DE10063677A1 - Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine

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Abstract

Die Grundeinspritzzeitdauer bei einer Brennkraftmaschine (10) wird mit einem Korrekturfaktor beaufschlagt, welcher die mögliche Änderung der Qualität des der Brennkraftmaschine (10) zugeführten Kraftstoffes zwischen Abstellen und Neustart der Brennkraftmaschine (10) berücksichtigt, wobei dieser Korrekturfaktor mit einem Wichtungsfaktor gewichtet wird, der abhängig von dem Füllstand eines den Kraftstoff aufnehmenden Kraftstoffvorratsbehälters (16) beim Abstellen der Brennkraftmaschine (10) und von dem Füllstand beim Neustart der Brennkraftmaschine (10) gewählt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Brenn­ kraftmaschine, bei dem eine mögliche Änderung der Kraftstoff­ qualität zwischen dem Abstellen und einem nachfolgenden Neu­ start der Brennkraftmaschine berücksichtigt wird.
Kraftstoffe für Brennkraftmaschinen bestehen aus einem Ge­ misch von Kohlenwasserstoff-Verbindungen, die Zusätze von sauerstoffhaltigen, organischen Komponenten sowie Additive zur Verbesserung der Eigenschaften enthalten können.
Je nach Anteil der unterschiedlichen Kohlenwasserstoffe im Kraftstoff ergeben sich unterschiedliche Auswirkungen auf das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine, insbesondere werden die Leistung, der Verbrauch, die Akustik, die Startbarkeit und die Abgasemissionen beeinflusst. Moderne Brennkraftma­ schinen müssen in der Lage sein, Kraftstoffe unterschiedli­ cher Qualität zu verarbeiten, ohne dass dabei merkliche Be­ einträchtigungen auf das Betriebsverhalten auftreten.
Zur Zeit werden Änderungen in der Kraftstoffqualität mit Hil­ fe einer sogenannten Kraftstoffqualitätserkennung oder der Laufunruhemethode erkannt und durch Änderung der Einspritz­ zeitdauern kompensiert. Bei diesen, bereits angewandten Ver­ fahren wird der Drehzahlanstieg beim Starten der Brennkraft­ maschine oder die Drehzahlschwankungen beim Starten ausgewer­ tet. Liegt der Drehzahlanstieg bzw. liegen die Drehzahl­ schwankungen nicht innerhalb eines erlaubten, vorgegebenen Vertrauensbandes, so wird die Einspritzzeitdauer entsprechend korrigiert. Der Betrag der Korrektur wird aber relativ unge­ nau berechnet, so dass unter Umständen die Korrektur zu stark ausfällt. Insbesondere wird bei einem sogenannten "schlechten Start" die Einspritzzeitdauer derart verändert, dass das Kraftstoff-Luftgemisch fetter wird, weshalb das Kraftstoff- Luftgemisch nach einem Tankvorgang mit sehr gutem Treibstoff zu fett werden kann. Die Brennkraftmaschine springt dann nur noch schlecht oder gar nicht mehr an. Des Weiteren besteht die Gefahr, dass das ungewollte Drehzahlverhalten nicht durch eine veränderte Qualität des Kraftstoffes verursacht wurde, sondern andere Fehlerquellen hat.
In der DE 40 27 947 A1 sind verschiedene Verfahren beschrie­ ben, wie man die Kraftstoffqualitätsänderungen berücksichti­ gen kann. Zum einen kann nach jedem Betanken des von der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges die Regelabwei­ chung im Lambdaregelungskreis gemessen und ein Adaptionswert so verändert werden, dass die ermittelte Regelabweichung ver­ schwindet. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass es nur dann funktioniert, wenn die Lambdaregelung aktiv ist, was a­ ber insbesondere bei kalter Brennkraftmaschine nicht der Fall ist. Zum anderen sind Verfahren vorgeschlagen, die auch bei kalter Brennkraftmaschine selbst dann für eine Betriebsfähig­ keit der Brennkraftmaschine sorgen, wenn sich die Kraftstoff­ zusammensetzung beim Betanken stark ändert, z. B. dadurch, dass ein Kraftstoff enthaltender Tank fast leer gefahren wur­ de und dann ein überwiegend Methanol enthaltender Kraftstoff getankt wurde. Mit Hilfe der Tankstände vor und nach dem Be­ tanken und auf Grundlage der Daten zu käuflichen Kraftstoffen wird abgeschätzt, was für Kraftstoffzusammensetzungen vorlie­ gen können. Die Vorsteuerwerte werden dann für den Betrieb der Brennkraftmaschine mit Kraftstoffen der möglichen Zusam­ mensetzungen verändert und es wird untersucht, unter der An­ nahme bei welcher Zusammensetzung die Brennkraftmaschine am besten läuft. Mit diesen Werten wird dann die Brennkraftma­ schine weiter geregelt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine anzugeben, mit dem ein stö­ rungsfreier Lauf der Brennkraftmaschine auch dann erreicht werden kann, wenn beim Betanken Kraftstoff nachgefüllt wurde, der sich in seiner Zusammensetzung stark vom Kraftstoff unterscheidet, welcher der Brennkraftmaschine vor dem Betanken zugeführt wurde.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Eine Abschätzung einer möglichen Kraftstoffqualitätsänderung wird erfindungsgemäß mit Hilfe einer Füllstandsänderung des Kraftstoffvorratsbehälters zwischen Abstellen der Brennkraft­ maschine und einem Neustart der Brennkraftmaschine durchge­ führt. Befindet sich zum Zeitpunkt des Abstellen der Brenn­ kraftmaschine eine bestimmte Menge an Kraftstoff im Kraft­ stoffvorratsbehälter und ist die Menge, die beim Neustart der Brennkraftmaschine ermittelt wird, größer als diese, so kann davon ausgegangen werden, dass das Fahrzeug betankt wurde. Abhängig von dem Füllstand vor dem Abstellen und dem Füll­ stand vor dem Neustart wird ein prozentualer Anteil ermit­ telt, der ein Maß für eine mögliche Änderung der Kraftstoff­ qualität darstellt.
Mit Hilfe dieser Information lässt sich die Änderung der Ein­ spritzzeitdauer zusätzlich zur Kraftstoffqualitätserkennung oder Laufunruhemethode wichten. Der Einfluss des Korrektur­ faktors wird um einen von dem den prozentualen Anteil der Füllstandsänderung abhängigen Wert reduziert.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen an­ gegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine mit ei­ ner ihr zugeordneten Steuerungseinrichtung, bei der das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird und
Fig. 2 ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf der Drehzahl beim Starten für unterschiedliche Kraftstoffqualitä­ ten zeigt.
In Fig. 1 ist in Form eines Blockschaltbildes sehr verein­ facht eine Brennkraftmaschine mit einer ihr zugeordneten Steuerungseinrichtung gezeigt. Dabei sind nur diejenigen Kom­ ponenten dargestellt, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Insbesondere ist auf die Darstellung der Ab­ gasnachbehandlungseinrichtung verzichtet worden.
Der Brennkraftmaschine 10 wird über einen Ansaugkanal 11 die zur Verbrennung notwendige Luft zugeführt. Im Ansaugkanal 11 sind in Strömungsrichtung der angesaugten Luft gesehen nach­ einander ein Luftmassenmesser 12 und eine Drosselklappe 13 vorgesehen. Ausgangsseitig ist die Brennkraftmaschine 10 mit einem Abgaskanal 14 verbunden, in dem ein Abgaskatalysator und stromab von diesem ein Schalldämpfer angeordnet ist (nicht gezeigt). Der Brennkraftmaschine 10 ist ein Kraft­ stoffzuführsystem, beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzan­ lage 15 zugeordnet. Der Kraftstoffeinspritzanlage wird Kraft­ stoff von einem Kraftstoffvorratsbehälter 16 mittels einer Kraftstoffpumpe 17 über eine Kraftstoffleitung 18 zugeführt. Die Kraftstoffeinspritzanlage 15 weist Einspritzventile auf, welche den Kraftstoff entweder in das Saugrohr des Ansaugka­ nals 11 oder direkt in die Zylinder der Brennkraftmaschine 10 einspritzen (Direkteinspritzung).
Der Luftmassenmesser 12 dient bei einer sogenannten luftmas­ sengeführten Steuerung der Brennkraftmaschine 10 als Lastsen­ sor. Alternativ zu dem Luftmassenmesser 12 kann als Lastsen­ sor auch ein Drucksensor verwendet werden, der im Ansaugkanal 11 der Brennkraftmaschine 10 angeordnet ist. Bei der Drossel­ klappe 13 handelt es sich beispielsweise um ein elektromoto­ risch angesteuertes Drosselorgan (E-Gas), dessen Öffnungs­ querschnitt neben der Betätigung durch den Fahrer (Fahrer­ wunsch) abhängig vom Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 10 über Signale einer die Brennkraftmaschine 10 steuernden Steuerungseinrichtung 19 einstellbar ist. Solche elektroni­ sche Steuerungseinrichtungen 19, die in der Regel einen oder mehrere Mikroprozessoren beinhalten und die neben der Kraft­ stoffeinspritzung noch eine Vielzahl weiterer Steuer- und Re­ gelaufgaben übernehmen, sind an sich bekannt, so dass im fol­ genden nur auf den im Zusammenhang mit der Erfindung relevan­ ten Aufbau und dessen Funktionsweise eingegangen wird. Insbe­ sondere ist die Steuerungseinrichtung 19 mit einer Spei­ chereinrichtung 20 verbunden, in der unter anderem verschie­ dene Kennfelder und Schwellenwerte gespeichert sind. Die Drehzahl N der Brennkraftmaschine wird mit Hilfe eines Dreh­ zahlsensors 21 erfasst, der ein entsprechendes Signal an die Steuerungseinrichtung 17 abgibt. An dem Kraftstoffvorratsbe­ hälter 16 ist ein Füllstandssensor 22 angeordnet, der ein dem Füllstand im Kraftstoffvorratsbehälter 16 entsprechendes Sig­ nal an die Steuerungseinrichtung 19 abgibt.
Zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 10 ist die Steuerungseinrichtung 19 über eine Daten- und Steuerleitung 23 noch mit weiteren, nicht explizit dargestellten Sensoren und Aktoren verbunden.
In Fig. 2 ist der graphische Zusammenhang zwischen der Dreh­ zahl N und der Zeit t für eine Brennkraftmaschine aufgetra­ gen, die mit verschiedenen Kraftstoffen unterschiedlicher Qualität gestartet wird. Zum Zeitpunkt t0 wird mittels des Zünd-Startschalters der Anlasser der Brennkraftmaschine akti­ viert. Mit dem Bezugszeichen I ist eine Normalkennlinie ge­ kennzeichnet. Dieser Drehzahlverlauf stellt sich ein, wenn die Brennkraftmaschine mit einem herkömmlichen Kraftstoff durchschnittlicher Qualität betrieben wird. Wird die Brenn­ kraftmaschine mit einem schlechten Kraftstoff, d. h. mit einem Luft-Kraftstoffgemisch betrieben, bei dem ein gegenüber dem Durchschnitt schlechterer Kraftstoff verwendet wird, stellt sich ein Drehzahlverlauf gemäß Kennlinie III ein.
Wird die Brennkraftmaschine mit einem Luft-Kraftstoffgemisch betrieben, bei dem ein über dem Durchschnitt guter Kraftstoff verwendet wird, so stellt sich ein Drehzahlverlauf gemäß dem Verlauf II ein. Damit die Brennkraftmaschine aufgrund des zu fetten Luft-Kraftstoffgemisches nicht abstirbt, muss das Luft-Kraftstoffgemisch abgemagert werden, im Fall gemäß der Kennlinie III muss das Luft-Kraftstoffgemisch dagegen ange­ reichert werden.
Im folgenden wird erläutert, wie mit Hilfe einer Füllstands­ änderung im Kraftstoffvorratsbehälter 16, eine Kraftstoffqua­ litätsänderung abgeschätzt und bei der Ermittlung der Ein­ spritzzeitdauer für die Einspritzventile der Einspritzein­ richtung berücksichtigt werden kann.
Eine von den der Steuerungseinrichtung 19 aus dem Lastsignal und der Drehzahl N gebildete Grundeinspritzzeitdauer TI_B wird je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit meh­ reren Korrekturgrößen beaufschlagt. Die Korrekturgrößen kön­ nen dabei entweder multiplikativ oder additiv auf die Grund­ einspritzzeitdauer TI_B einwirken. Eine Korrekturgröße ist dabei die sogenannte Kraftstoffqualitätserkennung FAC_FQ_AD. Diese Korrekturgröße wird abhängig von dem Drehzahlanstieg beim Starten der Brennkraftmaschine bzw. von den beim Starten auftretenden Drehzahlschwankungen gewählt. Im folgenden Bei­ spiel wird die Korrekturgröße als Korrekturfaktor FAC_FQ_AD multiplikativ mit der Grundeinspritzdauer TI_B verknüpft
TI = TI_B.FAC_FQ_AD.. . .,
wobei mit TI eine Gesamteinspritzzeitdauer bezeichnet ist und weitere Korrekturgrößen weggelassen sind.
Vorzugsweise liegt der Wert der Korrekturgröße im Bereich zwischen 0,9 und 1,2. Stellt sich beispielsweise beim Starten der Brennkraftmaschine ein Drehzahlverlauf ein, spie er in der Fig. 2 mit der Kurve III gezeigt ist, so wird für den Korrekturfaktor FAC_FQ_AD ein Wert < 1 gewählt, da dies eine Ver­ längerung der Einspritzzeitdauer und damit eine Anfettung des Kraftstoff-Luftgemisches bewirkt. Stellt sich aber ein Dreh­ zahlverlauf ein, wie er in der Fig. 2 mit der Kurve II dar­ gestellt ist, so wird für den Korrekturfaktor FAC_FQ_AD ein Wert < 1 gewählt, da dies eine Abmagerung des Kraftstoff- Luftgemisches bewirkt.
Wird die Brennkraftmaschine abgestellt, so wird zu diesem Zeitpunkt der Füllstand im Kraftstoffvorratsbehälter 16 durch Auswerten des Signals des Füllstandssensors 22 ermittelt und dieser Wert für den Füllstand F1 in der Speichereinrichtung 20 abgespeichert. Beim Neustart der Brennkraftmaschine 10 wird wieder der Füllstand ermittelt und dieser Wert F2 mit dem abgespeicherten Wert F1 verglichen. Weicht der Füllstand F2 vom Füllstand F1 ab und gilt F2 < F1, so kann davon ausge­ gangen werden, dass das Fahrzeug betankt wurde, d. h. der Kraftstoffvorratsbehälter 16 zumindest teilweise aufgefüllt wurde. Durch den Betankungsvorgang kann sich dann die Kraft­ stoffqualität nur um einen prozentualen Anteil qf1 geändert haben. Dieser Anteil wird nach folgender Beziehung ermittelt
qf1 = (F2 - F1)/F2.100%, (1)
wobei die Werte für qf1 in einem Bereich zwischen 0% (wenn zwischen dem Abstellen der Brennkraftmaschine und deren Wie­ derstart der Kraftstoffvorratsbehälter 16 nicht aufgefüllt wurde) und 100% (wenn beim Abstellen der Brennkraftmaschine der Kraftstoffvorratsbehälter 16 vollständig entleert war und vor dem Neustart der Brennkraftmaschine aufgefüllt wurde) liegen können.
Die nach der Gleichung (1) berechneten Werte für qf1 sind Eingangsgrößen für ein in der Speichereinrichtung 20 abgeleg­ tes Kennfeld KF1. In diesem Kennfeld KF1 sind zugehörige Wichtungsfaktoren qf2 abgelegt, wobei die Werte für qf2 in dem Bereich zwischen 0 und 0,999 liegen. Der Zusammenhang zwischen den prozentualen Anteilen qf1 und den Wichtungsfak­ toren qf2 wird experimentell durch Versuche festgelegt.
Mit diesem Wichtungsfaktor qf2 wird der Korrekturfaktor FAC_FQ_AD für die Kraftstoffqualitätserkennung gewichtet nach folgender Beziehung:
FAC_FQ_ADn+1 = FAC_FQ_ADn (1 - qf2), wobei
mit FAC_FQ_ADn+1 der aktuelle Korrekturfaktor und mit FAC_FQ_ADn der bisherige Korrekturfaktor für die Kraftstoff­ qualitätserkennung bezeichnet ist.
Zusätzlich besteht die Möglichkeit, den Wert des prozentualen Anteils qf1 zur Fehlerdiagnose der Brennkraftmaschine heran­ zuziehen. Wenn der Wert des prozentualen Anteils qf1 gegen Null geht, als keine Betankung zwischen Abstellen der Brenn­ kraftmaschine und Neustart erfolgte und die Brennkraftmaschi­ ne beim Neustart trotzdem schlecht startet, kann als mögliche Fehlerquelle eine Kraftstoffqualitätsänderung ausgeschlossen werden und andere Fehlerquellen können untersucht werden (Zündaussetzer, Verbrennungsaussetzer, Fehler in der Ein­ spritzeinrichtung etc.).

Claims (7)

1. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine (10), wo­ bei
eine Grundeinspritzzeitdauer (TI_B) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine (10) ermittelt wird,
die Grundeinspritzzeitdauer (TI_B) mit einem Korrektur­ faktor (FAC_FQ_AD) beaufschlagt wird, welcher die mögli­ che Änderung der Qualität des der Brennkraftmaschine (10) zugeführten Kraftstoffes zwischen Abstellen und Neustart der Brennkraftmaschine (10) berücksichtigt,
der Korrekturfaktor (FAC_FQ_AD) mit einem Wichtungsfaktor (qf2) gewichtet wird,
der Wichtungsfaktor (qf2) abhängig von dem Füllstand (F1) eines den Kraftstoff aufnehmenden Kraftstoffvorratsbehäl­ ters (16) beim Abstellen der Brennkraftmaschine (10) und von dem Füllstand (F2) beim Neustart der Brennkraftma­ schine (10) gewählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
beim Abstellen der Brennkraftmaschine (10) der Füll­ stand (F1) ermittelt und gespeichert wird,
beim darauffolgendem Neustart der Brennkraftmaschine (10) der Füllstand (F2) erneut ermittelt wird,
maus diesen beiden Werten (F1, F2) ein prozentueller Anteil (qf1) ermittelt wird, der ein Maß für eine mögliche Ände­ rung der Kraftstoffqualität zwischen Abstellen und Neu­ start darstellt,
der prozentueller Anteil (qf1) als Eingangsgröße für ein Kennfeld (KF1) herangezogen wird und
aus dem Kennfeld (KF1) Werte für den Wichtungsfaktor (qf2) ausgelesen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der prozentuale Anteil (qf1) ermittelt wird nach der Be­ ziehung
qf1 = (F2 - F1)/F2.100%.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusammenhang zwischen dem prozentualen Anteil (qf1) und dem Wichtungsfaktor (qf2) experimentell ermit­ telt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Korrekturfaktor
(FAC_FQ_AD) nach folgender Beziehung gewichtet wird
FAC_FQ_ADn+1 = FAC_FQ_ADn (1 - qf2) mit
FAC_FQ_ADn+1 als aktueller Korrekturfaktor,
FAC_FQ_ADn als bisheriger Korrekturfaktor für die Kraft­ stoffqualitätserkennung
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass der Wichtungsfaktor (qf2) in einem Bereich von 0 bis 0,999 liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der prozentuale Anteil (qf1) zur Fehlerdiagnose der Brennkraftmaschine (10) herangezogen wird.
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