DE19625928A1 - Verfahren zur Einstellung einer Kraftstoffmehrmenge in der Warmlaufphase einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung einer Kraftstoffmehrmenge die einer Brennkraftmaschine im Warmlaufbetrieb zusätzlich zu einer für den Betrieb einer betriebswarmen Brennkraftmaschine bemessenen Grundmenge zugeführt wird.

Bekannte Verfahren stellen eine Kraftstoffmehrmenge im Warmlauf ein, die anfänglich vergleichsweise groß ist und nach einer vorbestimmten Funktion mit zunehmender Dauer des Warmlaufs und damit zunehmender Erwärmung der Brennkraftmaschine verringert wird. Spätestens mit Erreichen der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine wird keine Kraftstoffmehrmenge mehr eingestellt. Die US 4,205,635 (DE 26 12 913) stellt ein Beispiel dieser bekannten Verfahren dar.

Die Notwendigkeit einer Warmlaufanreicherung durch Vergrößerung der Kraftstoffmenge ergibt sich durch sogenannte Wandfilmverluste. Diese kommen zustande, da ein Teil des in das Saugrohr der Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffs an den noch kalten Saugrohrinnenwänden kondensiert und einen Kraftstoffwandfilm bildet. Dieser Teil des eingespritzten Kraftstoffes steht nicht zur Verbrennung im Zylinder zur Verfügung. Seine Größe wird auch vom Kondensations- und Siedeverhalten des verwendeten Kraftstoffs bestimmt. Um trotz des Wandfilmeffektes ein gewünschtes Kraftstoff/Luftverhältnis λ des Gemisches im Zylinder zu erreichen, wird die im Warmlauf eingespritzte Kraftstoffmenge vergrößert. Nach dem bekannten Verfahren erfolgt die Warmlaufanreicherung in gesteuerter Weise so, daß eine bestimmte Kraftstoffqualität zu einem gewünschten λ im Zylinder führt. Für die heutigen Abgasstrategien ist eine vergleichsweise magere Warmlaufanpassung günstig. Aufgrund der jahreszeitlich und regional schwankender Kraftstoffqualitäten oder auch aufgrund von alterungsbedingten Veränderungen der Durchflußcharakteristik von Einspritzventilen kann es bei der vergleichsweise mageren Warmlaufanpassung zu Fahrbarkeitsproblemen durch zu mageres Gemisch kommen. Eine übliche Lambdaregelung kann diese Probleme nicht beseitigen, da sie im Warmlauf aus verschiedenen Gründen nicht aktiv ist.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Verfahrens, das eine Anpassung der Warmlaufanreicherung an den tatsächlichen Bedarf der Brennkraftmaschine liefert. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Anpassung der Warmlaufanreicherung auf einer Auswertung der Regelstellgröße einer Leerlaufdrehzahlregelung basiert. Da eine solche Regelung im allgemeinen Bestandteil des Systemumfangs moderner Brennkraftmaschinensteuerungen ist, benötigt die Erfindung keine zusätzlichen baulichen Komponenten. Sie kann daher kostengünstig in den bestehenden Funktionsumfang integriert werden. Die Erfindung ermöglicht eine Warmlaufadaption ohne Einbindung der Lambdaregelung. Thermoschock-Probleme für die Lambdasonde gibt es damit nicht.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben.

Fig. 1 zeigt das Umfeld, in dem die Erfindung zur Anwendung kommt.

Fig. 2 verdeutlicht das Prinzip eines zur Steuerung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Steuergeräts.

Fig. 3 stellt die Funktion einer bekannten Leerlaufdrehzahlregelung dar und

Fig. 4 offenbart ein Flußdiagramm als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 5 verdeutlicht den Hintergrund des des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 6 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.

Fig. 7 ergänzt die Fig. 6 und

Fig. 8 verdeutlicht den Verlauf von Grenzen, innerhalb derer das erfindungsgemäße Verfahren arbeiten soll.

Die 1 der in Fig. 1 bezeichnet eine Brennkraftmaschine mit einem Saugrohr 2, einem Zündsystem 3, einem Mittel 4 zum Erfassen der Drehzahl der Brennkraftmaschine, einem Mittel 5 zum Erfassen der Temperatur der Brennkraftmaschine und einem Steuergerät 6. Das Saugrohr 2 umfaßt Kraftstoffzumeßmittel 7, Mittel 8 zum Erfassen der angesaugten Luftmenge Q, eine Drosselklappe 9 sowie einen Drosselklappenbypass 10 mit einem Stellglied 11 zur Regelung der Leerlaufdrehzahl durch eine Variation der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine bei geschlossener Drosselklappe. Eine Funktion des Steuergerätes 6 besteht darin, der Brennkraftmaschine die richtige Menge Kraftstoff im Verhältnis zur Menge Q der angesaugten Luft zuzumessen. Dies geschieht beispielsweise durch Berechnen von Einspritzimpulsbreiten ti proportional Q/n * (verschiedene Anreicherungs/Korrekturfaktoren) + (additive Korrekturen). Läßt man die im Zusammenhang mit der Erfindung unwesentlichen Korrekturen beiseite, könnte eine solche Einspritzimpulsbreite beispielsweise folgende Gestalt haben: ti proportional Q/n * FWL mit FWL = FWL0 (Tmot, Q, n) * FWLA. In diesem lediglich als Beispiel angenommenen Fall soll FWL0 mit zunehmender Motortemperatur so absinken, daß die Warmlaufanreicherung stetig abnimmt und bei betriebswarmen Motor unwirksam ist.

Fig. 2 verdeutlicht die Grundfunktion eines zur Steuerung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Steuergeräts 6. Zwischen einem Eingabeblock 12, dem wenigstens die dargestellten Eingangssignale zugeführt werden und einem Ausgabeblock 13, der beispielsweise die angeführten Ausgangssignale ausgibt, vermittelt ein Rechner 14 nach Maßgabe von im Speicher 15 abgelegten Programmen und Daten.

Das Flußdiagramm der Fig. 3 liefert ein Beispiel eines bekannten Leerlaufregelverfahrens, das als Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen kann. Aus einem übergeordneten Hauptprogramm heraus wird in einem Schritt S3.1 die Istdrehzahl n eingelesen und in einem Schritt S3.2 mit einem Drehzahlsollwert nSoll verglichen. Wenn der Istwert kleiner als der Sollwert ist, wird ein Leerlaufstellglied LLS, beispielsweise das Stellglied 11 in Fig. 1 öffnend angesteuert (Schritt S3.3). Als Folge steigt die Menge der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft QLL, was letztlich zu einer Erhöhung der Drehzahl n führt. Ist der Drehzahlistwert dagegen höher als ein Sollwert, verzweigt das Programm zum Schritt S3.4, in dem die Leerlaufluftmenge QLL über eine schließende wirkende Ansteuerung des Stellgliedes 11 verringert wird. Nach der Stellgliedansteuerung schließt sich zunächst eine Rückkehr ins Hauptprogramm an. Die Wiederholung dieser Schrittfolge in einem vorbestimmten Raster führt dazu, daß sich die Drehzahl im Mittel auf den gewünschten Sollwert einstellt.

Fig. 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dazu wird im Schritt S4.1, der aus einem übergeordneten Hauptprogramm aus erreicht wird, die Leerlaufluftmenge QLL eingelesen. Anschließend prüft Schritt S4.2, ob die im Leerlauf angesaugte Luftmenge QLL einen für den Warmlauf vorbestimmten Schwellwert QLLWL überschreitet. Ist dies der Fall, wird die Größe FWLA erhöht (Schritt S4.3), andernfalls erniedrigt (Schritt S4.4). Da FWLA die Kraftstoffmenge multiplikativ beeinflußt, wirkt Schritt S4.3 vergrößernd und Schritt S4.4 verkleinernd auf die Kraftstoffzufuhr im Warmlauf der Brennkraftmaschine ein.

Diese Vorgehensweise basiert auf folgenden Zusammenhängen. Zum einen ist zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Leerlaufdrehzahl eine gewisse Leistung zur Überwindung von Reibungswiderständen notwendig, die durch Verbrennung der Zylinderfüllung aufgebracht wird. Die bei der Verbrennung nutzbare Energie hängt von Quantität und Qualität der Zylinderfüllung ab. So nimmt beispielsweise die Leistung bei ansonsten gleichen Bedingungen im Qualitätsbereich von λ < 0,9 mit steigendem λ ab. Der Warmlauffaktor FWL0 sei nun für einen ersten Kraftstoff so bestimmt, daß sich im Leerlauf ein gewünschter Lambdawert von beispielsweise λ = 1,05 bei einer Ansaugluftmenge QLLWL einstellt. Bei Verwendung eines zweiten Kraftstoffes stelle sich zunächst ein λ von 1,2 ein. Um trotz des mit dieser Qualitätsänderung verbundenen Leistungsverlustes die gewünschte Leerlaufdrehzahl zu erreichen, erhöht die Leerlaufregelung die Quantität der Zylinderfüllung. Dies wird durch den Abfrageschritt S4.2 bemerkt, an den sich eine Änderung der Qualität der Zylinderfüllung durch den Schritt S4.3 anschließt, indem die Kraftstoffmenge erhöht wird. Bei Verwendung eines dritten Kraftstoffes der zunächst ein λ von beispielsweise 0,95 ergeben würde, führte das erfindungsgemäße Verfahren über die Schritte S4.1, S4.2 und S4.3 zu einer Erniedrigung der Kraftstoffzufuhr. Durch wiederholtes Durchlaufen der Schritt folge nach Fig. 4 stellt sich so die Kraftstoffzufuhr im Warmlaufbetrieb selbsttätig so ein, daß sich die Qualität der Zylinderfüllung einem gewünschten Lambdawert, beispielsweise λ = 1,05 annähert. Die Erfindung bewirkt damit gewissermaßen eine Adaption der Warmlaufanreicherung an den sich mit schwankender Kraftstoffqualität ändernden Bedarf der Brennkraftmaschine.

Ein Warmlaufanreicherungsfaktor FWL als Maß für den Bedarf der Brennkraftmaschine ist in der Fig. 5 für die drei o.a. Kraftstoffqualitäten über der Motortemperatur Tmot dargestellt. Die durchgezogene Linie entspricht dem ersten Kraftstoff, der im Warmlauf zu dem gewünschten Lambda von bspw. 1,05 führt. Die gestrichelte Linie entspricht der Verwendung des zweiten Kraftstoffs, der ohne Gegenmaßnahmen zu einem magereren Warmlaufgemisch führen würde und zur Kompensation einen größeren Warmlauffaktor FWL benötigt. Analog dazu entspricht die strichpunktierte Linie dem 3 Kraftstoff, der ohne Gegenmaßnahmen ein zu fettes Gemisch zur Folge hätte und zur Kompensation einen vergleichsweise kleinen Warmlauffaktor FWL benötigt. Die Erfindung bewirkt eine Adaption, d. h. eine Anpassung der Warmlaufanreicherung an die Kraftstoffeigenschaften.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 6 offenbart. Nach Start und Nachstart (Schritt S6.1) wird die Leerlaufluftmenge QLL des Motors bei einer bestimmten Motortemperatur Tmot im Schritt S6.2 ermittelt. Ist QLL größer als die zu dieser Motortemperatur zugehörige Schwelle QLLWL (Schritt S6.3), kann schon davon ausgegangen werden, daß das Gemisch zu mager ist. Es erfolgt eine Erhöhung des Warmlaufadaptionsfaktors FWLLA mit einer bestimmten Schrittweite INCWLA im Schritt S6.4. Nach Ablauf einer bestimmten Anzahl Z von Zündungen wird im Schritt S6.5 erneut geprüft, ob QLL noch größer als die Schwelle QLLWL ist. Ist dies der Fall, kann FWLA erneut um den Schritt INCWLLA erhöht werden usw. Schritt S6.6 dient zur Überprüfung von Abbruchbedingungen, wie sie in Fig. 7 dargestellt sind.

So kann bspw. in einem Schritt S7.1 geprüft werden, ob eine Obergrenze für die Zahl der Anreicherungsschritte erreicht wird und/oder ob in einem Schritt S7.2 eine Anreicherungsobergrenze erreicht wird. Solange diese Abfragen verneint werden, kann weiterinkrementiert werden und beim Bejahen dieser Abfragen wird die Erhöhung von FWLA abgebrochen.

Im Schritt S6.7 wird der Warmlaufadaptionsfaktor SWLA für den vorliegenden Temperaturbereich zur Verwendung in nachfolgenden Fahrzyklen abgespeichert und im aktuellen Fahrzyklus beispielsweise multiplikativ dem Warmlauffaktor zugerechnet.

Ist QLL im Schritt S6.3 kleiner als die zur entsprechenden Motortemperatur zugehörige Schwelle QLLWL, kann davon ausgegangen werden, daß das Gemisch noch akzeptables Fahren ermöglicht. Es besteht nun die Möglichkeit einer genauen Warmlaufadaption. Dazu wird der Warmlaufadaptionsfaktor FWLA im Schritt S6.8 alle Z-Zündungen mit der Schrittweite DECWLA reduziert. Durch wiederholtes Durchlaufen der Schritte S6.8 und S6.9 erfolgt dies solange, bis die Leerlaufluftmengenschwelle QLLWL erreicht ist. Beim Erreichen dieser Schwelle wird im Schritt S6.10 ein neuer Warmlauffaktor FWLA(neu) gebildet.

Diese Schrittfolge basiert auf folgendem Hintergrund: Die Leerlaufluftmengenschwelle QLLWL entspricht derjenigen Leerlaufluftmenge, die bei einer bestimmten Motortemperatur und sehr magerem Gemisch benötigt wird, um die Leerlaufsolldrehzahl zu erhalten. Solange die Menge QLL kleiner ist als die Menge QLLWL, ist die Gemischqualität noch ausreichend zur Erhaltung der Solldrehzahl. In diesem Fall wird schrittweise solange abgemagert, bis der Wert QLLWL erreicht ist. Die Anzahl der Abmagerungsschritte ergibt bei bekannter Schrittweite ein Maß für die Abweichung der aktuellen Gemischzusammensetzung Lambda im Warmlauf von der Laufgrenze, die durch die Leerlaufluftmengenschwelle QLLWL definiert ist. Durch die Neubildung des Warmlauffaktors gemäß Schritt S6.10 erhält das Warmlaufgemisch wieder den gewollten ursprünglichen Abstand zur Laufgrenze. Dabei ist FWLA(neu) der neu gebildete Warmlaufadaptionsfaktor, FWLA(alt) der Warmlaufadaptionsfaktor, der schrittweise bis zur Leerlaufluftmengengrenze dekrementiert wurde und FWLASOL der Sollwert, auf den der Warmlauffaktor FWLA bei dem Kraftstoff dekrementiert werden kann, mit dem die Grundanpassung durchgeführt wurde. Der neue Adaptionsfaktor FWLA(neu) wird für den entsprechenden Temperaturbereich im Dauer-RAM gespeichert (Schritt S6.7). Die Schritte S6.11 und S6.12 dienen zur Begrenzung der Adaption. Dadurch wird die Gefahr des Falschlernens reduziert. Fig. 8 verdeutlicht qualitativ die Abhängigkeit des erlaubten Adaptionsbereichs in Abhängigkeit von der Motortemperatur.

Claims (5)

1. Verfahren zur Einstellung einer Kraftstoffmehrmenge, die einer Brennkraftmaschine im Warmlaufbetrieb zusätzlich zu einer für den Betrieb einer betriebswarmen Brennkraftmaschine bemessenen Grundmenge zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung der Kraftstoffmehrmenge auf einer Auswertung der Regelstellgröße einer Leerlaufdrehzahlregelung basiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leerlaufluftmenge QLL eingelesen wird, geprüft wird, ob die im Leerlaufangesaugte Luftmenge QLL einen für den Warmlauf vorbestimmten Schwellwert QLLWL überschreitet und daß im Fall des Überschreitens die Kraftstoffmehrmenge erhöht und im Fall des Unterschreitens verringert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leerlaufluftmenge QLL des Motors bei einer bestimmten Motortemperatur Tmot ermittelt und mit einer dieser Motortemperatur zugeordneten Schwelle verglichen wird und daß die Kraftstoffmehrmenge erhöht wird, wenn QLL größer als die zu dieser Motortemperatur zugehörige Schwelle QLLWL ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Maß FWLA für die angepaßte Kraftstoffmehrmenge im vorliegenden Temperaturbereich zur Verwendung in nachfolgenden Fahrzyklen abgespeichert wird im aktuellen Fahrzyklus multiplikativ die Kraftstoffmenge beeinflußt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leerlaufluftmenge QLL eingelesen wird, geprüft wird, ob die im Leerlauf angesaugte Luftmenge QLL einen für den Warmlauf vorbestimmten Schwellwert QLLWL unterschreitet, der im Bereich der Laufgrenze der Brennkraftmaschine auftritt und daß im Fall des Unterschreitens die Kraftstoffmehrmenge schrittweise verringert wird, bis die Leerlaufluftmengenschwelle QLLWL erreicht ist und daß beim Erreichen dieser Schwelle die Kraftstoffmehrmenge so neu bestimmt wird, daß das Warmlaufgemisch wieder den gewollten ursprünglichen Abstand zur Laufgrenze erhält.