DE10139880C1 - Verfahren zur Regelung der Kraftstoffzufuhr zu einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents
Verfahren zur Regelung der Kraftstoffzufuhr zu einer VerbrennungskraftmaschineInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Regelung der Kraftstoffzufuhr zu einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einem Zweitaktmotor, wird eine durch die Kraftstoffzufuhr verzögert beeinflusste Kenngröße (K) der Maschine durch An- und Abschlaten der Kraftstoffzufuhr auf einen vorgegebenen Sollwert (SW) eingeregelt. DOLLAR A Die Hysterese wird dadurch weitgehend kompensiert, dass dem Sollwert (SW) der Kenngröße (K) ein oberer und/oder unterer Schwellenwert (OS, US) zugeordnet wird, dass die Kenngröße (K) fortlaufend gemessen wird, und dass die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet wird, wenn die gemessene Kenngröße (K) den unteren und/oder oberen Schwellenwert (US, OS) von unten nach oben durchläuft, und dass die Kraftstoffzufuhr eingeschaltet wird, wenn die gemessene Kenngröße (K) den oberen und/oder unteren Schwellenwert (OS, US) von oben nach unten durchläuft.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verbrennungs
kraftmaschinen. Sie betrifft ein Verfahren zur Regelung der Kraftstoffzu
fuhr zu einer Verbrennungskraftmaschine, in Form eines Zweitakt
motors, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In Motorgeräten wie beispielsweise einer Kettensäge wird üblicherweise
die Höchstdrehzahl durch Überfettung des Luft/Kraftstoff-Gemisches be
grenzt, was zu Zündaussetzern führt (bekannt unter dem Namen "Vier
takten"). Ein anderer Weg ist die direkte Einflussnahme auf die Verbren
nung über eine Zündabschaltung bei Erreichen einer definierten (maxi
malen) Drehzahl. Diese Varianten ohne zusätzliche Maßnahmen führen
jedoch dazu, dass unverbrannter Kraftstoff den Motor verlässt. Dies wie
derum führt nicht nur direkt zu einer unerwünscht hohen Emission von
Kohlenwasserstoffen, sondern schränkt auch indirekt die Möglichkeit eines
Katalysatoreinsatzes ein, weil der unverbrannte Kraftstoff zur Überhitzung
und somit zur Zerstörung des Katalysators beiträgt. Eine solche Technik
ist beispielsweise aus der DE 39 23 237 A1 und der DE 32 50 056 C2
bekannt.
Die DE 198 52 218 C2 beschreibt die Unterdrückung von Drehzahl
schwankungen durch Einstellung oder Regelung der Kraftstoffzufuhr. Die
dargestellte Technik bezieht sich auf einen direkteinspritzenden Viertakt
motor und nicht auf einen Zweitaktmotor mit Kraftstoffzwischenspeiche
rung. Hierbei ist keine Abschaltung der Kraftstoffzufuhr, sondern eine Ein
stellung bzw. Regelung der Kraftstoffzufuhr vorgesehen.
Um Überfettungen auszuschliessen, werden im Automobilbereich Dreh
zahlbegrenzungen durch Kraftstoffabschaltungen eingesetzt. Diese kön
nen in Form einer steuerbaren Saugrohreinspritzung oder auch durch eine
Vergasersteuerung über ein Düsenabschaltventil realisiert sein. In Moto
geräten mit Zweitaktmotoren führen jedoch gespeicherte Kraftstoffmengen
in Kurbelgehäuse und Ansaugrohr zu einer unerwünschten Hysterese um
die Abregeldrehzahl. Hierbei treten Drehzahlschwankungen von ca. ± 700
1/min auf.
Aus der DE 39 11 016 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Zweitakt-
Verbrennungsmotors bekannt, bei welchem die Kraftstoffeinspritzung im
Leerlauf und im niedrigen Teillastbereich intermittierend erfolgt, wobei der
Kraftstoff während eines gleichbleibenden Öffnungswinkels mit konstan
tem Volumenstrom eingespritzt wird. Wenn sich die Drehzahl ändert, also
z. B. wegdriftet, verändert sich auch die Zeit, während welcher der Dreh
winkel durchlaufen wird, und zwar umgekehrt proportional zur Drehzahl.
Daraus ergibt sich eine Selbstregelung für die Drehzahl, indem nämlich
bei einem Ansteigen der Drehzahl die Menge des eingespritzten Kraft
stoffes zurückgeht bzw. sich bei einem Abfallen der Drehzahl die Zeitdau
er der Kraftstoffeinspritzung verlängert und somit die Menge des mit kon
stantem Volumenstrom eingespritzten Kraftstoffes zunimmt. Eine solche
unmittelbar und ohne Zeitverzug wirkende Selbstregelung ist jedoch nur
dann möglich, wenn der Kraftstoff elektronisch gesteuert direkt in den Zy
linder eingespritzt wird.
In der DE 199 21 020 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Regelung der Kraftstoffzufuhr bei einem Modellmotor mit Kraftstoffeinsprit
zung in das Kurbelgehäuse beschrieben, bei dem jeweils die für eine er
forderliche Kraftstoffmenge pro Zyklus benötigte Einspritzperiode bestimmt
wird. Fällt bei niedrigen Drehzahlen die bestimmte Einspritzperiode unter
eine vorgegebene minimale Einspritzperiode, wird von der fortlaufenden
Einspritzung auf eine intermittierende Einspritzung umgeschaltet, wobei
die Einspritzdaten für die intermittierende Einspritzung aus einer hinter
legten Korrespondenztabelle entnommen werden. Bei hohen Drehzahlen
ist auch hier eine Hysterese unvermeidlich.
Die EP 0 715 686 B1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung einer Brenn
kraftmaschine, bei dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fortlaufend automa
tisch an den Betriebszustand angepasst wird, um beispielsweise einen
maximalen Wirkungsgrad, eine maximale Kraftstoffausnutzung und eine
Drehzahlbegrenzung zu erreichen. Dazu wird regelmässig kurzzeitig, z. B.
durch Abschalten der Kraftstoffzufuhr, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis verän
dert und der Einfluss dieser Änderung auf die Drehzahl gemessen. Dazu
werden die noch unbeeinflusste Drehzahl kurz nach der Änderung und die
beeinflusste Drehzahl nach Auswirkung der Änderung, d. h., nach einigen
Umdrehungen, gemessen und miteinander verglichen. Das Ergebnis die
ses Vergleichs wird zur Optimierung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses über
eine entsprechende Einstellvorrichtung verwendet. Bei dieser Art der Re
gelung ist die Hysterese erheblich.
Es ist auch bekannt, Komparatoren mit Hysterese, sogenannte Schmitt-
Trigger in der Meß- und Regeltechnik zu verwenden (Tränkler, H.-R.: Ta
schenbuch der Meßtechnik mit Schwerpunkt Sensortechnik, 2. Auflage, R.
Oldenbourg Verlag GmbH, München, 1990, S. 137-139).
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Regelung der Kraft
stoffzufuhr einer Verbrennungskraftmaschine anzugeben, welches einfach
zu realisieren ist und Hystereseeffekte bei den durch die Kraftstoffzufuhr
beeinflussten Kenngrössen der Maschine, wie z. B. der Drehzahl, weitge
hend vermeidet.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Der Kern der Erfindung besteht in einer vorauseilenden Ab- und Zu
schaltung der Kraftstoffzufuhr, bevor der Sollwert erreicht wird, d. h., dass
die Kraftstoffzufuhr jeweils bereits umgeschaltet (aus- bzw. eingeschaltet)
wird, bevor der Sollwert der Kenngrösse von oben und/oder von unten
kommend erreicht wird. Hierdurch werden die Schwankungen um den
Sollwert auf ein vorgebbares (enges) Band begrenzt und die Hysterese
weitgehend kompensiert.
Besonders einfach ist das Verfahren, wenn gemäß einer bevorzugten
Ausgestaltung der Erfindung der obere oder untere Schwellenwert vom
Sollwert gleich weit beabstandet sind. Dies ist vor allem dann der Fall,
wenn die Abhängigkeit der Kenngrösse von der Kraftstoffzufuhr im Be
reich des Sollwertes weitgehend linear ist.
Bevorzugt ist die Kenngrösse die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschi
ne. Die Drehzahlschwankungen werden durch die erfindungsgemässe
Regelung auf ein kleines Drehzahlband begrenzt, wodurch die Drehzahl
hysterese beschränkt und die Emission von Kohlenwasserstoffen klein
gehalten wird.
Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn gemäss einer weiteren Ausge
staltung der Erfindung der Sollwert der Drehzahl die Abregelsolldrehzahl
ist.
Eine Unterstützung bei der Abregelung der Drehzahl lässt sich darüber
hinaus erreichen, wenn zusätzlich zur Abschaltung bzw. Einschaltung der
Kraftstoffzufuhr auch der Zündfunken zur Zündung des Kraftstoff/Luft-
Gemisches abgeschaltet bzw. eingeschaltet wird.
Es ist aber auch denkbar, dass der Sollwert der Drehzahl die Leerlauf
drehzahl ist. Eine Umschaltung auf die Leerlaufdrehzahl als Sollwert ist
dann besonders einfach, wenn die Verbrennungskraftmaschine eine
Drosselklappe aufweist, welche im Leerlauf der Maschine eine Leerlauf
position einnimmt, und als Sollwert der Drehzahl die Leerlaufdrehzahl ge
nommen wird, wenn sich die Drosselklappe in der Leerlaufposition befin
det.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zu
sammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die einzige Figur
zeigt ein Diagramm für eine bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfin
dung, bei dem die Drehzahl auf die Abregelsolldrehzahl eingeregelt wird.
In der Fig. 1 ist als Kurve über der Zeit t die Drehzahl n einer Verbren
nungskraftmaschine, insbesondere eines Zweitaktmotors, aufgetragen.
Die Drehzahl n ist dabei ein spezieller Fall einer von der Kraftstoffzufuhr
beeinflussbaren Kenngrösse K der Maschine. Andere Kenngrössen kön
nen beispielsweise der Druck, die Temperatur, die Vibration der Maschine
oder dgl. sein.
Die wellenförmige Kurve schwankt um einen Sollwert SW, der im Beispiel
gleich der Abregelsolldrehzahl ist. In einem vorgegebenen Abstand ober
halb des Sollwertes SW ist ein oberer Schwellenwert OS festgelegt. In
einem vorgegebenen Abstand unterhalb des Sollwertes ist ein unterer
Schwellenwert US festgelegt. Die beiden Abstände können, müssen aber
nicht gleich sein.
Gemäss der Erfindung wird nun die Drehzahlhysterese, d. h. das Über
schwingen der n(t)-Kurve über oder unter den Sollwert SW dadurch redu
ziert, dass das Zu- bzw. Abschalten des Kraftstoffes vor dem Durchfahren
des Sollwertes, im Beispiel der Abregelsolldrehzahl, vorgenommen wird,
so dass die Hysterese weitgehend kompensiert wird. Dazu wird die Abre
gelsolldrehzahl durch den oberen und/oder unteren Schwellenwert OS
bzw. US ersetzt. Wird einer dieser Schwellenwerte OS, US mit steigender
Drehzahl durchfahren (Punkte 1 und 2 in der Figur; Pfeil nach oben), dann
wird die Kraftstoffzufuhr unterbrochen. Beim Durchfahren der Schwellen
werte OS, US mit fallender Drehzahl (Punkte 3 und 4 in der Figur; Pfeile
nach unten) wird die Kraftstoffzufuhr wieder freigeschaltet.
Diese Regelung kann nicht nur für die Begrenzung der Höchstdrehzahl,
sondern auch für die Stabilisierung der Leerlaufdrehzahl eingesetzt wer
den. Hierbei muss jedoch eine Information darüber vorliegen, dass sich
die Drosselklappe in Leerlaufposition befindet.
Die beschrieben Regelung kann im Abregelbereich (d. h. bei der Begren
zung der Höchstdrehzahl) zusätzlich auch durch die Abschaltung bzw.
Anschaltung des Zündfunkens unterstützt werden.
Selbstverständlich ist die Regelung nicht auf Zweitaktmotoren und Dreh
zahlen als Kenngrösse beschränkt, sondern kann bei allen Verbren
nungsmaschinen und allen Kenngrössen, die von der Kraftstoffzufuhr ver
zögert abhängen, mit Vorteil eingesetzt werden.
SW Sollwert
OS oberer Schwellenwert
US unterer Schwellenwert
t Zeit
n Drehzahl
K Kenngrösse
OS oberer Schwellenwert
US unterer Schwellenwert
t Zeit
n Drehzahl
K Kenngrösse
Claims (7)
1. Verfahren zur Regelung der Kraftstoffzufuhr zu einer Verbrennungs
maschine in Form eines Zweitaktmotors, bei welchem Verfahren eine
durch die Kraftstoffzufuhr verzögert beeinflusste Kenngrösse (K) der
Maschine durch An- und Abschalten der Kraftstoffzufuhr auf einen
vorgegebenen Sollwert (SW) eingeregelt wird, dadurch gekennzeich
net, dass dem Sollwert (SW) der Kenngrösse (K) ein oberer und/oder
unterer Schwellenwert (OS, US) zugeordnet wird, dass die Kenngrö
sse (K) fortlaufend gemessen wird, und dass die Kraftstoffzufuhr ab
geschaltet wird, wenn die gemessene Kenngrösse (K) den unteren
und/oder oberen Schwellenwert (US, OS) von unten nach oben
durchläuft, und dass die Kraftstoffzufuhr eingeschaltet wird, wenn die
gemessene Kenngrösse (K) den oberen und/oder unteren Schwellwert
(OS, US) von oben nach unten durchläuft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obe
re und/oder untere Schwellenwert (OS, US) vom Sollwert (SW)
gleichweit beabstandet sind.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Kenngrösse (K) die Drehzahl (n) der Verbren
nungskraftmaschine ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll
wert (SW) der Drehzahl (n) die Abregelsolldrehzahl ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätz
lich zur Abschaltung bzw. Einschaltung der Kraftstoffzufuhr auch der
Zündfunken zur Zündung des Kraftstoff/Luft-Gemisches abgeschaltet
bzw. eingeschaltet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll
wert (SW) der Drehzahl (n) die Leerlaufdrehzahl ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver
brennungskraftmaschine eine Drosselklappe aufweist, welche im
Leerlauf der Maschine eine Leerlaufposition einnimmt, und dass als
Sollwert (SW) der Drehzahl (n) die Leerlaufdrehzahl genommen wird,
wenn sich die Drosselklappe in der Leerlaufposition befindet.
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