor mit allen Zylindern im Wesentlichen bei der gleichen Zündeinstellung betrieben, die bis nahe an der Verbrennungsstabilitätsgrenze verzögert ist. Auch wenn dadurch weniger Wärme erzeugt wird, wird mehr Kraftstoff eingespart. Zudem werden die Motorzylinder beinahe stöchiometrisch oder leicht mager betrieben. Auf diese Weise wird der Katalysator nach dem Anlaufen des Motors mit maximaler Wärme versorgt, indem der Motor im ersten Modus betrieben wird, bis zum Beispiel eine bestimmte Zeit abgelaufen ist oder eine gewisse Temperatur erreicht wird. Dann führt der Motor einen Übergang durch (zum Beispiel wie unten beschrieben), um mit allen Zylindern im Wesentlichen mit der gleichen Zündverzögerung betrieben zu werden. Sobald der Katalysator eine höhere Temperatur erreicht hat oder eine andere bestimmte Zeit abgelaufen ist, führt der Motor einen Übergang durch, um nahe der optimalen Zündeinstellung betrieben zu werden.
Bezug nehmend auf 13B wird nun die Routine für den Übergang in und aus der Beheizungsstrategie von 13A beschrieben. Die Routine von 13B wird durch Schritt 1314 in 13A aufgerufen. Mit anderen Worten, die Routine führt den folgenden Vorgang durch: Erstens wird der Motor angelassen, indem alle Zylinder betrieben werden, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu verbrennen; und zweitens, sobald die Motorzylinder synchron zünden oder die Motordrehzahl einen bestimmten Schwellwert erreicht hat, (und solange die Motortemperatur unter einer Sollzündtemperatur liegt), führt der Motor einen Übergang durch, um eine Zylindergruppe stark verzögert zu betreiben und eine zweite Zylindergruppe mit gerade so viel Zündverzögerung zu betreiben, wie toleriert werden kann, um eine akzeptable Motorverbrennung und minimale Motorvibration zu gewährleisten. Wie oben beschrieben, kann die Zylindergruppe mit mehr Zündverzögerung zum Beispiel um 10 Grad verzögerter sein als die weniger verzögerte Zylindergruppe. Doch dies ist nur ein Beispiel, und die Differenz kann verschiedene Beträge wie z.B. 5 Grad, 10 Grad, 15 Grad, 20 Grad, 30 Grad usw. aufweisen.
Es ist auch anzumerken, dass in dieser Ausführungsform beide Zylindergruppen im Wesentlichen stöchiometrisch oder leicht mager betrieben werden. Auch die Einschaltung des Verdichters der Klimaanlage kann während dieser Übergänge deaktiviert sein.
Bezug nehmend auf 13B wird in Schritt 1320 bestimmt, ob der Beheizungsmodus über eine positive Antwort auf Schritt 1312 angefordert wurde. Mit anderen Worten, die Routine prüft, ob der Merker (ph_enable_flg) auf 1 gesetzt ist. Wenn die Antwort auf Schritt 1320 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 1322 über, wo ein erster Näherungszeitgeber (ph_ramp_tmr1) genullt wird. Dann, in Schritt 1324, bestimmt die Routine, ob der erste Näherungszeitgeber größer ist als eine erste Näherungszeitgrenze (rmp_lim_1). Wenn die Antwort auf Schritt 1324 „nein" ist, geht die Routine zu Schritt 1326 über, wo verschiedene Vorgänge durchgeführt werden. D.h., in Schritt 1326 inkrementiert die Routine den ersten Näherungszeitgeber; berechnet den vorläufigen Zündverzögerungswert (spark_ret_tmp) auf der Basis der maximalen stabilen Zündeinstellungsverzögerung (max_stable_ret), die toleriert werden kann, und des ersten Näherungszeitgebers und der ersten Näherungszeitgrenze. Ferner berechnet die Routine die Zündeinstellung für die erste und zweite Gruppe (spk_grp_1, spk_grp_2) auf der Basis der optimalen Zündeinstellung (MTB_spk) und des vorläufigen Zündwerts. Zudem erhöht die Routine den Luftstrom. Andernfalls, wenn die Antwort auf Schritt 1324 „ja" ist, geht die Routine direkt zu Schritt 1328 über.
In Schritt 1328 stellt die Routine die Zündeinstellung der ersten und zweiten Zylindergruppe wie folgt ein: Die Zündeinstellung der ersten Zylindergruppe wird auf eine starke Verzögerung eingestellt (zum Beispiel –29°), und die Zündeinstellung der zweiten Zylindergruppe wird um einen Betrag erhöht (spk_add_tq), der erforderlich ist, um die Abnahme des Motordrehmoments zu kompensieren, die dadurch bewirkt wurde, dass die zweiten Zylindergruppe auf einen stark verzögerten Wert eingestellt wurde. Zudem wird in Schritt 1328 ein zweiter Näherungszeitgeber auf null gesetzt.
Als nächstes bestimmt die Routine in Schritt 1330, ob der zweite Näherungszeitgeber (rmp_tmr_2) größer ist als eine Zeitgrenze (rmp_lim_2). Wenn die Antwort auf Schritt 1330 „nein" ist, geht die Routine zu Schritt 1332 über. In Schritt 1332 wird die Zündeinstellung der ersten Zylindergruppe auf der Basis der Näherungszeitgebers nach und nach verringert. Ferner wird der zweite Näherungszeitgeber (rmp_tmr_2) inkrementiert und der Luftstrom wird nach und nach erhöht. Andernfalls, wenn die Antwort auf Schritt 1330 „ja" ist, wird die Routine abgebrochen.
Auf diese Weise ist es möglich, aus dem Betrieb mit allen Zylindern bei im Wesentlichen gleicher Zündeinstellung in einen Betrieb mit einer Zylindergruppe überzugehen, die stark verzögert ist, und mit einer zweiten Zylindergruppe, die ein höheres Drehmoment erzeugt, als wenn alle Zylinder im Wesentlichen bei voller Zündeinstellung betrieben würden. Die Routine von 13B lässt sich mit Hilfe des Graphen von 13C besser verstehen. Der Graph zeigt den Motorluftstrom und die Zündeinstellung beider Zylindergruppen im Verhältnis zur Zeit. Die Zündeinstellung für die Zylindergruppe 1 und 2 wird jeweils in 13C(2) und 13C(3) gezeigt. Vor dem Zeitpunkt t0 steht der Motor. Am Zeitpunkt t0 wird der Motor angekurbelt/angelassen. Dann, am Zeitpunkt t1 hat der Motor eine bestimmte Drehzahl erreicht, und alle Zylinder werden synchron gezündet. Am Zeitpunkt t1 wird der Luftstrom allmählich erhöht, während die Zündeinstellung beider Zylindergruppen gegenüber der optimalen Zündeinstellung (MBT) verzögert werden. Dann, am Zeitpunkt t2, sind beide Zylindergruppen bis zur Verbrennungsstabilitätsgrenze (zum Beispiel 0°) verzögert worden. Bis zu diesem Punkt zünden allen Zylinder und erzeugen im Wesentlichen die gleiche Motorleistung. Am Zeitpunkt t2 springt die Zündeinstellung der zweiten Zylindergruppe auf einen stark verzögerten Wert (zum Beispiel –29°), wie in 13C(3) gezeigt. Dementsprechend springt am gleichen Zeitpunkt die Zündeinstellung der ersten Zylindergruppe zurück zur optimalen Zündeinstellung, wie in 13C(2) gezeigt. D.h., der Betrag dieses Sprungs bei der ersten Zylindergruppe basiert auf der Menge der Drehmomenterhöhung, die erforderlich ist, um die Drehmomentabnahme aufzuheben, die durch die Verzögerung der zweiten Zylindergruppe verursacht wird. Dann, am Zeitpunkt t3, nähert sich die Zündeinstellung der ersten Zylindergruppe allmählich wieder der Stabilitätsgrenze an, während der Luftstrom wieder allmählich erhöht wird, um das Drehmoment bis am Zeitpunkt t4 zu halten. Dadurch ist es erfindungsgemäß möglich, den Luftstrom (über die Drosselklappe oder andere Parameter wie die variable Nockeneinstellung) anzupassen, während die Zündeinstellung wie oben beschrieben angepasst wird, um den Übergang des Motors in einen Betrieb durchzuführen, in dem einige Zylinder stark verzögert sind und andere nur auf einen bestimmten Schwellwert verzögert sind, während das Motordreh moment im Wesentlichen konstant gehalten wird. Der Rest von 13C wird weiter unten nach der Beschreibung der Umkehrübergänge in 13D beschrieben.
Bezug nehmend auf 13D wird nun eine Routine für den Übergang vom Betrieb mit einigen Zylindergruppen, die eine stärker verzögerte Zündeinstellung als andere haben, in den Betrieb mit anderen Zylindern im Wesentlichen mit der gleichen Zündeinstellung beschrieben. D.h., die Routine von 13D wird durch Schritt 1314 in 13A aufgerufen. Zuerst, in Schritt 1340, bestimmt die Routine, ob der Beheizungsmerker auf null gesetzt ist. Wenn die Antwort auf Schritt 1340 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 1342 über. In Schritt 1342 setzt die Routine den zweiten Näherungszeitgeber auf null. Dann, in Schritt 1344, bestimmt die Routine, ob der zweite Näherungszeitgeber größer ist als eine zweite Näherungsgrenze. Wenn die Antwort auf Schritt 1344 „nein" ist, geht die Routine zu Schritt 1346 über. In Schritt 1346 inkrementiert die Routine den zweiten Näherungszeitgeber und ändert die Zündeinstellung für die erste Zylindergruppe auf der Basis des zweiten Näherungszeitgebers und der ersten Näherungszeitgrenze, sowie die Zündeinstellungsanpassung auf der Basis der Drehmomentänderung. Außerdem senkt die Routine den Luftstrom. Als nächstes stellt die Routine in Schritt 1350 die erste und zweite Zündeinstellung wie in der Figur gezeigt ein. Ferner setzt die Routine den ersten Näherungszeitgeber auf null. D.h., die Routine erhöht die erste Zündeinstellung dem zusätzlichen Drehmoment entsprechend oder begrenzt sie an der Stabilitätsgrenze. Dann, in Schritt 1352, bestimmt die Routine, ob der erste Näherungszeitgeber größer ist als die erste Näherungszeitgrenze. Wenn die Antwort auf Schritt 1352 „nein" ist, geht die Routine zu Schritt 1354 über. In Schritt 1354 stellt die Routine die Zündeinstellung der ersten und zweiten Zylindergruppe wie beschrieben ein, inkrementiert den ersten Näherungszeitgeber und erhöht den Luftstrom.
Auch der Betrieb gemäß 13D wird Bezug nehmend auf 13C besser verständlich. Wie oben beschrieben, wird der Motor am Zeitpunkt t4 mit einem hohen Luftstrom betrieben, wobei die erste Zylindergruppe einen Zündeinstellung an der Stabilitätsgrenze aufweist, während die zweite Zylindergruppe eine Zündeinstellung aufweist, die weit hinter der Stabilitätsgrenze verzögert ist, wodurch sie Wärme zum Motorauslass erzeugt. Am Zeitpunkt t5 senkt die Routine den Motorluftstrom, während sie die Zündeinstellung der ersten Zylindergruppe bis am Zeitpunkt t6 zur optimalen Zündeinstellung hin erhöht. Dann führt die Routine am Zeitpunkt t7 einen Sprung der Zündeinstellung der ersten Zylindergruppe zur Stabilitätsgrenze durch, während sie gleichzeitig einen Sprung der Zündeinstellung der zweiten Zylindergruppe zur Stabilitätsgrenze durchführt. Dann, vom Zeitpunkt t7 bis am Zeitpunkt t8, wird der Luftstrom weiter gesenkt, während die Zündeinstellung beider Zylindergruppen sich der optimalen Zündeinstellung nähert. Auf diese Weise geht die Routine in einen Betrieb über, in dem alle Zylinder im Wesentlichen mit der gleichen Zündeinstellung nahe der optimalen Zündeinstellung betrieben werden.
Bezug nehmend auf 13E wird nun eine Routine für den Übergang des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses beschrieben, nachdem der Motor in einen Betrieb übergegangen ist, bei dem eine Zylindergruppe eine Zündeinstellung hat, die verzögerter ist als die der anderen Zylindergruppe. D.h., die Routine beschreibt, wie übergegangen wird, damit eine Zylindergruppe leicht fett und die andere Zylindergruppe mit leicht mager betrieben wird. Die mageren und fetten Werte werden zudem so gewählt, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gasgemischs der Gase aus der ersten und zweiten Zylindergruppe eine leicht magere Stöchiometrie aufweist, zum Beispiel ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwischen 0,1 und 1,0. Zuerst bestimmt die Routine in Schritt 1360, ob der Motor aktuell im Beheizungsmodus betrieben wird (eine Zylindergruppe mit einer Zündeinstellung betreibt, die verzögerter ist als eine andere Zylindergruppe). Wenn die Antwort auf Schritt 1360 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 1361 über, wo der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Zeitgeber (ph_lam-tmr1) auf null gesetzt wird. Dann geht die Routine zu Schritt 1362 über, wo bestimmt wird, ob der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Zeitgeber größer ist als ein erster Grenzwert (ph_lam_tim1). Wenn die Antwort auf Schritt 1362 „nein" ist, geht die Routine zu Schritt 1363 über. In Schritt 1363 wird der Zeitgeber inkrementiert, und die Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisse (lambse_1, lambse_2) der ersten und zweiten Zylindergruppe werden den Sollwerten angenähert, während der Luftstrom angepasst wird, um das Motordrehmoment im Wesentlichen konstant zu halten. D.h., während die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse angenähert werden, wird der Motorluftstrom erhöht. D.h., das Drehmomentverhältnis (tq_ratio) wird mit Hilfe der Funktion 623 berechnet. Die Funktion 623 enthält Motorabbildungsdaten, die eine Beziehung zwischen dem Drehmomentverhältnis und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis darstellen. Mit dieser Funktion und den in Schritt 1363 beschriebenen Gleichungen ist es daher möglich, den Sollluftstrom zu berechnen, um das Drehmoment im Wesentlichen konstant zu halten, während die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse geändert werden. Dann wird der Zeitgeber in Schritt 1364 wieder auf null gesetzt.
Dadurch geht, wie in 13E oben beschrieben, der Motor aus einem Betrieb, in dem alle Zylinder im Wesentlichen mit dem gleichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden (wobei eine Zylindergruppe mit einer Zündeinstellung betrieben wird, die etwas verzögerter ist als andere), in einen Betrieb über, in dem die erste Zylindergruppe mit einer ersten Zündeinstellung und einem leicht fetten ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und eine zweite Zylindergruppe mit einer zweiten Zündeinstellung, die wesentlich verzögerter ist als die erste Zündeinstellung, und einem zweiten, leicht mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden. Dieser Vorgang Bezug nehmend auf den ersten Abschnitt von 13G leichter verständlich. D.h., 13G(1) zeigt den Zündungsübergang, der oben Bezug nehmend auf 13B beschrieben wurde. 13G(2) zeigt einen Übergang des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, der 13E entspricht. Es ist anzumerken, dass die Anpassung des Solluftstroms, die vorgenommen wird, um die Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der ersten und zweiten Zylindergruppe zu kompensieren, unter einigen Bedingungen eine Erhöhung des Luftstroms zur Folge haben kann, während sie unter anderen Bedingungen eine Senkung des Luftstroms zur Folge haben kann. Mit anderen Worten, es kann Bedingungen geben, die eine Erhöhung des Luftstroms erfordern, um das Drehmoment im Wesentlichen konstant zu halten, während es auch andere Bedingungen geben kann, die eine Senkung des Luftstroms erfordern, damit das Drehmoment im Wesentlichen konstant gehalten wird. 13G(3) wird nach einer Beschreibung von 13F ausführlicher beschrieben.
Bezug nehmend auf 13F wird nun eine Routine für den Übergang aus dem Betrieb mit geteiltem Luft/Kraftstoff-Verhältnis beschrieben. Zuerst, in Schritt 1365, bestimmt die Routine, ob der Motor im Beheizungsmodus betrieben wird, indem sie den Merker (ph_running_flg) prüft. Wenn die Antwort auf Schritt 1365 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 1366 über, wo der zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Zeitgeber (ph_lam_tmr2) auf null gesetzt wird. Als nächstes, in Schritt 1367, bestimmt die Routine, ob der Zeitgeber größer als ein Grenzwert (ph_lam_tim2) ist. Wenn die Antwort auf Schritt 1367 „nein" ist, geht die Routine zu Schritt 1368 über.
In Schritt 1368 wird der Zeitgeber inkrementiert, und das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (lambse_1, lambse_2) der ersten und zweiten Zylindergruppe wird berechnet, um das Motordrehmoment im Wesentlichen konstant zu halten. Überdies wird der Solluftstrom auf der Basis des Drehmomentverhältnisses und der Funktion 623 berechnet. Ferner werden diese Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisse auf der Basis der leicht fetten und der leicht mageren Sollwerte (rich_bias, lean_bias) berechnet. Dadurch werden die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse auf ähnliche Weise wie in Schritt 1363 genähert, während auch der Luftstrom allmählich angepasst wird. Wie in Schritt 1363 kann das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis den Betriebsbedingungen entsprechend erhöht oder gesenkt werden. Schließlich wird in Schritt 1369 der Zeitgeber wieder auf null gesetzt.
Der Betrieb gemäß 13F wird leichter verständlich, wenn mit der zweiten Hälfte des Graphen in 13G fortgefahren wird. Bezug nehmend auf 13G, nach dem Übergang in den Betrieb mit geteiltem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, zeigt die Figur den Übergang aus dem Betrieb mit geteiltem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wo die Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisse einem gemeinsamen Wert angenähert werden. Der Luftstrom wird dementsprechend angepasst, um das Motordrehmoment zu kompensieren.
Bezug nehmend auf 13H wird nun eine Routine zur Regelung der Leerlaufdrehzahl während des Beheizungsmodus beschrieben. Mit anderen Worten, nachdem der Motor angelassen wurde, indem alle Zylinder gezündet wurden, und der Motor in einen Betrieb übergegangen ist, in dem eine erste Zylindergruppe mit mehr Zündverzögerung betrieben wird als eine zweite Zylindergruppe, beschreibt 13H die Regelungsanpassungen, die vorgenommen werden, um die Leerlaufdrehzahl während dieses Vorgangs konstant zu halten. Zuerst bestimmt die Routine in Schritt 1370, ob der Motor im Leerlaufdrehzahlregelungsmodus ist. Wenn die Antwort auf Schritt 1370 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 1371 über, wo bestimmt wird, ob der Motor im Beheizungsmodus ist, indem ein Merker (ph_running_flg) geprüft wird. Wenn die Antwort auf Schritt 1371 „ja" ist, betreibt der Motor die erste Zylindergruppe mit einer Zündeinstellung, die eine größere Zündverzögerung als eine zweite Zylindergruppe aufweist. Wenn die Antwort auf Schritt 1371 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 1372 über und berechnet einen Drehzahlfehler zwischen einer Solleerlaufdrehzahl und einer gemessenen Leerlaufdrehzahl. Dann, in Schritt 1373, berechnet die Routine einen Luftstromanpassungswert auf der Basis des Drehzahlfehlers, sowie eine Anpassung der Zündeinstellung der ersten Zylindergruppe auf der Basis des Drehzahlfehlers. Mit anderen Worten, die Routine passt den Luftstrom so an, dass er erhöht wird, wenn die Drehzahl unter den Sollwert abfällt, und dass der Luftstrom gesenkt wird, wenn die Drehzahl den Sollwert übersteigt. Dementsprechend wird die Zündeinstellung der ersten Zylindergruppe (spk_grp_1) zur optimalen Zündeinstellung hin vorgestellt, wenn die Drehzahl unter den Sollwert abfällt. Und wenn die Drehzahl den Sollwert übersteigt, wird die Zündeinstellung der ersten Zylindergruppe von der optimalen Zündeinstellung weg verzögert.
Wenn die Antwort auf Schritt 1371 „nein" ist, geht die Routine zu Schritt 1374 über und berechnet einen Leerlaufdrehzahlfehler. Dann, in Schritt 1375, passt die Routine den Luftstrom auf der Basis des Drehzahlfehlers, sowie die Zündeinstellungswerte sowohl der ersten als auch der zweiten Zylindergruppe auf der Basis des Drehzahlfehlers an. Mit anderen Worten, wenn er nicht im Beheizungsmodus ist, passt der Motor die Zündeinstellung für alle Zylinder, um die Leerlaufdrehzahl zu halten.
Bezug nehmend auf 13K wird nun eine andere Ausführungsform als die in 13H gezeigte beschrieben. Die Schritte 1380, 1381, 1382, 1386 und 1387 entsprechen den Schritten 1370, 1371, 1372, 1374 und 1375 von Schritt 13H. In 13K weist die Routine jedoch eine zusätzliche Prüfung auf, um zu bestimmen, ob die Steuerung der Zündeinstellung der ersten Zylindergruppe einen Grenzwert erreicht hat. D.h., in Schritt 1384 bestimmt die Routine, ob die erste Zündeinstellung (spk_grp_1) größer ist als die optimale Zündeinstellung (MBT-SPK). Mit anderen Worten, die Routine bestimmt, ob die Zündeinstellung der ersten Zylindergruppe auf die maximale Zündeinstellungsgrenze vorgestellt wurde. Wenn die Antwort auf Schritt 1384 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 1385 über und stellt die Zündeinstellung der ersten Zylindergruppe auf die optimale Zündeinstellung ein und berechnet eine Anpassung der Zündeinstellung der zweiten Zylindergruppe auf der Basis eines Drehzahlfehlers.
Mit anderen Worten, wenn eine große Motorlast am Motor anliegt und die Anpassung des Motorluftstroms und der Zündeinstellung der ersten Zylindergruppe auf die optimale Zündeinstellung nicht ausreicht, um die Solleerlaufdrehzahl zu halten, dann wird ein zusätzliches Drehmoment aus der zweiten Zylindergruppe zugeführt, indem die Zündeinstellung zur optimalen Zündein stellung hin vorgestellt wird. Obwohl dadurch die erzeugte Motorwärme verringert wird, geschieht dies nur für einen kurzen Zeitraum, um die Leerlaufdrehzahl des Motors zu halten, weshalb dies nur einen minimalen Einfluss auf die Katalysatortemperatur hat. Dadurch ist es erfindungsgemäß möglich, auf schnelle Weise eine sehr große Erhöhung der Motorleistung zu erreichen, da der Motor eine erhebliche Zündeinstellungsverzögerung zwischen der ersten und der zweiten Zylindergruppe aufweist.
Es ist anzumerken, dass 13C einen Betrieb zeigt, bei dem das Sollmotordrehmoment im Wesentlichen konstant ist. Doch die Routinen von 13A, B und andere können angepasst werden, um eine Änderung der Sollmotorleistung zu kompensieren, durch Anpassung des Motorluftstroms, um die gewünschte Motorleistung bereitzustellen. Das heißt, der Luftstrom kann einen zweiten Anpassungswert aufweisen, um den Motorluftstrom gegenüber den gezeigten Werten zu vergrößern oder zu verkleinern, um solch einer Anforderung nachzukommen. Mit anderen Worten, während der sehr kurzen Übergangszeit kann die gewünschte Motorleistung auf Wunsch im Wesentlichen konstant gehalten werden oder durch weitere Anpassung des Luftstroms erhöht/verringert werden.
Es ist anzumerken, dass bei den oben beschriebenen Vorgängen zur Leerlaufdrehzahlregelung die Luft/Kraftstoff- oder Zündungsübergänge durch An- und Abkoppeln einer Motorlast wie z.B. des Verdichters der Klimaanlage geglättet werden können.
Bezug nehmend auf 13I werden nun mehrere Beispiele für den Betrieb eines Motors beschrieben, um den erfindungsgemäßen Betrieb und seine jeweiligen Vorteile zu verdeutlichen. Diese Beispiele stellen auf schematische Weise den Motorbetrieb mit verschiedenen Luftmengen, Kraftstoffmengen und Zündeinstellungen dar. Die Beispiele veranschaulichen auf schematische Weise einen Zylinder einer ersten Zylindergruppe und einen Zylinder einer zweiten Zylindergruppe. In Beispiel 1 werden die erste und zweite Zylindergruppe im Wesentlichen mit dem gleichen Luftstrom, der gleichen Kraftstoffeinspritzung und Zündeinstellung betrieben. D.h., die erste und zweite Zylindergruppe weisen eine eingeleitete Luftstrommenge (a1), eine eingespritzte Kraftstoffmenge (f1) und eine Zündeinstellung (spk1) auf. Insbesondere werden die Gruppe 1 und 2 in Beispiel 1 mit Luft- und Kraftstoffmengen in im Wesent lichen stöchiometrischer Zusammensetzung betrieben. Mit anderen Worten, das schematische Diagramm veranschaulicht, dass die Luftmenge und die Kraftstoffmenge im Wesentlichen gleich sind. Aus Beispiel 1 ist auch zu ersehen, dass die Zündeinstellung (spk1) der optimalen Zündeinstellung (MBT) gegenüber verzögert ist. Diese Betriebsweise bewirkt, dass die erste und zweite Zylindergruppe ein Drehmoment (T1) erzeugen.
Beispiel 2 von 13I veranschaulicht den erfindungsgemäßen Betrieb. D.h., die Zündeinstellung der zweiten Zylindergruppe (spk2') ist wesentlich mehr verzögert als die Zündeinstellung der ersten Zylindergruppe (spk2) von Beispiel 2. Zudem sind die Luft- und Kraftstoffmengen (a2, f2) größer als die Luftmengen in Beispiel 1. Der Betrieb gemäß Beispiel 2 bewirkt, dass die erste Zylindergruppe das Motordrehmoment (T2) erzeugt, während die zweite Zylindergruppe das Motordrehmoment (T2') erzeugt. Mit anderen Worten, die erste Zylindergruppe erzeugt mehr Drehmoment als in Beispiel 1, da mehr Luft und Kraftstoff verbrannt werden kann. Es ist auch anzumerken, dass die erste Zylindergruppe von Beispiel 2 mehr Zündverzögerung gegenüber der optimalen Zündeinstellung aufweist als die Zündeinstellung der Gruppe 1 von Beispiel 1. Zudem ist anzumerken, dass das Motordrehmoment der zweiten Zylindergruppe (T2') kleiner ist als das Motordrehmoment, das von der ersten und zweiten Zylindergruppe von Beispiel 1 erzeugt wird, was auf die starke Zündverzögerung gegenüber der optimalen Zündeinstellung zurückzuführen ist. Das vereinte Motordrehmoment aus der ersten und zweiten Zylindergruppe von Beispiel 2 kann ungefähr dem vereinten Motordrehmoment aus der ersten und zweiten Zylindergruppe von Beispiel 1 entsprechen. Doch in Beispiel 2 wird erheblich mehr Abwärme erzeugt, aufgrund der großen Zündverzögerung der zweiten Gruppe, und der Zündverzögerung der ersten Gruppe, die mit einer höheren Motorlast betrieben wird.
Bezug nehmend auf Beispiel 3 von 13I wird nun der Betrieb gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Beispiel 3 wird, zusätzlich zu den Anpassungen der Zündeinstellung, die erste Zylindergruppe leicht fett und die zweite Zylindergruppe leicht mager betrieben. Es ist anzumerken, dass diese Zylindergruppen mit verschiedenen fetten und mageren Niveaus betrieben werden können. Der Betrieb gemäß dem dritten Beispiel erzeugt zusätzliche Wärme, da die Abwärme so hoch ist, dass der Kraftstoffüberschuss aus der ersten Gruppe mit dem Sauerstoffüberschuss aus der zweiten Gruppe reagiert.
In 13J wird ein Graph gezeigt, der den Motorluftstrom im Verhältnis zur Drosselklappenposition veranschaulicht. Einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß ist eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe mit dem Motor gekoppelt (statt zum Beispiel eine mechanische Drosselklappe mit einer Leerlaufdüse). 13J zeigt, dass bei niedrigen Drosselklappenpositionen eine Änderung der Drosselklappenposition eine große Änderung des Luftstroms bewirkt, während bei großen Drosselklappenpositionen eine Änderung der Drosselklappenposition eine relativ kleinere Änderung des Luftstroms bewirkt. Wie oben beschrieben, bewirkt der erfindungsgemäße Betrieb (zum Beispiel der Betrieb einiger Zylinder mit einer Zündeinstellung, die verzögerter ist als andere, oder der Betrieb einiger Zylinder ohne Kraftstoffeinspritzung), dass die Motorzylinder mit einer höheren Last betrieben werden. Mit anderen Worten, der Motor wird mit einem höheren Luftstrom und einer größeren Drosselklappenposition betrieben. Da die Neigung der Kurve Luftstrom/Drosselklappenposition in dieser Betriebsweise geringer ist, wird dadurch die Regulierbarkeit des Luftstroms und damit des Drehmoments verbessert. Mit anderen Worten, wie aus dem Beispiel der Leerlaufdrehzahlregelung durch Regulierung der Drosselklappe hervorgeht, die Leerlaufdrehzahl lässt sich besser auf den Sollwert halten. Bei der Drosselklappenposition (tp1) zum Beispiel ist s1 die Neigung der Kurve Luftstrom/Drosselklappenposition. Bei der Drosselklappenposition (tp2) ist die Neigung der Kurve Luftstrom/Drosselklappenposition s2, was kleiner ist als die Neigung s1. Wenn der Motor mit allen Zylinder im Wesentlichen bei der gleichen Zündeinstellung betrieben würde, kann der Motor etwa bei der Drosselklappenposition (tp1) betrieben werden. Doch wenn der Motor mit höherer Last betrieben wird (da einige Zylinder mit mehr Zündverzögerung betrieben werden als andere), kann der Motor etwa bei der Drosselklappenposition (tp2) betrieben werden. Auf diese Weise kann eine bessere Leerlaufdrehzahlregelung erreicht werden.
Wie oben beschrieben, wird die Leerlaufdrehzahlregelung während des Beheizungsmodus durch Anpassung der Zündeinstellung erreicht. Es ist anzumerken, dass verschiedene andere Ausführungsformen möglich sind. Zum Beispiel kann ein drehmomentbasierter Ansatz zur Leerlaufdrehzahlregelung verwendet werden. Bei diesem Ansatz wird von der Solldrehzahl und dem Drehzahlfehler ausgehend eine Sollmotorleistung (Drehmoment) berechnet. Dann kann auf der Basis dieses Solldrehmoments ein Anpassungswert für den Luftstrom und für die Zündeinstellung berechnet werden.
Bezug nehmend auf 14 wird nun eine andere Ausführungsform für die Schnellbeheizung der Abgasanlage beschrieben. Es ist anzumerken, dass die Routine von 14 auf verschiedene Systemkonfigurationen anwendbar ist, wie z.B. Systeme, in denen die Abgase aus den Zylindergruppen an einer Stelle gemischt werden, bevor sie in den zu beheizenden Katalysator eintreten.
Zuerst, in Schritt 1410, bestimmt die Routine, ob der Anlassmerker auf null gesetzt ist. Wenn der Anlassmerker auf null gesetzt ist, ist der Motor nicht im Anlass/Kurbelmodus. Wenn die Antwort auf Schritt 1410 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 1412 über. In Schritt 1412 bestimmt die Routine, ob die Katalysatortemperatur (cat_temp) über einer ersten Temperatur (temp1) und unter einer zweiten Temperatur (temp2) liegt. Für temp1 und temp2 können verschiedene Temperaturwerte verwendet werden, wie zum Beispiel: Die Einstellung von temp1 auf die Mindesttemperatur, die eine katalytische Reaktion zwischen fetten Gasen und Sauerstoff ermöglicht, die Einstellung von temp2 auf eine Sollbetriebstemperatur. Wenn die Antwort auf Schritt 1412 „nein" ist, nimmt die Routine keine Anpassung der Zündverzögerung (Funkenverzögerung) vor.
Andernfalls, wenn die Antwort auf Schritt 1412 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 1414 über. In Schritt 1414 stellt die Routine den Motorbetrieb so ein, dass er mit einer Zylindergruppe betrieben wird, in die Kraftstoff eingespritzt wird und Luft eingeleitet wird, und mit der zweiten Zylindergruppe, in die nur Luft im Wesentlichen ohne Kraftstoff eingeleitet wird. D.h., wenn der Motor mit allen Zylindern angelassen wurde (d.h., alle Zylinder werden aktuell gezündet), dann geht der Motor in einen Betrieb über, in der nur einige Zylinder zünden, wie oben zum Beispiel Bezug nehmend auf 3D(2) beschrieben. Sobald der Motor diesen Übergang durchgeführt hat, werden die Zylinder, die Luft und Kraftstoff verbrennen, mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben. Mit anderen Worten, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs wird innerhalb eines Grenzbereichs (über/unter) nahe am stöchiometrischen Wert gehalten. Als nächstes, in Schritt 1416, stellt die Routine die Zündeinstellung für die zündenden Zylinder auf einen grenzwert ein. Mit anderen Worten, die Zündein stellung für die zündenden Zylinder wird zum Beispiel auf die maximale Zündverzögerung eingestellt, die bei der höheren Motorlast toleriert werden kann und die eine akzeptable Motorsteuerung und Motorvibration gewährleistet.
Auf diese Weise können sich die fetten Verbrennungsgase aus den zündenden Zylindern mit dem Sauerstoffüberschuss aus den Zylindern ohne Kraftstoffeinspritzung mischen und mit diesem reagieren, um exotherme Wärme oder katalytische Wärme zu erzeugen. Zudem kann Wärme aus den zündenden Zylindern zugeführt werden, die mit höherer Last betrieben werden als sonst, wenn alle Zylinder zünden würden. Aufgrund des Betriebs bei dieser höheren Last kann eine erhebliche Zündverzögerung toleriert werden, während eine akzeptable Leerlaufdrehzahlregelung und Vibration erreicht wird. Da der Motor bei einer höheren Last betrieben wird, wird außerdem die Pumparbeit des Motors verringert.
Es ist auch anzumerken, dass der Motor nach Erreichen der Sollkatalysatortemperatur oder -abgastemperatur auf Wunsch zurück in eine Betriebsweise übergehen kann, in der alle Zylinder zünden. Doch wenn der Motor mit einem Emissionskontrollgerät gekoppelt ist, das im mageren Betrieb NOx zurückhalten kann, kann es wünschenswert sein, in dieser Betriebsweise mit einigen Zylindern, die zünden, und anderen Zylindern, die im Wesentlichen ohne Kraftstoffeinspritzung betrieben werden, zu bleiben. Sobald die Sollkatalysatortemperatur erreicht ist, kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs als im Wesentlichen mager bezeichnet werden. Mit anderen Worten, die zündenden Zylinder können mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden und die Zündeinstellung auf ein Höchstdrehmoment eingestellt werden, während die anderen Zylinder im Wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff betrieben werden.
Bezug nehmend auf 15 wird eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform zum Beheizen der Abgasanlage beschrieben. In diesem speziellen Beispiel betreibt die Routine den Motor, um das Emissionskontrollgerät zu beheizen, damit der Schwefel (SOx) beseitigt wird, der das Emissionskontrollgerät verunreinigt hat. In Schritt 1510 bestimmt die Routine, ob eine Entschwefelungsperiode aktiviert wurde. Eine Entschwefelungsperiode wird zum Beispiel aktiviert, nachdem eine bestimmte Kraftstoffmenge verbraucht wurde. Wenn die Antwort auf Schritt 1510 „ja" ist, geht die Routine zu Schritt 1512 über. In Schritt 1512 geht die Routine aus dem Betrieb, in dem alle Zylinder zünden, in den Betrieb über, in dem einige Zylinder zünden und andere Zylinder im Wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff betrieben werden. Außerdem werden die zündenden Zylinder mit einem sehr fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben, wie zum Beispiel 0,65. Allgemein wird dieses fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis so fett wie möglich gewählt, aber nicht so fett, dass Rußbildung bewirkt wird. Doch auch weniger fette Werte können gewählt werden. Als nächstes berechnet die Routine in Schritt 1514 einen Luft/Kraftstoff-Verhältnisfehler in der Abgasleitung. D.h., ein Abgasleitung-Luft/Kraftstoff-Verhältnisfehler (TP_AF_err) wird auf der Basis der Differenz zwischen dem Ist-Abgasleitung-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem gewünschten oder Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (set_pt) berechnet. Es ist anzumerken, dass das Ist-Abgasleitung-Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit einer Abgas-Sauerstoffsonde ermittelt werden kann, die im Abgasleitung angeordnet ist, oder auf der Basis der Motorbetriebsbedingungen geschätzt werden kann, oder auf der Basis der im Motorauslass gemessenen Luft/Kraftstoff-Verhältnisse geschätzt werden kann.
Als nächstes, in Schritt 1516, bestimmt die Routine, ob der Abgasleitung-Luft/Kraftstoff-Verhältnisfehler größer als null ist. Wenn die Antwort auf Schritt 1516 „ja" ist (d.h., es liegt ein magerer Fehler vor), geht die Routine zu Schritt 1518 über. In Schritt 1518 wird der Luftstrom zur Gruppe, die im Wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff betrieben wird, reduziert. Andernfalls, wenn die Antwort auf Schritt 1516 „nein" ist, geht die Routine zu Schritt 1520 über, wo der Luftstrom zur Gruppe, die im Wesentlichen ohne Kraftstoffeinspritzung betrieben wird, erhöht wird. Es ist anzumerken, dass der Luftstrom zur Gruppe, die im Wesentlichen ohne Kraftstoffeinspritzung betrieben wird, auf verschiedene Weisen angepasst werden kann. Zum Beispiel kann er angepasst werden, indem die Drosselklappenposition geändert wird. Doch dies verändert auch den Luftstrom, der in die Zylinder eintritt, die Luft und Kraftstoff verbrennen, weshalb andere Maßnahmen ergriffen werden können, um den Einfluss auf das Antriebsdrehmoment des Motors zu minimieren. Alternativ dazu kann der Luftstrom angepasst werden, indem die Nockeneinstellung/Öffnungsdauer der Ventile geändert wird, die zur Gruppe gehören, die im Wesentlichen ohne Kraftstoffeinspritzung betrieben wird. Dadurch wird der in die Zylinder eintretende Luftstrom geändert, wobei der Einfluss auf den in die verbrennenden Zylinder eintretenden Luftstrom geringer ist. Als nächstes, in Schritt 1522, wird bestimmt, ob die Katalysatortemperatur die Entschwefelungstemperatur (desox_temp) erreicht hat. In diesem speziellen Beispiel bestimmt die Routine, ob die Temperatur des nachgeschalteten Katalysators (zum Beispiel Katalysator 224) eine bestimmte Temperatur erreicht hat. In diesem speziellen Beispiel wird die Katalysatortemperatur (ntrap_temp) auf der Basis der Motorbetriebsbedingungen geschätzt. Es ist auch anzumerken, dass der nachgeschaltete Katalysator in diesem speziellen Beispiel besonders anfällig für Schwefelverunreinigungen ist, weshalb die Beseitigung von Schwefel in diesem nachgeschalteten Katalysator erwünscht ist. Doch auch vorgeschaltete Katalysatoren können durch Schwefel verunreinigt werden, und die vorliegende Erfindung lässt sich leicht anpassen, um Wärme zu erzeugen, bis die Temperatur des vorgeschalteten Katalysators die Entschwefelungstemperatur erreicht hat.
Wenn die Antwort auf Schritt 1522 „ja" ist, reduziert die Routine das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Zylinder und den verbrennenden Zylindern. Andernfalls, wenn die Antwort auf Schritt 1522 „nein" ist, verzögert die Routine die Zündeinstellung und erhöht den Gesamtluftstrom, um mehr Wärme zu erzeugen.
Auf diese Weise wird aus dem Gemisch des verbrannten fetten Gasgemischs mit dem Sauerstoff im Luftstrom aus den Zylindern, die im Wesentlichen ohne Kraftstoffeinspritzung betrieben werden, Wärme erzeugt. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird angepasst, indem der Luftstrom durch den Motor geändert wird. Zudem kann zusätzliche Wärme erzeugt werden, indem die Zündeinstellung der verbrennenden Zylinder verzögert wird, wodurch der Gesamtluftstrom erhöht wird, um die Motorleistung konstant zu halten.
Zusammenfassend beschreibt die obige Beschreibung ein System, das mehrere verschiedene Phänomene ausnutzt. Erstens, wenn die Motorlast erhöht wird, wird auch die Magerverbrennungsgrenze erhöht (oder der Motor ist einfach in der Lage, mager betrieben zu werden, was sonst nicht der Fall wäre). Mit anderen Worten, wenn der Motor mit höherer Last betrieben wird, kann er ein mager(er)es Luft/Kraftstoff-Verhältnis tolerieren und dennoch eine geeignete Verbrennungsstabilität gewährleisten. Zweitens, wenn die Motorlast erhöht wird, wird auch die Zündstabilitätsgrenze erhöht. Mit anderen Worten, wenn der Motor mit höherer Last betrieben wird, kann er mehr Zündverzögerung tolerieren und dennoch eine geeignete Verbrennungsstabilität gewährleisten. Da die vorliegende Erfindung verschiedene Methoden bereitstellt, um die Motorlast der betriebenen Zylinder zu erhöhen, erlaubt sie daher ein magereres Luft/Kraftstoff-Verhältnis und eine stärker verzögerte Zündeinstellung bei gleicher Motorleistung, während sie dennoch eine stabile Motorverbrennung für einige Zylinder gewährleistet. Dadurch sind, wie oben beschrieben, sowohl die Zündverzögerungsstabilitätsgrenze als auch die Magerverbrennungsstabilitätsgrenze abhängig von der Motorlast.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Motors, der eine erste und zweite Zylindergruppe aufweist, umfassend: den Betrieb in einer ersten Betriebsweise, wobei die erste Zylindergruppe mit Luft und im Wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff betrieben wird, und die zweite Zylindergruppe durch Verbrennen von Luft und eingespritztem Kraftstoff betrieben wird; Anforderung nach einer Kraftstoffdampfspülung; auf diese Anforderung hin, das Deaktivieren dieser ersten Betriebsweise und Betreiben des Motors in einer zweiten Betriebsweise, wobei die zweite Betriebsweise den Betrieb sowohl der ersten als auch der zweiten Zylindergruppe mit Verbrennen eines Luft-Kraftstoff-Gemisches umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verbrennung in der zweiten Zylindergruppe in der ersten Betriebsweise mager ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Betriebsweise den Betrieb sowohl der ersten als auch der zweiten Zylindergruppe mit einem zu verbrennenden Luft-Kraftstoff-Gemisch umfasst, das beinahe stöchiometrisch ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Emissionen mit einem Emissionskontrollgerät, das mit der ersten und zweiten Zylindergruppe gekoppelt ist, kontrolliert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Emissionskontrollgerät, das in der Lage ist, NOx zurückzuhalten, wenn ein Sauerstoffüberschuss vorhanden ist, und die gespeicherten NOx freizusetzen und zur Reaktion zu bringen, wenn das Abgasgemisch fett oder beinahe stöchiometrisch ist, mit der zweiten Gruppe gekoppelt ist.
Verfahren zum Betreiben eines Motors, der eine erste und zweite Zylindergruppe aufweist, umfassend: den Betrieb in einer Betriebsweise, wobei die erste Zylindergruppe mit Luft und im Wesentlichen ohne eingespritzten Kraftstoff betrieben wird, und die zweite Zylindergruppe durch Verbrennen von Luft und eingespritztem Kraftstoff betrieben wird; Anforderung nach Kraftstoffdampfspülung; auf diese Anforderung hin, wenn die Abgastemperatur innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, das Fortsetzen des Betriebs in der vorgenannten Betriebsweise und das Aktivieren der Kraftstoffdampfspülung.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Anforderung nach Kraftstoffdampfspülung auf der Umgebungstemperatur basiert.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Gemisch aus zu verbrennender Luft und eingespritztem Kraftstoff in der zweiten Gruppe mager ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Gemisch aus zu verbrennender Luft und eingespritztem Kraftstoff in der zweiten Gruppe beinahe stöchiometrisch ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, außerdem umfassend das Deaktivieren der genannten Betriebsweise und den Betrieb des Motors in einer anderen Betriebsweise, wenn die Abgastemperatur außerhalb des bestimmten Bereichs liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der Temperaturbereich ein Temperaturbereich eines Emissionskontrollgeräts ist, das mit dem Motor verbunden ist.