DE19625928A1 - Verfahren zur Einstellung einer Kraftstoffmehrmenge in der Warmlaufphase einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zur Einstellung einer Kraftstoffmehrmenge in der Warmlaufphase einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
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.
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1997
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