DE10063677B4 - Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine (10), wobei
– eine Grundeinspritzzeitdauer (TI_B) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine (10) ermittelt wird,
– die Grundeinspritzzeitdauer (TI_B) mit einem Korrekturfaktor (FAC_FQ_AD) beaufschlagt wird, welcher die mögliche Änderung der Qualität des der Brennkraftmaschine (10) zugeführten Kraftstoffes zwischen Abstellen und Neustart der Brennkraftmaschine (10) berücksichtigt,
dadurch gekennzeichnet dass
– der Korrekturfaktor (FAC_FQ_AD) abhängig von dem Drehzahlanstieg beim Starten der Brennkraftmaschine und/oder von den beim Starten der Brennkraftmaschine auftretenden Drehzahlschwankungen gewählt wird und der Korrekturfaktor mit einem Wichtungsfaktor (qf2) gewichtet wird,
– der Wichtungsfaktor (qf2) abhängig von dem Füllstand (F1) eines den Kraftstoff aufnehmenden Kraftstoffvorratsbehälters (16) beim Abstellen der Brennkraftmaschine (10) und von dem Füllstand (F2) beim Neustart der Brennkraftmaschine (10) gewählt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine, bei dem eine mögliche Änderung der Kraftstoffqualität zwischen dem Abstellen und einem nachfolgenden Neustart der Brennkraftmaschine berücksichtigt wird.
  • Kraftstoffe für Brennkraftmaschinen bestehen aus einem Gemisch 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 Brennkraftmaschinen müssen in der Lage sein, Kraftstoffe unterschiedlicher Qualität zu verarbeiten, ohne dass dabei merkliche Beeinträchtigungen auf das Betriebsverhalten auftreten.
  • Zur Zeit werden Änderungen in der Kraftstoffqualität mit Hilfe einer sogenannten Kraftstoffqualitätserkennung oder der Laufunruhemethode erkannt und durch Änderung der Einspritzzeitdauern kompensiert. Bei diesen, bereits angewandten Verfahren wird der Drehzahlanstieg beim Starten der Brennkraftmaschine oder die Drehzahlschwankungen beim Starten ausgewertet. Liegt der Drehzahlanstieg bzw. liegen die Drehzahlschwankungen nicht innerhalb eines erlaubten, vorgegebenen Vertrauensbandes, so wird die Einspritzzeitdauer entsprechend korrigiert. Der Betrag der Korrektur wird aber relativ ungenau 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 beschrieben, wie man die Kraftstoffqualitätsänderungen berücksichtigen kann. Zum einen kann nach jedem Betanken des von der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges die Regelabweichung im Lambdaregelungskreis gemessen und ein Adaptionswert so verändert werden, dass die ermittelte Regelabweichung verschwindet. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass es nur dann funktioniert, wenn die Lambdaregelung aktiv ist, was aber insbesondere bei kalter Brennkraftmaschine nicht der Fall ist. Zum anderen sind Verfahren vorgeschlagen, die auch bei kalter Brennkraftmaschine selbst dann für eine Betriebsfähigkeit der Brennkraftmaschine sorgen, wenn sich die Kraftstoffzusammensetzung beim Betanken stark ändert, z. B. dadurch, dass ein Kraftstoff enthaltender Tank fast leer gefahren wurde und dann ein überwiegend Methanol enthaltender Kraftstoff getankt wurde. Mit Hilfe der Tankstände vor und nach dem Betanken und auf Grundlage der Daten zu käuflichen Kraftstoffen wird abgeschätzt, was für Kraftstoffzusammensetzungen vorliegen können. Die Vorsteuerwerte werden dann für den Betrieb der Brennkraftmaschine mit Kraftstoffen der möglichen Zusammensetzungen verändert und es wird untersucht, bei welcher Zusammensetzung die Brennkraftmaschine am besten läuft. Mit diesen Werten wird dann die Brennkraftmaschine weiter geregelt.
  • Aus der DE 41 17 440 A1 ist ein Verfahren zum adaptiven Einstellen eines Kraftstoff/Luft-Gemisches zum Berücksichtigen von Kraftstoffeigenschaften bei einer Brennkraftmaschine bekannt. Zum Berücksichtigen der Kraftstoffeigenschaften wird ein Adaptionsfaktor schnell erstellt, wenn sich nach dem Be tanken herausstellt, dass mit dem zuvor geltenden Adaptionsfaktor schlechte Regelungsergebnisse erzielt werden. Sobald sich wieder gute Regelungsergebnisse einstellen, wird die herkömmliche, relativ langsame Adaption ausgeführt. Hierzu werden die Füllmengen des Kraftstofftanks des Kraftfahrzeugs, an dessen Brennkraftmaschine die Lambdaregelung ausgeführt wird, vor und nach dem Betanken festgestellt, aus diesen Füllmengen und bekannten Tankstellen-Kraftstoffmischungen Werte für mögliche Tank-Kraftstoffmischungen berechnet und die Lambdawerteinstellungen über eine jeweils vorgegebene Anzahl von Einspritzungen abwechselnd mit Adaptionswerten betrieben, wie sie für die verschiedenen möglichen Tank-Kraftstoffmischungen gelten. Anschließend wird untersucht, mit welchem Wert die besten Motorlaufergebnisse erzielt werden und dieser Wert für den besten Motorlauf als aktuell gültiger Adaptionswert verwendet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine anzugeben, mit dem ein störungsfreier Lauf der Brennkraftmaschine auch dann erreicht werden kann, wenn beim Betanken Kraftstoff nachgefüllt wurde, der sich in seiner Zusammensetzung stark vom Kraftstoff un terscheidet, 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 Brennkraftmaschine und einem Neustart der Brennkraftmaschine durchgeführt. Befindet sich zum Zeitpunkt des Abstellen der Brennkraftmaschine eine bestimmte Menge an Kraftstoff im Kraftstoffvorratsbehälter 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 Füllstand vor dem Neustart wird ein prozentualer Anteil ermittelt, der ein Maß für eine mögliche Änderung der Kraftstoffqualität darstellt.
  • Mit Hilfe dieser Information lässt sich die Änderung der Einspritzzeitdauer zusätzlich zur Kraftstoffqualitätserkennung oder Laufunruhemethode wichten. Der Einfluss des Korrekturfaktors wird um einen von dem den prozentualen Anteil der Füllstandsänderung abhängigen Wert reduziert.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine mit einer ihr zugeordneten Steuerungseinrichtung, bei der das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird und
  • 2 ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf der Drehzahl beim Starten für unterschiedliche Kraftstoffqualitäten zeigt.
  • In 1 ist in Form eines Blockschaltbildes sehr vereinfacht eine Brennkraftmaschine mit einer ihr zugeordneten Steuerungseinrichtung gezeigt. Dabei sind nur diejenigen Komponenten dargestellt, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Insbesondere ist auf die Darstellung der Abgasnachbehandlungseinrichtung 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 nacheinander 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 Kraftstoffzuführsystem, beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzanlage 15 zugeordnet. Der Kraftstoffeinspritzanlage wird Kraftstoff 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 Ansaugkanals 11 oder direkt in die Zylinder der Brennkraftmaschine 10 einspritzen (Direkteinspritzung).
  • Der Luftmassenmesser 12 dient bei einer sogenannten luftmassengeführten Steuerung der Brennkraftmaschine 10 als Lastsensor. Alternativ zu dem Luftmassenmesser 12 kann als Lastsensor auch ein Drucksensor verwendet werden, der im Ansaugkanal 11 der Brennkraftmaschine 10 angeordnet ist. Bei der Drosselklappe 13 handelt es sich beispielsweise um ein elektromotorisch angesteuertes Drosselorgan (E-Gas), dessen Öffnungsquerschnitt neben der Betätigung durch den Fahrer (Fahrerwunsch) abhängig vom Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 10 über Signale einer die Brennkraftmaschine 10 steuernden Steuerungseinrichtung 19 einstellbar ist. Solche elektronischen Steuerungseinrichtungen 19, die in der Regel einen oder mehrere Mikroprozessoren beinhalten und die neben der Kraftstoffeinspritzung noch eine Vielzahl weiterer Steuer- und Regelaufgaben übernehmen, sind an sich bekannt, so dass im folgenden nur auf den im Zusammenhang mit der Erfindung relevanten Aufbau und dessen Funktionsweise eingegangen wird. Insbesondere ist die Steuerungseinrichtung 19 mit einer Speichereinrichtung 20 verbunden, in der unter anderem verschiedene Kennfelder und Schwellenwerte gespeichert sind. Die Drehzahl N der Brennkraftmaschine wird mit Hilfe eines Drehzahlsensors 21 erfasst, der ein entsprechendes Signal an die Steuerungseinrichtung 17 abgibt. An dem Kraftstoffvorratsbehälter 16 ist ein Füllstandssensor 22 angeordnet, der ein dem Füllstand im Kraftstoffvorratsbehälter 16 entsprechendes Signal 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 2 ist der graphische Zusammenhang zwischen der Drehzahl N und der Zeit t für eine Brennkraftmaschine aufgetragen, die mit verschiedenen Kraftstoffen unterschiedlicher Qualität gestartet wird. Zum Zeitpunkt t0 wird mittels des Zünd-Startschalters der Anlasser der Brennkraftmaschine aktiviert. Mit dem Bezugszeichen I ist eine Normalkennlinie gekennzeichnet. Dieser Drehzahlverlauf stellt sich ein, wenn die Brennkraftmaschine mit einem herkömmlichen Kraftstoff durchschnittlicher Qualität betrieben wird. Wird die Brennkraftmaschine 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 angereichert werden.
  • Im folgenden wird erläutert, wie mit Hilfe einer Füllstandsänderung im Kraftstoffvorratsbehälter 16, eine Kraftstoffqualitätsänderung abgeschätzt und bei der Ermittlung der Einspritzzeitdauer für die Einspritzventile der Einspritzeinrichtung 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 mehreren Korrekturgrößen beaufschlagt. Die Korrekturgrößen können dabei entweder multiplikativ oder additiv auf die Grundeinspritzzeitdauer 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 Beispiel 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, Wie er in der 2 mit der Kurve III gezeigt ist, so wird für den Kor rekturfaktor FAC_FQ_AD ein Wert > 1 gewählt, da dies eine Verlängerung der Einspritzzeitdauer und damit eine Anfettung des Kraftstoff-Luftgemisches bewirkt. Stellt sich aber ein Drehzahlverlauf ein, wie er in der 2 mit der Kurve II dargestellt 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 ausgegangen werden, dass das Fahrzeug betankt wurde, d.h. der Kraftstoffvorratsbehälter 16 zumindest teilweise aufgefüllt wurde. Durch den Betankungsvorgang kann sich dann die Kraftstoffqualität 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 Wiederstart 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 abgelegtes 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 Wichtungsfaktoren 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), wobeimit FAC_FQ_ADn+1 der aktuelle Korrekturfaktor und mit FAC_FQ_ADn der bisherige Korrekturfaktor für die Kraftstoffqualitätserkennung bezeichnet ist.
  • Zusätzlich besteht die Möglichkeit, den Wert des prozentualen Anteils qf1 zur Fehlerdiagnose der Brennkraftmaschine heranzuziehen. Wenn der Wert des prozentualen Anteils qf1 gegen Null geht, als keine Betankung zwischen Abstellen der Brennkraftmaschine und Neustart erfolgte und die Brennkraftmaschine beim Neustart trotzdem schlecht startet, kann als mögliche Fehlerquelle eine Kraftstoffqualitätsänderung ausgeschlossen werden und andere Fehlerquellen können untersucht werden (Zündaussetzer, Verbrennungsaussetzer, Fehler in der Einspritzeinrichtung etc.).

Claims (7)

  1. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine (10), wobei – eine Grundeinspritzzeitdauer (TI_B) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine (10) ermittelt wird, – die Grundeinspritzzeitdauer (TI_B) mit einem Korrekturfaktor (FAC_FQ_AD) beaufschlagt wird, welcher die mögliche Änderung der Qualität des der Brennkraftmaschine (10) zugeführten Kraftstoffes zwischen Abstellen und Neustart der Brennkraftmaschine (10) berücksichtigt, dadurch gekennzeichnet dass – der Korrekturfaktor (FAC_FQ_AD) abhängig von dem Drehzahlanstieg beim Starten der Brennkraftmaschine und/oder von den beim Starten der Brennkraftmaschine auftretenden Drehzahlschwankungen gewählt wird und der Korrekturfaktor mit einem Wichtungsfaktor (qf2) gewichtet wird, – der Wichtungsfaktor (qf2) abhängig von dem Füllstand (F1) eines den Kraftstoff aufnehmenden Kraftstoffvorratsbehälters (16) beim Abstellen der Brennkraftmaschine (10) und von dem Füllstand (F2) beim Neustart der Brennkraftmaschine (10) gewählt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – beim Abstellen der Brennkraftmaschine (10) der Füllstand (F1) ermittelt und gespeichert wird, – beim darauffolgenden Neustart der Brennkraftmaschine (10) der Füllstand (F2) erneut ermittelt wird, – aus diesen beiden Werten (F1, F2) ein prozentualer Anteil (qf1) ermittelt wird, der ein Maß für eine mögliche Änderung der Kraftstoffqualität zwischen Abstellen und Neustart darstellt, – der prozentuale 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 Beziehung 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 ermittelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 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 Kraftstoffqualitätserkennung
  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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