DE19501458B4

DE19501458B4 - Verfahren zur Adaption der Warmlaufanreicherung

Info

Publication number: DE19501458B4
Application number: DE19501458A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl.-Ing. Klein (FH)
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-01-19
Filing date: 1995-01-19
Publication date: 2009-08-27
Anticipated expiration: 2015-01-20
Also published as: GB2297176B; DE19501458A1; GB9600474D0; US5564406A; GB2297176A; JPH08232708A

Abstract

Verfahren der Zumessung von Kraftstoff im Warmlaufbetrieb einer Brennkraftmaschine mit
– einer Lambdaregelung und
– Mitteln zur Erfassung einer Größe, die für die Unterscheidung von Warmlauf- und Normalbetrieb geeignet ist,
– wobei die zuzumessende Kraftstoffmenge im Warmlaufbetrieb gegenüber dem Normalbetrieb durch eine vorbestimmte, wenigstens von der genannten Größe abhängige Korrektur FWL vergrößert wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einsetzen der Lambdaregelung ein Maß für die mittlere Abweichung des Lambdaistwertes von einem Lambdasollwert gebildet wird, dass dieses Maß mit einem Sollwert verglichen wird und dass die genannte Korrektur abhängig vom Vergleichsergebnis vergrößert wird, wenn der mittlere Lambdaistwert größer als der Lambdasollwert ist und verkleinert wird, wenn der mittlere Lambdaistwert kleiner als der Lambdasollwert ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft die Kraftstoffzumessung für eine Brennkraftmaschine nach Kaltstart.
Aus der EP 0 489 864 B1 ist eine während einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine durchgeführte Gemischsteuerung mit vorgegebenem Anreicherungsfaktor bekannt, wobei sobald die Lambdasonde betriebsbereit ist, eine eingeschränkte Regelung des Luft-/Kraftstoffgemisches einsetzt, bis der Warmlauf beendet ist.
Aus der DE 38 78 932 T2 ist es bekannt, eine Beschleunigungsanreicherung während der Warmlaufphase einer Brennkraftmaschine durchzuführen, während der Lambda-Regler nicht aktiv ist. Aufgrund der unvermeidlichen Verzögerung bei der Reaktion der Lambda-Sonde auf einer Veränderung der eingespritzten Kraftstoffmenge wird dabei kein Versuch unternommen, irgendwelche Einstellungen am Beschleunigungsanreicherungsfaktor während eines laufenden Anreicherungsprozesses vorzunehmen. Vielmehr wird das, was während dieser Anreichung passiert, verfolgt und nach Beendigung dieses Anreicherungsschrittes verwendet, um den Anreicherungsfaktor in angemessener Weise für den nächsten Anreicherungsschritt zu modifizieren.
Aus der DE 35 05 965 A1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung und ein Regelverfahren für die Betriebskenngrößen einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei zur Herausgabe eines unkorrigierten Vorsteuerwertes ein Kennfeld durch Zuführung vorgegebener Betriebskenngrößen als Adressen adressiert und bei gleichzeitig überlagerter Regelung ein gemittelter Wert des Regelfaktors zur Bewirkung eines adaptiven Lernvorgangs dem Vorsteuerbereich zugeführt wird. Dabei wird aus dem gemittelten Regelfaktor ein auf das gesamte Grundkennfeld multiplikativ einwirkender globaler Faktor definiert, insbesondere zur Berücksichtigung von multiplikativen Störeinflüssen, wobei ferner durch eine Aufteilung des selbstanpassenden Kennfeldes in ein nicht veränderbares Grundkennfeld und in mindestens ein weiteres dazugehöriges veränderbares Faktorkennfeld jeder Grundwert innerhalb vorgegebener Einzugsbereiche durch den zugeordneten Faktor des Faktorkennfeldes multipliziert wird, wodurch überwiegend additive Störeinflüsse berücksichtigt werden. Globaler Faktor und der jeweilige Faktor aus dem Faktorkennfeld können kombiniert auf den vom Grundkennfeld herausgegebenen Steuerwert einwirken. Der endgültige Einspritzwert entsteht dann durch eine Multiplikation des vom Grundkennfeld herausgegebenen Grundwertes, des Faktors aus dem Faktorkennfeld und des jeweils aktuellen Regelfaktors aus der Regelschleife. Aus der DE 41 17 440 A1 ist eine adaptive Kraftstoff-/Luft-/Gemisch-Einstellung zum Berücksichtigen von Kraftstoffeigenschaften bekannt. Dabei wird der Adaptionsfaktor schnell verstellt, wenn sich nach dem Betanken herausstellt, dass mit dem zuvor geltenden Adaptionsfaktor schlechte Regelungsergebnisse erzielt werden. Sobald sich wieder gute Regelungsergebnisse einstellen, wird die herkömmliche, relativ langsame Adaption ausgeführt. Dabei wird die Lambdaregelung erst nach Ablauf der Warmlaufphase zugelassen. Misst die betriebsbereite Sonde vor Ablauf der Warmlaufphase mageres Gemisch, so ist dies ein Anzeichen dafür, dass der Adaptionsfaktor nicht an ein geändertes Kraftstoffgemisch angepasst ist. Es wird daher der Adaptionsfaktor relativ schnell soweit verstellt, bis die Sonde ein fettes Gemisch misst.
Aus den Druckschriften DE 43 38 572 A1 , DE 43 31 853 A1 und DE 30 42 246 A1 ist die Verwendung von so genannten Warmlaufanreicherungsfaktoren während einer Zeitspanne nach dem Anlassen bis zum Erreichen einer Betriebstemperatur bekannt.
Nach einem Start einer kalten Brennkraftmaschine kondensiert ein Teil des zugemessenen Kraftstoffes an noch kalten Bereichen im Saugrohr und den Zylindern der Brennkraftmaschine. Ein weiterer Teil verlässt die Zylinder als Folge mangelnder Verdampfung vor der Zündung unverbrannt mit dem Abgas. Die Zusammensetzung des in dieser Phase verbrannten Gemisches kann aufgrund dieser Effekte stark abmagern, was zu Problemen im Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine führen kann.
Zur Vermeidung von solchen Problemen, zu denen beispielsweise eine unbefriedigende Leistungsabgabe, Ruckeln beim Beschleunigen oder Ausgehen im Leerlauf zählen, wird das Betriebsgemisch in dieser Phase üblicherweise zeit- oder temperaturabhängig mit Kraftstoff angereicht. Eine solche Vorgehensweise ist bspw. aus der DE 26 12 913 A1 ( US 4 205 635 ) bekannt. Dabei ist eine vergleichsweise zu starke Anreicherung für einen störungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine weniger kritisch als eine vergleichsweise zu schwa che Anreicherung. Das Ausmaß einer optimalen Anreicherung ist in der Zeit zwischen dem Start der Brennkraftmaschine und dem Einsetzen einer Lambdaregelung, die üblicherweise kleiner als eine Minute ist, auch von den Eigenschaften des getankten Kraftstoffes abhängig. Diese Kraftstoffeigenschaften können sowohl regional als auch jahreszeitlich schwanken. Um die ganze Bandbreite regional und jahreszeitlich verschiedene Kraftstoffqualitäten abzudecken, ist eine starke gesteuerte Anreicherung üblich. Eine über das jeweils notwendige Maß hinausgehende Anreicherung führt jedoch zu erhöhten Schadstoffemissionen.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Verfahrens, das eine selbsttätige Anpassung der gesteuerten Anreicherung an das tatsächlich notwendige Maß liefert.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der nachgeordneten Ansprüche. Im folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt 1 das technische Umfeld der Erfindung. 2 stellt beispielhaft den Anstieg der Brennkraftmaschinentemperatur T_mot sowie den zeitlichen Verlauf eines Warmlauffaktors FWL nach einem Kaltstart dar. 3 zeigt den Verlauf der Luftzahl λ für verschiedene Kraftstoffsorten nach einem Kaltstart entsprechend dem Stand der Technik. 4 veranschaulicht die Erfindung in Form von miteinander verknüpften Funktionsblöcken.
Die 1 in der 1 bezeichnet eine Brennkraftmaschine mit einem Ansaugrohr 2 und einem Abgasrohr 3. Ein Lasterfassungsmittel 4 liefert einem Steuergerät 5 ein Signal Q über die Menge der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft. Weitere Sensoren 6, 7, 8 liefern dem Steuergerät Signale über Drehzahl n, Temperatur T und Zusammensetzung der Abgase λ der Brennkraftmaschine. Daraus bildet das Steuergerät 5 ein Kraftstoffzumeßsignal ti, beispielsweise einen Einspritzzeitimpuls, mit dem ein Kraftstoffeinspritzventil 9 im Ansaugrohr angesteuert wird.
Die Bildung des Einspritzzeitimpulses erfolgt bei betriebswarmer Brennkraftmaschine bekanntermaßen in einem geschlossenen Regelkreis. Dieser arbeitet im wesentlichen so, daß eine vorläufige, als Funktion von Drehzahl n und Last Q der Brennkraftmaschine gebildete Einspritzimpulsbreite t1 multiplikativ mit einem Regelfaktor FR korrigiert wird, der in Abhängigkeit der Abweichung der Abgaszusammensetzung λ-IST von einem Sollwert λ-SOLL gebildet wird. Die Parameter des Regelkreises sind so festgelegt, daß sich im eingeschwungenen Zustand eine gewünschte Abgaszusammensetzung, beispielsweise λ = 1 ergibt. Nach einem Kaltstart ist die Lambdaregelung dagegen üblicherweise noch nicht betriebsbereit. Die Kraftstoffzumessung erfolgt dann gesteuert, wobei die vorläufige Einspritzimpulsbreite t1 noch mit einer anreichernd wirkenden Korrektur FWL multiplikativ verknüpft wird. Der zeitliche Verlauf eines solchen Korrekturwertes FWL ist in 2 für das Beispiel einer multiplikativen Verknüpfung dargestellt. Der Zeitpunkt t = 0 entspricht dabei dem Zeitpunkt eines Starts mit noch kalter Brennkraftmaschine. Siehe dazu auch den Verlauf der gestrichelten Kurve, die die Brennkraftmaschinentemperatur Tmot über der Zeit t darstellt. Der Faktor FWL ist zunächst deutlich größer als 1 und wirkt daher, da er multiplikativ mit t1 verknüpft wird, vergrößernd auf die eingespritzte Kraftstoffmenge. Mit zunehmender Erwärmung sinkt er dann ab, um bei betriebswarmer Brennkraftmaschine den neutralen Wert 1 zu erreichen. Die durchgezogene Linie A in der 3 zeigt die sich einstellende Abgaszusammensetzung λ-IST für eine bestimmte Kraftstoffsorte. Wie aus den anfänglichen Werten λ < 1 zu schließen ist, überwiegt die gesteuerte Anreicherung die eingangs genannten, abmagernd wirkenden Effekte für den Kraftstoff A.
Andere Kraftstoffe können jedoch zu anderen Lambdaverläufen führen. Siehe als Beispiel die gestrichelten Kurven C und B. Gemeinsam ist allen Kurven, daß sie für Zeiten t > t2 übereinstimmend zu λ = 1 führen. Mit anderen Worten: Die sich aus unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten ergebenden Unterschiede in λ sind auf den Warmlaufbereich beschränkt. Für den Kraftstoff B wirkt die vorgesteuerte Anreicherung im Vergleich zu Kraftstoff A zu stark anfettend, während sie für Kraftstoff C nicht ausreichend ist. Die punktierte Linie in Punkt 3 stellt die Abgaszusammensetzung lambda bei einem Zusammenwirken von Regelung und Warmlaufanreicherung dar. Dabei ist unterstellt, daß ab dem Zeitpunkt t1 Regelbereitschaft vorliegt. Kriterien dafür sind beispielsweise, daß die Temperatur der Abgassonde und der Brennkraftmaschine vorbestimmte Schwellwerte überschreiten. Erfindungsgemäß wird das Verhalten der Regelung in diesem Bereich zwischen t1 und t2, der sich auf Brennkraftmaschinentemperaturen T1 und T2 abbilden läßt, zur Adaption der FWL-Vorsteuerung an die jeweils verwendete Kraftstoffsorte ausgenutzt.
Die 4 verdeutlicht die erfindungsgemäße Vorgehensweise durch ein Diagramm von Funktionsblöcken, die beispielsweise als Module eines im Steuergerät 4 ablaufenden Programms realisiert sein können. Bei betriebswarmer Brennkraftmaschine ist keine Warmlaufanreicherung wirksam, was in dieser Figur einem FWL-Wert = 1 entspricht. In diesem Fall wird die vorläufige Einspritzimpulsbreite t1 im Block 10 wenigstens in Abhängigkeit von Drehzahl n und der Last Q der Brennkraftmaschine gebildet. Die Ziffer 11 symbolisiert die Verknüpfung dieses Vorsteuerwertes t1 mit einem Regelfaktor FR zu einer Einspritzimpulsbreite ti. Als Regelstellgröße der Lambdaregelung wird ein Faktor FR in einem Reglerblock 12 abhängig von der Differenz der Abgaszusammensetzung λ-IST von einem Sollwert λ-SOLL, gebildet durch einen Vergleich in Block 13, gewonnen.
In der Darstellung der 3 ergibt sich diese Funktion für Zeiten t > t1. Unmittelbar nach einem Kaltstart (t < t1) ist die λ-Regelung inaktiv und FR beispielsweise auf den neutralen Wert 1 gesetzt. In dieser Phase wirkt die zeitlich oder temperaturabhängig abklingende Korrektur FWL, die im Block 14 gebildet wird, über die Verknüpfung 15 auf t1 ein. Die FWL-Bildung kann bspw. auch von weiteren Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine, wie Last und/oder Drehzahl abhängig sein, so daß für verschiedene Last/Drehzahl-Betriebspunkte der Brennkraftmaschine individuelle Warmlauffaktoren FWL gebildet werden. So hat sich bspw. eine Aufteilung des Lastspektrums in wenigstens 3 Bereiche mit je einem individuellen FWL-Wert als vorteilhaft herausgestellt.
Die erfindungsgemäße Adaption des Warmlauffaktors FWL wird in der Darstellung der 3 im Bereich zwischen t2 und t3 durchgeführt, also bei betriebsbereiter λ-Regelung und noch nicht betriebswarmer Brennkraftmaschine. Als Maß für die mittlere Abweichung des Lambdaistwertes von einem Sollwert wird bspw. aus dem Regelfaktor FR in einem Block 16 der Mittelwert FR gebildet und, symbolisiert durch die Ziffer 17, mit einem Sollwert FR-SOLL verglichen. Eine Abweichung dFR stellt sich immer dann ein, wenn der aktuell wirkende Warmlauffaktor FWL in Verbindung mit der getankten Kraftstoffsorte zu einer Lambdafehlanpassung, also zu λ ungleich 1 führt. Eine Adaption des Warmlauffaktors an den getankten Kraftstoff wird durchgeführt, indem ein adaptierter Warmlauffaktor FWL-NEU als Summe aus dem alten Warmlauffaktor FWL-ALT und der Abweichung des gemittelten Regelfaktors dFR im Block 14 gebildet wird. Diese sukzessiv in einem vorgegebenen Zeitraster durchgeführte Adaption führt im Verlauf einiger Kaltstarts zu einer kraftstoffsortenindividuellen Warmlaufanreicherung.
Zur Unterscheidung des Warmlaufbetriebs vom Normalbetrieb sind bspw. folgende Größen geeignet:

– Eine Temperatur im Bereich der Brennkraftmaschine, bspw. die Temperatur des Kühlmittels, des Schmiermittels oder eine im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine herrschende Temperatur,
– ein Maß für die innerhalb der Brennkraftmaschine seit dem Start umgesetzten Wärmemenge, bspw. die seit dem Start der Brennkraftmaschine vergangene Zeit oder die Menge des seit dem Start zugemessenen Kraftstoffes oder die Summe der in dieser Zeit von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge.

Die Warmlaufkorrektur FWL kann bspw. aus einer im Steuergerät gespeicherten Kennlinie als Funktion wenigstens einer der genannten Größen ermittelt werden.

Claims

Verfahren der Zumessung von Kraftstoff im Warmlaufbetrieb einer Brennkraftmaschine mit – einer Lambdaregelung und – Mitteln zur Erfassung einer Größe, die für die Unterscheidung von Warmlauf- und Normalbetrieb geeignet ist, – wobei die zuzumessende Kraftstoffmenge im Warmlaufbetrieb gegenüber dem Normalbetrieb durch eine vorbestimmte, wenigstens von der genannten Größe abhängige Korrektur FWL vergrößert wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einsetzen der Lambdaregelung ein Maß für die mittlere Abweichung des Lambdaistwertes von einem Lambdasollwert gebildet wird, dass dieses Maß mit einem Sollwert verglichen wird und dass die genannte Korrektur abhängig vom Vergleichsergebnis vergrößert wird, wenn der mittlere Lambdaistwert größer als der Lambdasollwert ist und verkleinert wird, wenn der mittlere Lambdaistwert kleiner als der Lambdasollwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Korrektur aus einer Kennlinie als Funktion der genannten Größe ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens von der genannten Größe abhängige Korrektur zusätzlich von der Last und/oder Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lastspektrum der Brennkraftmaschine in wenigstens 3 Be reiche unterteilt ist, für die jeweils ein individueller Korrekturwert gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für die mittlere Abweichung der Mittelwert FR der Regelstellgröße FR der Lambdaregelung gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als zur Unterscheidung von Warmlauf- und Normalbetrieb geeignete Größe eine Temperatur im Bereich der Brennkraftmaschine erfaßt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Kühlmittels, des Schmiermittels oder eine im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine herrschende Temperatur erfaßt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als für für die Unterscheidung von Warmlauf- und Normalbetrieb geeignete Größe ein Maß für die innerhalb der Brennkraftmaschine seit dem Start umgesetzten Wärmemenge ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für die umgesetzte Wärmemenge die seit dem Start der Brennkraftmaschine vergangene Zeit ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für die umgesetzte Wärmemenge die Menge des seit dem Start zugemessenen Kraftstoffes oder die Summe der in dieser Zeit von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge ermittelt wird.