DE10043072A1 - Verfahren zur Gemischadaption bei Verbrennungsmotoren mit Benzindirekteinspritzung - Google Patents

Verfahren zur Gemischadaption bei Verbrennungsmotoren mit Benzindirekteinspritzung

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Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zur Kompensation von Fehlanpassungen der Vorsteuerung einer Kraftstoffzumessung für einen Verbrennungsmotor, der in den wenigstens zwei verschiedenen Betriebsarten Homogenbetrieb und Schichtbetrieb betrieben wird, DOLLAR A - wobei im Homogenbetrieb eine Gemischregelung und eine Adaption der Gemischregelung stattfindet DOLLAR A - und wobei zwischen den Betriebsarten in Abhängigkeit von einer Soll-Betriebsart umgeschaltet wird, die aus einer Mehrzahl von Betriebsartenanforderungen ermittelt wird, wobei jeder der Betriebsartenanforderungen eine Priorität zugeordnet ist DOLLAR A - und wobei die Ermittlung der Soll-Betriebsart in Abhängigkeit von den Prioritäten der Betriebsartenanforderungen durchgeführt wird, wobei die physikalische Dringlichkeit der Adaption in unterschiedlichen Zeitrastern hochgesetzt wird und damit eine Umschaltung in den Homogenbetrieb gefordert wird.

Description

Stand der Technik
Es ist bereits bekannt, bei der Regelung des Kraftstoff/Luftverhältnisses für Verbrennungsmotoren eine Vorsteuerung mit einer Regelung zu überlagern. Weiter ist bekannt, aus dem Verhalten der Regelstellgröße weitere Korrekturgrößen abzuleiten um Fehlanpassungen der Vorsteuerung an veränderte Betriebsbedingungen zu kompensieren. Diese Kompensation wird auch als Adaption bezeichnet. Die US 4 584 982 beschreibt beispielsweise eine Adaption mit unterschiedlichen Adaptionsgrößen in verschiedenen Bereichen des Last/Drehzahlspektrums eines Verbrennungsmotors. Die verschiedenen Adaptionsgrößen richten sich auf die Kompensation unterschiedlicher Fehler. Nach Ursache und Wirkung lassen sich drei Fehlerarten unterscheiden: Fehler eines Heißfilmluftmassenmessers wirken sich multiplikativ auf die Kraftstoffzumessung aus.
Lecklufteinflüsse wirken additiv pro Zeiteinheit und Fehler bei der Kompensation der Anzugsverzögerung der Einspritzventile wirken additiv pro Einspritzung.
Nach gesetzlichen Vorschriften sollen abgasrelevante Fehler mit On Board Mitteln erkannt werden und gegebenfalls soll eine Fehlerlampe aktiviert werden. Die Gemischadaption wird auch zur Fehlerdiagnose genutzt. Ist beispielsweise der Korrektureingriff der Adaption zu groß, deutet dies auf einen Fehler hin.
Über der Lebensdauer, der Exemplarstreung und bei nichtgeregelter Sondenheizung weicht der gemessene Lambdawert vom physikalisch vorhandenen Lambdawert bei Motoren mit Benzindirekteinspritzung hauptsächlich im Schichtbetrieb ab. Da die Gemischadaption das gemessene Lambda für das Lernen des Fehlers in Betracht zieht, ist die Adaption im Schichtbetrieb nicht zielführend. Für die Adaption wird daher in den Homogenbetrieb umgeschaltet und die Gemischadaption aktiviert.
Aus der DE 198 50 586 ist ein Motorsteuerungsprogramm bekannt, das die Umschaltung zwischen Schichtbetrieb und Homogenbetrieb steuert.
Im Schichtbetrieb wird der Motor mit einer stark geschichteten Zylinderladung und hohem Luftüberschuß betrieben, um einen möglichst niedrigen Kraftstoffverbrauch zu erreichen. Die geschichtete Ladung wird durch eine späte Kraftstoffeinspritzung erreicht, die im Idealfall zur Aufteilung des Brennraums in zwei Zonen führt: Die erste Zone enthält eine brennfähige Luft-Kraftstoff-Gemischwolke an der Zündkerze. Sie wird von der zweiten Zone umgeben, die aus einer isolierenden Schicht aus Luft und Restgas besteht. Das Potential zur Verbrauchsoptimierung ergibt sich aus der Möglichkeit, den Motor unter Vermeidung von Ladungswechselverlusten weitgehend ungedrosselt zu betreiben. Der Schichtbetrieb wird bei vergleichsweise niedriger Last bevorzugt.
Bei höherer Last, wenn die Leistungsoptimierung im Vordergrund steht, wird der Motor mit homogener Zylinderfüllung betrieben. Die homogene Zylinderfüllung ergibt sich aus einer frühen Kraftstoffeinspritzung während des Ansaugvorganges. Als Folge steht bis zur Verbrennung eine größere Zeit zur Gemischbildung zur Verfügung. Das Potential dieser Betriebsart zur Leistungsoptimierung ergibt sich zum Beispiel aus der Ausnutzung des gesamten Brennraumvolumens zur Füllung mit brennfähigem Gemisch.
Hinsichtlich der Adaption existieren mehrere Einschaltbedingungen:
So muß beispielsweise die Motortemperatur die Einschalttemperaturschwelle erreicht haben und die Lambdasonde muß betriebsbereit sein. Weiter müssen die aktuellen Werte von Last und Drehzahl in bestimmten Bereichen liegen, in denen jeweils gelernt wird. Dies ist beispielsweise aus der US 4 584 982 bekannt. Weiterhin muß Homogenbetrieb vorliegen. Nach dem bekannten Programm wird die Gemischadaption in festen Zeitbereichen aktiviert.
Dabei können sich Zielkonflikte mit anderen Steuerungsfunktionen, beispielsweise mit der Steuerung der Tankentlüftung ergeben. Diese soll bei hoher Beladung des Aktivkohlefilters aktiv sein. Außerdem ist es wünschenswert, bei niedriger Beladung des Aktivkohlefilters und nicht vollständig abgeschlossener Adaption die Gemischadaption zu aktivieren.
Vor diesem Hintergrund zielt die Erfindung darauf, den Zeitraum, in dem der Motor verbrauchsoptimal im Schichtbetrieb gefahren werden kann, zu vergrößern. Die Umschaltung auf Homogenbetrieb zur Diagnose verringert den Verbrauchsvorteil der Benzindirekteinspritzung, da der Homogenbetrieb verbrauchsungünstiger ist als der Schichtbetrieb. Eine Umschaltung in den Homogenbetrieb, die speziell für die Diagnose erfolgt, erhöht den Kraftstoffverbrauch daher dann unnötig, wenn kein Fehler vorliegt. Sie soll soweit wie möglich vermieden werden, ohne die Entdeckung abgasrelevanter Fehler zu verschlechtern.
Diese Wirkung wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erzielt.
Im einzelnen werden dazu folgende Schritte durchgeführt: Zur Kompensation von Fehlanpassungen der Vorsteuerung einer Kraftstoffzumessung für einen Verbrennungsmotor, der in den wenigstens zwei verschiedenen Betriebsarten Homogenbetrieb und Schichtbetrieb betrieben wird,
  • - findet im Homogenbetrieb eine Gemischregelung und eine Adaption der Gemischregelung statt
  • - wobei zwischen den Betriebsarten in Abhängigkeit von einer Soll-Betriebsart umgeschaltet wird, die aus einer Mehrzahl von Betriebsartenanforderungen ermittelt wird, und wobei jeder der Betriebsartenanforderungen eine Priorität zugeordnet ist
  • - und wobei die Ermittlung der Soll-Betriebsart in Abhängigkeit von den Prioritäten der Betriebsartenanforderungen durchgeführt wird. Dabei wird die physikalische Dringlichkeit der Adaption in unterschiedlichen Zeitrastern hochgesetzt und damit eine Umschaltung in den Homogenbetrieb gefordert.
Damit wird die Anforderung des Homogenbetriebes für die Gemischadaption so optimiert, dass die gesetzlichen Anforderungen erfüllt werden.
Im normalen Alltagsbetrieb des Fahrzeugs erfolgt die Anforderung einer Umschaltung in den Homogenbetrieb nur dann, wenn die Gemischadaption auch aktiv werden kann. Wenn kein Fehler im System vorliegt, wird die Gemischadaption nur in bestimmten Zeitabständen aktiviert. Dies ermöglicht im zeitlichen Mittel eine Vergrößerung der Zeitabschnitte, in denen das Fahrzeug im verbrauchsgünstigen Schichtbetrieb betrieben werden kann.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung erläutert.
Fig. 1 zeigt das technische Umfeld der Erfindung.
Fig. 2 verdeutlicht die Bildung eines Kraftstoffzumesssignals auf der Basis der Signale aus Fig. 1.
Fig. 3 offenbart eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Betriebsartenumschaltung.
Die 1 in der Fig. 1 repräsentiert einen Verbrennungsmotor mit einem Saugrohr 2, einem Abgasrohr 3, einem Kraftstoffzumessmittel 4, Sensoren 5-8 für Betriebsparameter des Motors und einem Steuergerät 9. Das Kraftstoffzumessmittel 4 kann beispielsweise aus einer Anordnung von Einspritzventilen zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume des Verbrennungsmotors bestehen.
Der Sensor 5 liefert dem Steuergerät ein Signal über die vom Motor angesaugte Luftmasse ml. Sensor 6 liefert ein Motordrehzahlsignal n. Sensor 7 stellt die Motortemperatur T bereit und Sensor 8 liefert ein Signal Us über die Abgaszusammensetzung des Motors. Aus diesen und gegebenenfalls weiteren Signalen über weitere Betriebsparameter des Motors bildet das Steuergerät neben weiteren Stellgrößen die Kraftstoffzumesssignale ti zur Ansteuerung des Kraftstoffzumessmittels 4 so, dass sich ein gewünschtes Verhalten des Motors, insbesondere eine gewünschte Abgaszusammensetzung einstellt.
Fig. 2 zeigt die Bildung des Kraftstoffzumesssignals. Block 2.1 stellt ein Kennfeld dar, das durch die Drehzahl n und die relative Luftfüllung rl adressiert wird und in dem Vorsteuerwerte rk für die Bildung der Kraftstoffzumesssignale abgelegt sind. Die relative Luftfüllung rl ist auf eine maximale Füllung des Brennraums mit Luft bezogen und gibt damit gewissermaßen den Bruchteil der maximalen Brennraum- oder Zylinderfüllung an. Sie wird im wesentlichen aus dem Signal ml gebildet. rk entspricht der zur Luftmenge rl zugeordneten Kraftstoffmenge.
Block 2.2 zeigt den bekannten multiplikativen Lambdaregeleingriff. Eine Fehlanpassung der Kraftstoffmenge an die Luftmenge bildet sich im Signal Us der Abgassonde ab. Aus diesem formt ein Regler 2.3 die Regelstellgröße fr, die über den Eingriff 2.2 die Fehlanpassung verringert.
Aus dem so korrigierten Signal kann im Block 2.4 bereits das Zumesssignal, beispielsweise eine Ansteuerimpulsbreite für die Einspritzventile gebildet werden. Block 2.4 repräsentiert damit die Umrechnung der relativen und korrigierten Kraftstoffmenge in ein reales Ansteuersignal unter Berücksichtigung von Kraftstoffdruck, Einspritzventilgeometrie etc.
Die Blöcke 2.5 bis 2.9 repräsentieren die bekannte betriebsparameterabhängige Gemischadaption die multiplikativ und/oder additiv wirken kann. Der Kreis 2.9 soll diese 3 Möglichkeiten repräsentieren. Der Schalter 2.5 wird vom Mittel, 2.6 geöffnet oder geschlossen, wobei dem Mittel 2.6 Betriebsparameter des Verbrennungsmotors wie Temperatur T, Luftmasse ml und Drehzahl n zugeführt wird. Mittel 2.6 in Verbindung mit dem Schalter 2.5 erlaubt damit eine betriebsparameterbereichsabhängige Aktivierung der drei genannten Adaptionsmöglichkeiten. Die Bildung des Adaptionseingriffs fra auf die Kraftstoffzumeßsignalbildung wird durch die Blöcke 2.7 und 2.8 veranschaulicht. Block 2.7 bildet bei geschlossenem Schalter 2.5 den Mittelwert frm der Regelstellgröße fr. Abweichungen des Mittelwerts frm vom neutralen Wert 1 werden vom Block 2.8 in die Adaptionseingriffsgröße fra übernommen. Beispielsweise gehe die Regelstellgrösse fr aufgrund einer Fehlanpassung der Vorsteuerung zunächst gegen 1,05. Die Abweichung 0,05 vom Wert 1 wird vom Block 2.8 in den Wert fra des Adaptionseingriffs übernommen. Bei einem multiplikativen fra-Eingriff geht dann fra gegen 1,05 mit der Folge, dass fr wieder gegen 1 geht. Die Adaption sorgt damit dafür, dass Fehlanpassungen der Vorsteuerung nicht bei jedem Betriebspunktwechsel erneut ausgeregelt werden müssen. Diese Anpassung der Adaptionsgröße fra wird bei hohen Temperaturen des Verbrennungsmotors, beispielsweise, oberhalb einer Kühlwassertemperatur von 70° Celsius bei dann geschlossenem Schalter 2.5 durchgeführt; einmal angepasst, wirkt fra aber auch bei offenem Schalter 2.5 auf die Bildung des Kraftstoffzumesssignals ein.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Betriebsartenumschaltung.
Das Motorsteuerungsprogramm enthält unter anderem ein als Phasenentscheider bezeichnetes Programmodul, ein als Grundadaptionsanforderer GA_Anforderer bezeichnetes Programmmodul, ein als Grundadaptionsstop GA_Stop bezeichnetes Programmmodul und ein als Endentscheider bezeichnetes Programmmodul. Dies ist in Fig. 3a veranschaulicht.
Das Programmodul Phasenentscheider setzt in unterschiedlichen Zeitrastern die physikalische Dringlichkeit der Gemischadaption hoch und fordert damit eine Umschaltung in den Homogenbetrieb. Dies ist in Fig. 3b veranschaulicht.
Diese Zeitraster sind abhängig davon, ob dem Steuergerät ein Fehler bekannt ist oder ein Fehlerverdacht vorliegt. Ein Fehler oder ein Fehlerverdacht können programmtechnisch als Bit durch ein Diagnoseprogramm gesetzt werden. Im folgenden wird von einem Fehler oder Fehlerverdacht als einer im Steuergerät bekannten Größe ausgegangen. Wenn kein Fehler oder Fehlerverdacht vorliegt, wird für eine lange Zeit tteofini in der Größenordnung einer halben Stunde keine Gemischadaption gefordert. Wenn während dieser Zeit ein Fehler über eine Diagnosefunktion erkannt wird oder wenn der Fehler von der letzten Fahrt durch die Diagnose bekannt war, wird die Zeit tteofini auf ttefvini in der Größenordnung einiger Minuten verkürzt. Ohne Fehler wird nach der Zeit tteofini eine Gemischadaption für eine Zeitdauer von wenigen Minuten gefordert. Dies stellt für die Gemischadaption eine verhältnismäßig lange Zeit dar, da die Gemischadaption in der Lage ist, Fehler innerhalb weniger Minuten zu lernen. Im Fehlerfall wird nach der Zeit ttefvini für etwa die halbe Zeit Gemischadaption gefordert. Die genannten Zeiten sind Initialisierungszeiten für fehlerbehaftete beziehungsweise fehlerfreie Systeme.
Nach der Initialisierungszeit wird dann, wenn die Gemischadaption geprüft ist, für lange Zeiten ttegae in der Größenordnung von 10 Minuten keine Gemischadaption und für kurze Zeiten tgagae in der Größenordnung von ein bis zwei Minuten Gemischadaption gefordert.
Wenn die Gemischadaption noch nicht geprüft ist, wird für kurze Zeiten ttengae von wenigen Minuten keine Gemischadaption und ebenfalls für wenige Minuten tgangae Gemischadaption gefordert. Der Phasenentscheider ist als Zustandsautomat realisiert. Darunter versteht man einen als Programmmodul innerhalb des Motorsteuerungsprogramms ausgeführten Schaltfunktionsalgorithmus, der den Übergang zwischen den Zuständen mit unterschiedlichen Zeitdauern steuert.
Das Anfordern und Verbieten der Gemischadaption ist in Fig. 3c dargestellt. Das Programmmodul Gemischadaptionsanforderer GA_Anforderer fordert bei niedriger Beladung des Aktivkohlefilters und bei nicht gesetztem Zyklusflag der additiven beziehungsweise der multiplikativen Adaptionskorrektur für die Zeit TGAPA von weniger als einer Minute Gemischadaption (GA), wenn die übrigen Einschaltbedingungen der Gemischadaption erfüllt sind. Diese Anforderung kann entweder nur für den Homogenbetrieb oder für alle Betriebsarten aktiviert werden.
Das Programmmodul Gemischadaptionstop GA_Stop verbietet bei hoher Beladung des Aktivkohlefilters mit Kraftstoff und bei abgeschlossener Gemischadaption eine Gemischadaptionsanforderung durch den Phasenentscheider.

Claims (2)

1. Verfahren zur Kompensation von Fehlanpassungen der Vorsteuerung einer Kraftstoffzumessung für einen Verbrennungsmotor, der in den wenigstens zwei verschiedenen Betriebsarten Homogenbetrieb und Schichtbetrieb betrieben wird,
wobei im Homogenbetrieb eine Gemischregelung und eine Adaption der Gemischregelung stattfindet
und wobei zwischen den Betriebsarten in Abhängigkeit von einer Soll-Betriebsart umgeschaltet wird, die aus einer Mehrzahl von Betriebsartenanforderungen ermittelt wird,
wobei jeder der Betriebsartenanforderungen eine Priorität zugeordnet ist
und wobei die Ermittlung der Soll-Betriebsart in Abhängigkeit von den Prioritäten der Betriebsartenanforderungen durchgeführt wird,
wobei die physikalische Dringlichkeit der Adaption in unterschiedlichen Zeitrastern hochgesetzt wird und damit eine Umschaltung in den Homogenbetrieb gefordert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitraster abhängig davon sind, ob ein Fehler oder ein Fehlerverdacht vorliegt.
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