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DE4037183A1 - System zur steuerung einer zweitakt-brennkraftmaschine - Google Patents

System zur steuerung einer zweitakt-brennkraftmaschine

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DE4037183A1
DE4037183A1 DE4037183A DE4037183A DE4037183A1 DE 4037183 A1 DE4037183 A1 DE 4037183A1 DE 4037183 A DE4037183 A DE 4037183A DE 4037183 A DE4037183 A DE 4037183A DE 4037183 A1 DE4037183 A1 DE 4037183A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Steuerung des Zünd­ zeitpunkts und des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts einer Zweitakt-Brennkraftmaschine im kalten Zustand, insbesondere einer Zweitakt-Brennkraftmaschine, die eine Abgasreini­ gungsanlage mit einem Katalysator aufweist.
Bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine ist die Abgastem­ peratur gegenüber einer Zweitakt-Brennkraftmaschine hoch, so daß die katalytisch aktive Schicht in dem im Auspuffrohr angeordneten Katalysator ausreichend erwärmt und dadurch aktiviert wird, wodurch die Abgasreinigung gewährleistet ist.
Bei der Zweitakt-Brennkraftmaschine entweicht jedoch ein Teil der Einlaßluft aus einem Zylinder durch eine Auslaß­ öffnung beim Spülen des Zylinders. Dadurch wird die Abgas­ temperatur verringert. Insbesondere in einem Niedrigdreh­ zahl- und Niedriglastbereich der Maschine wird der Kata­ lysator nicht auf eine Aktivierungstemperatur erwärmt. Infolgedessen werden die schadstoffhaltigen Abgase in die Atmosphäre abgegeben.
Um die Aktivierungstemperatur des Katalysators aufrecht­ zuerhalten, wurde bereits vorgeschlagen, den Katalysator an einem Aufstromteil des Auspuffrohrs anzuordnen, so daß die Abgase mit hoher Temperatur durch den Katalysator geleitet werden können.
Da jedoch die Temperatur der Abgase im Vollastbereich hoch ist, werden hierbei Lebensdauer und Funktionsfähigkeit des Katalysators verringert.
Andererseits zeigt die offengelegte JP-GM-Anmeldung 62-124 211 einen Katalysator, an dessen Einlaß eine Heiz­ einrichtung vorgesehen ist. Der Wärmewert der Heizeinrich­ tung ist in Abhängigkeit von der Temperatur änderbar. Die Heizeinrichtung erhöht die Temperatur des Katalysators auf die Aktivierungstemperatur. Sie verbraucht jedoch sehr viel elektrische Energie, und es ist außerdem schwierig, den gesamten Katalysator zu erwärmen. Außerdem muß zum Aufhei­ zen der Heizeinrichtung eine Steuereinheit vorgesehen sein.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Abgas­ reinigungssystems für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine, wobei die Temperatur zur Aktivierung eines Katalysators aufrechterhalten bleibt, so daß eine geregelte Abgasreini­ gung gewährleistet ist.
Durch die Erfindung wird ein System angegeben zur Steuerung einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder, einem Einspritzer zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Zylinder, einer Zündkerze zum Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemischs und einem Katalysator in einem Auspuffrohr.
Dieses System umfaßt einen Temperatursensor, der die Ab­ gastemperator in dem Auspuffrohr aufstrom vom Katalysator mißt, einen Vergleicher, der diese Temperatur mit einer Referenztemperatur zur Aktivierung des Katalysators ver­ gleicht und ein Temperatursignal erzeugt, wenn die Tempe­ ratur unter der Referenztemperatur liegt, einen Spätver­ stellbetrags-Bestimmer, der aufgrund des Temperatursignals einen Spätverstellbetrag für den Zündzeitpunkt und den Einspritzzeitpunkt bestimmt, Spätverstelleinheiten, die auf der Basis des Spätverstellbetrags den Zündzeitpunkt und den Einspritzzeitpunkt spätverstellen, und einen Korrektur­ wertrechner, der die Kraftstoffeinspritzmenge nach Maßgabe des Spätverstellbetrags erhöht zum Ausgleich des durch die Spätverstellung des Zündzeitpunkts bewirkten Leistungsab­ falls der Maschine.
Da der Zündzeitpunkt spätverstellt bzw. verzögert wird, erhöht sich die Abgastemperatur, wodurch der Katalysator aktiviert wird. Somit kann die Abgasreinigung auch dann durchgeführt werden, wenn die Abgastemperatur niedriger als die Aktivierungstemperatur des Katalysators ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Referenztemperatur eine untere Grenztemperatur zur Aktivierung des Katalysa­ tors, und der Spätverstellwert ist so vorgegeben, daß er mit zunehmender Differenz zwischen der Meßtemperatur und der Referenztemperatur größer wird.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Zweitakt- Brennkraftmaschine nach der Erfindung;,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Steuereinheit nach der Erfindung,;
Fig. 3 ein Flußdiagramm, das Betriebsabläufe des Systems zeigt;
Fig. 4 ein Zeitdiagramm, das Einspritz- und Zündzeit­ punkte zeigt; und
Fig. 5a bis 5c Diagramme, die Änderungen der Kraftstoffein­ spritzung, des Einspritzzeitpunkts und der Abgastemperatur nach Maßgabe des Zündzeit­ punkts zeigen.
Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Zweitakt-Brennkraftmaschine 1 einen Zylinder 2, einen darin vorgesehenen Kolben 3 und eine in einem Kurbelgehäuse 4 angeordnete Kurbelwelle 5. Auf der Kurbelwelle 5 ist ein Gegengewicht 7 befestigt, um die Trägheit des im Zylinder 2 hin- und hergehenden Kolbens 3 zu verringern.
In einer Wand des Zylinders 2 sind eine Auslaßöffnung 11 und eine Spülöffnung 16 unter einem Winkel von 90° zuein­ ander bzw. einander gegenüberstehend gebildet. Die Öffnun­ gen 11 und 16 werden zu einem vorbestimmten Zeitpunkt relativ zu einer Lage des Kolbens 3 geöffnet.
Ein Einspritzer 10 und eine Zündkerze 9 sind an der Ober­ seite eines Brennraums 8 des Zylinders 2 angeordnet. Der Einspritzer 10 ist von einem Typ, bei dem eine vorbestimmte Kraftstoffmenge direkt in den Zylinder eingespritzt wird, und die Kraftstoffmenge wird durch die Einspritzimpulsdauer bestimmt. Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 29 wird dem Einspritzer 10 durch eine Kraftstoffleitung 26 mit einem Filter 28, einer Pumpe 27 und einem Druckregler 30 zur konstanten Unterhaltung des Kraftstoffs auf einem vor­ bestimmten Druck zugeführt.
Der Maschine 1 wird Luft durch einen Luftfilter 20, eine Spülpumpe 19 vom Verdrängertyp und ein Ansaugrohr 17 zuge­ führt, wobei das Ansaugrohr eine Spülkammer 18 zur Absorp­ tion von Spüldruckwellen beim Öffnen oder Schließen der Spülöffnung aufweist. Eine Bypaßleitung 21 führt um die Spülpumpe 19 herum und enthält ein Regelventil 22. Abgase der Maschine 1 treten durch die Auslaßöffnung 11, einen Drehschieber, der angrenzend an die Auslaßöffnung 11 in einem Auspuffrohr 13 mit einem Katalysator 14 zur Abgas­ entgiftung vorgesehen ist, und durch einen Auspufftopf 15 aus.
Die Spülpumpe 19 ist mit der Kurbelwelle 5 betriebsmäßig über eine Kraftübertragungsvorrichtung 23 verbunden, die einen über eine Kurbelscheibe und eine Pumpenscheibe ge­ führten Endlosriemen aufweist. Die Spülpumpe 19 wird von der Kurbelwelle 5 über die Kraftübertragungsvorrichtung 23 angetrieben unter Erzeugung eines Spüldrucks. Ein Gaspedal 24 ist mit dem Regelventil 22 betriebsmäßig verbunden. Der Öffnungsgrad des Regelventils 22 wird so eingestellt, daß er dem Betätigungsgrad des Gaspedals 24 umgekehrt propor­ tional ist. Ferner sind ein Gaspedalbetätigungsgradsensor 31 und ein Kurbelwinkelsensor 32 vorgesehen zur Bestimmung von Maschinenbetriebszuständen. Ein Abgastemperatursensor 33 ist aufstrom vom Katalysator 14 vorgesehen und mißt die Abgastemperatur. Ferner ist in der Kraftstoffleitung 26 abstrom vom Druckregler 30 ein Druckfühler 34 angeordnet, der den Druck des einzuspritzenden Kraftstoffs aufnimmt.
Ausgangssignale der Sensoren 31, 32, 33 und 34 werden einer Steuereinheit 40 zugeführt, die der Zündkerze 9 ein Zünd­ signal und dem Einspritzer 10 ein Einspritzimpulssignal zuführt.
Gemäß Fig. 2 umfaßt die Steuereinheit 40 einen Maschinen­ drehzahlrechner 46, dem zur Berechnung der Maschinendreh­ zahl N ein Kurbelwinkel 8 zugeführt wird, der vom Kurbel­ winkelsensor 32 aufgenommen ist. Die Maschinendrehzahl N und ein vom Gaspedalbetätigungsgradsensor 31 aufgenommener Gaspedalbetätigungsgrad Φ werden einem Einspritzmengen­ rechner 47 zugeführt. Der Kurbelwinkel 8wird außerdem einem Zündzeitpunktbestimmer 43 und einem Einspritzzeit­ punktbestimmer 44 zugeführt.
Die Steuereinheit 40 hat ferner einen Vergleicher 41, dem ein die Abgastemperatur bezeichnendes Ausgangssignal des Abgastemperatursensors 33 zugeführt wird. Im Vergleicher 41 wird bereits vorher eine untere Grenztemperatur zur Akti­ vierung des Katalysators 14 vorgegeben. Die Abgastemperatur wird mit der unteren Grenztemperatur verglichen. Wenn die Abgastemperatur unter der unteren Grenztemperatur liegt, erzeugt der Vergleicher 41 ein Ausgangssignal, das einem Zündzeitpunkt/Einspritzzeitpunkt-Spätverstellbetragsbe­ stimmer 42 zugeführt wird. Darin werden der Zündzeitpunkt- Spätverstellbetrag und der Einspritzzeitpunkt-Spätverstell­ betrag bestimmt. Der Spätverstellbetrag wird nach Maßgabe der Differenz zwischen der Abgastemperatur und der unteren Grenztemperatur bestimmt. Wenn diese Differenz groß ist, wird der Spätverstellbetrag groß. Es wird jedoch ein maxi­ maler Spätverstellbetrag bestimmt. Der Spätverstellbetrag wird dem Zündzeitpunktbestimmer 43 zugeführt, in dem ein Zündzeitpunkt ts bestimmt wird. Der Zündzeitpunkt ts wird der Zündkerze 9 über einen Treiber 51 zugeführt. Der Spät­ verstellbetrag wird außerdem dem Einspritzzeitpunktbestim­ mer 44 zugeführt, in dem ein Einspritzzeitpunkt ti bestimmt wird. Dieser wird dem Einspritzer 10 über einen Treiber 52 zugeführt.
Da der Zündzeitpunkt spätverstellt wird, fällt die Maschi­ nenleistung ab. Um diesen Leistungsabfall auszugleichen, wird die aus dem Einspritzer 10 eingespritzte Kraftstoff­ menge erhöht. Dazu hat die Steuereinheit 40 einen Korrek­ tureinspritzmengerechner 45, dem der im Bestimmer 42 be­ stimmte Spätverstellbetrag zugeführt wird zur Berechnung einer Korrektureinspritzmenge ΔQ. Die Korrektureinspritz­ menge ΔQ wird dem Einspritzmengenrechner 47 zugeführt, der eine korrigierte Einspritzmenge Qf berechnet. Die korri­ gierte Einspritzmenge Qf wird dem Einspritzer 10 über den Treiber 52 zum spätverstellten Zündzeitpunkt ti zugeführt.
Der Betrieb des Systems wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Flußdigramm von Fig. 3 erläutert.
Wenn die Maschine angelassen wird, wird in Schritt S101 die Abgastemperatur gemessen. In Schritt S102 wird die Abgas­ temperatur mit der vorbestimmten unteren Grenztemperatur der Temperatur des aktivierten Katalysators verglichen. Wenn die Abgastemperatur unter der unteren Grenztemperatur liegt, geht das Programm zu Schritt S103, andernfalls springt es zu Schritt S101 zurück.
In Schritt S103 wird der Spätverstellbetrag des Zündzeit­ punkts und des Einspritzzeitpunkts bestimmt. In Schritt S104 wird die Einspritzmenge auf der Basis des Spätver­ stellbetrags korrigiert. In Schritt S105 wird der Ein­ spritzzeitpunkt bestimmt. In Schritt S106 wird aus dem Einspritzer 10 eine vorbestimmte erhöhte Kraftstoffmenge eingespritzt. In Schritt S107 erfolgt die Zündung durch die Zündkerze 9.
Beim Normalbetrieb der Maschine sind der Einspritzzeitpunkt ti und der Zündzeitpunkt ts mit einem geeigneten Abstand vor dem oberen Totpunkt (OT) bestimmt, wie Fig. 4 zeigt, so daß eine Schichtladung zur Verbrennung erreicht wird. Wenn die Abgastemperatur unter der unteren Grenztemperatur für den aktivierten Katalysator liegt, werden die Zeitpunkte ts und ti spätverstellt bzw. verzögert. Die Zeitpunkte ts und ti werden mit einem geeigneten Abstand nach dem OT fest­ gelegt. Wenn die Abgastemperatur steigt und die untere Grenztemperatur übersteigt, wird der Korrekturvorgang zur Spätverstellung der Zeitpunkte aufgehoben, und der Korrek­ turvorgang zur Erhöhung der Einspritzmenge wird angehalten.
Fig. 5 zeigt Änderungen der Einspritzmenge, des Einspritz­ zeitpunkts und der Abgastemperatur relativ zum Zündzeit­ punkt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird zwar die Abgastemperatur gemessen, es kann aber stattdessen auch die Temperatur des Katalysators gemessen werden.
Da gemäß der Erfindung der Zündzeitpunkt spätverstellt wird, steigt die Abgastemperatur, wodurch der Katalysator aktiviert wird. Somit kann die Abgasreinigung auch dann durchgeführt werden, wenn die Abgastemperatur unter der Temperatur zur Aktivierung des Katalysators liegt.
Die Einspritzmenge wird bei Spätverstellung des Zündzeit­ punkts erhöht, so daß die Maschinenleistung nicht abfällt. Da der Betrag der Spätverstellung des Zündzeitpunkts nach Maßgabe der unteren Grenztemperatur zur Aktivierung des Katalysators bestimmt wird, wird eine Zunahme des Kraft­ stoffverbrauchs aufgrund einer zu starken Spätverstellung vermieden.

Claims (3)

1. System zur Steuerung einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder (2), einem Einspritzer (10) zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Zylinder, einer Zündkerze (9) zum Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemischs und einem Katalysator (14) in einem Auspuffrohr, gekennzeichnet durch
einen Temperatursensor (33), der die Abgastemperator in dem Auspuffrohr aufstrom vom Katalysator (14) mißt;
einen Vergleicher (41), der diese Temperatur mit einer Referenztemperatur zur Aktivierung des Katalysators ver­ gleicht und ein Temperatursignal erzeugt, wenn die Tempe­ tatur unter der Referenztemperatur liegt;
einen Spätverstellbetrags-Bestimmer (42) , der aufgrund des Temperatursignals einen Spätverstellbetrag für den Zündzeitpunkt und den Einspritzzeitpunkt bestimmt;
Spätverstelleinheiten (43, 44) die auf der Basis des Spätverstellbetrags den Zündzeitpunkt und den Einspritz­ zeitpunkt spätverstellen; und
einen Korrekturwertrechner (45), der die Kraftstoffein­ spritzmenge nach Maßgabe des Spätverstellbetrags erhöht zum Ausgleich des durch die Spätverstellung des Zündzeitpunkts bewirkten Leistungsabfalls der Maschine.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenztemperatur eine untere Grenztemperatur zur Aktivierung des Katalysators (14) ist.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spätverstellbetrag so vorgegeben ist, daß er mit zunehmender Differenz zwischen der Temperatur und der Referenztemperatur größer wird.
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