DE102006015264A1

DE102006015264A1 - Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006015264A1
Application number: DE200610015264
Authority: DE
Inventors: Matthias Herger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-04-01
Filing date: 2006-04-01
Publication date: 2007-10-04

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere eines Ottomotors mit Direkteinspritzung, mit einer Gemischsteuerung, bei der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch auf einen vorgegebenen Soll-Lambda-Wert durch Änderung der Kraftstoffmenge und/oder der Luftmenge einregelbar ist, mit einer Messeinrichtung zur Messung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, mit einer Kraftstoffzumesseinrichtung und einer Luftmengenmesseinrichtung vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst das Ermittln eines Ist-Lambdas und einer Abweichung des Ist-Lambdas vom Soll-Lambda sowie das Regeln der Gemischsteuerung, bis die Abweichung des Ist-Lambdas ausgeglichen ist. Dabei wird die Abweichung durch anteilige Korrektur der Luftmenge und der Kraftstoffmenge ausgeglichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere eines Ottomotors mit Direkteinspritzung, mit einer Gemischsteuerung bei der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch auf einen vorgegebenen Soll-Lambda-Wert einregelbar ist durch Änderung der Kraftstoffmenge und/oder der Luftmenge, mit einer Messeinrichtung zur Messung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, mit einer (geeigneten) Kraftstoffzumesseinrichtung und einer Luftmengenmesseinrichtung.
In der Kraftfahrzeugtechnik müssen die immer strenger werdenden Emissionsgrenzwerte für den Schadstoffausstoß eingehalten werden. Dies erfordert auch in Zukunft immer aufwändigere Systeme zur Abgasnachbehandlung und Motorsteuerung. Insbesondere muss die Gemischsteuerung für ein Luft-Kraftstoff-Gemisch und die Lambdaregelung mit hoher Genauigkeit arbeiten.
Aus der DE 102 52 303 A1 ist ein Verfahren für den Start-Stopp-Betrieb eines Fahrzeugs bekannt, bei dem die Kraftstoffmenge, die im Katalysator gespeichert ist, vor einem automatischen Stopp des Motors geschätzt wird. Bei einem Neustart wird die Kraftstoffmenge aufgrund der geschätzten Luftspeichermenge eingeregelt, um ein vorgegebenes Gemisch zu erhalten.
Aus der DE 10 2004 013 505 A1 ist ein Verfahren für einen Fahrzeugmotor bekannt, bei dem die Emissionen bei häufig wechselnden Betriebszuständen des Motors gering gehalten werden. Dabei wird der Sauerstoffbeladungsgrad des Katalysators ständig gemessen, um möglichst schnell ein bestimmtes Lambda einzustellen. Dazu wird vorzugsweise der Kraftstoff geregelt, da sich nur durch eine derartige Regelung die Emissionswerte schnell erreichen lassen und die Emissionen unterhalb der geforderten Grenzwerte gedrückt werden können.
Aus der DE 103 38 058 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt. Um ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoff-Gemisch möglichst schnell zu erzielen, wird in Abhängigkeit der Motortemperatur ein erlernter Adaptionswert zur Korrektur der Gemischsteuerung verwendet. Aufgrund des Adaptionswerts wird die Kraftstoffmenge und/oder die Luftmenge zur Korrektur des Gemischs bestimmt. Dabei wird von einem modellierten Luftmassenstrom bzw. einer modellierten Kraftstoffmenge ausgegangen, um den von einer Gemischvorsteuerung vorgegebenen Wert für die Luftmenge bzw. Kraftstoffmenge zu erzeugen. Diese Regelung findet jedoch statt bevor der Lambdaregler aktiv wird.
Es wird ebenfalls vorgeschlagen, eine Korrektur des Luft-Kraftstoff-Gemischs durch die Gemischvorsteuerung vorzunehmen. Um die gewünschten Emissionswerte zu erzielen, wird dabei jedoch eine Kraftstoffkorrektur vorgenommen, so dass der Kraftstoff an die gemessene bzw. geschätzte Luftmenge angepasst wird.
Allgemein wird im Stand der Technik die kraftstoffseitige Korrektur des Luft-Kraftstoff-Gemischs angewendet, da hier die Vorteile hinsichtlich des Regelverhaltens aufgrund der besseren Dynamik offensichtlich sind. Die mit der Lambdasonde des Fahrzeugs ermittelte Abweichung wird als Fehler in der Kraftstoffmessung betrachtet und die Einspritzzeit dementsprechend korrigiert. Dies ist sinnvoll, da die Totzeiten einer solchen Regelung sehr viel geringer sind als beim Regeln der Luftmasse. Deshalb wird der Luftmassenmesser in der Regel als richtig messend angesehen. Aus diesem Grund wird selbst dann, wenn eine Abweichung der Luftmasse festgestellt wird, ein so genannter Luftmassenfehler, die Korrektur derart durchgeführt, dass der theoretische bzw. modellierte Luftmassenwert korrigiert wird. Letztlich werden damit nicht die tatsächliche Luft sondern wiederum nur die Einspritzmenge und die modellierte Luft verändert. Gerade bei mageren Motoren wie beispielsweise Direkteinspritzungsmotoren wird die Lambdaregelung im mageren Schichtbetrieb abgeschaltet und erst wieder im Homogenbetrieb zugeschaltet. Da bei diesem Wechsel sehr viele Betriebsparameter geändert werden, erhöht sich auch das Risiko einer fehlerhaften Modellierung der Luft. Dies führt bei wegen einer Abweichung vom Soll-Lambda-Wert einsetzender Lamdaregelung häufig zu einem unerwünschten spürbaren Ruck im Fahrzeug
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb ein verbessertes Verfahren zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Gemischs bei einer Abweichung vom Soll-Lambda-Wert vorzuschlagen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere eines Ottomotors mit Direkteinspritzung, mit einer Gemischsteuerung, bei der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch auf einen vorgegebenen Soll-Lambda-Wert durch Änderung der Kraftstoffmenge und/oder der Luftmenge einregelbar ist, mit einer Messeinrichtung zur Messung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, mit einer (geeigneten) Kraftstoffzumesseinrichtung und einer Luftmengenmesseinrichtung, umfasst deshalb die folgenden Schritte: Ermitteln eines Ist-Lambdas und einer Abweichung des Ist-Lambdas vom Soll-Lambdas und regeln der Gemischsteuerung bis die Abweichung des Ist-Lambdas ausgeglichen ist, wobei die Abweichung durch anteilige Korrektur der Luftmenge und der Kraftstoffmenge ausgeglichen wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird entgegen dem Stand der Technik die Abweichung des Ist-Lambdas vom Soll-Lambda nicht durch Änderung der Kraftstoffmenge zur vollständiges Korrektur der Abweichung vorgenommen. Vielmehr wird ein Teil der Abweichung durch Korrektur der Luftmenge ausgeglichen. Der andere Teil der Abweichung wird durch Korrektur der Kraftstoffmenge bzw. durch Änderung der Einspritzzeit des Kraftstoffs ausgeglichen. Auf diese Weise wird eine jeweils anteilige Korrektur der Luftmenge und der Kraftstoffmenge vorgenommen.
Ein derart ausgebildetes Verfahren bietet den Vorteil, dass gerade bei mageren Motoren bzw. mageren Betriebsarten unerwünschte Momentenänderungen vermieden werden. Drehmomentsprünge, die vor allem bei stationären Umschaltungen auftreten könnten, werden durch das erfindungsgemäße Verfahren minimiert oder gänzlich verhindert. Es kommt zu keinem spürbaren Ruck durch eine starke Drehmomentänderung.
Die Anteile der Abweichung, die durch die Luftmenge bzw. Kraftstoffmenge ausgeregelt werden, können dabei variieren und abhängig von den Betriebsarten des Motors, von der Motorlast und anderen Parametern sein.
Auch kann in Abhängigkeit davon, wie stark der Drehmomentsprung reduziert werden soll, bzw. wie groß ein erlaubter Drehmomentgradient ist, eine geeignete Aufteilung vorgenommen werden. Je größer der durch Änderung der Luftmenge zu korrigierende Anteil der Abweichung ist, desto träger arbeitet das Verfahren und desto größer ist der Schadstoffausstoß. Die Regelung der Kraftstoffmenge weist ein besseres dynamisches Verhalten im Vergleich zum Luftmenge auf, so dass die Abweichung schneller ausgeglichen werden kann, wenn der Anteil der durch die Kraftstoffmenge zu korrigierenden Abweichung größer ist. Allerdings führt ein höherer Anteil der Abweichung, der durch die Kraftstoffmenge ausgeglichen wird, zu einer höheren Drehmomentänderung, was unerwünscht sein kann. Es ist durchaus möglich, dass die anteilige Aufteilung der Korrektur der Abweichung nicht nur durch Betriebsparameter des Motors und dessen Lastverhalten bestimmt wird, sondern auch durch den Fahrer festgelegt oder bzw. durch eine lernende Regelung aus dem Fahrverhalten des Fahrers ermittelt werden kann.
Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Gegenstands des Anspruchs 1.
Nach einer vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Abweichung des Ist-Lambdas vom Soll-Lambdas zu gleichen Teilen auf die Kraftstoffmenge und die Luftmenge eingerechnet. Dadurch wird 50% der Lambda-Abweichung durch Korrektur der Luftmenge ausgeglichen. Die verbleibenden 50% der Abweichung werden durch Änderung der Kraftstoffmenge bzw. durch deren Korrektur erwirkt. Wird beispielsweise nach dem Verfahren im Stand der Technik, bei dem ausschließlich der Kraftstoffwert korrigiert wird, bei einem Ziellambda von 1 eine 20% Lambda-Abweichung durch Zuschalten des Lambdareglers nach konventioneller Strategie, also durch Änderung der Kraftstoffmenge, ausgeführt, so würde dies zu einer Anfettung von 20% führen. Beim mageren Betrieb bedeutet dies eine Erhöhung des Drehmoments um 20%, was zu einem spürbaren Ruck für den Fahrer führt. Bei einer gleichmäßigen Einrechnung der Abweichung des Lambdawertes wird der „Fehler" so aufgeteilt, dass er absolut möglichst gering ausfällt. In diesem Fall würden nur 50% der geforderten Anfettung auf den Kraftstoff gerechnet und die verbleibenden 50% beispielsweise in die Füllungsvorsteuerung derart eingerechnet, dass die reelle Füllung auch um 10% sinkt. Der Drehmomentsprung wird dadurch halbiert. Allerdings kann es aufgrund der Totzeiten der Sauganlage und deren Stellglieder zu einer zeitweisen Erhöhung der Emissionen kommen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Verschiebung des zu korrigierenden Anteils der Abweichung von einer gleichanteiligen Aufteilung der Abweichung hin zu einer 100-%-Aufteilung der Abweichung auf die Kraftstoffmenge durchgeführt, so dass die Abweichung nach der Verschiebung nur durch Änderung der Kraftstoffmenge korrigiert wird. Durch diese Art der Verschiebung von einer 50-zu-50-Aufteilung hin zu einer 100%-Aufteilung wird eine Überblendung vorgenommen. Damit wird der Drehmomentsprung durch eine Anfettung bzw. durch Änderung der Kraftstoffmenge vermieden oder verringert. Gleichzeitig wird durch die Verschiebung der Änderung hin zur Kraftstoffregelung der Emissionswert optimiert. Auf diese Weise gelingt es, ohne einen spürbaren Ruck für den Fahrer die Emissionswerte bei einer Abweichung des Lambdas schnell wieder einzuhalten.
Vorzugsweise wird die Verschiebung des zu korrigierenden Anteils der Abweichung innerhalb einer vorgegebenen Überblendzeit durchgeführt. Die Überblendzeit wird dabei in Abhängigkeit der Motorlast festgelegt. Damit wird gewährleistet, dass die Überblendung bzw. Verschiebung des zu korrigierenden Anteils so gestaltet wird, dass der Fahrer davon nichts spürt, also ein bestimmter Drehmomentgradient nicht überschritten wird. Gleichzeitig soll aber eine Überblendung bzw. Verschiebung des zu korrigierenden Anteils so schnell wie möglich (ohne Komforteinbußen) erfolgen.
Bevorzugt liegt bei dem Verfahren bei einer geringen Motorlast die Überblendzeit im Bereich von 0,1 Sekunden bis 2 Sekunden. Vorzugsweise ist die Überblendzeit gleich 1 Sekunde. Damit findet eine schnelle Verschiebung des zu korrigierenden Anteils der Abweichung statt.
Bei einer hohen Motorlast liegt die Überblendzeit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise im Bereich von 3 Sekunden bis 10 Sekunden, besonders bevorzugt ist sie gleich 5 Sekunden. Somit findet bei einer hohen Last eine langsamere Überblendung statt. Bei einer größeren Motorlast muss also die Luftmenge länger korrigiert werden, damit ein Drehmomentgradient nicht überschritten wird. Erst nach 3 bis 10 Sekunden wird ausschließlich die Kraftstoffmenge geregelt, um die Lambda-Abweichung zu korrigieren. Dann wird aufgrund der besseren Dynamik der Kraftstoffregelung die Emission wieder begrenzt.
Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt, wenn das Ist-Lambda größer als das Soll-Lambda ist. Im diesem Fall liegt eine Abweichung im Lambdaregler in Richtung mager vor, also ein magerer Betrieb. Bei einer reinen Regelung der Kraftstoffmenge würde ein spürbarer Drehmomentsprung auftreten, insbesondere bei einer größeren Abweichung. Dieser Drehmomentsprung wird durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden.
Es kann sich als vorteilhaft erweisen, in dem Fall, dass das Ist-Lambda größer als das Soll-Lambda ist, den Fehler bzw. die Abweichungen des Lambdawertes als Fehler im Kraftstoffpfad zu betrachten. Dann kann auch eine Aufteilung der Abweichung zu Gunsten der Kraftstoffmenge auftreten, so dass beispielsweise 60%, 70% oder 80% der Abweichung des Lambda-Wertes durch Regelung der Kraftstoffmenge vorgenommen werden und nur der jeweils verbleibende Anteil durch Regelung der Luftmasse.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Messung der Luftmenge eine Messeinrichtung verwendet, die beispielsweise als HFM-Messeinrichtung ausgeführt ist. Dabei wird dann eine Luft-Fluss-Messung durchgeführt. Die Kraftstoffmenge wird durch die bekannten Sonden gemessen, wobei eine Regelung der Kraftstoffmenge auch über eine Regelung der Einspritzzeit vorgenommen werden kann. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, also das Ist-Lambda, wird durch eine Lambdasonde der bekannten Art ermittelt.
Vorteilhafterweise erfolgt die Regelung der Gemischsteuerung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren schon im mageren Betrieb, besonders bevorzugt bei einem Ist-Lambda gleich oder unterhalb von 1,3. Normalerweise setzt die Lambda-Regelung erst bei einem Ist-Lambda kleiner gleich 1 ein, da die herkömmlichen Lambda-Sonden oberhalb von 1 zu ungenau sind. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Lambda-Regelung aufgrund der erfindungsgemäßen Verteilung des zu korrigierenden Anteils auf Luftmenge und Kraftstoffmenge schon im mageren Betrieb erfolgen, besonders bevorzugt ab einem Ist-Lambda von 1,3, wodurch ein bestimmtes Soll-Lambda insgesamt schneller erreicht wird.
Bevorzugt erfolgt die Regelung der Gemisch-Steuerung nach der Erfindung bei einer stationären Fahrsituation, bei der Last- und Drehzahländerung kleiner als jeweilige definierte Schwellen sind. In diesem Fall wird das erfindungsgemäße Verfahren nicht durchgeführt, wenn eine Momentenanforderung des Fahrers besteht, wobei in diesem Fall bevorzugt eine herkömmliche Regelung der Gemischsteuerung durchgeführt wird, bei der die Abweichung des Ist-Lambdas vom Soll-Lambda durch Korrektur der Kraftstoffmenge ausgeglichen wird. Diese vorteilhafte Ausführungsform führt bei einer Momentenanforderung durch den Fahrer zu einem schnelleren Erreichen des Soll-Lambdas und in einer stationären Fahrsituation, in der Last- und Drehzahländerung kleiner als jeweilige definierte Schwellen sind, zu dem erfindungsgemäßen Vorteil des Vermeidens von unerwünschten Momentenänderungen durch die Lambda-Regelung.

Claims

Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere eines Otto-Motors mit Direkteinspritzung, mit einer Gemischsteuerung, bei der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch auf einen vorgegebenen Soll-Lambda-Wert durch Änderung der Kraftstoffmenge und/oder der Luftmenge einregelbar ist, mit einer Messeinrichtung zur Messung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, mit einer Kraftstoffzumesseinrichtung und einer Luftmengenmesseinrichtung, umfassend die folgenden Schritte: – Ermitteln eines Ist-Lambdas und einer Abweichung des Ist-Lambdas vom Soll-Lambda; – Regeln der Gemischsteuerung bis die Abweichung des Ist-Lambdas ausgeglichen ist, wobei die Abweichung durch anteilige Korrektur der Luftmenge und der Kraftstoffmenge ausgeglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrechnen der Abweichung des Ist-Lambdas zum Soll-Lambda zu gleichen Teilen auf die Kraftstoffmenge und die Luftmenge, wodurch 50% der Abweichung durch Korrigieren der Luftmenge und 50% der Abweichung durch Korrigieren der Kraftstoffmenge ausgeglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Verschiebung des zu korrigierenden Anteils der Abweichung von einer gleichanteiligen Aufteilung der Abweichung hin zu einer 100%-Aufteilung der Abweichung auf die Kraftstoffmenge, so dass die Abweichung nach der Verschiebung nur durch Änderung der Kraftstoffmenge korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung des zu korrigierenden Anteils der Abweichung innerhalb einer vorgegebenen Überblendzeit erfolgt, die in Abhängigkeit der Motorlast festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer geringen Motorlast die Überblendzeit im Bereich von 0,1 Sekunden bis 2 Sekunden liegt, vorzugsweise gleich 1 Sekunde ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei hoher Motorlast die Überblendzeit im Bereich von 3 Sekunden bis 10 Sekunden liegt, vorzugsweise gleich 5 Sekunden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einem Ist-Lambda größer dem Soll-Lambda ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Gemischsteuerung schon im mageren Betrieb, vorzugsweise bei einem Ist-Lambda gleich oder unterhalb von 1,3, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Gemischsteuerung bei einer stationären Fahrsituation erfolgt, bei der Last- und Drehzahländerung kleiner als jeweilige definierte Schwellen sind.