DE19581053B4

DE19581053B4 - Verfahren und Vorrichtung für eine adaptive Kraftstoffzumessung bei Zweitaktmotoren

Info

Publication number: DE19581053B4
Application number: DE19581053T
Authority: DE
Inventors: Hans Johansson; Jan Nytomt
Original assignee: Mecel AB
Current assignee: Mecel AB
Priority date: 1994-08-11
Filing date: 1995-08-08
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2015-08-09
Also published as: SE9402688L; WO1996005419A1; SE9402688D0; US5653209A; SE503170C2; DE19581053T1

Abstract

Verfahren zur Kraftstoffzumessung bei Zweitakt-Verbrennungsmatoren,
– wobei eine empirisch bestimmte Kraftstoffmenge (F_tab) dem Motor in Abhängigkeit von erfaßten Motorparametern wie Drehzahl und Belastung zugeführt wird,
– wobei weiter eine stufenweise Reduzierung ( ΔF^–) in die magere Richtung der empirisch bestimmten Kraftstoffmenge (F_tab) bis zum Auftreten einer ungesteuerten Verbrennung, d.h. einem Klopfzustand, erfolgt, wobei ein Grenzwert (M_FK) im mageren Bereich, welcher der zugeführten reduzierten Kraftstoffmenge entspricht, die bei Auftreten des Klopfzustands vorübergehend zugeführt wird, in einem Speicher gespeichert wird,
wobeÍSine stufenweise Erhühung in die fette Richtung der empirisch bestimmten Kraftstoffmenge (F_tab) solange erfolgt, bis der Zweitaktmotor aufgrund einer Fehlzündung nach dem Viertaktverfahren zu arbeiten beginnt, wobei ein Grenzwert (M_F4ST) im fetten Bereich, welcher der zugeführten erhöhten Kraftstoffmenge entspricht, die bei Auftreten des Viertakt-Zustands vorübergehend zugeführt wird, in einem Speicher gespeichert wird,
– und wobei, sobald der Grenzwert (M_F4ST) im fetten Bereich und der Grenzwert (M_FK) im mageren...

Description

Um die Abgasmengen und den Kraftstoffverbrauch reduzieren zu können, werden bei größeren Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge verhältnismäßig komplizierte Systeme verwendet. Oft wird ein Rückführsystem mit einer Lambdasonde in der Auspuffanlage verwendet. Mit Hilfe der Lambdasonde wird die Aufrechterhaltung des genauen Kraftstoff-Luft-Gemischs gesteuert, wobei ein Dreiwegkatalysator mit optimaler Leistung arbeiten könnte.
Bei kleineren und weniger teuren Zweitaktmotoren, wie sie zum Beispiel bei Tragbaren Gartenmaschinen verwendet werden, ist es wesentlich schwieriger, ein Zumeßsystem zu erhalten. das die Kosten für die Antriebseinheit nicht dramatisch beeinflußt. Zumeßsysteme mit Lambdasonden sind verhältnismäßig teuer, und die Lambdasonde reagiert auf Kraftstoffverunreinigung empfindlich. Das Hauptproblem bei Zweitaktmotoren besteht darin, daß verhältnismäßig große Mengen unverbrannter Kohlenwasserstoffs ausgestoßen werden. Dies wird dadurch hervorgerufen, daß die Zweitaktmotoren recht einfache Zumeßsysteme aufweisen und ihr Antriebsverhalten oft zu Lasten eines erhöhten Gehalts an Kohlenwasserstoffen in den Abgasen optimiert wird. Das Zumessen der KraftstoffLuft-Gemische in die magere Richtung führt oft zu einer Verringerung unverbrannter Kohlenwasserstoffe in den Abgasen. Gleichzeitig wird sich das Antriebsverhalten verschlechtern, wenn in die magere Richtung zugemessen wird, und die Gefahr für Motorschäden nimmt zu.
Bei Zumeßsystemen, bei denen die Zumessung in die magere Richtung nur zur Klopfgrenze hin erfolgt, um Abgase zu reduzieren, wird eine Klopfursache ausgeräumt, indem die Kraftstoffmenge erhöht wird. Die Erhöhung der Kraftstoffmange könnte bei gewissen Betriebsfällen dazu führen, daß die Menge an Kraftstoff erreicht bzw, überstiegen wird, die einen Viertaktzustand hervorruft.

Aus der DE 39 24 025 C2 ist eine Vorrichtung der vorstehend bezeichneten Art bekannt, bei der unter Verwendung eines in der Abgasleitung angeordneten Sensors, die Konzentration eines Abgasbestandteils erfasst wird und daraus das gegenwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis ermittelt wird.

Ferner ist aus der US 5,174,261 eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art bekannt, bei der anhand der Drosselöffnung und anhand von auftretenden Fehlzündungen die einzuspitzende Kraftstoffmenge bestimmt wird.

Als weiterer Stand der Technik ist auf die EP 0 188 180 zu verweisen, die in der nachfolgenden Beschreibung noch mehrfach diskutiert wird.

Die Aufgabe der Erfindung istsomit eine optimale Zumessung bezüglich der zugeführten Kraftstoffmenge zu erreichen. Die optimale Menge an zugeführtem Kraftstoff wird an die Qualität des Kraftstoffs, die Temperatur des Verbrennungsmotors und den Zustand der Zündkerze angepaßt.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem Anspruch 1 und durch die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem Anspruch 10 gelöst.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens konnten ein optimales Antriebsverhalten sowie auch ein auf ein Minimum reduzierter Pegel von Kohlenwasserstoffabgasen und Kraftstoffverbrauch erreicht werden. Das Antriebsverhalten verbessert sich bis zu einer bestimmten Grenze eines fetten Kraftstoff-Luft-Gemisches, während die Abgaspegel bei magereren Kraftstoff-Luft-Gemischen abnehmen. Durch Festsetzen des Grenzwerts des Kraftstoff-Luft-Gemisches im fetten Bereich, wodurch das Viertaktverhalten des Motars bewirkt wird, und des Grenzwerts des Kraftstoff-Luft-Gemisches im mageren Bereich, wodurch ein Klopfzustand im Motor bewirkt wird, könnte die optimale Menge Kraftstoff festgesetzt werden. Dann könnte die optimale Menge an Kraftstoff mit vorherbestimmten Spannen in Richtung Viertaktbegrenzung als auch in Richtung Klopfgrenze bestimmt werden. Dies ist vorteilhaft für Verbrennungsmotoren, die mit unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten und unterschiedlichen Arten von Zündkerzen, Zündspalten und wechselnden Umgebungstemperaturen etc. arbeiten. Diese unterschiedlichen Betriebszustände könnten dazu führen, daß der mögliche Zumeßbereich der zugeführten Kraftstoffmenge, der sich zwischen einer niedrigeren kraftstoffmenge, die einen Klopfzustand hervorruft, und einer größeren Kraftstoffmenge, die einen Viertaktzustand hervorruft, bewegt, erhebliche Größenunterschiede aufweisen könnte. Die Zumessung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine konstante, relative Spanne in Richtung Klopfzustand sowie Viertakt- bzw. Fehlzündungszustand ungeachtet der Größe des möglichen Zumeßbereiches aufrechterhalten.

Weitere unterscheidende Merkmale und Vorteile werden aus den übrigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen deutlich.

Die bevorzugten Ausführungsformen sind anhand der in der folgenden Figurenbeschreibung genannten Figuren beschrieben.
1 zeigt, wie die Kraftstoffmenge durch Zwangszumessung durch die Schritts ΔF^–/ΔF⁺/ΔFR zu einem Klopfzustand KLOPFEN bzw. zu einem Viertaktzustand 4-SF gesteuert wird,
2 zeigt ein Strömungsdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren,
3 ist eine schematische Darstellung einer für die Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Anlage.
1 zeigt, wie die zugeführte Menge an Kraftstoff F nach dem erfindungsgemäßen verfahren zugemessen wird, wobei das verfahren durch das in 2 dargestellte Flußdiagramm näher beschrieben ist. In 1 ist die Reihenfolge der Verbrennung C in der horizontalen X-Achse und die momentan zugeführte Kraftstoffmenge in der vertikalen Y-Achse angegeben. Seien Startpunkt, der dem Schritt 20 in 2 und der Verbrennung der Folge ß auf der X-Achse in 1 entspricht, wird eine Kraftstoffmenge F_tab zugeführt, die auf einem gespeicherten Kraftstoffkennfeld angegeben ist, das durch erfaßte Motorparameter festgesetzt und von diesen abhängig ist. Das Kraftstoffkennfeld ist ein auf herkömmliche Weise empirisch festgesetztes Feld, das für jede Motor- und Anwendungsart nach ausgedehnten Versuchen festgelegt wird.
Wenn eine im wesentlichen konstante Belastung, ein sogenannter stabiler Zustand, in Schritt 21 erfaßt wird, geht das Verfahren zu Schritt 22 über. Ein stabiler Zustand wird dadurch bestimmt, daß der Motor keinem vorübergehenden Belastungszustand wie z.B. Beschleunigung oder Wechselbelastung, ausgesetzt ist. In Schritt 22 wird die momentane Menge an zugeführtem Kraftstoff F auf die auf dem Feld angegebene Kraftstoffmenge F_tab eingestellt. Die konstante Belastung könnte als vorherrschender Zustand betrachtet werden, wenn Drehzahl- und Belastungsschwankungen innerhalb vorherbestimmter Grenzen liegen, vorzugsweise unter 5-10% der momentanen Drehzahl bzw. Belastung. Der Start hängt folglich von vorherrschenden Bedingungen ab, d.h. daß eine im wesentlichen konstante Belastung besteht.
Danach erfolgt die Reduzierung der Kraftstoffmenge durch einen vorherbestimmten Schritt ΔF^–. Nachdem die reduzierte Kraftstoffmenge zugeführt worden ist, erfolgt eine Kontrolle in Schritt 24, ob aufgrund der Reduzierung ein Klopfen auftritt. Das Klopfen ist eine ungesteuerte Verbrennung, die durch auf Schwingungen reagierende, am Motorblock befestigte Sensoren bzw. durch Analysieren des Ionisationsstroms in der Verbrennungskammer mit einem Erfassungskreislauf, der dem nach der EP,B,188189 ähnelt, erfaßt werden könnte. Andererseits ist es bei anderen Anwendungsarten, bei denen Abgase und Kraftstoffverbrauch berücksichtigt werden, erwünscht, zwar so nahe wie möglich an der Klopfgrenze, jedoch in sicherem Abstand zu ihr zu liegen. Dadurch wird ein optimales mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch erreicht, ohne Gefahr zu laufen, daß ein Klopfzustand auftritt, der für den Motor schädlich ist.
Wenn in Schritt 24 kein Klopfzustand erfaßt wird, geht das Programm zu Schritt 25 über, wo ein Halteparameter C bei jeder Durchführung des Schritts 25 aktualisiert wird. Der Halteparameter C könnte vorzugsweise einem Arbeitshub des Verbrennungsmotors so entsprechen, daß ihm für jede Zündung ein Wert 1 zugefügt wird. Danach wird in Schritt 26 kontrolliert, ob der Halteparameter eine vorbestimmte Anzahl von ΔC-Arbeitshüben erreicht hat, und solange diese Anzahl von Arbeitshüben nicht durchgeführt worden ist, kehrt das Programm zu Schritt 25 zurück. Die Halteschleife 25-26 führt folglich dazu, daß die reduzierte Kraftstoffmenge während einer Anzahl von Verbrennungen zugeführt wird, die von dem vorbestimmten Faktor ΔC abhängen, wodurch sich sämtliche dynamisch ausgelösten Wirkungen der Reduzierung passend abschwächen könnten. ΔC wird vorzugsweise auf einige Zehn Arbeitshübe eingestellt.
Nach der Halteschleife 25-26, welche die momentane reduzierte Kraftstoffmenge für eine Anzahl ΔC von Arbeitshüben zugeführt hat, kehrt das Programm zu Schritt 23 zurück, wo eine weitere Reduzierung der zugeführten Kraftstoffmenge mit dem vorbestimmten Schritt ΔF^– durchgeführt wird. Die Schritte 23-26 werden wiederholt, während die zugeführte Kraftstoffmenge sukzessive durch den vorbestimmten Schritt ΔF^– reduziert wird, wobei jede reduzierte Kraftstoffmenge für eine Anzahl ΔC von Arbeitshüben zugeführt wird.
Wenn ein Klopfzustand in Schritt 24 erfaßt wird, wobei der Klopfzustand (KLOPFEN) in 1 nach 8 sukzessiven Reduzierungen der empirisch bestimmten Kraftstoffmenge F_tab durch den Schritt ΔF^– auftritt, wird die sukzessive Reduzierung des Kraftstoffs unterbrochen und das Programm geht zu Schritt 27 über. In Schritt 27 wird die momentan zugeführte Kraftstoffmenge F in einem Speicher M_FK gespeichert, wobei diese Kraftstoffmenge die magere Kraftstoffmenge ist, aus der ein Klopfzustand entsteht. Im folgenden wird M_FK als der magere Grenzwert bezeichnet.
Danach geht das Programm zu Schritt 28 über, wo die zageführte Kraftstoffmenge zu der durch das Feld vorgegebenen Kraftstoffmenge F_tab zurückkehrt. Die Rückkehrfolge erfolgt vorzugsweise in Schritten mit einem vorbestimmten Schritt ΔFR, damit keine plötzlichen Veränderungen zwischen einem extrem mageren und dem empirisch bestimmten idealen Betrieb, wie er durch die gespeicherte Tafel gegeben ist, verursacht werden. Folglich wird die Rückkehrfolge sukzessive erreicht, bis die momentan zugeführte Kraftstoffmenge der durch das gespeicherte Kraftstoffkennfeld vorgegebenen Kraftstoffmenge F_tab entsprecht.
Die sukzessiven Rückkehrfolgen müssen nicht unbedingt so lang sein wie die sukzessive Reduzierung in die magere Richtung zur Klopfgrenze hin, wie es durch die Halteschleife 25-26 bewirkt wird. Die Rückkehrfolge wird zu einem idealen Zustand hin und nicht zu einem extremen Zustand mit magerem Kraftstoff-Luft-Gemisch-Verhältnis durchgeführt, bei dem eine genaue Bestimmung des Grenzwerts im mageren Bereich erwünscht ist. bis Rückkehrfolge von einem Klopfzustand (KLOPFEN) könnte daher durchgeführt werden, indem die zugeführte Kraftstoffmenge mit dem Schritt ∆FR für jede sukzessive Verbrennung erhöht wird, wie in 1 gezeigt. Wie in 1 ersichtlich, ist ΔF^– kieiner als ΔFR, was die vorteilhafteste Implementation darstellt, wodurch eine vorsich tige Annäherung an die Klopfgrenze erfolgt, um die richtige Einstellung des Grenzwerts M_FK im mageren Bereich zu erreichen, wohingegen die Rückkehrfolge so schnell wie möglich durchgeführt werden könnte, wodurch dennoch eine glatte Steuerung des Motors erreicht wird.
Wenn die Rückkehrfolge die durch das Kennfeld vorgegebene Kraftstoffmenge F_tab erreicht hat, was in Schritt 29 erfaßt wird, geht das Programm zu Schritt 30 über, in dem die zugeführte Kraftstoffmenge F durch einen vorherbestimmten Schritt ΔF⁺ erhöht wird. Während einer stufenweise voranschreitenden Zumessung in die fette Richtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches wird sehließlich ein Zustand erreicht, in dem der Motor mit Fehlzündungen beginnt, bzw, wenn es sich um einen Zweitaktmotor handelt, der Motor mit einem Visrtaktverfahren beginnt, d.h. die Zündung erfolgt nur nach jedem zweiten Verdichtungstakt. Nachdem die erhöhte Kraftstoffmenge zugeführt worden ist, erfolgt in Schritt 31 eine Kontrolle, ob die Erhöhung eine Fehlzündung bzw. einen Viertakt-Zustand (4-5T) ausgelöst hat. Eine Fehlzündung bzw. ein Viertakt-Zustand könnten in ähnlicher Weise wie der Klopfzustand erfaßt werden, indem der Ionisationskreis in der Verbrennungskammer mit einem Erfassungskreis ähnlich dem in der EP-8,188180 gezeigten Kreis analysiert wird. Während einer Fehlzündung wird kein Ionisationsstrom entwickelt.
Wenn keine Fehlzündung bzw. kein Viertakt-Zustand in Schritt 31 erfaßt wird, geht das Programm zu einer Halteschleife 32-33 über, die der Halteschleife 25-26 entspricht. Der Halteparameter C und der vorbestimmte Haltefaktor ΔC sind in der Halteschleife 25-26 bzw. der Halteschleife 32-33 vorzugsweise identisch. In ähnlicher Weise wird die erhöhte Kraftstoffmenge während einer Anzahl von Verbrennungen zugeführt, die von dem vorbestimmten Faktor ΔC abhängen, wodurch alle dynamisch ausgelösten Wirkungen der Erhöhung in geeigneter Weise abgeschwächt werden könnten.
Nachdem die Halteschleife 32-33 die momentane erhöhte Kraftstoffmenge für eine Reihe ΔC von Verbrennungen zugeführt hat, kehrt das Programm zu Schritt 30 zurück, in dem eine weitere Erhöhung der zugeführten Kraftstoffmenge mit dem vorbestimmten Schritt ΔF⁺ erfolgt, wobei jede sukzessiv erhöhte Kraftstoffmenge einer Anzahl ΔC von Verbrennungen zugeführt wird.
wenn eine Fehlzündung oder ein Viertaktzustand in Schritt 31 erfaßt wird, wird die sukzessive Erhöhung des Kraftstoffs unterbrochen und das Programm geht zu Schritt 34 über. in Schritt 34 wird die momentan zugeführte Kraftstoffmenge F in einem Speicher M_F4ST gespeichert, wobei diese Kraftstoffmenge die fette Kraftstoffmenge ist, die eine Fehlzündung oder einen Viertaktzustand bewirkt. M_F4ST wird im folgenden als der Grenzwert im fetten Bereich bezeichnet.
Zu diesem Zeitpunkt sind ein Grenzwert M_FK im mageren Bereich sowie ein Grenzwert M_F4ST im fetten Bereich in Speichern gespeichert worden. Dann könnte eine numerische Berechnung einer korrigierten optimalen Kraftstoffmenge F_korr durchgeführt werden. Die korrigierte Kraftstoffmenge F_korr könnte an die herrschenden Betriebsbedingungen so angepaßt werden, daß zuverlässige und sichere Spannen in Bezug auf einen Klopfzustand oder einen Fehlzündungs- öder Viertaktzustand erreicht werden.
Das Programm geht zu Schritt 35 über, wo diese Berechnung von F_ko _rr durchgeführt wird. F_ko _rr könnte vorzugsweise berechnet werden, indem der Grenzwert M_FK des mageren Bereichs mit einem Teil der Differenz zwischen dem Grenzwert M_F4ST des fetten Bereichs und dem Grenzwert MFK des mageren Bereichs aufaddiert wird. Diesen Teil der Differenz erhält man, indem die Differenz mit einem vorbestimmten Grenzfaktor K multipliziert wird, nach dem: Fkorr = MFK + K·(MF4ST) – MFK) .
Der Grenzfaktor K könnte für jede Art der Anwendung bzw. des Motors gemäß den Bestimmungskriterien für die Arbeitsweise des Motors ausgewählt werden. Wenn zum Beispiel eine optimale Spanne in Bezug auf einen Klopfzustand sowie einen Fehlzündungszustand erwünscht ist, könnte der Grenzfaktor auf 0,5 eingestellt sein. Ein Grenzfaktor von 0,5 ergibt eine Kraftstoffmenge F_korr nach 1 bezogen auf den Grenzwert M_FK des mageren und den Grenzwert M_F4ST des fetten Bereichs, Hier befindet sich die Kraftstoff menge in der Mitte zwischen dem Grenzwert M_FK des mageren und dem Grenzwert M_F45T des fetten Bereichs.
Wenn stattdessen ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch erwünscht ist, was wünschenswert sein könnte, wenn strenge Abgasanforderungen an den Verbrennungsmotor gestellt sind, könnte der Grenzfaktor stattdessen auf einen Wert zwischen 0,15 und 0,20 eingestellt sein. Ein Grenzfaktor zwischen 0,15 und 0,20 ergibt eine Krafstoffmenge F_kor _r2 gemäß 1 in Bezug auf den Grenzwert M_FK des mageren und den Grenzwert F_F4ST des fetten Bereichs. Die Kraftstoffmenge F_korr2 liegt hier leicht über dem Grenzwert des mageren Bereichs, 15-20% der Differenz zwischen dem Grenzwert M_F4ST des fetten und dem Grenzwert M_FK des mageren Bereichs.
Der Grenzfaktor K könnte auch ein veränderbarer Faktor sein, der von Motorparametern abhängt, zum Beispiel von der Motortemperatur K(t_m) oder der Temperatur des Motors und der Ansaugluft K(t_m, t₁).
Nach Berechnung der korrigierten Kraftstoffmenge F_korr in Schritt 35, geht das Programm zu Schritt 36 über, wo eine Rückkehrfolge eingeleitet wird, welche die zugeführte Kraftstoffmenge der korrigierten Kraftstoffmenge F_korr anpaßt. Die Rückkehrfolge wird vorzugsweise schrittweise mit einem vorbestimmten Schritt ΔFR ähnlich wie bei der Rückkehrfolge in den Schritten 28-29 durchgeführt. In Schritt 37 wird erfaßt, ob die zugeführte Kraftstoffmenge die korrigierte Kraftstoffmenge erreicht hat. Solange diese korrigierte Kraftstoffmenge nicht erreicht worden ist, erfolgt eine Reduzierung der zugeführten Kraftstoffmenge durch den Schritt ΔFR und wird möglicherweise für jede sukzessive Verbrennung reduziert.
Wenn die zugeführte Kraftstoffmenge der korrigierten Kraftstoffmenge F_korr entspricht, die aus den erfaßten Grenzwerten des fetten und des mageren Bereichs festgesetzt worden ist, kehrt das Programm in Schritt 38 zum Hauptprogramm zurück. Der im Kennfeld gespeicherte eingestellte Wert könnte möglicherweise im Hauptprogramm korrigiert werden, oder alternativ dazu könnte ein Korrekturfaktor K_F gespeichert und gemäß: KF = Fkorr/Ftab festgesetzt werden. Danach könnte der Korrekturfaktor K_F für das gesamte Kennfeld, für jede betreffende, durch das Feld gegebene Kraftstoffmenge ungeachtet von Drehzahl- oder Belastungsänderungen verwendet werden. Bei einer alternativen Arbeitsweise könnte eine Anzahl von von Korrekturfaktoren für mehrere verschiedene Drehzahl- und Belastungskombinationen festgesetzt werden, wobei Korrekturfaktoren für Drehzahl- und Belastungsfälle dazwischen durch lineare Interpolation festgesetzt werden. In ähnlicher Weise wie der Grenzfaktor K könnte der Korrekturfaktor K_F von der Motortemperatur und möglicherweise auch von der Ansauglufttemperatur wie K_f(t_m, t1) abhängen.
In 2 ist sowohl die Schleife 25-26 als auch die Schleife 32-33 auch in einer modifizierten alternativen Ausführungsform dargestellt, die sich auf eine Aktualisierung des Halteparameters C bezieht. Nach jeder Aktualisierung des Halteparameters C könnte das Programm vorzugsweise zum Schritt 24 bzw. Schritt 31 zurückkehren. Durch diese Vor gehensweise könnte ein Klopfzustand bzw. Fehlzündungs- oder Viertakt-Zustand erfaßt werden, der auftritt, während die letzte Durchführung der Reduzierung bzw. Erhöhung der Kraftstoffmenge wirkt. Diese Alternative ist durch gestrichelte Ablaufpfeile dargestellt. Auf diese Weise wird eine weitere Reduzierung bzw. Erhöhung der Kraftstoffmenge vermieden, wenn ein Klopf- bzw. Viertaktzustand während der Aktualisierungssequenz des Halteparameters C auf den Wert ΔC auftritt.
Der Halteparameter wird vorzugsweise bei jedem Start des Hauptprogramms und wenn der Haltefaktor ΔC in den Schritten 26 bzw. 33 erreicht worden ist auf einen Nullwert eingestellt.
Die Festsetzung des Grenzwerts M_F4ST des fetten und des Grenzwerts M_FK des mageren erfolgt wiederholt während ein und derselben fortlaufenden Betriebsphase des Motors. Die Wiederholungsrate ist durch eine vorherbestimmte Funktion festgelegt, welche die Häufigkeit dieser Festsetzungen über einen Zeitraum begrenzt. Die Festsetzung der Werte sollte nur während Bruchteilen der gesamten Betriebszeit des Motors erfolgen. Dieser Bruchteil beträgt weniger als 5% der gesamten Betriebszeit und vorzugsweise nicht mehr als 1% der gesamten Betriebszeit. Zu diesem Zweck könnte eine Kontrolle in Schritt 21 erfolgen, die kontrolliert, ob eine bestimmte Zeit T seit der letzten Festsetzung der korrigierten Kraftstoffmenge F_korr vergangen ist. Der Schritt 21 enthält eine zweifache Bedingung, eine Belastungs- und eine Zeitbedingung, wobei diese beiden Bedingungen erfüllt sein müssen, ehe eine erneute Festsetzung von F_korr erfolgt.
Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Motor von den idealen Betriebsbedingungen nicht oft weggedrängt wird. Dies ist vorteilhaft bei tragbaren Zweitaktmotoren, die oft über längere Zeitperioden bei einer im wesentlichen konstanten Belastung arbeiten. Wenn ein Zweitaktmotor normale Betriebstemperatur erreicht hat, ändern sich die Betriebsbedingungen gewöhnlich nur nach einer vergleichsweise langen Zeitdauer. Dies führt dazu, daß F_korr nur nach sehr langen Intervallen erneut festgesetzt zu werden braucht.
Während der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors, oder vorzugsweise immer, wenn dT/dt, die erste Ableitung der Motorremperatur, einen vergleichsweise hohen Wert aufweist, wird eine Neufestsetzung von F_korr in kürzeren Abständen durchgeführt. Die vorbestimmte Zeit T in Schritt 21 könnte van der Temperatur T(m_t) derart abhängen, daß T auf einen sehr kurzen Zeitwert eingestellt ist, bis der Motor seine normale Betriebstemperatur erreicht. Die Zeit T könnte möglicherweise sukzessive längere Zeitwerte annehmen, während sich die Motortemperatur der normalen Betriebstemperatur nähert.
3 zeigt eine Vorrichtung, die nach dem Verfahren nach Anspruch 1 arbeitet. Der hier dargestellte Verbrennungsmotor weist vier Zylinder 6 auf, es könnten jedoch Motoren mit unterschiedlicher Anzahl von Zylindern verwendet werden. Eine Reihe von Motorparametern MP wie Drehzahl, Belastung und Motortemperatur wird durch eine Reihe von am Motor befestigten Sensoren erfaßt.
Der Verbrennungsmotor, vorzugsweise ein Ottomotor, weist hier eine Zündanlage mit einem durch einen Mikrocomputer gesteuerten Zündsteuergerät 2 und wenigstens einer Zündkerze pro Zylinder auf. Der Zündfunke in der Zündkerze wird durch herkömmliche Weise durch das Zündsteuergerät 2 und eine Zündspule 7 erzeugt, in der die Zündspannung induziert wird. Die Zündspule könnte eine gewöhnliche Spule für alle oder einen Teil der Zündkerzen im Motor sein. Vorzugsweise wird eine Vorrichtung entsprechend der in der EP,B,188 180 dargestellten verwendet, bei der eine Zündspule an der Oberseite jeder Zündkerze ohne irgendwelche Zündkabel zwischen Zündspule und Zündkerze befestigt ist. Die Zündverstellung wird auf herkömmliche Weise bequem von einer im Zündsteuer gerät 2 enthaltenen Kennlinie erhalten. Die von der Kennlinie erhaltene Zündverstellung wird auf eine Kurbelwellenstellung vor dem oberen Totpunkt eingestellt. was von den erfaßten Motorparametern MP abhängt.
Darüberhinaus ist der Verbrennungsmotor mit einer durch einen Mikrocomputer gesteuerten Kraftstoff-Steuereinheit 3 ausgestattet, die vorzugsweise eine Kraftstoff-Einspritzdüse 8 für jeden Zylinder 6 aufweist. Die zugeführte Kraftstoffmenge wird durch die Kraftstoff-Steuereinheit 3 gesteuert. indem ein Impuls an ein elektrisch gesteuertes Ventil, möglicherweise ein elektromagnetisches Ventil, das sich in der Einspritzdüse 8 befindet, geschickt wird. Die Impulsbreite entspricht dar zugeführten Kraftstoffmenge, Es wind wenigstens eine Einspritzdüse für jeden Zylinder verwendet, ein sogenanntes Einspritzsystem mit einer Düse pro Einlaßkanal. Alternativ dazu könnte eine gewöhnliche Einspritzdüse für alle Zylinder verwendet werden, ein sogenanntes Einspritzsystem mit einer einzigen zentralen Düse pro Motor. Die Bestimmung der Impulsbreite, d.h. der zugeführten Kraftstoffmenge, erfolgt vorzugsweise in herkömmlicher Weise durch die Kraftstoff-Steuereinheit 3. Die Impulsbreite wird von einer empirisch festgelegten in der Kraftstoff-Zumeßeinheit gespeicherten Kennlinie erhalten, wobei die erforderliche Impulsbreite von dan erfaßten Motorparametern MP abhängt. Die Kennlinie F = f(MP), von der die erforderliche Kraftstoffmenge erhalten werden kann, d.h. die Impulsbreite, wird in einem Teil 5A des Speichers 5 der Kraftstoff-Steuereinheit 3 gespeichert. Die Kraftstoff-Steuereinheit 3 erhält auch Informationen bezüglich eines Fehlzündungs- oder Viertaktzustands und eines Klopfzustands an der Dateneingangsleitung. 10 bzw. 11. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden ein Fehlzündungs- sowie ein Klopfzustand durch das Zündungssystem 2 erfaßt, das den Ionisationsstrom in der Funkenstrecke der Zündkerze unter Verwendung einer in der EP,B,188 180 dargestellten Anordnung mißt. Folglich sind keine zusätzlichen Sensoren, wie auf Schwingungen reagierende, am Motorblock befestigte Sensoren oder Sensoren zum Erfassen von Fehlzündungszuständen, erforderlich. Ein Fehlzündungszustand könnte durch verschiedene Verfahren erfaßt werden, die zum Beispiel in der Verbrennungskammer angeordnete Drucksensoren oder verschiedene Arten von Software-Schaltkreisen anwenden könnten, die Unregelmäßigkeiten der Kurbelwellendrehzahl erfassen können.
Der Speicher der Kraftstoff-Zumeßeinheit weist auch Speicherstellen 5b und 5c für eine vorübergehende Speicherung des Grenzwerts M_FK im mageren bzw. des Grenzwerts M_F4ST im fetten Bereich auf. Die verschiedenen Parameter C, ΔC, der Grenzfaktor K, der Korrekturfaktor K_F und die Steuerschritte ΔF⁺, ΔF^–, ΔFR werden ebenfalls in dem Speicher gespeichert. Die Steuerschritte ΔF⁺, ΔF^–, ΔFR und C, ΔC werden vorzugsweise als feste und nicht-löschbare, vorherbestimmte Konstanten im Speicher, vorzugsweise einer Speicherstelle der PROM-Art, gespeichert. M_FK, M_F4ST, der Grenzfaktor K und der Korrekturfaktor K_F werden vorzugsweise in einem änderbaren, jedoch flüchtigen Teil des Speichers gespeichert, der ein RAM-Speicher sein könnte. Diese flüchtigen Parameter werden folglich jedes mal verschwinden, wenn das Zumeßsystem ausgeschaltet wird. Bei jedem Neustart wird die Zumessung mit den von dem Kennfeld erhaltenen, nichtkorrigierten Parametern beginnen. Nach jedem Neustart erfolgt eine erneute Festsetzung von M_FK, M_F4ST, dem Grenzfaktor K und dem Korrekturfaktor K_F. Auf diese Weise wird bei jedem Neustart ein neues Korrekturschema implementiert. Dies könnte zum Beispiel notwendig sein, wenn das Betanken mit einer anderen Kraftstoff-Qualtiät erfolgt ist, wenn sich die Temperatur des Motors ändert, oder wenn die Funkenstrecke in der Zündkerze geändert wurde.
Bei einer alternativen Ausführungsform könnten wenigstens der Grenzfaktor K und/oder der Korrekturfaktor K_F, die aus von einer vorhergehenden Betriebsphase erhaltenen Grenzwerten M_FK und M_F4ST festgesetzt worden sind, in veränderbaren, jedoch nicht-flüchtigen Speichern gespeichert werden. Bei jedem Neustart wird die Kraftstoff-Zumessung mit durch diese Faktoren korrigierten Kraftstoffmengen beginnen, und nachfolgende Bestimmungen von M_FK und M_F4ST könnten neue Faktoren K bzw. K_F festsetzen.
Sowohl der Viertakt- als auch ein Klopfzustand werden beide vorzugsweise unter Verwendung der Zündkerze erfaßt. Der Ionisationsstrom in der Funkenstrecke der Zündkerze könnte in einem Meßfenster analysiert werden, das während der der Überschlagsphase der Zündspannung folgenden Post-Ionisationsphase geöffnet ist. Ein Klopfzustand könnte erfaßt werden, indem ein charakteristischer Frequenzanteil, der ein Klopfphänomen darstellt, aus dem Ionisationsstrom während der Post-Ionisationsphase herausgefiltert wird. Ein Viertakt- bzw. Fehlzündungszustand könnte vom Ionisationsstrom durch die Tatsache erfaßt werden, daß während einer Fehlzündung kein Ionisationsstrom entwickelt wird. In dieser Hinsicht könnte ein in das Zündsystem integrierter Schaltkreis eingebaut werden, welcher dem in der EP,B,188 180 dargestellten Schaltkreis entspricht. Für das besagte Zündsystem entstehen recht moderate Zusatzkosten, die im wesentlichen durch einige kleine Schaltkreise entstehen, die eine begrenzte Anzahl von für diesen Zweck erforderlichen diskreten elektronischen Bauteilen aufweisen.
Außer der dargestellten Ausführungsform könnte die Erfindung weitere modifizierte Ausführungsformen aufweisen. So könnte zum Beispiel der Ablauf für die Ermittlung des Grenzwerts im fetten Bereich vor dem Ablauf der Ermittlung des Grenzwerts im mageren Bereich initiiert werden, d.h. der Grenzwert im fetten Bereich wird vor dem Grenzwert im mageren Bereich bestimmt. Wenn der momentane Bereich zwischen dem Grenzwert im mageren Bereich und dem Grenzwert im fetten Bereich ein mal bestimmt worden ist, könnte eine nachfolgende Zumessung durchgeführt werden, bei der nur der Grenzwert im mageren Bereich aktualisiert wird, bzw. der Grenzwert im fetten Bereich in erheblich längeren Intervallen aktualisiert wird. Der in der Rückkehrfolge verwendete Sprung ΔFR muß nicht notwendigerweise in diskreten Schritten durchgeführt werden, die von der Häufigkeit einer Anzahl von Verbrennungen abhängen. Stattdessen könnte die Rückkehrfolge als eine zeitabhängige Funktion durchgeführt werden, zum Beispiel so, daß die Rückkehrfolge als eine lineare Zumessung über einen Zeitraum durchgeführt wird. Wenn die Bestimmung des Grenzwertes des mageren und des fetten Bereichs so schnell wie möglich erfolgen soll, auf Kosten einer glatten Steuerung des Motors, könnte die Rückkehrfolge auf den eingestellten Wert des Kennfelds bzw. den korrigierten Wert F_korr in einem einzigen Schritt erfolgen. Der Halteparameter C könnte einer Zeitdauer anstatt einer Reihe von Verbrennungen entsprechen, wobei der Faktor ΔC einer vorherbestimmten oder drehzahlabhängigen Zeitdauer entspricht, während der es der zuletzt initiierten Reduktion bzw, Erhöhung der Kraftstoffmenge erlaubt werden sollte zu wirken, ehe die nächste Reduktion bzw. Erhöhung der Kraftstoffmenge initiiert wird.
Die empirisch bestimmte Kraftstoffmenge könnte anstatt von einem Kennfeld von einem neutralen Netz abgegeben werden, wobei dieses neutrale Netz das erwünschte Ausgangssignal, d.h. die Kraftstoffmenge, in Abhängigkeit von den erfaßten Motorparametern abgibt.

Claims

Verfahren zur Kraftstoffzumessung bei Zweitakt-Verbrennungsmatoren, – wobei eine empirisch bestimmte Kraftstoffmenge (F_tab) dem Motor in Abhängigkeit von erfaßten Motorparametern wie Drehzahl und Belastung zugeführt wird, – wobei weiter eine stufenweise Reduzierung ( ΔF^–) in die magere Richtung der empirisch bestimmten Kraftstoffmenge (F_tab) bis zum Auftreten einer ungesteuerten Verbrennung, d.h. einem Klopfzustand, erfolgt, wobei ein Grenzwert (M_FK) im mageren Bereich, welcher der zugeführten reduzierten Kraftstoffmenge entspricht, die bei Auftreten des Klopfzustands vorübergehend zugeführt wird, in einem Speicher gespeichert wird, wobeÍSine stufenweise Erhühung in die fette Richtung der empirisch bestimmten Kraftstoffmenge (F_tab) solange erfolgt, bis der Zweitaktmotor aufgrund einer Fehlzündung nach dem Viertaktverfahren zu arbeiten beginnt, wobei ein Grenzwert (M_F4ST) im fetten Bereich, welcher der zugeführten erhöhten Kraftstoffmenge entspricht, die bei Auftreten des Viertakt-Zustands vorübergehend zugeführt wird, in einem Speicher gespeichert wird, – und wobei, sobald der Grenzwert (M_F4ST) im fetten Bereich und der Grenzwert (M_FK) im mageren Bereich gespeichert worden sind, ein adaptiv eingestellter Wert (F_korr) berechnet wird, der auf einem vorherbestimmten Pegel zwischen dem Grenzwert (M_F4ST) im fetten und dem Grenzwert (M_FK) im mageren Bereich liegt, wonach der adaptiv eingestellte Wert (F_korr) mit der empirisch bestimmten Kraftstoffmenge (F_tab) verglichen wird, und sobald eine Abweichung zwischen diesen Werten auftritt, die empirisch bestimmte Kraftstoffmenge proportional zur Abweichung zwischen dem adaptiv eingestellten Wert (F_korr) und der empirisch bestimmten Kraftstoffmenge (F_tab) korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die stufenweise Erhöhung bzw. Reduzierung unterbrochen wird, sobald der Grenzwert im fetten bzw. mageren Bereich gespeichert worden ist, wonach eine Rückkehrfolge zu der empirisch bestimmten Kraftstoffmenge (F_tab) bzw. der korrigierten Kraftstoffmenge folgt, die in Abhängigkeit vom adaptiv eingestellten Wert (F_korr) korrigiert worden ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Rückkehrfolgs zu der empirisch bestimmten Kraftstoffmenge (F_tab) bzw. zu der korrigierten Kraftstoffmenge, die in Abhängigkeit vom adaptiv eingestellten Wert (F_korr) korrigiert worden ist, stufenweise erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die stufenweise Rückkehrfolge zu der empirisch bestimmten Kraftstoffmenge (F_tab) bzw. der korrigierten Kraftstoffmenge, die in Abhängigkeit vom adaptiv eingestellten Wert (F_korr) korrigiert worden ist, in Schritten (ΔFR) erfolgt, die größer sind als die während der stufenweise Erhöhung (ΔF⁺) bzw. Reduzierung (ΔF^–) durchgeführten Schritte.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, wobei die stufenweiss Erhöhung bzw. Reduzierung in Schritten (ΔF⁺ bzw. ΔF^–) so erfolgt, daß jede Schrittänderung für die Dauer einer vorbestimmten Anzahl von Verbrennungen (ΔC) auf rechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die vorbestimmte Anzahl von Verbrennungen (ΔC) zwischen 30-100 Verbrennungen liegt, wodurch jeder, durch die Schrittänderung bewirkte dynamische Effekt passend abgeschwächt werden kann.
verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sowohl der Viertakt- als auch der Klopfzustand durch dis Zündkerze des Verbrennungsmotors erfaßt wird, indem der sich im Zündspalt der Zündkerze entwickelnde Ionisationsstram in einem Meßfenster analyisiert wird, das während der Post-Ionisatiansphase geöffnet ist, die der Überschlagsphase der Zündspannung folgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung eines Grenzwerts (M_F4ST) im fetten Bereich sowie eines Grenzwerts (M_FK) im mageren Bereich initiiert wird, wenn der Motor einer im wesentlichen konstanten Belastung (stabiler Zustand) im wesentlichen ohne jegliche Anderungen der Drehzahl bzw. Belastung ausgesetzt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung eines Grenzwerts im fetten Bereich sowie eines Grenzwerts im mageren Bereich während einer fortlaufenden Betriebsphass des Motors in wiederholter Anzahl durchgeführt wird, wobei diese Wiederholungsrate durch eine vorbestimmte Funktion bestimmt ist, welche die Anzahl der über eine Zeitdauer erstellten Bestimmungen derart einschränkt, daß die Bestimmung des Grenzwerts (M_FK) im mageren Bereich und des Grenzwerts (M_F4ST) im fetten Bereich in Bruchteilen der Betriebsphase des Motors erfolgt, wobei die besagten Bruchteile unter 5% der gesamten Betriebsphase und vorzugsweise unter 1% der gesamten Betriebsphase liegen.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Zumessung der bei Zweitakt-Verbrennungsmotoren (1) zugeführten Kraftstoffmenge, wobei die Kraft stoffzumeßvorichtung des Verbrennungsmotors umfaßt – eine auf einem Mikroprozessor basierende Steuereinheit (3) mit einem Speicher (5), der vorbestimmte Kraftstoffmengen (F) enthält, die von wenigstens verschiedenen erfaßten Motordrehzahlen und -belastungen (MP) abhängen, vorzugsweise gemäß einem empirisch bestimmten Kennfeld bzw, einer -fiunktion (F = f(MP)), – Einrichtungen (7, 2) zum Erfassen eines Klopfzustands und Einrichtungen (7, 2) zum Erfassen eines Fehlzündungszustands, – eine mit der Kraftstoffzumeßvorrichtung verbundene Dateneingangsleitung (11), in der die besagten Einrichtungen zum erfassen eines Klopfzustands bei dessen Auftreten ein das den Klopfzustand darstellendes Signal abgeben könnten, – eine mit der Kraftstoffzumeßvorrichtung verbundene Dateneingangsleitung (10), in der die besagten Einrichtungen zum Erfasssn eines Fehlzündungs- bzw. Viertakt-Zustands bei dessen Auftreten ein den Fehlzündungs- bzw. Viertaktzustand darstellendes Signal abgehen könnten, – Einrichtungen (Schritte 20-27) zum Initiieren einer auf einen Zustand reagierenden sukzessiven Zumessung in die magere Richtung des zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs, die, wenn ein einen Klopfzustand darstellendes Signal an der Dateneingangsleitung (11) der Einrichtungen zum Erfassen eines Klopfzustands auftritt, dem Grenzparameter (MFK) im mageren. Bereich, der die momentan zugeführte Kraftstoffmenge darstellt, einen Wert zufügen, und – Einrichtungen (Schritte 30-34) für eine sukzessive Zumessung in die fette Richtung des zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs, die, wenn ein einen Fehlzündungszustand darstellendes Signal an der Dateneingangsleitung (10) der Einrichtungen zum Erfassen eines Fehlzündungs- bzw. Viertakt-Zustands auftritt, dem Grenzparameter (M_F4ST) im fetten Bereich, der die momentan zugeführts Kraftstoffmenge darstellt, einen Wert zufügen, und – an sich bekannte, in den Mikrocomputer integrierte Recheneinrichtungen (Schritt 35-37), die eine korrigierte Kraftstoffmenge berechnen, wobei die korrigierte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von einem vorbestimmten relativen Segel in Bezug auf die zugefügten Werte des Grenzparameters (M_F4ST) im fetten Bereich sowie des Grenzparameters (M_FK) im mageren Bereich festgesetzt ist, und wobei die korrigierte Kraftstoffmenge (F_korr) die Kraftstoffmenge ersetzt, die während des weiteren fortlaufenden Betriebs des Motors durch das empirisch bestimmte Kennfeld (F = f(MP)) gegeben ist.